徐連紅（濟(jì)南軌道交通裝備有限責(zé)任公司，山東 濟(jì)南 250000）

大型工業(yè)廠房供暖系統(tǒng)設(shè)計(jì)

徐連紅
（濟(jì)南軌道交通裝備有限責(zé)任公司，山東 濟(jì)南 250000）

摘 要：在采暖系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，大型工業(yè)廠房需要考慮的因素不同于一般的工業(yè)建筑和民用建筑。本文對(duì)大型單層鋼結(jié)構(gòu)廠房的供暖系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，并對(duì)其熱負(fù)荷、管道水壓力、管道熱補(bǔ)償進(jìn)行了計(jì)算。

關(guān)鍵詞：大型工業(yè)廠房；供暖系統(tǒng)；設(shè)計(jì)

隨著我國工業(yè)建設(shè)的飛速發(fā)展，大型鋼結(jié)構(gòu)廠房以其規(guī)模大、建設(shè)工期短的獨(dú)有優(yōu)勢(shì)，占據(jù)了大型工業(yè)廠房的80%-90%的市場(chǎng)，鋼結(jié)構(gòu)也以其獨(dú)特的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、安裝得到了建設(shè)方的青睞。然而，廠房?jī)?nèi)部公用設(shè)施設(shè)計(jì)和安裝的問題也應(yīng)運(yùn)而生。暖通專業(yè)的設(shè)計(jì)人員從采暖通風(fēng)到空調(diào)制冷要以全新的設(shè)備和技術(shù)來與鋼結(jié)構(gòu)廠房配套。由于大型工業(yè)廠房跨度大、舉架高、供暖空間大，必須進(jìn)行專門設(shè)計(jì)，以便提高熱能有效利用率保證廠房達(dá)到設(shè)計(jì)溫度，從而減少初投資，節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用。

本設(shè)計(jì)為大型單層鋼結(jié)構(gòu)廠房（機(jī)械加工廠房）的供暖設(shè)計(jì)，廠房采暖面積為：18733.5m2，采用機(jī)械循環(huán)熱水供暖系統(tǒng)，采用換熱站提供的95/70℃熱水，采暖管道采用焊接鋼管，架空敷設(shè)，高度為6m。

1 供暖系統(tǒng)熱負(fù)荷計(jì)算

大型單層鋼結(jié)構(gòu)廠房如圖1、圖2所示，其熱負(fù)荷按建筑外輪廓體積V（m3）估算，計(jì)算公式如下：

式中，qNV—建筑物供暖體積熱指標(biāo)，由于廠房用途為金屬結(jié)構(gòu)廠房，故qNV取0.30；a—修正系數(shù)，濟(jì)南冬季供暖室外計(jì)算溫度為-10℃，故a取1.45；tNP—室內(nèi)平均計(jì)算空氣溫度，取值為5℃。

其中，V= VA-D+VD-G+VG-K

VA-D=27×18.3×326 +1/2×27×0.67 ×326=163981m3

VD-G=21×13.5×326+1/2×21×1.05 ×326=95844m3

VG-K=21×13.5×326+1/2×21×0.5× 326=93790m3

因此，V=313615m3

根據(jù)公式（1）計(jì)算得出，

QN=aqNVV（tNP-tW）

=1.45×0.30×313615×15

=2.13×106W

2 散熱器的選擇

本設(shè)計(jì)采用TFD-6-8型對(duì)流輻射型散熱器，162W/片，

n= QN÷162=13100

因此，散熱器共計(jì)13100片。

圖1 廠房立面圖

圖2 廠房平面圖

3 供暖系統(tǒng)的選擇及系統(tǒng)劃分

本廠房采取同程式熱水供暖系統(tǒng)，采用上供上回式，廠房?jī)?nèi)管道全部外露，該方式可節(jié)省地溝，檢修方便，系統(tǒng)的散熱量得以充分利用。此外，因本廠房面積大，散熱器片數(shù)多，為保證供暖效果，將劃分為兩個(gè)供暖系統(tǒng)，進(jìn)行設(shè)計(jì)，其中A-G軸廠房設(shè)3個(gè)并聯(lián)環(huán)路，G-K軸廠房為1個(gè)環(huán)路， 共計(jì)4個(gè)小循環(huán)系統(tǒng)。

A-A軸為循環(huán)系統(tǒng)I，每柱間設(shè)2組散熱器，每組25片，共計(jì)54×2×25= 2700片，落地安裝，散熱器固定于墻體。

D-D軸為循環(huán)系統(tǒng)II，每柱間設(shè)4組散熱器，每組25片，其中21-22軸、31-32軸、40-42軸處設(shè)門，柱間散熱器為50×4×25=5000片，1軸和55軸各增加4組散熱器，每組25片，共計(jì)200片。D-D軸散熱器共計(jì)5200片，落地安裝，散熱器用角鋼支架固定于地面之上。

G-G軸為循環(huán)系統(tǒng)III， 每柱間設(shè)2組散熱器，每組25片， 柱間開門處不設(shè)散熱器，1軸和55軸各增加2組散熱器，共計(jì)50×2×25=2500片，落地安裝，散熱器固定于墻體。

G軸-K軸廠房為小循環(huán)系統(tǒng)IV，該系統(tǒng)單獨(dú)從室外接源，每柱間設(shè)2組散熱器，每組25片，共計(jì)40×2×25=2000片，落地安裝，散熱器固定于墻體。

循環(huán)系統(tǒng)I、II、III、為三個(gè)并聯(lián)環(huán)路，其中環(huán)路II（D-D軸）熱負(fù)荷最大，為最不利管路。各循環(huán)系統(tǒng)的管道水力計(jì)算

式中，ΔP —管段壓力損失，Pa；

ΔPm—管段沿程損失，Pa；

ΔPi—管段局部損傷，Pa；

Δpm—單位管段沿程損失，Pa/m；

l —管道長(zhǎng)度，m；

ν—熱媒在管道內(nèi)流速，m/s；

ρ—熱媒的密度，kg/m3；

ζ—局部阻力系數(shù)。

熱水供暖系統(tǒng)管道水力計(jì)算（tg=95℃，th=70℃，K=0.2mm）

注：以下計(jì)算參照《實(shí)用供熱空調(diào)設(shè)計(jì)手冊(cè)》表4.3-13，（平均水溫按t≈60°C，相應(yīng)的密度為983.248kg/m3）管子的絕對(duì)粗糙度K=0.2mm的條件編制的。

選取管徑時(shí)，按平均比摩阻法選取，（60~120Pa/m）。

熱媒流量關(guān)系式 ：

式中，G—管段熱媒流量，kg/h；

c—水的比熱，c =4.18KJ/（Kg·℃）；

G=0.0344Q

① 環(huán)路I管道水力計(jì)算

該循環(huán)系統(tǒng)中各段的組合部件如圖3所示：

組合部件名稱及阻力構(gòu)成2個(gè)直流三通+2個(gè)閘閥+2個(gè)彎頭+2個(gè)散熱器ζ=2×1+2×0.5+2×1.5+2×2=10。

② 環(huán)路II管道水力計(jì)算

該循環(huán)系統(tǒng)中各段的組合部件如圖4所示：

組合部件名稱及阻力構(gòu)成2個(gè)直流三通+2個(gè)閘閥+2個(gè)彎頭+4個(gè)散熱器ζ=2×1+2×0.5+2×1.5+4×2=11。

③ 環(huán)路III管道水力計(jì)算

該循環(huán)系統(tǒng)中各段的組合部件與環(huán)路I管道組合部件相同，見圖3所示。

組合部件名稱及阻力構(gòu)成2個(gè)直流三通+2個(gè)閘閥+2個(gè)彎頭+2個(gè)散熱器ζ=2×1+2×0.5+2×1.5+2×2=10。

環(huán)路II與環(huán)路I環(huán)路間平衡計(jì)算：

不平衡率=（ΔPII-ΔPI）/ ΔPI×100%=（32671.4-31297.8）/31297.8 ×100%=4.39% 〈15%。

環(huán)路II與環(huán)路III環(huán)路間平衡計(jì)算：

不平衡率=（ΔPII-ΔPIII）/ΔPIII× 100%=（32671.4-29961）/29961×100% =9.04% 〈15%。

按規(guī)范要求，雙管同程式各并聯(lián)環(huán)路之間計(jì)算壓力損失不應(yīng)超過15%。經(jīng)計(jì)算校核，A-G軸廠房供暖設(shè)計(jì)的各并聯(lián)環(huán)路之間壓力損失均小于15%，環(huán)路間平衡，管徑選取合理。

按A-G軸廠房供暖設(shè)計(jì)的總管段熱媒流量（A-G軸廠房供暖平面如圖5所示），計(jì)算式如下：15047+23447+13932=52426kg/h，選取總?cè)肟诠軓綖镈N150。

④ 循環(huán)系統(tǒng)IV（G-K軸廠房，見圖6）管道水力計(jì)算

該循環(huán)系統(tǒng)中各段的組合部件與環(huán)路I管道組合部件相同，見圖3所示。

圖3 環(huán)路I管道組合部件圖

圖4 環(huán)路II管道組合部件圖

表1 系統(tǒng)I各管段壓力及總壓力損失（Pa）

表2 系統(tǒng)II各管段壓力及總壓力損失（Pa）

組合部件名稱及阻力構(gòu)成2個(gè)直流三通+2個(gè)閘閥+2個(gè)彎頭+2個(gè)散熱器ζ=2×1+2×0.5+2×1.5+2×2=10。

因本系統(tǒng)只有一個(gè)環(huán)路，故無須計(jì)算各環(huán)路間的不平衡率，按平均比摩阻法確定管徑。

4 管道熱補(bǔ)償計(jì)算

管道的熱伸長(zhǎng)

式中，a —管材的線膨脹系數(shù)，m/ m.°C；

L—管道的計(jì)算長(zhǎng)度，m；

t2—輸送介質(zhì)溫度，℃；

t1—管道安裝時(shí)溫度，℃，取為5℃。

當(dāng)t2=95℃時(shí)，鋼鐵的線膨脹系數(shù)a為0.012。

因此，ΔL=0.012×100×1000×L=1.2 L（mm）。

廠房各角落的管道利用管道的轉(zhuǎn)角進(jìn)行自然補(bǔ)償。

按照規(guī)范，允許不裝補(bǔ)償器的直管段最大長(zhǎng)度工業(yè)建筑為42m。故應(yīng)在13-14軸、30-31軸、43-44軸處設(shè)管道補(bǔ)償器。

所以，ΔL=42×1.2=50.4mm。

可選用波紋數(shù)為4的鋼制波形補(bǔ)償器，（ΔL=60mm），安裝波形補(bǔ)償器時(shí)，應(yīng)預(yù)先冷緊，冷緊值為熱伸長(zhǎng)量的一半。其附近支架設(shè)為導(dǎo)向支架。

表3 系統(tǒng)III各管段壓力及總壓力損失（Pa）

圖5 A-G軸廠房供暖平面示意圖

圖6 G-K軸廠房供暖平面示意圖

5 補(bǔ)充說明

按本設(shè)計(jì)確定各段管徑，焊接鋼管管徑大于32mm的采暖管道采用焊接方式，管徑小于32mm的采暖管道采用絲接。采暖管道變管徑采用異心變徑，管頂平。采暖主管閥門采用鑄鋼閘閥，供水支管閥門采用流量調(diào)節(jié)閥，回水支管采用鑄鋼閘閥，采暖立管閥門采用等徑銅球閥，供水支管末端均設(shè)手動(dòng)排氣閥，均接短管、閥門引至室外，高度為1.8米，系統(tǒng)安裝完畢后，做水壓試驗(yàn)，試驗(yàn)壓力為0.8MPa，進(jìn)行壓力試驗(yàn)時(shí)，達(dá)到試驗(yàn)壓力后，穩(wěn)壓一小時(shí)，壓力降不超過0.05MPa。在工作壓力（0.5MPa）的1.15倍狀態(tài)下，穩(wěn)壓兩小時(shí)，壓力降不超過0.03MPa為合格。室內(nèi)明裝管道、支架刷樟丹防銹漆兩道，銀粉兩道；室外管道均采取保溫措施，保溫材料為超細(xì)玻璃棉管殼，做法參見L04N905。

結(jié)語

按以上設(shè)計(jì)，散熱器沿墻（窗下）布置，采暖方式為自然對(duì)流采暖，散熱器以自然對(duì)流加熱空氣，使加熱的空氣沿散熱器標(biāo)明上浮，形成熱空氣流，在室內(nèi)形成循環(huán)，從而達(dá)到加熱廠房空氣，有效達(dá)到了廠房使用的溫度要求。如廠房有更高的溫度要求，可采用在廠房上層增加熱風(fēng)幕系統(tǒng)，使熱流有效向下覆蓋，從而使廠房達(dá)到更高的溫度。

參考文獻(xiàn)

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中圖分類號(hào)：TU83

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

作者簡(jiǎn)介：徐連紅，女，1980年03月出生，本科，工程師。