喬端

（十一冶建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司 廣西柳州 545007）

如今，工業(yè)建設(shè)正快速發(fā)展，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)廠房而言，因其具有規(guī)模大和工期短等優(yōu)勢(shì)，所以成為眾多行業(yè)優(yōu)先考慮的廠房結(jié)構(gòu)形式，占據(jù)工業(yè)廠房至少80%的市場(chǎng)。但從實(shí)踐來看，對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)廠房，尤其是規(guī)模巨大的廠房，其供暖難度較大，主要原因?yàn)閺S房有很大的跨度，且舉架較高，為了達(dá)到預(yù)期的供暖要求，需要進(jìn)行專項(xiàng)設(shè)計(jì)，以此保證熱能實(shí)際利用率，使廠房室內(nèi)溫度可以始終處在要求范圍內(nèi)，需要通過多方案設(shè)計(jì)并進(jìn)行對(duì)比從中確定一套最佳的方案，從而在保證供暖效果的基礎(chǔ)上，減少?gòu)S房供暖建設(shè)的費(fèi)用。

1 熱負(fù)荷計(jì)算

以某大型鋼結(jié)構(gòu)廠房為例，根據(jù)廠房的設(shè)計(jì)文件和使用要求，其總采暖面積達(dá)到18733.5m2，供暖任務(wù)較重，指定的換熱站可以提供溫度為90℃和70℃的熱水，供暖的管道主要使用焊接鋼管，采用架空的方式進(jìn)行敷設(shè)，總高度在6m左右。如果采用傳統(tǒng)的供暖設(shè)計(jì)方式，則不僅無法滿足實(shí)際的供暖要求，而且還會(huì)造成一定程度的資源與能源浪費(fèi)[1]。因此，需要在保留傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方式優(yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)上，根據(jù)廠房生產(chǎn)要求，對(duì)供暖設(shè)計(jì)進(jìn)行相應(yīng)的改進(jìn)。該廠房的設(shè)計(jì)熱負(fù)荷一般按照建筑體系實(shí)施估算，公式表達(dá)如下：

式（1）中，a表示修正系數(shù)，根據(jù)冬季室外溫度確定，如當(dāng)計(jì)算溫度取-10℃時(shí)，a為1.45；qNV表示熱指標(biāo)，因廠房采用鋼結(jié)構(gòu)，所以該值一般取0.30；tNP表示冬季的室內(nèi)溫度，一般為5℃；V表示建筑體積，單位：m3，用以下公式計(jì)算：

經(jīng)計(jì)算，本廠房總體積為313614m3，代入數(shù)值后對(duì)QN進(jìn)行計(jì)算可得為2.13×106W。

該廠房設(shè)計(jì)選用目前主流的TFD-6-8型輻射散熱器，每片散熱器的有效功率為162W，按照以上計(jì)算得出的熱負(fù)荷，可得出共需要13萬片散熱器。

2 系統(tǒng)選擇與劃分

該廠房選用同程式系統(tǒng)，上供上回式，管道均外露，這種方式能有效節(jié)省地溝，便于檢修，能對(duì)散熱量進(jìn)行充分利用[2]。另外，由于廠房平面面積相對(duì)較大，需要大量的散熱器，所以為達(dá)到良好的供暖效果，應(yīng)將其劃分成兩個(gè)獨(dú)立系統(tǒng)，1#軸設(shè)置3個(gè)環(huán)路，2#軸設(shè)置1個(gè)環(huán)路。

1#軸1#回路各柱間布置2組散熱器，1組共25片，散熱器總數(shù)為2700片，直接落地安裝，并與墻體進(jìn)行可靠固定。

1#軸2#回路各柱間布置4組散熱器，1組共25片，散熱器總數(shù)為5000片，直接落地安裝，并與墻體進(jìn)行可靠固定。

1#軸3#回路各柱間布置2組散熱器，1組共25片，散熱器總數(shù)為2500片，直接落地安裝，并與墻體進(jìn)行可靠固定。

2#軸回路采用小循環(huán)系統(tǒng)，與室外單獨(dú)相接，各柱間布置2組散熱器，1組共25片，散熱器總數(shù)為2000片，直接落地安裝，并與墻體進(jìn)行可靠固定。

共設(shè)置三個(gè)循環(huán)系統(tǒng)，形成并聯(lián)環(huán)路，2#環(huán)路的熱負(fù)荷相比最大，其組合部件如圖1所示，屬最不利管路系統(tǒng)范疇，管道水力采用以下公式計(jì)算：

式（3）中，△P表示管段的總壓力損失，單位：Pa；△Pm表示沿程損失，單位：Pa；△Pi表示局部壓力損失，單位：Pa；△pm表示單位沿程損失，單位：Pa/m；l表示管道總長(zhǎng)度，單位：m；v表示管道中熱媒實(shí)際流速，單位：m/s；ζ表示局部阻力系數(shù)；p 表示熱媒密度，單位：kg/m3。

圖1 2#環(huán)路組合部件示意圖

在選擇具體的管徑時(shí)，主要采用平均比摩阻法進(jìn)行，熱媒流量可以表示為：

式（4）中，G表示熱媒流量，單位：kg/h；c表示熱媒比熱容，取4.18kJ/（kg·℃）；tg取 95℃，th取 70℃。

1#～3#環(huán)路的ζ值分別為10、11和10，1#環(huán)路和2#環(huán)路之間的不平衡率經(jīng)計(jì)算為4.39%，滿足不超過15%的要求；2#環(huán)路和3#環(huán)路之間的不平衡率經(jīng)計(jì)算為9.04%，也能滿足不超過15%的要求。根據(jù)現(xiàn)行技術(shù)規(guī)范的要求，各個(gè)環(huán)路產(chǎn)生的壓力損失應(yīng)控制在15%以內(nèi)。通過有效的計(jì)算與校核，1#軸供暖設(shè)計(jì)所有環(huán)路之間產(chǎn)生的壓力損失都在15%以內(nèi)，環(huán)路能保持平衡，所選管徑科學(xué)合理。1#軸熱媒總流量為52426kg/h，據(jù)此需要選擇DN150管[3]。

除此之外，對(duì)于4#循環(huán)系統(tǒng)，其組合部件和1#環(huán)路基本相同，ζ值為10。由于該系統(tǒng)僅存在1個(gè)環(huán)路，所以無需考慮各個(gè)環(huán)路之間是否能夠達(dá)到平衡，采用平均比摩阻法對(duì)管徑進(jìn)行選定[4]。

3 熱補(bǔ)償計(jì)算

對(duì)于供暖管道，其熱伸長(zhǎng)可采用以下公式計(jì)算：

式（5）中，a表示管材對(duì)應(yīng)的線膨脹系數(shù)，單位：m/m·℃；L表示管道長(zhǎng)度，單位：m；t2表示輸送介質(zhì)實(shí)際溫度，單位：℃；t1表示管道的安裝溫度，單位：℃，一般取5℃；當(dāng)輸送介質(zhì)實(shí)際溫度為95℃時(shí)，管道對(duì)應(yīng)的線膨脹系數(shù)取0.012m/m·℃。將以上數(shù)值代入到式（5）計(jì)算可得供暖管道熱伸長(zhǎng)為1.2L/mm。廠房室內(nèi)各個(gè)角落布置的供暖管道借助管道轉(zhuǎn)角實(shí)現(xiàn)自然補(bǔ)償[5]。

根據(jù)現(xiàn)行技術(shù)規(guī)范，可不采用補(bǔ)償裝置的管道直線段總長(zhǎng)對(duì)工業(yè)建筑而言，應(yīng)達(dá)到42m。按照這一要求，本廠房有3段設(shè)置補(bǔ)償裝置?；诖耍┡艿罒嵘扉L(zhǎng)為50.4mm。根據(jù)這一要求，在對(duì)補(bǔ)償裝置進(jìn)行安裝時(shí)，需要先進(jìn)行冷緊，將冷緊量確定為總伸長(zhǎng)50%，對(duì)于附近的支架，應(yīng)采用導(dǎo)向支架。

4 設(shè)計(jì)補(bǔ)充說明

根據(jù)本設(shè)計(jì)方案確定的各段落管徑，對(duì)于管徑超過32mm的鋼管，應(yīng)采用焊接的方式進(jìn)行連接，而管徑在32mm以內(nèi)的鋼管，則可進(jìn)行絲接。對(duì)變管徑的管道而言，應(yīng)選擇異心變徑，且管道的頂部應(yīng)保持平順。供暖系統(tǒng)的主管閥門主要為鑄鐵閘閥，在支管上布置的閥門主要為流量調(diào)節(jié)閥門與鑄鐵閥門，立管上的閥門應(yīng)選用直徑相同的銅球閥，支管的末端需要設(shè)置可手動(dòng)控制的排氣閥，通過短管和閥門等組件引出到廠房的室外，其總高在1.8m左右。在整個(gè)供暖系統(tǒng)安裝完成以后，應(yīng)按照設(shè)計(jì)規(guī)范的要求進(jìn)行壓水試驗(yàn)，在試驗(yàn)過程中將壓力控制在0.8MPa。試驗(yàn)時(shí)，在達(dá)到要求的壓力以后，應(yīng)保持穩(wěn)壓1h，要求壓力實(shí)際降低不能大于0.05MPa?；?15%工作壓力的實(shí)際工況，保持穩(wěn)壓2h，當(dāng)壓力的實(shí)際降低在0.03MPa以內(nèi)時(shí)，確認(rèn)系統(tǒng)運(yùn)行合格。在廠房室內(nèi)進(jìn)行明裝的管道，以及管道的附屬支架，應(yīng)連續(xù)刷兩道防銹防腐漆，刷完防銹防腐漆后再刷兩道銀粉；在室外布置的供暖管道，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行有效的保溫與保護(hù)，主要采用超細(xì)玻璃棉管殼作為管道的保溫材料[6]。

5 結(jié)束語(yǔ)

采用上述廠房供暖設(shè)計(jì)方案，沿廠房墻體均勻布置散熱器，并采用室內(nèi)自然對(duì)流的方法實(shí)現(xiàn)供暖，借助散熱器對(duì)廠房室內(nèi)空氣進(jìn)行加熱，并保證加熱以后的空氣可以發(fā)生上浮，產(chǎn)生穩(wěn)定的熱空氣對(duì)熱，以此形成穩(wěn)定的空氣對(duì)流，實(shí)現(xiàn)提高室內(nèi)溫度的根本目標(biāo)。當(dāng)廠房生產(chǎn)對(duì)室內(nèi)溫度有很高要求時(shí)，在設(shè)計(jì)過程中可以在室內(nèi)的上層增設(shè)額外的加熱系統(tǒng)，確保熱空氣流能夠不斷向下流動(dòng)和覆蓋，以此確保廠房可以達(dá)到較高溫度。

[1]李潔.淺談主廠房及輸煤系統(tǒng)采暖熱源的選用[J].黑龍江科技信息，2015（06）：28～29.

[2]馬則權(quán)，丁麗，李培智.山東濟(jì)寧某工業(yè)廠房輻射采暖設(shè)計(jì)[J].工程建設(shè)與設(shè)計(jì)，2014（03）：72～73.

[3]張衛(wèi)祥.關(guān)于鋼結(jié)構(gòu)廠房采暖設(shè)計(jì)的分析[J].科技風(fēng)，2013（05）：47.

[4]趙 宇，高 揚(yáng).高大廠房采暖設(shè)計(jì)形式探討[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2012（02）：43.

[5]朱佩璋.工業(yè)廠房高大空間采暖設(shè)計(jì)方案比選[J].山西建筑，2011，37（32）：118～119.

[6]張 冰.大慶油田生產(chǎn)廠房采暖節(jié)能分析[J].科技風(fēng)，2011（03）：120～121.