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        廠房高大空間采暖設(shè)計方案對比分析

        2021-09-18 09:38:06張春光
        商品與質(zhì)量 2021年34期
        關(guān)鍵詞:內(nèi)部空間熱風(fēng)散熱器

        張春光

        山東省人民防空建筑設(shè)計院有限責(zé)任公司 山東濟(jì)南 250000

        隨著時代的發(fā)展,環(huán)境日益惡化,人們對于能源、環(huán)保方面的問題重視度加大,如何才能節(jié)能降耗、減輕污染是人們考慮的首要問題。高大建筑空間內(nèi),冬季采暖是必不可少的組成部分。采暖方式選擇中,需要從人們的舒適性、節(jié)能、空氣質(zhì)量的角度出發(fā)進(jìn)行考慮。普通散熱器采暖,因為熱空氣上升,導(dǎo)致很多熱量存留在高大建筑的頂部空間,下部區(qū)域的熱量比較少,內(nèi)部空間存在溫度梯度,能源浪費(fèi)嚴(yán)重,舒適性比較差,所以并不能應(yīng)用到高大空間采暖使用。當(dāng)前結(jié)合建筑物的形式,高大空間一般會選擇輻射采暖、熱風(fēng)采暖等方式。

        1 工業(yè)廠房高大空間采暖設(shè)備概述

        輻射采暖具體包含電熱輻射采暖、燃?xì)廨椛洳膳瘍煞N。電熱輻射采暖就是通過電能輻射的方式滿足采暖的要求,燃?xì)廨椛洳膳峭ㄟ^燃?xì)庾鳛槟茉催M(jìn)行輻射采暖,其能源節(jié)約量可以達(dá)到30%~60%,成本降低明顯。雖然燃?xì)廨椛洳膳绞叫矢?、成本低,但是日常運(yùn)行中,要加強(qiáng)管理,否則容易引發(fā)嚴(yán)重的泄漏事故。高大建筑物如果選擇傳統(tǒng)散熱器方式進(jìn)行采暖,大跨度空間布置難度較高,不僅導(dǎo)致空間占用較大,還會導(dǎo)致輻射面積小。而高大空間熱風(fēng)采暖設(shè)備通過循環(huán)送風(fēng)的方式,可以快速制冷和制熱,溫度控制精度較高,內(nèi)部空間舒適度好。高大空間使用專業(yè)空調(diào)吊裝屋頂?shù)男问剑茻釙r,利用水或者蒸汽實(shí)現(xiàn)。設(shè)備內(nèi)通入水或空氣,經(jīng)過熱交換器進(jìn)行空氣加熱處理,然后將安裝到頂部的吸風(fēng)式高壓軸流風(fēng)機(jī)強(qiáng)制將制熱空氣循環(huán)下送,而設(shè)備內(nèi)部的空氣泵傳輸方式將其進(jìn)行提壓處理,然后經(jīng)過導(dǎo)流葉片導(dǎo)向,經(jīng)過噴口出來,然后分布到整個內(nèi)部空間中[1]。

        2 工業(yè)廠房高大空間采暖設(shè)計方案比選

        2.1 高大建筑空間輻射采暖方式

        高大建筑空間輻射采暖的方法包含低溫地板輻射采暖、中溫輻射采暖、高溫輻射采暖等幾種,具體選擇哪一種方式,要根據(jù)室內(nèi)的條件來分析選擇。①低溫地板輻射采暖。該方式應(yīng)用之后,室內(nèi)環(huán)境溫度上升速度較快,工作區(qū)域內(nèi)溫度較高,熱量分布均勻性好,且人體和熱輻射表面距離較小,受到輻射的熱量也比較大,人體的舒適性較好。該方式應(yīng)用的是低溫設(shè)備,通常為50~70℃之間,通過余熱或者地?zé)崴梢詫?shí)現(xiàn),節(jié)能環(huán)保性非常好。但是因為地面使用性質(zhì)限制,導(dǎo)致高大廠房有很多設(shè)備的區(qū)域難以使用。②中溫輻射采暖。該方式的采暖應(yīng)用之下,室內(nèi)空間溫度上升速度較慢,溫度升高比較小,室內(nèi)溫度不高,且人體受到的輻射熱比較少,所以舒適性不足。沿著墻壁設(shè)置較多的中溫輻射板,雖然可以快速吸收地面的輻射熱,但是因為傳熱機(jī)理的影響,導(dǎo)致熱舒適感不足。③高溫輻射采暖。溫度在500℃以上,通常會選擇應(yīng)用熱氣體作為媒介,因為輻射溫度較高,所以人體吸收的輻射熱也比較多,地面、設(shè)備、墻壁等吸收輻射量增多,溫度上升明顯。從傳熱機(jī)理的角度出發(fā),室內(nèi)空氣溫度升高較快,所以熱舒適感要明顯優(yōu)于中溫輻射采暖,且節(jié)能性較好。因為高溫輻射采暖中,熱媒介的溫度較高,所以輻射管背部保溫措施的應(yīng)用可以減少熱量流失,需要加強(qiáng)控制。同時燃煤熱風(fēng)爐可以作為熱源轉(zhuǎn)換應(yīng)用,從環(huán)保方面出發(fā)是不可行的。

        2.2 高大建筑空間熱風(fēng)采暖方式

        熱風(fēng)采暖是應(yīng)用暖風(fēng)機(jī)把加熱后的空氣傳輸?shù)绞覂?nèi)空間,在工作區(qū)域內(nèi)會形成空氣環(huán)流,保證內(nèi)部空間熱量分布達(dá)到均勻性的要求。高大空間采暖機(jī)組,通常較為暖風(fēng)機(jī),是熱風(fēng)供暖系統(tǒng)的重要設(shè)備之一。該設(shè)備包含高壓頭風(fēng)機(jī)、高效換熱器、旋流送風(fēng)口等部件,將其安裝到廠房頂部,利用風(fēng)機(jī)循環(huán)內(nèi)部空間,然后將換熱器內(nèi)熱水的熱量以暖風(fēng)的方式送入到各個采暖空間中,效率高,效果好,可見圖1。對流散熱可以接近于100%,溫度上升的速度比較快,可以保證底部空間的溫度滿足要求,且經(jīng)濟(jì)性好。高大采暖機(jī)組的主要優(yōu)勢就是可以把熱水內(nèi)的熱量和自然上升的熱空氣強(qiáng)制均勻、舒緩地傳輸?shù)饺祟惢顒拥牡撞靠臻g,避免出現(xiàn)內(nèi)部空間熱量分布不均勻的情況。該方式的主要優(yōu)勢就是熱功率較大,作用高度比較大,覆蓋范圍比較廣,送風(fēng)靈活性好,可以隨時調(diào)節(jié)送風(fēng)狀態(tài),確保內(nèi)部舒適度。對于無法安裝大型散熱器的高大廠房空間,采取該裝置效果較好,見圖1。

        圖1 高大空間采暖機(jī)組和散熱器的散熱示意圖

        值班溫度可以達(dá)到5℃左右,而高大空間采暖機(jī)組運(yùn)行中,工作環(huán)境中的溫度可以快速從5℃上升到16℃,非工作時間保持關(guān)閉狀態(tài),防止發(fā)生能源浪費(fèi)的問題。

        一般情況下,熱風(fēng)采暖系統(tǒng)內(nèi)要安裝一臺或者多臺暖風(fēng)機(jī),通過送風(fēng)口把熱風(fēng)直接傳輸?shù)焦ぷ鲄^(qū)域內(nèi),因為集中送風(fēng),所以溫度上升較快,且均勻性好,人體會有強(qiáng)烈的吹風(fēng)感受,且因為熱氣流上升,建筑頂部流失的熱量會比較多。為了能夠解決這一問題,在設(shè)計中應(yīng)用了橫向熱風(fēng)幕分層采暖系統(tǒng)方式,通過橫向噴射熱氣流的方式形成空氣幕,然后在內(nèi)部空間沿著高度方向分隔為下部工作區(qū)、上部非工作區(qū),因為送風(fēng)溫度要比普通熱風(fēng)采暖低,且送風(fēng)量比較大,所以可以減少工作區(qū)內(nèi)熱氣流向上升,豎直方向并不存在較大的溫度梯度。經(jīng)過設(shè)計方案的仿真模擬,現(xiàn)場調(diào)試檢測,發(fā)現(xiàn)高大建筑內(nèi)部空間應(yīng)用這一采暖方式的舒適性較好,且比傳統(tǒng)采暖方式能源節(jié)約可達(dá)40%以上[2]。高大廠房空間內(nèi),和高溫輻射采暖方式對比分析,熱風(fēng)幕分層采暖方法的溫度升高速度快,溫度分布比較好,且熱風(fēng)幕具備一定的阻隔效果,降低的熱氣流上升速度,還能夠防止產(chǎn)生嚴(yán)重的熱量損失,節(jié)能、舒適、安全是其主要特性。廠房內(nèi)存在一定的有害性物質(zhì),或者分布著較多的粉塵等顆粒物,容易導(dǎo)致空氣質(zhì)量變差。要想徹底解決這一問題,可以在廠房內(nèi)布置雙層熱風(fēng)幕的形式,上層熱風(fēng)幕直接抽取室內(nèi)空氣,進(jìn)行凈化性處理,可以加熱噴射。下層熱風(fēng)幕需要從室外抽取新鮮空氣,并且加熱噴射出去,促進(jìn)工作區(qū)域內(nèi)空氣質(zhì)量改善。

        3 具體工程應(yīng)用分析

        3.1 供熱負(fù)荷計算

        某采暖工程項目中,熱負(fù)荷數(shù)據(jù)為供暖系統(tǒng)設(shè)計的主要數(shù)據(jù),對于供暖方案選擇、管道直徑、末端設(shè)備選擇有著重要的作用,也會給系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性產(chǎn)生影響。因此,需要準(zhǔn)確計算工廠內(nèi)熱負(fù)荷數(shù)據(jù)。廠房設(shè)計中,供暖熱負(fù)荷的確定要從下述幾個方面出發(fā)計算分析:①外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的基本耗熱量、附加熱耗量,主要指的是外墻、外門、屋面、地面等;②門窗縫隙所產(chǎn)生的冷風(fēng)滲透的熱消耗量;③單層廠房的大門開啟時產(chǎn)生的熱消耗量;④其他方式所產(chǎn)生的散熱量。對于本次工程案例來說,前三種是主要的散熱方式,其他因素給室內(nèi)空間熱量的影響比較小,可以忽略不計。因為工業(yè)廠房建筑內(nèi)部空間高度較高,室內(nèi)外的溫差還是比較大的,冷風(fēng)滲透量也比較大,所以不能應(yīng)用縫隙法計算,可以通過換氣法進(jìn)行計算。車間內(nèi)的大門位置上設(shè)置風(fēng)幕,所以開啟沖入的冷風(fēng)消耗量計算,只是根據(jù)部分小門的冷風(fēng)侵入耗熱量計算。分析該建筑具體情況,熱負(fù)荷計算要從三面外墻、地面、屋面等方面計算,具體結(jié)果可見表1。

        表1 車間的熱負(fù)荷計算數(shù)據(jù)

        3.2 系統(tǒng)設(shè)計

        熱負(fù)荷計算完成后,還要選擇供暖系統(tǒng)形式。廠房鍋爐房的作用就是提供熱水完成供暖,供回水溫度為85℃/60℃,因此,應(yīng)用的是散熱器采暖系統(tǒng)聯(lián)合高大空間采暖機(jī)組以達(dá)到供暖要求。分析圖2可以發(fā)現(xiàn),該廠房內(nèi)跨度尺寸較大、空間大、隔墻少,并未有可以設(shè)置散熱器的空間。供暖系統(tǒng)設(shè)計環(huán)節(jié),散熱器應(yīng)用的是散熱量很大的高頻焊管螺旋翅片管散熱器,南北墻的柱間都設(shè)置了散熱器,數(shù)量比較多,東外墻外門比較多,并不能設(shè)置散熱器,大門位置上設(shè)置落地式側(cè)吹風(fēng)幕[3]。計算確定,散熱器總散熱量為1284kW。因此,散熱器承擔(dān)總熱負(fù)荷的34.6%,其他的65.4%是高大空間采暖機(jī)組提供,散熱量為2428kW。按照國家標(biāo)準(zhǔn),考慮到設(shè)備間距、散熱環(huán)境、安裝高度等要素,最終確定高大采暖機(jī)組數(shù)量為39臺,可見圖2,具體設(shè)備見表2。

        表2 高大空間采暖機(jī)組選型參數(shù)

        圖2 某廠房散熱器與高大采暖機(jī)組布置剖面圖

        因為散熱器與高大空間采暖機(jī)組設(shè)備壓差較大,所以分開設(shè)置兩套水系統(tǒng),讓兩個系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)獨(dú)立運(yùn)行。散熱器熱水系統(tǒng)可以保證非工作時間內(nèi)的環(huán)境溫度,打開高大空間采暖機(jī)組,水系統(tǒng)可以保持室內(nèi)空間的舒適度,且可以分區(qū)域進(jìn)行控制,避免無人區(qū)域存在能源浪費(fèi)[4]。此時要注意,高大空間采暖機(jī)組的供暖水系統(tǒng)和風(fēng)機(jī)盤管制熱運(yùn)行中,和水系統(tǒng)原理是相似的,管徑按照空調(diào)水系統(tǒng)制熱條件下的公式計算確定,所以管路水系統(tǒng)比摩阻不能超過100~300Pa/m。該系統(tǒng)和以往的空調(diào)水系統(tǒng)有差異,即只完成供熱,并不需要布置冷凝水管道。

        4 結(jié)語

        經(jīng)過上文的分析,結(jié)合相同類型廠房經(jīng)驗,總結(jié)出如下結(jié)論:①高大廠房熱負(fù)荷計算環(huán)節(jié),重點(diǎn)分析冷風(fēng)滲透影響,該部分熱量占比較大。準(zhǔn)確計算熱負(fù)荷,對廠房舒適度影響較大。②對于高大空間采暖來說,選擇合適散熱器裝置和高大空間采暖機(jī)組聯(lián)合,供暖效果比較好,設(shè)計施工也非常得方便,且可以達(dá)到區(qū)域化管理的要求。③散熱器與高大空間采暖機(jī)組設(shè)備末端阻力差距大,所以系統(tǒng)分開設(shè)置,在高大空間采暖機(jī)組管徑設(shè)計環(huán)節(jié),根據(jù)空調(diào)水系統(tǒng)制熱公式展開計算。此外,在高大空間采暖機(jī)組選擇環(huán)節(jié),對比市場供應(yīng)產(chǎn)品,確定合適的設(shè)計方案,如果設(shè)備選擇不當(dāng),必然會導(dǎo)致熱風(fēng)供應(yīng)不足,影響供暖效果。因此,在廠房高大空間采暖設(shè)計環(huán)節(jié),要做好方案對比,綜合考慮各個要素,以促進(jìn)采暖效果的提升,滿足當(dāng)前廠房供暖需要。

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