高大工业厂房采暖方案分析

摘要：通过对某高大工业厂房采暖方案的分析探讨，从采暖原理角度理解各 采暖方案的优缺点，对高大工业厂房采暖设计选择更合理的方案。关键字：高大厂房 散热器采暖燃气红外线辐射采暖 垂直送风型暖风机采 暖随着国民经济水平的提高，工业技术的不断更新，国家对职业劳动健康的重 视，以及人们对工作环境舒适性的要求日益提高，高大工业厂房冬季室内温度的 要求也逐步提高。同时，现今越来越多的采暖方式也给我们设计带来了多种选择， 如何合理设计采暖方案就成为专业内部的一个研究重点。高大工业厂房采暖不同 于普通厂房采暖，其内部厂房净高较高，存在温度梯度的情况，而由于各种采暖 方式原理不同，对应室内空气温度梯度差值也较大。温度梯度较大的场合，能源 浪费情况就更明显。有必要对各种采暖方式进行分析，便于在设计中采用合理的 采暖方案。本文以某工业厂房高大车间为例，具体分析：散热器采暖系统、燃气红外线 辐射采暖、散热器+暖风机侧吹、垂直送风型暖风机采暖，这几种采暖方式的优 缺点。便于我们后期在设计中，有针对性的采取相应的采暖方案。本厂房位于陕西省西安市，总建筑面积6345.49m2,高大厂房区域建筑面积 5325m2，高度为12.5米，南北长60m,东西长96m。厂房生产工艺为大型筑路设 备装配工艺，厂房内设10t吊车，吊车梁高度9米。厂房两端设5mx5m的卷帘门 供产品出入。厂房建筑设计符合工业建筑节能设计统一标准 GB 51245-2017 外墙采用岩棉保温夹芯板，传热系数为0.7w/m2.k,外窗采用断桥铝合金窗 （6+12+6），传热系数为2.4 w/m2.k，屋面采用岩棉保温夹芯板，传热系数为 0.5w/m2.k。该厂房无局部排风设备，仅设全面排风，换气次数1.5次/h,全面 排风间歇开启，计算采暖负荷按系统排风量1/3考虑。工作区冬季室内设计温度 为16C厂房具体布局如下图（图1）。经负荷计算，该厂房冬季总热负荷为522kW,其中围护结构耗热量为190kW, 厂房外门开启时的耗热量为30kW，通风及其他耗热量为302kW。下面我们就就该 厂房冬季采暖方式做简单讨论。1.散热器采暖方式散热器采用四柱铸铁散热器，单片标准散热量取134w，每组20片，需设置196 组，考虑出入口，设备布置等，厂房外墙可布置 66 组散热器，本厂房需布置3 层散热器，分别布置于各层外窗窗台下部。该方案设各计参数满足设计要求， 成本造价较低，工艺成熟，但由于第二、三层散热器布置高度较高，由于热空气 上浮聚集在屋顶，存在实际使用有效利用率不高的情况，同时厂房中部无法布置 散热器，中央工作区温度偏低。1.散热器+暖风机侧吹采暖方式散热器考虑负担值班采暖所需热负荷，热负荷不足部分均由暖风机考虑。值班采暖散热器采用四柱铸铁散热器，单片标准散热量取134w，每组20片，需设 置66组，单层布置于厂房外墙边，暖风机布置于结构柱边，安装高度+5.00m， 单台暖风机散热量为18kW，共设置22台。该方案设各计参数满足设计要求，经 过暖风机射流送出，可缓解通过自然对流散热造成冷热不均匀的现象，工作区域 温度较为均匀，但机械循环加剧了温度梯度的效果，大量热空气上浮聚集在屋顶 造成浪费。同时暖风机运行也会带来噪音以及风机转动引起的飞尘现象。1.垂直送风型暖风机采暖方式根据本项目厂房布局，垂直送风型式暖风机采用单台散热量50kW，共设12 台机组满足工艺需求。垂直送风型式暖风机吊装于建筑屋面下部，暖风机采用热 水作为热媒，通过机组将热风竖直向下吹送至地面，由于热风从屋顶下部吹出， 可回收部分温度梯度产生的顶部余热，有效改善厂房温度梯度的情况。但由于送 风距离较远，风速较高，实际运行风机能耗偏大，并应考虑噪音的影响。1.燃气红外线辐射采暖方式燃气红外发生器设置于沿厂房长边的外墙边，中部沿柱设置，燃气红外发生 器单台散热量为25kW，共设置22台。车间内需引入天然气管线。燃气红外线辐 射采暖垂直温度梯度小，水平方向温度均匀，人体热舒适性较好，且可根据工作 情况灵活开启。但因为辐射管的温度相对较高，表面温度最高达到500度，对于 物体距离辐射管的最小距离有一定的要求，需考虑辐射温度不同对生产设备的影 响，避免因温度辐射对生产设备造成影响。同时燃气发生器安装于厂房内部，燃 烧后 CO 、CO 会有泄露风险，对厂房通风设施有一定要求。2通过以上四种采暖方案的分析，由于采暖原理上的差异，散热器采暖方式以 及散热器+暖风机侧吹采暖方式，这种靠自然对流放热为主的供暖方式造成上下 温度梯度大，达0.51.0C/m，使房顶下空气温度高达30C左右，这部分温度 无法利用，造成一定程度的浪费。垂直送风型式暖风机由于回收了部分顶部余热 一定程度上减小了温度梯度的影响。而燃气红外线辐射采暖系统，它模仿太阳辐 射地球的原理，通过红外线辐射，对辐射到的区域直接加热，并通过二次辐射加 热四周的其它物体，这种采暖方式,房间底层温度高，工作环境温暖舒适、热有 效利用率高，这种热能的传递方式较好地解决了高大空间建筑采暖的特殊性问题对于高大工业厂房，在没有危险物品生产、储存，没有防爆要求的，且通风 良好的厂房，燃气红外线辐射采暖系统在采暖体感、运行节能方面效果显著。伴 随着厂房高度的提高，这种优势更加明显。对于本例，由于厂房内部有一定的通风要求，通风耗热量为302kW,占总耗 热量57.9%，对于散热器采暖系统，需设置三排散热器，造成上排散热器的安装 位置加剧了温度梯度，同时本项目厂房由于进深较大(60m)，散热器无法在中 间区域布置，水平温度不均匀的现象也比较严重。显然，本项目较为适合燃气红 外发生器采暖系统。但若本厂房自身对于通风没有较强需求，同时厂房本身进深较小，单排散热 器也能满足设计要求。而对于采暖均匀性要求较高，且无天然气引入条件，对室 内空气环境要求较高的厂房，垂直送风型式暖风机或许是更合适的选择。参考文献1.陆耀庆实用供热空调设计手册 中国建筑工业出版社2.许居鹓 机械工业采暖通风与空调设计手册 同济大学出版社3.辛峰，杨燕慧，杨德福.高大空间分层供暖室内气流的数值模拟研究J. 建筑节能, 2009(04):25-27.