高大工业厂房采暖方案分析

高大工业厂房采暖方案分析

董欣

西安航天神舟建筑设计院有限公司，陕西西安， 710025

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16^oC，厂房具体布局如下图（图1）。

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。

2. 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。

3. 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。

4. 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CO₂、CO会有泄露风险，对厂房通风设施有一定要求。

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0.5～1.0℃/m，使房顶下空气温度高达30℃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.