摘要： 高大廠房建筑因體量大造成溫度梯度大、溫度分布不均勻，這一問題長(zhǎng)期困擾著設(shè)計(jì)人員。燃?xì)饧t外線輻射采暖技術(shù)是從國(guó)外引進(jìn)的一種新興技術(shù)，對(duì)解決這個(gè)問題很有幫助。本文闡述了燃?xì)饧t外線輻射采暖的原理，分析了輻射采暖方式的特點(diǎn)，并用實(shí)例介紹了這種采暖方式的設(shè)計(jì)方法。
關(guān)鍵詞： 定檢機(jī)庫 天然氣 紅外線 輻射采暖 節(jié)能
1 引言
我國(guó)的天然氣資源非常豐富，隨著國(guó)家能源戰(zhàn)略的轉(zhuǎn)移和勘探開采技術(shù)的不斷發(fā)展，近年來在我國(guó)西部探明并成功開發(fā)了一批優(yōu)質(zhì)天然氣田，現(xiàn)已形成塔里木、柴達(dá)木、陜甘寧和川渝4個(gè)國(guó)家級(jí)的天然氣田，已經(jīng)具備了天然氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)和條件。據(jù)悉，天然氣作為一種清潔高效的能源和優(yōu)質(zhì)化工原料，在全世界能源結(jié)構(gòu)中所占的比例已達(dá)24％，而在我國(guó)，目前天然氣在能源結(jié)構(gòu)中所占的比例只有2.2％。據(jù)中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司副總經(jīng)理鄭虎在2000中國(guó)國(guó)際石油天然氣會(huì)議新聞發(fā)布會(huì)上透露，我國(guó)已將天然氣開發(fā)和利用作為21世紀(jì)初能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化和石油工業(yè)產(chǎn)業(yè)升級(jí)的重點(diǎn)，爭(zhēng)取用十年左右的時(shí)間，使天然氣在中國(guó)能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中的比重由目前的2.2％提高到8％左右, 隨著新疆塔里木全國(guó)最大的天然氣田的誕生及西氣東輸工程的實(shí)施，連同開發(fā)海上石油天然氣和利用國(guó)外天然氣在內(nèi)，到2010年將有望實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)[1]。勿庸置疑，在國(guó)家大力發(fā)展天然氣工業(yè)的形勢(shì)下，天然氣作為清潔能源在工業(yè)生產(chǎn)和國(guó)民生活的能源消費(fèi)中所占比例將越來越大。在這種情況下，如何響應(yīng)國(guó)家政策，更好地推廣天然氣在暖通空調(diào)業(yè)的應(yīng)用的問題，是擺在業(yè)內(nèi)人士尤其是暖通空調(diào)設(shè)備制造廠家、銷售商家和設(shè)計(jì)人員面前的一個(gè)課題。本文結(jié)合工程實(shí)例對(duì)燃?xì)饧t外線輻射采暖技術(shù)及其應(yīng)用作一個(gè)簡(jiǎn)要介紹。
2 燃?xì)饧t外線輻射采暖技術(shù)特點(diǎn)分析
燃?xì)饧t外線輻射采暖技術(shù)是一種低強(qiáng)度遠(yuǎn)紅外輻射采暖技術(shù)，以其均勻舒適的供暖性能、高效節(jié)能的運(yùn)轉(zhuǎn)方式、保護(hù)環(huán)境和安裝方便的優(yōu)良特性在大空間建筑采暖方面?zhèn)涫芮嗖A。
2.1 基本原理
燃?xì)饧t外線輻射采暖系統(tǒng)由一個(gè)或多個(gè)獨(dú)立的真空系統(tǒng)組成。每個(gè)真空系統(tǒng)包括一臺(tái)真空泵、控制系統(tǒng)、一定數(shù)量的發(fā)生器和熱交換器。系統(tǒng)的熱交換器由100mm直徑的鋼管連接而成的管路及覆蓋在其上方的高效鋁合金反射板構(gòu)成，如圖1所示。
圖1 燃?xì)饧t外線輻射采暖系統(tǒng)示意圖
該系統(tǒng)采用天燃?xì)狻⒁夯蜌饣蛎簹獾葰怏w作熱源，經(jīng)發(fā)生器燃燒后，加熱發(fā)生器中的空氣，借助于離心風(fēng)機(jī)或真空泵的作用，將加熱后空氣及燃燒后的產(chǎn)物輸送到輻射管內(nèi)，加熱輻射管至一定溫度，輻射管產(chǎn)生遠(yuǎn)紅外線，向外傳遞熱量。該系統(tǒng)是根據(jù)太陽加熱地球表面的原理設(shè)計(jì)制造的，太陽向地球供給能量的電磁波譜分析結(jié)論顯示：波長(zhǎng)10-8微米（μ）以下的為宇宙射線，波長(zhǎng)在5×108μ以上的為聲能電波，熱能輻射波的波長(zhǎng)范圍主要在2-10μ之間。該系統(tǒng)能模擬太陽產(chǎn)生出只對(duì)被輻射物加熱而對(duì)傳導(dǎo)介質(zhì)（空氣）不加熱的那一段熱能輻射波（波長(zhǎng)2-12μ）。所以該系統(tǒng)的直接供暖對(duì)象不是采暖空間中的空氣，而是取暖目的物：空間內(nèi)的工作人員、設(shè)備工具等。這些取暖目的物按照其自身的物理化學(xué)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)吸收并儲(chǔ)存接收的熱能，然后通過其接觸空氣的表面向采暖空間內(nèi)的空氣傳遞熱量，從而較好地解決了一直困繞暖通技術(shù)界的各種軍事、民用庫房等高大空間采暖的難題。
2.2 技術(shù)特性
2.2.1 高效節(jié)能 該采暖系統(tǒng)產(chǎn)生的遠(yuǎn)紅外線直接加熱地面、設(shè)備、人體，被加熱體吸熱后變?yōu)閮?chǔ)能裝置再次向空間放熱，這就使被加熱體溫度高于周圍空氣溫度，同時(shí)使室內(nèi)空氣下層溫度與上層溫度接近。而采用對(duì)流原理的供暖系統(tǒng)是直接加熱空氣，由于熱氣上浮形成室內(nèi)空氣上層溫度明顯高于下層溫度，造成大量的熱量通過天花板及外墻散失，增加了能源消耗，兩者相比，采用燃?xì)饧t外線輻射采暖技術(shù)可節(jié)約能源達(dá)30%以上。下圖為兩種供暖方式的溫度分布的對(duì)比。其中圖2是對(duì)流供暖方式的溫度分布示意圖，圖3是紅外輻射供暖的溫度分布示意圖。
圖2 對(duì)流供暖方式的溫度分布示意圖 圖3 紅外輻射供暖的溫度分布示意圖
2.2.2 安全舒適 采用無名火采暖，系統(tǒng)帶有多項(xiàng)互檢安全措施，可以100%的保證安全。遠(yuǎn)紅外線大部分被地表吸收，人體足部溫度高于身體溫度，且遠(yuǎn)紅外供暖無空氣流動(dòng)，不會(huì)形成灰塵及懸浮粒子在空氣中飄揚(yáng)，使供暖區(qū)間潔凈無灰塵，非常舒適。
2.2.3 運(yùn)行經(jīng)濟(jì) 可實(shí)現(xiàn)定時(shí)、定向、定區(qū)域供熱，自動(dòng)控制，消除熱媒遠(yuǎn)程輸送及開機(jī)預(yù)熱造成的能源浪費(fèi)。
2.2.4 操作簡(jiǎn)便 可以設(shè)定溫度或時(shí)間進(jìn)行自控，也可由工作人員手控，只須輕觸控制開關(guān)即可實(shí)現(xiàn)開機(jī)關(guān)機(jī)。
3 工程實(shí)例
3.1 工程概況
空軍某機(jī)場(chǎng)定檢機(jī)庫建于二十世紀(jì)七十年代，位于魯西南某縣，機(jī)庫長(zhǎng)52米，寬42米，屋脊高15.3米，屋檐高8米，建筑面積2184 m2，建筑物體積25450m3。機(jī)庫兩側(cè)有耳房12間，層高3.6米，建筑面積600 m2。機(jī)庫內(nèi)原有以蒸汽為熱媒的熱風(fēng)采暖系統(tǒng)，因使用效果不好而廢棄多年，熱風(fēng)系統(tǒng)已銹蝕殆盡，蒸汽鍋爐設(shè)備早已拆除。耳房無采暖設(shè)備。場(chǎng)區(qū)現(xiàn)有采暖熱水鍋爐設(shè)備為其它建筑供暖，負(fù)荷余量?jī)H夠耳房使用。現(xiàn)定檢機(jī)庫及耳房要整修使用，需要重新設(shè)計(jì)安裝新的采暖系統(tǒng)。經(jīng)計(jì)算，定檢機(jī)庫熱負(fù)荷為263Kw,耳房熱負(fù)荷為42Kw.
3.2 設(shè)計(jì)參數(shù)
冬季室外設(shè)計(jì)溫度：-6℃
機(jī)庫室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度：16℃
耳房室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度：18℃
3.3 方案選擇
機(jī)庫面積大，高度高，為典型的大體量廠房建筑，原有的熱風(fēng)采暖系統(tǒng)的熱媒是由鍋爐房產(chǎn)生蒸汽，經(jīng)室外熱網(wǎng)進(jìn)入室內(nèi)，再通過散熱器以空氣對(duì)流方式加熱被加熱物，其無效熱損失較大且無法迅速加熱工作區(qū)，系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)整個(gè)建筑內(nèi)空氣溫度均會(huì)升高，在豎向方向上越向上越高，因此向室外散熱量較大，使用單位反映采暖效果既不理想又浪費(fèi)能源。針對(duì)機(jī)庫使用具有間歇性，使用時(shí)要求升溫迅速，而且只需保障工作區(qū)溫度的特點(diǎn)，綜合考慮工程的安全性、經(jīng)濟(jì)性及運(yùn)行效果，機(jī)庫供暖設(shè)計(jì)采用了燃?xì)饧t外線輻射采暖技術(shù)：在機(jī)庫吊頂下懸掛安裝柔強(qiáng)輻射采暖系統(tǒng)，在機(jī)庫外耳房?jī)?nèi)設(shè)液化石油氣配氣站。
耳房為一般單層建筑，設(shè)常規(guī)散熱器，室內(nèi)采暖管道架空敷設(shè)，上供上回，利用場(chǎng)區(qū)現(xiàn)有鍋爐房提供的95/70℃熱水進(jìn)行采暖。
3.4 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
機(jī)庫內(nèi)8米高處有鋼網(wǎng)吊頂，考慮到飛機(jī)檢修高度，將輻射采暖器用吊架懸掛安裝于吊頂下7.5米高處，符合燃?xì)饧t外線輻射器安裝高度不應(yīng)低于3米的規(guī)定。燃?xì)饧t外線輻射器用于全面采暖時(shí)，建筑維護(hù)結(jié)構(gòu)的耗熱量可不計(jì)算高度附加，并在此基礎(chǔ)上乘以0.8-0.9的修正系數(shù)[2]，此處取0.8，根據(jù)使用手冊(cè)，系統(tǒng)安裝高度超過6米時(shí)，每增高0.3米，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)熱負(fù)荷需增加1%，所以高度修正系數(shù)為1.05，計(jì)算得機(jī)庫實(shí)際采暖熱負(fù)荷為220Kw,選用六套輻射采暖器（平面布置見圖3），每套功率35Kw. 采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范[2]規(guī)定燃?xì)饧t外線輻射采暖系統(tǒng)的尾氣應(yīng)排至室外，排風(fēng)口應(yīng)設(shè)在人員不經(jīng)常通行的地方，距地面高度不低于2.0米且伸出墻面不少于0.5米，所以燃燒廢氣就近由接管穿墻排至室外即符合要求。該系統(tǒng)安裝使用后，機(jī)庫內(nèi)溫度分布得到明顯改善。為了同原有的對(duì)流供熱方式做一個(gè)對(duì)比，作者采集了兩種供熱方式庫房?jī)?nèi)工作區(qū)域相同高度的溫度，模擬出不同高度的溫度分布曲線，如圖4是對(duì)流供熱不同高度溫度分布曲線，如圖5為是燃?xì)饧t外線輻射供熱方式的分布曲線。為了驗(yàn)證采用紅外輻射供暖后庫房?jī)?nèi)溫度分布的均勻性，作者采集了工作區(qū)域的某一端面的溫度，用計(jì)算機(jī)模擬出該端面的溫度場(chǎng)分布圖，圖6是該橫截面的溫度分布圖，圖中曲線是該橫截面的上的溫度場(chǎng)分布，箭頭所指的方向是等溫線逐漸增大的方向。從圖可看到該區(qū)域溫度分布均勻，從實(shí)際運(yùn)用來看部隊(duì)反映效果良好。達(dá)到了預(yù)期的目的。
圖三 燃?xì)饧t外線輻射采暖系統(tǒng)平面布置圖
圖4 對(duì)流采暖方式不同高度溫度分布曲線
圖5 燃?xì)饧t外線輻射采暖方式的分布曲線
圖6 庫房?jī)?nèi)橫截面的溫度分布圖
4 結(jié)束語
4.1 燃?xì)饧t外線輻射采暖技術(shù)成功解決了大空間內(nèi)溫度分布不合理的問題，較對(duì)流采暖方式節(jié)約能源30%以上。
4.2 燃?xì)饧t外線輻射采暖技術(shù)廣泛適用于民用及軍用機(jī)庫、各類大型制造裝配車間、超市、體育館及花卉、蔬菜等農(nóng)業(yè)溫室、溫棚。
4.3 燃?xì)饧t外線輻射采暖系統(tǒng)現(xiàn)在全部設(shè)備完全進(jìn)口，造價(jià)較高，在一定程度上限制了推廣應(yīng)用，據(jù)悉，設(shè)備國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程正在加緊進(jìn)行當(dāng)中，預(yù)計(jì)不久的將來，大部分設(shè)備國(guó)產(chǎn)化之后，價(jià)格將會(huì)大幅度降低，將會(huì)具有廣泛的應(yīng)用前景。
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