大空間廠房熱風采暖系統設計

東北大學機械工程與自動化學院  

摘要：介紹沈陽田牌制衣有限公司廠房，以高效節能熱風爐為核心的熱風采暖系統的設計方法。使用該系統采暖不僅能夠滿足大空間輕鋼結構廠房的采暖需求，而且大大節省了初投資，運行費用和水資源。該系統屬無水采暖系統。

關鍵詞   大空間廠房   高效節能熱風爐  無水采暖  設計

Hot-Wind Heating System Design for   Spacious Workshops

Abstract   This paper introduces the design of hot-wind heating system in Shenyang Tian Pai clothes Making CompanyLtd .With efficient ,enengy-saving hot-wind furnace as its core,the system can satisfy heating requirement of large space of light-steel structure as well as save the initial investment,operation expenses and water resources.

Keywords    large space,  efficient,  energy-saving hot-water furnace,

heating without water,  design

引  言東大THGR燃氣熱風爐東大THGR燃氣熱風爐東大THGR燃氣熱風爐東大THGR燃氣熱風爐東大THGR燃氣熱風爐

干燥機干燥機干燥機干燥機干燥機 

沈陽市田牌制衣有限公司是遼寧成大集團控股企業，一九九九年春在沈陽市虎石鎮投資建廠。占地約80畝，建筑面積11000平方米，其中主廠房長126米，寬36米，高7米，局部為二層，zui寬處為54米的凹字型建筑，該建筑為輕鋼結構，另有一處3200平方面米的職工宿舍及食堂，該建筑為磚混結構，該工廠為手動針織機羊絨衣編織廠，車間溫度要求冬季18℃以上。

1. 大空間廠房采暖方案的比較

本工程中廠房獲得熱量只有后序工藝，熨燙部分有設備發熱，其次為照明發熱和操作工人人體發熱，由于都是手動編織機，因此廠房內主要設備發熱量很少。廠房對室內通風沒有特殊要求，冬季能保證18℃以上既可。所以原設計選用三種采暖方式：*種為暖氣采暖；第二種為傳統的空調采暖；第三種為暖氣加暖風補償采暖。

1. 暖氣采暖

暖氣采暖是傳統的安全的運行可靠的采暖方式，由于本工程為輕鋼構，且跨度大，所以暖氣片不好布置，只有靠墻裙擺放，這樣暖氣片擺放數量有限，既使能擺下，暖氣片散熱也很難保證空間達到設計溫度。

1. 傳統的空調采暖

空調采暖雖然能保證室內采暖的溫度要求，但管道、設備投資過大，廠方予以否定。

1. 暖氣加暖風補償采暖

這種采暖方式雖然也能達到采暖設計要求，但室內要掛許多暖風機，這樣就使整個系統更加復雜，管理難度加大，維修困難。

以上三種采暖方式對達到設計溫度要求有一個共同的難點就是初期投資費用大，且都需要用水進行換熱，這樣就都有水處理系統，且要求有既能滿足生活用水，又要滿足鍋爐用水的水源。在這種情況下，我們提出了第四種采暖工程解決方案。

1. 工程設計

本工程廠房長度方向21個軸，間距6米，沿寬度方向9個軸，間距6米，要求工作區域，環境溫度18℃以上。

1. 氣流組織和設備的確定

由于工廠的生產工藝，對空氣的流動沒有特殊要求，只要能滿足室內環境溫度18℃既可，這樣我們根據這一要求及熱空氣向上漂浮的特點，我們設計采用距地0.5米處設出風口，間距為5米一個。空氣強制對流混合加熱以達到熱平衡。空氣對空氣的加熱利用率可達*。

1. 噴風口設計計算（見圖一）

采暖工程噴風口設計主要根據采暖總面積而定，新開發的高效熱風采暖系統中，每個噴風口采暖面積約為90平方米，噴風口設計采暖熱量量為120Kcal/m²/h，噴風口流速為12m/s，噴吹zui遠距離約為6米，根據公式Q=L×C_h×Δt

L為噴風口氣體流量

C_h為噴風口氣體比熱

Δt為噴風口的溫度

Q為噴風口的氣體熱量

及以上條件計算得出Q=10800大卡/小時；L=288立方米/小時；zui終計算出噴風口的口徑為Φ92，通常情況采用Φ89圓管或80×80方管。

1. 鍋爐房設計

鍋爐房位于主廠房旁邊的單層建筑內同時配有風機房。

由于工藝上的要求，我們突破原有的設計理論及思想，大膽采用新的采暖設備及配套工藝，在新的采暖設計理念指導下我們選用了東北大學開發的高效節能熱風爐為采暖熱源。并與一臺調速風機為配套。

1. 高效節能熱風爐（見圖二）

高效節能熱風爐是一種新型的間接的空氣加熱設備，zui突出的特點是采用了更為合理輻射和傳導的熱交換結構，具體體現在以下幾個方面：

3.1.1.高效節能熱風爐采用了更為合理的冷風分布室及煙氣收集室。

根據流體力學中的氣體運動特性和傳熱學中熱交換原理，冷風分布室和煙氣收集室在結構上，采用了阿基米德螺線的漸開方式，形成冷空氣和煙氣在熱交換時均勻的分布，以達到單位面積*的換熱效果。

3.1.2.高效節能熱風爐有相對結構小，換熱面積大的特點。

根據傳熱學中氣體與氣體熱交換原理，高效節能熱風爐在氣氣換熱機構上采用逆流多層熱交換形式，并且加熱氣體與被加熱氣體的流速更為合理，同時把通常所謂的省煤器集于設備中，實現了煙氣溫度的再利用，起到了對冷風地預熱，以達到熱量的zui高利用。熱風爐是氣氣換熱結夠，屬無水常壓設備。

3.2.基于以上結構和特點熱風爐輸出溫度可在40～350℃之間任意取舍。由于熱風爐很容易提高風溫，這樣我們在設計中選用130℃風溫值，來做通風管道設計，由于風溫的提高就降低了送風管道的直徑，這樣就大大降低了管道的投資及相應的工程費用。由于熱風擴散能力強，單位體積的熱焓低，所以熱風離開管道后迅速擴散，溫度也就隨之快速降低，（降低溫度分布）（見圖三）不會對人造成不安全因素。

3.3.根據風量風壓的計算，這套送風系統我們只選用了一臺調速風機，這樣又為工程減少了投資。選用調速風機可根據采暖空間溫度變化進行調節，當采暖空間溫度達到設計要求時，進風量可隨之降低，當風量降低后，煤的燃燒量也隨之下降，這樣就降低了能耗。這也是我們沒有采用回風設計的一個依據。

3.4.工程應用結果

該工程于1999年8月完成工程設計,同年11月竣工驗收,同時對工程進行全面測評工作，整個車間中部內共設置16個測溫點,在正常生產的情況下,對測控點的溫度進行測量。

3.4.1.溫度場

車間工作區域內(2米高度以下)水平方向溫度在18.5～24℃范圍,垂直方向溫差＜0.3℃,工作區域以外溫度程梯度變化,越靠天棚溫度越高。夏天往車間內送自然風(風管走地下)可使車間內溫度適當降低(室外30℃,室內主要工作區域內26～28℃)。

3.4.2.速度場

送風口處氣流平均速度為12.2～13.4m/s,出風距離(車間)大約為6～7米，辦公室與宿舍4～5米。當風機滿負荷運轉時，這么大的風速產生了一定的管道風音，車間對風聲不是很敏感，但辦公室和宿舍有噪音。由于是調速風機供風，當溫度達到采暖要求時，風機的風壓、風量降低，風速也隨之降低，這樣由氣流產生的噪音也隨之降低，不影響工作和休息。在以后的工程中我們按風速6～8 m/s進行設計，就克服了管道風音問題。

3.4.3.通風采暖

所有的操作人員均反映采暖效果良好，室內空氣清新，由于冬季室外空氣相對濕度較大，加熱后雖然相對濕度降低，但進入采暖空間后隨溫度下降，相對濕度會增加，所以，通常在室溫20℃時，相對濕度為65～70%，無空氣干燥等不適感覺。由于室內是正壓空氣采暖，所以每當開門，關門時，熱空氣向外走，這樣在一定程度上阻隔了冷空氣的進入。

4．采暖結論

4.1.經1999～2000年冬季（50年zui冷）的實踐證明，這套以高效節能熱風爐為核心設備的采暖系統，對大空間廠房的采暖是可行的有效的且運行可靠，是目前已知的采暖系統中初次投資費用zui低。經過一冬的考核綜合采暖費為5.5元/米²。

4.2.對進深較大的，以輕鋼結構為主的高大廠房，用熱風進行采暖，既可以補充新鮮空氣，又保證了采暖效果，又能滿足了工人工作環境衛生的需要。

4.3.采用噴口噴熱送風，可以滿足高大空間遠距離送風的需要，采用調速風機送風既能滿足一次供暖所需的風量，又可達到節省能源的目的；采用等壓送風可以使各出風口出風均勻 ，可省去調節閥。

5．系統設備結論

5.1.該系統設備采暖能力強，范圍大，適用于大空間場所的采暖，且溫度均勻；供熱穩定可靠，采暖溫度可任意調節；采暖升溫速度快，可根據采暖要求即停即用；熱媒采用自然空氣，節約水資源，與傳統的空調相比節省了一次換熱過程，提高了熱效率，同時，節省相應設備地投資及土建費用。

5.2.該系統為常壓設備，運行安全可靠，基本*，維護費用低；安裝簡單，操作方便，無需專業人員操作；基建投資費用低。

5.3．該系統采暖能力強，對不同的采暖空間可切換使用，這樣對一些一期投資不足的項目在二期投資可不用增加采暖設備投資。

后  序

高效節能熱風爐是東北大學開發研制的新型高效節能設備，該技術設備被列為95國家重大節能科技成果推廣項目，獲國家。已被廣泛應用于生產領域。

以高效節能熱風爐為核心的采暖技術經過幾年的推廣和不斷完善，基本形成兩大類，一類屬基本型就是單純的送風采暖（見圖四）；另一類需加混風室（見圖五），使加熱的空氣*行混風，再送入采暖空間。這主要用于大空間大排風量，對換氣次數有要求的場所。綜上所述這兩種形式可以*適應北方各種大空間建筑物的采暖需要。由于本系統屬無水采暖，對干旱、缺水地區尤其有著重要意義；學校、展覽館、辦公樓等應用本系統采暖，節能效果就更加明顯。

本系統zui大的特點：常壓、無水、高效、節能。

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  參考文獻：張家平，中國高大工業廠房的空調設計及其發展，暖通空調新技⑴。北京·中國建筑工業出版社，1999。《民用建筑熱工設計規范》GB50176－93、《通風與空調工程施工及驗規范》GB50243－97、《鋼制管殼式換熱器》GB151－89。