大空間廠房熱風(fēng)采暖系統(tǒng)設(shè)計(jì)

東北大學(xué)機(jī)械工程與自動化學(xué)院  

摘要：介紹沈陽田牌制衣有限公司廠房，以高效節(jié)能熱風(fēng)爐為核心的熱風(fēng)采暖系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。使用該系統(tǒng)采暖不僅能夠滿足大空間輕鋼結(jié)構(gòu)廠房的采暖需求，而且大大節(jié)省了初投資，運(yùn)行費(fèi)用和水資源。該系統(tǒng)屬無水采暖系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞   大空間廠房   高效節(jié)能熱風(fēng)爐  無水采暖  設(shè)計(jì)

Hot-Wind Heating System Design for   Spacious Workshops

              東大燃煤熱風(fēng)爐東大燃煤熱風(fēng)爐 

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

沈陽市田牌制衣有限公司是遼寧成大集團(tuán)控股企業(yè)，一九九九年春在沈陽市虎石鎮(zhèn)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(jié)構(gòu)，另有一處3200平方面米的職工宿舍及食堂，該建筑為磚混結(jié)構(gòu)，該工廠為手動針織機(jī)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(shè)備發(fā)熱，其次為照明發(fā)熱和操作工人人體發(fā)熱，由于都是手動編織機(jī)，因此廠房內(nèi)主要設(shè)備發(fā)熱量很少。廠房對室內(nèi)通風(fēng)沒有特殊要求，冬季能保證18℃以上既可。所以原設(shè)計(jì)選用三種采暖方式：*種為暖氣采暖；第二種為傳統(tǒng)的空調(diào)采暖；第三種為暖氣加暖風(fēng)補(bǔ)償采暖。

1. 暖氣采暖

暖氣采暖是傳統(tǒng)的安全的運(yùn)行可靠的采暖方式，由于本工程為輕鋼構(gòu)，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(shù)量有限，既使能擺下，暖氣片散熱也很難保證空間達(dá)到設(shè)計(jì)溫度。

1. 傳統(tǒng)的空調(diào)采暖

空調(diào)采暖雖然能保證室內(nèi)采暖的溫度要求，但管道、設(shè)備投資過大，廠方予以否定。

1. 暖氣加暖風(fēng)補(bǔ)償采暖

這種采暖方式雖然也能達(dá)到采暖設(shè)計(jì)要求，但室內(nèi)要掛許多暖風(fēng)機(jī)，這樣就使整個(gè)系統(tǒng)更加復(fù)雜，管理難度加大，維修困難。

以上三種采暖方式對達(dá)到設(shè)計(jì)溫度要求有一個(gè)共同的難點(diǎn)就是初期投資費(fèi)用大，且都需要用水進(jìn)行換熱，這樣就都有水處理系統(tǒng)，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(shè)計(jì)

本工程廠房長度方向21個(gè)軸，間距6米，沿寬度方向9個(gè)軸，間距6米，要求工作區(qū)域，環(huán)境溫度18℃以上。

1. 氣流組織和設(shè)備的確定

由于工廠的生產(chǎn)工藝，對空氣的流動沒有特殊要求，只要能滿足室內(nèi)環(huán)境溫度18℃既可，這樣我們根據(jù)這一要求及熱空氣向上漂浮的特點(diǎn)，我們設(shè)計(jì)采用距地0.5米處設(shè)出風(fēng)口，間距為5米一個(gè)?？諝鈴?qiáng)制對流混合加熱以達(dá)到熱平衡?？諝鈱諝獾募訜崂寐士蛇_(dá)*。

1. 噴風(fēng)口設(shè)計(jì)計(jì)算（見圖一）

采暖工程噴風(fēng)口設(shè)計(jì)主要根據(jù)采暖總面積而定，新開發(fā)的高效熱風(fēng)采暖系統(tǒng)中，每個(gè)噴風(fēng)口采暖面積約為90平方米，噴風(fēng)口設(shè)計(jì)采暖熱量量為120Kcal/m²/h，噴風(fēng)口流速為12m/s，噴吹zui遠(yuǎn)距離約為6米，根據(jù)公式Q=L×C_h×Δt

L為噴風(fēng)口氣體流量

C_h為噴風(fēng)口氣體比熱

Δt為噴風(fēng)口的溫度

Q為噴風(fēng)口的氣體熱量

及以上條件計(jì)算得出Q=10800大卡/小時(shí)；L=288立方米/小時(shí)；zui終計(jì)算出噴風(fēng)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(shè)計(jì)

鍋爐房位于主廠房旁邊的單層建筑內(nèi)同時(shí)配有風(fēng)機(jī)房。

由于工藝上的要求，我們突破原有的設(shè)計(jì)理論及思想，大膽采用新的采暖設(shè)備及配套工藝，在新的采暖設(shè)計(jì)理念指導(dǎo)下我們選用了東北大學(xué)開發(fā)的高效節(jié)能熱風(fēng)爐為采暖熱源。并與一臺調(diào)速風(fēng)機(jī)為配套。

1. 高效節(jié)能熱風(fēng)爐（見圖二）

高效節(jié)能熱風(fēng)爐是一種新型的間接的空氣加熱設(shè)備，zui突出的特點(diǎn)是采用了更為合理輻射和傳導(dǎo)的熱交換結(jié)構(gòu)，具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

3.1.1.高效節(jié)能熱風(fēng)爐采用了更為合理的冷風(fēng)分布室及煙氣收集室。

根據(jù)流體力學(xué)中的氣體運(yùn)動特性和傳熱學(xué)中熱交換原理，冷風(fēng)分布室和煙氣收集室在結(jié)構(gòu)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(shí)均勻的分布，以達(dá)到單位面積*的換熱效果。

3.1.2.高效節(jié)能熱風(fēng)爐有相對結(jié)構(gòu)小，換熱面積大的特點(diǎn)。

根據(jù)傳熱學(xué)中氣體與氣體熱交換原理，高效節(jié)能熱風(fēng)爐在氣氣換熱機(jī)構(gòu)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(shí)把通常所謂的省煤器集于設(shè)備中，實(shí)現(xiàn)了煙氣溫度的再利用，起到了對冷風(fēng)地預(yù)熱，以達(dá)到熱量的zui高利用。熱風(fēng)爐是氣氣換熱結(jié)夠，屬無水常壓設(shè)備。

3.2.基于以上結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)熱風(fēng)爐輸出溫度可在40～350℃之間任意取舍。由于熱風(fēng)爐很容易提高風(fēng)溫，這樣我們在設(shè)計(jì)中選用130℃風(fēng)溫值，來做通風(fēng)管道設(shè)計(jì)，由于風(fēng)溫的提高就降低了送風(fēng)管道的直徑，這樣就大大降低了管道的投資及相應(yīng)的工程費(fèi)用。由于熱風(fēng)擴(kuò)散能力強(qiáng)，單位體積的熱焓低，所以熱風(fēng)離開管道后迅速擴(kuò)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(jù)風(fēng)量風(fēng)壓的計(jì)算，這套送風(fēng)系統(tǒng)我們只選用了一臺調(diào)速風(fēng)機(jī)，這樣又為工程減少了投資。選用調(diào)速風(fēng)機(jī)可根據(jù)采暖空間溫度變化進(jìn)行調(diào)節(jié)，當(dāng)采暖空間溫度達(dá)到設(shè)計(jì)要求時(shí)，進(jìn)風(fēng)量可隨之降低，當(dāng)風(fēng)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(fēng)設(shè)計(jì)的一個(gè)依據(jù)。

3.4.工程應(yīng)用結(jié)果

該工程于1999年8月完成工程設(shè)計(jì),同年11月竣工驗(yàn)收,同時(shí)對工程進(jìn)行全面測評工作，整個(gè)車間中部內(nèi)共設(shè)置16個(gè)測溫點(diǎn),在正常生產(chǎn)的情況下,對測控點(diǎn)的溫度進(jìn)行測量。

3.4.1.溫度場

車間工作區(qū)域內(nèi)(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(qū)域以外溫度程梯度變化,越靠天棚溫度越高。夏天往車間內(nèi)送自然風(fēng)(風(fēng)管走地下)可使車間內(nèi)溫度適當(dāng)降低(室外30℃,室內(nèi)主要工作區(qū)域內(nèi)26～28℃)。

3.4.2.速度場

送風(fēng)口處氣流平均速度為12.2～13.4m/s,出風(fēng)距離(車間)大約為6～7米，辦公室與宿舍4～5米。當(dāng)風(fēng)機(jī)滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，這么大的風(fēng)速產(chǎn)生了一定的管道風(fēng)音，車間對風(fēng)聲不是很敏感，但辦公室和宿舍有噪音。由于是調(diào)速風(fēng)機(jī)供風(fēng)，當(dāng)溫度達(dá)到采暖要求時(shí)，風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓、風(fēng)量降低，風(fēng)速也隨之降低，這樣由氣流產(chǎn)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(fēng)速6～8 m/s進(jìn)行設(shè)計(jì)，就克服了管道風(fēng)音問題。

3.4.3.通風(fēng)采暖

所有的操作人員均反映采暖效果良好，室內(nèi)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(jìn)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(shí)，相對濕度為65～70%，無空氣干燥等不適感覺。由于室內(nèi)是正壓空氣采暖，所以每當(dāng)開門，關(guān)門時(shí)，熱空氣向外走，這樣在一定程度上阻隔了冷空氣的進(jìn)入。

4．采暖結(jié)論

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

4.2.對進(jìn)深較大的，以輕鋼結(jié)構(gòu)為主的高大廠房，用熱風(fēng)進(jìn)行采暖，既可以補(bǔ)充新鮮空氣，又保證了采暖效果，又能滿足了工人工作環(huán)境衛(wèi)生的需要。

4.3.采用噴口噴熱送風(fēng)，可以滿足高大空間遠(yuǎn)距離送風(fēng)的需要，采用調(diào)速風(fēng)機(jī)送風(fēng)既能滿足一次供暖所需的風(fēng)量，又可達(dá)到節(jié)省能源的目的；采用等壓送風(fēng)可以使各出風(fēng)口出風(fēng)均勻 ，可省去調(diào)節(jié)閥。

5．系統(tǒng)設(shè)備結(jié)論

5.1.該系統(tǒng)設(shè)備采暖能力強(qiáng)，范圍大，適用于大空間場所的采暖，且溫度均勻；供熱穩(wěn)定可靠，采暖溫度可任意調(diào)節(jié)；采暖升溫速度快，可根據(jù)采暖要求即停即用；熱媒采用自然空氣，節(jié)約水資源，與傳統(tǒng)的空調(diào)相比節(jié)省了一次換熱過程，提高了熱效率，同時(shí)，節(jié)省相應(yīng)設(shè)備地投資及土建費(fèi)用。

5.2.該系統(tǒng)為常壓設(shè)備，運(yùn)行安全可靠，基本*，維護(hù)費(fèi)用低；安裝簡單，操作方便，無需專業(yè)人員操作；基建投資費(fèi)用低。

5.3．該系統(tǒng)采暖能力強(qiáng)，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(xiàng)目在二期投資可不用增加采暖設(shè)備投資。

后  序

高效節(jié)能熱風(fēng)爐是東北大學(xué)開發(fā)研制的新型高效節(jié)能設(shè)備，該技術(shù)設(shè)備被列為95國家重大節(jié)能科技成果推廣項(xiàng)目，獲國家。已被廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)領(lǐng)域。

以高效節(jié)能熱風(fēng)爐為核心的采暖技術(shù)經(jīng)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(fēng)采暖（見圖四）；另一類需加混風(fēng)室（見圖五），使加熱的空氣*行混風(fēng)，再送入采暖空間。這主要用于大空間大排風(fēng)量，對換氣次數(shù)有要求的場所。綜上所述這兩種形式可以*適應(yīng)北方各種大空間建筑物的采暖需要。由于本系統(tǒng)屬無水采暖，對干旱、缺水地區(qū)尤其有著重要意義；學(xué)校、展覽館、辦公樓等應(yīng)用本系統(tǒng)采暖，節(jié)能效果就更加明顯。

本系統(tǒng)zui大的特點(diǎn)：常壓、無水、高效、節(jié)能。

  參考文獻(xiàn)：張家平，中國高大工業(yè)廠房的空調(diào)設(shè)計(jì)及其發(fā)展，暖通空調(diào)新技⑴。北京·中國建筑工業(yè)出版社，1999。《民用建筑熱工設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50176－93、《通風(fēng)與空調(diào)工程施工及驗(yàn)規(guī)范》GB50243－97、《鋼制管殼式換熱器》GB151－89。