燃氣紅外線輻射供暖的應(yīng)用與設(shè)計

李志均 朱子健

(南車四方車輛有限公司 規(guī)劃資產(chǎn)部，山東 青島266111)

燃氣紅外線輻射采暖是利用天燃氣、液化石油氣、煤氣等可燃氣體，通過特定的燃燒裝置、輻射裝置進行燃燒，進而產(chǎn)生一定波長的紅外線，利用這種射線傳播，進行熱能轉(zhuǎn)移實現(xiàn)供暖的方式。

圖1

燃氣紅外線輻射采暖源自于歐美發(fā)達國家，從2000年開始在國內(nèi)大規(guī)模應(yīng)用。該設(shè)備具有高效、環(huán)保、節(jié)能、安全的特點很快為用戶接受，被稱之為“高大空間建筑物最經(jīng)濟、最有效的供熱方式”。它也能用于生產(chǎn)工藝性加熱，但主要用于供暖，因此以下簡稱燃氣輻射器供暖。燃氣輻射器構(gòu)成：燃氣燃燒器，輻射管或板，反射罩、調(diào)節(jié)、控制和安全保障組件。

1 燃氣輻射器供暖具有高效、節(jié)能的優(yōu)點

高大建筑物倘用傳統(tǒng)的散熱器（暖氣片）作放熱設(shè)備，大跨度房間難布置。有的車間墻上放滿散熱器，靠自然對流放熱為主的這種供暖方式造成上下溫度梯度大，達0.5～1.0℃/m，使房頂空氣溫度高達32℃，但2m以下人停留的工作區(qū)空氣溫度分布不均，有的地方只有3℃～5℃。供熱系統(tǒng)不是為建筑、為室內(nèi)空氣服務(wù)的，而應(yīng)以人為本，除滿足生產(chǎn)工藝要求外，以人員舒適與降低能耗為主要目標(biāo)。倘用散熱器加暖風(fēng)機或集中空氣處理送暖風(fēng)方式，既占建筑面積，又會造成揚灰，耗能高，不符合國家節(jié)能政策，影響衛(wèi)生和人體健康，在某些場合還被禁用。至于敞開、半敞開場地的供暖，使用燃氣輻射器更有無可比擬的優(yōu)點。

燃氣輻射器金屬管中平均溫度為180℃～550℃，產(chǎn)生3.5μ～5.5μ波長的紅外線穿過空氣層，被人體、物體吸收，熱效應(yīng)顯著。地面溫度高出周圍空氣溫度4℃～8℃，地面、墻面、物體溫度和2次輻射可使2m以下的工作區(qū)空氣溫度分布均勻，造成舒適的微氣候。輻射器采暖房間的工作區(qū)溫度可比對流采暖方式低2℃～3℃，能滿足同樣的舒適度。房屋上下溫度梯度小，上部空氣溫度不高，無效熱損失減小。

圖2、圖3是輻射采暖與常規(guī)對流采暖的比較示意圖。

圖2 輻射供暖與常規(guī)對流供暖的比較

當(dāng)用蒸汽或熱水鍋爐供暖時，設(shè)小鍋爐η=70%，外網(wǎng)熱媒輸送熱損失5%，內(nèi)網(wǎng)及設(shè)備熱損失10%。則總效率η＝0.7×0.95×0.9≈60%，而燃氣輻射器供暖η可達90%以上。燃氣輻射器能實現(xiàn)完全自動化工作，調(diào)節(jié)靈活，熱惰性小，無效熱損失少，與傳統(tǒng)方式比，一個采暖期可節(jié)能33%～50%。此外，它的優(yōu)點還有：房間氣流速度小，減少灰塵和其它有害物飛揚，工作時無噪聲，不會凍結(jié)，安裝工期短等等。

圖3 輻射供暖與常規(guī)對流供暖室內(nèi)溫度隨高度的變化

2 燃氣輻射器供暖應(yīng)用范圍

1）生產(chǎn)車間的工作區(qū)或工作點（當(dāng)應(yīng)用于高大空曠、工作點分散的車間時，優(yōu)點尤為明顯）；

2）露天作業(yè)場所的工作區(qū)、工作點（具有其它供暖方式無可比擬的優(yōu)點）；

3）人員短暫停留的民用建筑和敞開場地。例如：車站月臺、汽車候車室、體育運動場館、展覽館、露天或半敞開市場等等；4）處于施工過程中的房屋和構(gòu)筑物的加熱；5）材料和設(shè)備所需的工藝性加熱；

6）敞開場地、半敞開場地的融雪，房屋和構(gòu)筑物屋面的融雪。

3 燃氣輻射器供暖應(yīng)用工程實例

正如我國《采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范》“條文說明”中指出的，“目前，在許多發(fā)達國家已有多種新型的燃氣采暖設(shè)備，具有高效節(jié)能、舒適衛(wèi)生、運行費用低等特點。該采暖方式尤其適用于有高大空間的建筑物采暖。隨著我國石油工業(yè)的發(fā)展，油氣田的開發(fā)和利用，這種采暖方式的應(yīng)用在不斷增加?！?/p>

據(jù)資料報道，俄羅斯采用燃氣輻射器供暖的項目已有幾百個，具代表性的實例有：秋明油田機械制造廠綜合車間，位于莫斯科至基輔車站的歐洲最大的機車維修裝備庫，弗努科伏國際與國內(nèi)主航線飛機維修車間等。

4 工程實例分析

南車四方車輛有限公司客修基地坐落在青島市城陽區(qū)棘洪灘鎮(zhèn)。采用燃氣紅外輻射采暖系統(tǒng)一期工程為鋁合金焊接廠房、構(gòu)架焊接廠房，建筑面積30000m2，客車修理總裝車間，建筑面積44000m2，投資總額：360萬元。二期工程為鑄鍛公司新上的機加工廠房、鑄造廠房等共計10萬m2，投資總額800萬元。

以客車修理總裝車間，建筑面積44000m2為例進行經(jīng)濟性分析：

表1 傳統(tǒng)燃氣鍋爐與燃氣紅外輻射采暖系統(tǒng)方案對比

表2 一次性投資經(jīng)濟對比

本工程采用紅外輻射采暖系統(tǒng)具有顯著的經(jīng)濟效益，符合國家降能減排政策要求，以下列表比較燃氣鍋爐采暖系統(tǒng)和紅外輻射采暖系統(tǒng)經(jīng)濟性。

表4 經(jīng)濟性對比分析

相對于燃氣鍋爐采暖系統(tǒng)，紅外輻射采暖系統(tǒng)每年可節(jié)省165.83萬元，在兩年半的時間內(nèi)即可收回投資。

從運行工況看，輻射采暖直接加熱，不會被空氣吸收，因此它特別適合于換氣頻率高的建筑物（如鋁合金焊接廠房），這樣輻射熱就可比燃氣采暖系統(tǒng)節(jié)省可觀的能源。節(jié)省能源60%以上。采暖以紅外波的形式傳播，所以是導(dǎo)向式的。選擇正確的地點安裝輻射采暖系統(tǒng)不會形成“冷點”。輻射加熱系統(tǒng)沒有空氣循環(huán)，所以減少了由空氣引起的污染。射加熱系統(tǒng)是直接加熱冷的物體而無需加熱整個建筑。其結(jié)果是與燃氣方式相比，輻射采暖系統(tǒng)達到高大空間所需溫度的時間更快。升溫時間短也就節(jié)省了燃料，這使采暖系統(tǒng)更符合現(xiàn)代化靈活的工作布局的要求。輻射加熱在開門以后可以較快地恢復(fù)溫度。若單體運行出現(xiàn)問題，不影響整體采暖。設(shè)備相對簡單，維修維護簡單、費用低。

5 設(shè)計中應(yīng)注意事項

設(shè)計時必須遵守的規(guī)范，除文獻2外，還有《JBJ10-96機械工廠采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范》、《GBJ16-87建筑設(shè)計防火規(guī)范》、《GB50028-9城鎮(zhèn)燃氣設(shè)計規(guī)范3》、《GB50316-2000工業(yè)金屬管道設(shè)計規(guī)范》、《GB50235-97工業(yè)金屬管道施工與驗收規(guī)范》和《工業(yè)企業(yè)設(shè)計衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》等。

燃氣輻射供暖系統(tǒng)竣工驗收時，需編制的技術(shù)文件有：

①供暖系統(tǒng)的設(shè)計圖紙及說明。其中應(yīng)有采暖通風(fēng)、燃氣供應(yīng)、供電、自動化等內(nèi)容。有供暖系統(tǒng)熱負(fù)荷計算，輻射器數(shù)量計算和安裝位置的確定等；②燃氣輻射器的相關(guān)技術(shù)文件；③系統(tǒng)運行和維護管理說明書；④安全技術(shù)方面的指示書。

燃氣紅外線輻射器供暖是項方興未艾的供暖新技術(shù)，隨西氣東輸與引進液化天然氣，其應(yīng)用將逐漸廣泛。目前我國尚未有國產(chǎn)燃氣輻射器生產(chǎn)的報道，參照歐盟標(biāo)準(zhǔn)、俄羅斯等國標(biāo)準(zhǔn)，編制我國燃氣紅外線供暖輻射器制造的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)提到議事日程上來了。

［1］陳興華.俄羅斯《燃氣紅外輻射供熱系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》編制近況[J].暖通制冷設(shè)備，2003（6）：53-54.

［2］GBJ19-87 采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范[S].2001.

［3］中國人民解放軍空軍工程研究局.03K501-1燃氣紅外線輻射采暖系統(tǒng)設(shè)計選用及施工安裝[S].北京：中國建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計研究院，2003.