試論低溫環(huán)境中廠房采暖機(jī)的研究與應(yīng)用

楊文灼

摘 要：在北方地區(qū)，由于冬季較為寒冷，廠房內(nèi)的空間較大，因此供暖問題成為了廠房建設(shè)時(shí)需要重點(diǎn)考慮的問題。本文通過對低溫環(huán)境中廠房采暖主要方式進(jìn)行比較，分析這些供暖方式的優(yōu)勢與缺點(diǎn)，進(jìn)而依據(jù)采暖機(jī)的特點(diǎn)來闡述采暖機(jī)在廠房供暖中的應(yīng)用優(yōu)勢，并通過工程實(shí)例的方式來對廠房采暖機(jī)的設(shè)計(jì)進(jìn)行研究，以此探討采暖機(jī)在低溫環(huán)境中廠房的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：低溫環(huán)境；工業(yè)廠房；采暖機(jī)；研究與應(yīng)用

由于北方地區(qū)冬季較為寒冷，因此在北方地區(qū)建設(shè)廠房時(shí)需要重點(diǎn)考慮供暖問題。不過，廠房的面積非常大，并且高度較高，采用傳統(tǒng)的供暖方式難以取得良好的供暖效果。當(dāng)前，我國北方地區(qū)的廠方在供暖方式上主要包括熱水供暖、散熱器供暖、地面輻射供暖與熱風(fēng)供暖，不過，這些供暖方式基本都是依靠自然對流的方式來達(dá)到供暖效果，而在低溫環(huán)境中，會(huì)造成大量熱量的流散，輻射作用非常有限。此外，在某些廠房中，由于內(nèi)部人員需要進(jìn)行走動(dòng)和車輛進(jìn)行行駛，因此會(huì)給供暖設(shè)備的安裝帶來一定的限制，這就使其散熱量難以滿足室內(nèi)的溫度要求。并且，由于熱空氣會(huì)上升，這就使廠房的頂部位置溫度過高，而下部位置又溫度較低，從而造成向外對流現(xiàn)象，致使大量的熱量流失，不僅浪費(fèi)了能源不說，也無法取得良好的采暖效果。因此，在冬季時(shí)，選擇可靠的供暖方式非常重要。

一、低溫環(huán)境中廠房供暖主要方式比較

在北方地區(qū)，要想使廠房達(dá)到良好的供暖效果，就必須選擇合理的供暖方式。而在供暖方式選擇過程中，末端散熱裝置的性能是保證良好供暖效果的關(guān)鍵。本文便對廠房的四種主要供暖方式的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行比較。

1.散熱器供暖

散熱器供暖是當(dāng)前大部分廠房主要的供暖方式，這種傳統(tǒng)的供暖方式是通過在廠房四周進(jìn)行設(shè)置散熱器，以此利用自然對流和輻射的方式來實(shí)現(xiàn)對廠房的供暖。不過，由于散熱器的作用面積較小，因此其輻射效果非常有限，再加上廠房的高度較高，熱空氣會(huì)不斷上升，從而使熱量大多集中于廠房的頂部，并通過廠房中的天窗及縫隙發(fā)散出去，這不僅使廠房內(nèi)部空間的溫度分布不夠均勻，使廠房工作區(qū)域內(nèi)的溫度很難達(dá)到要求，也造成了大量的熱能浪費(fèi)，給人體的舒適感也相對較差。

2.地面輻射供暖

地面輻射供暖也是廠房的一種供暖形式，這種供暖方式是通過在地面中布置電熱膜的方式來進(jìn)行供暖的，不過，由于廠房的面積較大，并且地面需要承受的荷載壓力也相對較大，再加上工作人員在地面上的行走及車輛的行駛，致使在地面鋪設(shè)電熱膜的方式難以實(shí)現(xiàn)，并且，這種地面輻射供暖的方式成本耗費(fèi)也較大。部分廠房還會(huì)在頂棚位置來鋪設(shè)電熱膜進(jìn)行供熱，這雖然解決了地面供暖難以實(shí)現(xiàn)的問題，但卻使熱量難以到達(dá)地面，從而影響了供暖效果。

3.輻射供暖系統(tǒng)

輻射供暖系統(tǒng)是利用燃?xì)饧t外線采暖系統(tǒng)進(jìn)行供暖的，這種供暖形式雖然供暖效果較好，但卻不適用于廠房，這是因?yàn)樵趶S房采用這種供暖形式，需要做好防火防爆工作，并且還要采取通風(fēng)換氣的方式來確保廠房內(nèi)部安全。此外，這種供暖形式還會(huì)造成燃?xì)獾拇罅肯?，不利于能源的高效利用。此外，燃?xì)饧t外線采暖設(shè)備價(jià)格相對較高，而且會(huì)受到場合的限制，因此，輻射供暖系統(tǒng)雖然效果較好，但卻也給廠房的經(jīng)濟(jì)性和安全性帶來許多不利因素。當(dāng)前，利用輻射供暖系統(tǒng)進(jìn)行采暖的廠房相對較為少見。

4.暖風(fēng)機(jī)供暖系統(tǒng)

暖風(fēng)機(jī)供暖系統(tǒng)也是廠房所使用的供暖形式之一，暖風(fēng)機(jī)設(shè)備是由高效換熱器、頭風(fēng)機(jī)及旋流送風(fēng)口構(gòu)成的，通過將暖風(fēng)機(jī)吊裝在廠房的頂部，使暖風(fēng)機(jī)提供的熱能能夠進(jìn)行強(qiáng)制循環(huán)，并通過換熱器來將熱水中的熱量以暖風(fēng)的形式進(jìn)行供暖，暖風(fēng)機(jī)的供暖效果較好，廠房內(nèi)溫度提升較為明顯，熱惰性相對較少，升溫相對較快，不過，暖風(fēng)機(jī)的質(zhì)量不夠穩(wěn)定，使用壽命較為一般，并且暖風(fēng)機(jī)的價(jià)格相對較高，人們在長久使用暖風(fēng)機(jī)以后，皮膚會(huì)感覺很干燥。

5.采暖機(jī)供暖系統(tǒng)

通過對上述幾種供暖形式進(jìn)行對比，每種采暖方式都有其缺點(diǎn)，為此，本文提出了采暖機(jī)的供暖方式，采暖機(jī)是近些年來新興的一種采暖設(shè)備，它是利用電能來對水進(jìn)行加熱的方式來進(jìn)行供暖的。當(dāng)前，取暖機(jī)有很多種，它能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)合式供暖，集對流與輻射為一體，因此供暖效果非常好，它的內(nèi)部是由高效能鋁合金熱翼板組成的，因此能夠進(jìn)行大面積輻射，有效彌補(bǔ)了散熱器輻射范圍小的缺陷。采暖氣中還有導(dǎo)流板與通風(fēng)口，能夠?qū)崿F(xiàn)空氣對流暢通，升溫速度快。采暖機(jī)是由智能控制系統(tǒng)進(jìn)行控制的，在廠房中只需要提前設(shè)定溫度，就能實(shí)現(xiàn)智能化的調(diào)節(jié)溫度，使廠房內(nèi)部始終保持恒定溫度。此外，由于采暖機(jī)是利用電能進(jìn)行供暖的，因此從根本上節(jié)約了不可再生資源。

二、廠房采暖機(jī)的設(shè)計(jì)研究

1.工程概況

該廠房位于黑龍江省哈爾濱市，緊鄰廠房一側(cè)新建有一個(gè)加工車間，車間的結(jié)構(gòu)為門式剛架結(jié)構(gòu)，設(shè)定其火災(zāi)危險(xiǎn)級別為丙級，該車間的耐火等級為二級，車間總建筑面積為36000米，車間高度為11.5米。哈爾濱市冬季最低氣溫為-28℃，建設(shè)方要求廠房中的溫度不得低于18℃。該廠房的墻體下部位置設(shè)有暖氣，其余均采用采暖機(jī)來進(jìn)行供暖，在廠房門口位置另設(shè)有暖風(fēng)幕。供暖要求在盡量減少暖氣裝置的情況下來對采暖機(jī)的布置位置及數(shù)量進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。

2.設(shè)計(jì)計(jì)算參數(shù)

通過對工程概況進(jìn)行分析，我們用W/（㎡·K）來表示廠房圍護(hù)的熱工參數(shù)，其中外墻的熱工參數(shù)為0.6，外門為2.60，廠房窗戶為2.60，廠房屋面為0.5。設(shè)定哈爾濱冬季室外氣象參數(shù)，廠房外部平均風(fēng)速為2.6米每秒，通風(fēng)計(jì)算溫度為-2℃，空調(diào)計(jì)算干球溫度為-14℃，供暖計(jì)算干球溫度為-8℃。設(shè)定廠房內(nèi)部溫度標(biāo)準(zhǔn)為18℃。

3.供熱負(fù)荷設(shè)計(jì)

對采暖機(jī)供熱負(fù)荷的設(shè)計(jì)是其中最重要也是最基本的參數(shù)，供熱負(fù)荷設(shè)計(jì)的合理性將直接影響到供暖管道的管徑、供暖方案的確定及末端設(shè)備的選擇，更關(guān)系到廠房對采暖機(jī)的使用效果與經(jīng)濟(jì)效益，因此必須對廠房的供熱負(fù)荷進(jìn)行認(rèn)真核算。對廠房供熱負(fù)荷進(jìn)行確定應(yīng)從以下四個(gè)方面進(jìn)行入手，其一，是對廠房外圍護(hù)結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的基本與附加耗熱量進(jìn)行確定，基本耗熱量與附加耗熱量包括廠房的外墻、外門、地面、外窗及地面等；其二，是對門窗縫隙中冷風(fēng)的滲透耗熱量進(jìn)行確定；其三是對廠房在開啟時(shí)冷風(fēng)所產(chǎn)生的耗熱量進(jìn)行確定；其四是對廠房因其他途徑而獲得的熱量或損失的熱量進(jìn)行確定。在對該項(xiàng)目的供熱負(fù)荷進(jìn)行確定時(shí)，只需要計(jì)算出前三項(xiàng)的耗熱量即可，第四項(xiàng)的耗熱量和獲得熱量較小，因此可以忽略不計(jì)。由于廠房的高度較高，因此當(dāng)廠房溫度升高時(shí)，會(huì)與外界產(chǎn)生較大溫差，從而使熱壓較大，因此，在對冷風(fēng)的滲透量進(jìn)行確定時(shí)，縫隙法不能夠滿足冷風(fēng)滲透量的計(jì)算，應(yīng)該通過換氣次數(shù)法來對冷風(fēng)滲透量進(jìn)行估算。由于廠房大門處安裝了風(fēng)幕，因此對于大門開啟時(shí)，冷風(fēng)的滲透所產(chǎn)生的耗熱量可以不予以計(jì)算，只需要計(jì)算部分小門的冷風(fēng)滲透的耗熱量即可。此外，由于該廠房屬于臨建建筑，因此在對供熱負(fù)荷進(jìn)行計(jì)算時(shí)，還應(yīng)包括廠房的三面外墻及地面、屋面等。該車間的熱負(fù)荷計(jì)算結(jié)果如下，采暖面積為41.254W（㎡·K），圍護(hù)結(jié)構(gòu)的耗熱量為1.629KW，冷風(fēng)滲透耗熱量為1.758KW，外門冷風(fēng)侵入耗熱量為1.7KW，總熱負(fù)荷為3.285KW，面積指標(biāo)為84W/㎡。endprint

4.系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在對供熱負(fù)荷進(jìn)行確定以后，便要對供暖形式進(jìn)行確定，由于廠房有鍋爐房，因此能夠提供熱水，熱水的溫度為85℃/60℃，所以可以采用采暖機(jī)來作為廠房的供暖方式。在對采暖機(jī)供暖系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，采暖機(jī)應(yīng)選擇散熱量較大的高效能鋁合金熱翼板，在車間南部外墻與西部外墻的柱間位置分別設(shè)置取暖器，在北隔墻的南側(cè)墻體柱間位置設(shè)置了一排取暖器，在車間大門處安裝了吹風(fēng)幕，并最終算出取暖器的總供熱量為3248千瓦。在對取暖器的位置進(jìn)行選擇時(shí)，將其設(shè)定在距底部的標(biāo)高為10.5米，根據(jù)規(guī)范要求，安全系數(shù)應(yīng)為散熱量的1.2倍，通過對設(shè)備間距及散熱量等相關(guān)條件進(jìn)行結(jié)合，最終得出此車間需要用到的采暖機(jī)數(shù)量為39臺(tái)。由于采暖機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)輻射與對流供暖，并且具有智能化控制系統(tǒng)，因此只需要設(shè)備一套水系統(tǒng)就能滿足車間的舒適度要求。

5.投資成本分析

通過對供熱機(jī)供暖系統(tǒng)的投資進(jìn)行估算，供熱機(jī)的設(shè)備材料及安裝大概需要花費(fèi)268萬元，平均74.2元/㎡。按照上述方法分別對散熱器、暖風(fēng)機(jī)供暖系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，經(jīng)過成本計(jì)算可知，通過散熱器來進(jìn)行供暖，總共需要花費(fèi)424萬元，平均96.3元/㎡。而通過暖風(fēng)機(jī)來進(jìn)行供暖，總共需要花費(fèi)345元，平均82.4元/㎡。由此可知，利用供熱機(jī)供熱系統(tǒng)來對車間進(jìn)行供暖，投資成本要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其他幾種供暖方式。

三、低溫環(huán)境中廠房采暖機(jī)的應(yīng)用

通過對上述采暖機(jī)供暖方案的設(shè)計(jì)及成果進(jìn)行分析，在車間投產(chǎn)以后，采暖機(jī)供暖系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)良好，經(jīng)過測定，車間內(nèi)的溫度達(dá)到18℃以上，能夠滿足車間的溫度要求。由此可知，在低溫環(huán)境中，通過采暖機(jī)供暖系統(tǒng)的使用，能夠大大減少其他供暖設(shè)備的使用，極大簡化了管網(wǎng)系統(tǒng)，使管網(wǎng)的安裝更加簡單方便，從而有效避免了冷熱不均的問題。采暖機(jī)供暖系統(tǒng)不僅布局合理，而且其外殼是不銹鋼的，整體觀感非常好，且其體積較小，方便捷帶，因此不會(huì)占用空間，升溫速度非?？?，能夠使車間的溫度在非常短的時(shí)間內(nèi)就達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，并且由于其具備智能化控制特點(diǎn)，因此能夠通過預(yù)先的程序控制就能滿足工作期間與非工作期間的溫度控制要求。

四、結(jié)語

通過利用采暖機(jī)來對廠房進(jìn)行供暖，不僅能夠滿足廠房的溫度要求，還能降低不可再生能源的損耗。在低溫環(huán)境中，廠房采暖機(jī)供暖系統(tǒng)的使用，能夠使廠房的溫度始終處于恒溫狀態(tài)，并且布局合理，能夠進(jìn)行自動(dòng)化的溫度控制，管網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，維護(hù)起來較為方便，而且其體積較小，不占用廠房空間，能夠進(jìn)行靈活布局?？偠灾?，采暖機(jī)供暖系統(tǒng)在廠房中的應(yīng)用價(jià)值極大。

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