大型鋼結構廠房采暖設計方式的比較

喬端

（十一冶建設集團有限責任公司 廣西柳州 545007）

如今，工業(yè)建設正快速發(fā)展，對鋼結構廠房而言，因其具有規(guī)模大和工期短等優(yōu)勢，所以成為眾多行業(yè)優(yōu)先考慮的廠房結構形式，占據工業(yè)廠房至少80%的市場。但從實踐來看，對于鋼結構廠房，尤其是規(guī)模巨大的廠房，其供暖難度較大，主要原因為廠房有很大的跨度，且舉架較高，為了達到預期的供暖要求，需要進行專項設計，以此保證熱能實際利用率，使廠房室內溫度可以始終處在要求范圍內，需要通過多方案設計并進行對比從中確定一套最佳的方案，從而在保證供暖效果的基礎上，減少廠房供暖建設的費用。

1 熱負荷計算

以某大型鋼結構廠房為例，根據廠房的設計文件和使用要求，其總采暖面積達到18733.5m2，供暖任務較重，指定的換熱站可以提供溫度為90℃和70℃的熱水，供暖的管道主要使用焊接鋼管，采用架空的方式進行敷設，總高度在6m左右。如果采用傳統(tǒng)的供暖設計方式，則不僅無法滿足實際的供暖要求，而且還會造成一定程度的資源與能源浪費[1]。因此，需要在保留傳統(tǒng)設計方式優(yōu)勢的基礎上，根據廠房生產要求，對供暖設計進行相應的改進。該廠房的設計熱負荷一般按照建筑體系實施估算，公式表達如下：

式（1）中，a表示修正系數，根據冬季室外溫度確定，如當計算溫度取-10℃時，a為1.45；qNV表示熱指標，因廠房采用鋼結構，所以該值一般取0.30；tNP表示冬季的室內溫度，一般為5℃；V表示建筑體積，單位：m3，用以下公式計算：

經計算，本廠房總體積為313614m3，代入數值后對QN進行計算可得為2.13×106W。

該廠房設計選用目前主流的TFD-6-8型輻射散熱器，每片散熱器的有效功率為162W，按照以上計算得出的熱負荷，可得出共需要13萬片散熱器。

2 系統(tǒng)選擇與劃分

該廠房選用同程式系統(tǒng)，上供上回式，管道均外露，這種方式能有效節(jié)省地溝，便于檢修，能對散熱量進行充分利用[2]。另外，由于廠房平面面積相對較大，需要大量的散熱器，所以為達到良好的供暖效果，應將其劃分成兩個獨立系統(tǒng)，1#軸設置3個環(huán)路，2#軸設置1個環(huán)路。

1#軸1#回路各柱間布置2組散熱器，1組共25片，散熱器總數為2700片，直接落地安裝，并與墻體進行可靠固定。

1#軸2#回路各柱間布置4組散熱器，1組共25片，散熱器總數為5000片，直接落地安裝，并與墻體進行可靠固定。

1#軸3#回路各柱間布置2組散熱器，1組共25片，散熱器總數為2500片，直接落地安裝，并與墻體進行可靠固定。

2#軸回路采用小循環(huán)系統(tǒng)，與室外單獨相接，各柱間布置2組散熱器，1組共25片，散熱器總數為2000片，直接落地安裝，并與墻體進行可靠固定。

共設置三個循環(huán)系統(tǒng)，形成并聯環(huán)路，2#環(huán)路的熱負荷相比最大，其組合部件如圖1所示，屬最不利管路系統(tǒng)范疇，管道水力采用以下公式計算：

式（3）中，△P表示管段的總壓力損失，單位：Pa；△Pm表示沿程損失，單位：Pa；△Pi表示局部壓力損失，單位：Pa；△pm表示單位沿程損失，單位：Pa/m；l表示管道總長度，單位：m；v表示管道中熱媒實際流速，單位：m/s；ζ表示局部阻力系數；p 表示熱媒密度，單位：kg/m3。

圖1 2#環(huán)路組合部件示意圖

在選擇具體的管徑時，主要采用平均比摩阻法進行，熱媒流量可以表示為：

式（4）中，G表示熱媒流量，單位：kg/h；c表示熱媒比熱容，取4.18kJ/（kg·℃）；tg取 95℃，th取 70℃。

1#～3#環(huán)路的ζ值分別為10、11和10，1#環(huán)路和2#環(huán)路之間的不平衡率經計算為4.39%，滿足不超過15%的要求；2#環(huán)路和3#環(huán)路之間的不平衡率經計算為9.04%，也能滿足不超過15%的要求。根據現行技術規(guī)范的要求，各個環(huán)路產生的壓力損失應控制在15%以內。通過有效的計算與校核，1#軸供暖設計所有環(huán)路之間產生的壓力損失都在15%以內，環(huán)路能保持平衡，所選管徑科學合理。1#軸熱媒總流量為52426kg/h，據此需要選擇DN150管[3]。

除此之外，對于4#循環(huán)系統(tǒng)，其組合部件和1#環(huán)路基本相同，ζ值為10。由于該系統(tǒng)僅存在1個環(huán)路，所以無需考慮各個環(huán)路之間是否能夠達到平衡，采用平均比摩阻法對管徑進行選定[4]。

3 熱補償計算

對于供暖管道，其熱伸長可采用以下公式計算：

式（5）中，a表示管材對應的線膨脹系數，單位：m/m·℃；L表示管道長度，單位：m；t2表示輸送介質實際溫度，單位：℃；t1表示管道的安裝溫度，單位：℃，一般取5℃；當輸送介質實際溫度為95℃時，管道對應的線膨脹系數取0.012m/m·℃。將以上數值代入到式（5）計算可得供暖管道熱伸長為1.2L/mm。廠房室內各個角落布置的供暖管道借助管道轉角實現自然補償[5]。

根據現行技術規(guī)范，可不采用補償裝置的管道直線段總長對工業(yè)建筑而言，應達到42m。按照這一要求，本廠房有3段設置補償裝置?；诖?，供暖管道熱伸長為50.4mm。根據這一要求，在對補償裝置進行安裝時，需要先進行冷緊，將冷緊量確定為總伸長50%，對于附近的支架，應采用導向支架。

4 設計補充說明

根據本設計方案確定的各段落管徑，對于管徑超過32mm的鋼管，應采用焊接的方式進行連接，而管徑在32mm以內的鋼管，則可進行絲接。對變管徑的管道而言，應選擇異心變徑，且管道的頂部應保持平順。供暖系統(tǒng)的主管閥門主要為鑄鐵閘閥，在支管上布置的閥門主要為流量調節(jié)閥門與鑄鐵閥門，立管上的閥門應選用直徑相同的銅球閥，支管的末端需要設置可手動控制的排氣閥，通過短管和閥門等組件引出到廠房的室外，其總高在1.8m左右。在整個供暖系統(tǒng)安裝完成以后，應按照設計規(guī)范的要求進行壓水試驗，在試驗過程中將壓力控制在0.8MPa。試驗時，在達到要求的壓力以后，應保持穩(wěn)壓1h，要求壓力實際降低不能大于0.05MPa?；?15%工作壓力的實際工況，保持穩(wěn)壓2h，當壓力的實際降低在0.03MPa以內時，確認系統(tǒng)運行合格。在廠房室內進行明裝的管道，以及管道的附屬支架，應連續(xù)刷兩道防銹防腐漆，刷完防銹防腐漆后再刷兩道銀粉；在室外布置的供暖管道，應根據實際情況進行有效的保溫與保護，主要采用超細玻璃棉管殼作為管道的保溫材料[6]。

5 結束語

采用上述廠房供暖設計方案，沿廠房墻體均勻布置散熱器，并采用室內自然對流的方法實現供暖，借助散熱器對廠房室內空氣進行加熱，并保證加熱以后的空氣可以發(fā)生上浮，產生穩(wěn)定的熱空氣對熱，以此形成穩(wěn)定的空氣對流，實現提高室內溫度的根本目標。當廠房生產對室內溫度有很高要求時，在設計過程中可以在室內的上層增設額外的加熱系統(tǒng)，確保熱空氣流能夠不斷向下流動和覆蓋，以此確保廠房可以達到較高溫度。

[1]李潔.淺談主廠房及輸煤系統(tǒng)采暖熱源的選用[J].黑龍江科技信息，2015（06）：28～29.

[2]馬則權，丁麗，李培智.山東濟寧某工業(yè)廠房輻射采暖設計[J].工程建設與設計，2014（03）：72～73.

[3]張衛(wèi)祥.關于鋼結構廠房采暖設計的分析[J].科技風，2013（05）：47.

[4]趙 宇，高 揚.高大廠房采暖設計形式探討[J].科技創(chuàng)新導報，2012（02）：43.

[5]朱佩璋.工業(yè)廠房高大空間采暖設計方案比選[J].山西建筑，2011，37（32）：118～119.

[6]張 冰.大慶油田生產廠房采暖節(jié)能分析[J].科技風，2011（03）：120～121.