高大空間燃氣紅外線輻射供暖技術的應用研究

王洪武

摘要：紅外線輻射采暖類似于太陽輻射，紅外線是整個電磁波段中的一部分，不同波長的電磁波，接觸到物體后，將產(chǎn)生不同的效應。通過紅外線輻射，對輻射到的區(qū)域進行直接加熱，輻射熱量能被混凝土地板、人和各種物體所吸收，并通過這些物體進行二次輻射，從而加熱四周的其它物體。文章結合具體工程案例分析了燃氣紅外線輻射供暖技術的應用。

關鍵詞：高大空間；燃氣紅外線輻射；供暖技術；應用

由于我國對能源的需求相對較高，但是能源的發(fā)展卻不容樂觀。因此，相關的研究人員對太陽能進行了深入研究，找到了一種紅外線輻射技術，并且將這一技術應用到人們現(xiàn)實生活的采暖工作中，也就是人們常說的熱輻射。對于高大空間的廠房及工業(yè)建筑，采用紅外線輻射技術是一種有效的采暖方式，可以滿足使用要求。

一、燃氣紅外線輻射采暖的組成及工作原理

燃氣熱輻射供暖是利用天然氣、液化石油氣，在特殊的燃燒裝置一輻射管內(nèi)燃燒，將燃氣的化學能轉變成高溫熱能，再經(jīng)輻射管輻射出一定波長的紅外線進行供暖的設備，輻射管表面的工作溫度大約在180℃一550℃之間，所產(chǎn)生的紅外線波長在3.5一5.5μm之間，這個波段的紅外線具有很好的非色散性，能量集中，熱效應顯著。燃氣紅外線輻射采暖是模仿太陽輻射對地球進行加熱的原理，燃氣通過噴嘴進入到燃燒器當中燃燒，通過反射板將熱量反射到空間物體表面并將其吸收儲存，進行二次放熱。

重要組成部分及其作用：（1）噴嘴：是燃氣的進入口，它的作用主要是固定燃氣的流量，并使燃氣本身所具有的勢能轉化為動能；（2）引射器：是吸入空氣并使燃氣與空氣均勻混合，它一般由進口段，混合段和擴散段三個部分組成；（3）外殼：外殼是保持燃氣，空氣混合氣體在進入頭部之前具有一定的靜壓，并使混合氣體均勻地分配至發(fā)生器中去的部件；（4）分配板：分配板的作用，使協(xié)助外殼對燃氣與空氣的混合氣體進行均勻分布。根據(jù)發(fā)生器頭部結構和所用的材料不同，頭部分為以下形式：多孔陶瓷板式、金屬網(wǎng)式、復合式（它是由多孔陶瓷板與金屬網(wǎng)復合而成）、篩板式；（5）反射罩（板）：反射板的功能主要有二：一是將熱射線經(jīng)罩面集中后反射至某一范圍內(nèi)；二是利用燃燒物產(chǎn)物的熱量加熱反射板，進行再輻射。反射罩必須選用對紅外線有較強反射性的材料制作，如經(jīng)過電化學表面處理過的鋁板，不僅反射性強，且重量很輕，是一種較好的材料。為了減少無效熱損耗，在反射板背面貼一層高效絕熱材料是有益的；（6）點火裝置：點火裝置是發(fā)生器的重要組成部分，它的效果往往會影響發(fā)生器的正常工作。點火的方式很多，常見的是帶安全保護裝置的電子激發(fā)自動點火。

二、工程實例應用研究

某冶金機械有限公司的通用事業(yè)部，主廠房總面積19008m2，建筑高度21m；冶金事業(yè)部，主廠房總面積52272m2，建筑高度21m；制鋁事業(yè)部，主廠房總面積44640m2，建筑高度23m；均采用燃氣紅外輻射采暖。本文以制鋁事業(yè)部為例，冬季室外采暖計算溫度為-16.9℃，室內(nèi)采暖設計溫度為14℃，采暖季150d。

1.熱負荷的計算

目前，燃氣紅外線輻射供暖系統(tǒng)負荷計算的方法主要有以下幾種：①折算溫度法。仍采用對流傳熱供暖系統(tǒng)的熱負荷計算方法，燃氣紅外線輻射供暖系統(tǒng)的室內(nèi)計算溫度比對流傳熱系統(tǒng)低2—3℃。②溫度梯度折減法。對于高大空間，由于熱空氣的自然對流，存在顯著的溫度梯度。采用散熱器供暖時，高大空間的溫度梯度為0.5—1.0℃/m。采用燃氣紅外線輻射供暖時，可降低溫度梯度，取0.2—0.5℃/m。③修正系數(shù)法。熱負荷計算公式：[ψr=ψ1ψ2ψc]。式中：[ψ1]—輻射修正系數(shù)；[ψ2]—高度修正系數(shù)；[ψc]—對流傳熱供暖系統(tǒng)熱負荷。此方法適用于輻射器安裝高度不大于18m的場合。本項目采用折算溫度法進行負荷計算，通過天正暖通負荷計算軟件，得出總供暖負荷9100kW。

2.設備的選型及布置

ASHRAE推薦，輻射器的安裝位置要靠近外墻或負荷大的區(qū)域。將輻射器從靠外墻位置向內(nèi)移動，輻射器與外墻之間的輻射傳熱量將逐漸減少，通過外墻散失到室外的熱量也將減少，但加劇了房間輻射熱的不對稱，降低了房間熱舒適的均勻性?！恫膳L與空氣調(diào)節(jié)設計規(guī)范》4.5.8中指出“布置全面輻射采暖系統(tǒng)時，沿四周外墻、外門處的輻射器散熱量，不宜少于總熱負荷的60%”。《采暖通風與空氣調(diào)節(jié)設計規(guī)范》4.5.4中指出“燃氣紅外線輻射器的安裝高度，應根據(jù)人體舒適性確定，但不應低于3m”。當輻射器安裝高度高于7m時，隨著安裝高度的增加，溫度梯度增大，但安裝高度為7.5m時，下部空間的空氣溫度均勻性優(yōu)于安裝高度為5、6m的情況。本工程燃氣紅外線輻射供暖系統(tǒng)采用CRV-BH50UT分布式燃氣紅外線輻射供暖系統(tǒng)，輻射器安裝了廠房立柱的兩側，安裝高度為6.5m，選用204臺單臺有效輸出功率45kW的輻射器。在廠房的外側立柱布滿輻射器，靠外墻側的輻射器散熱量為總熱負荷的64%。整個車間共設40個溫度控制區(qū)，每個溫度控制區(qū)設置1臺溫感器，當某個溫控區(qū)溫度達到設定值時，自動關閉該溫控區(qū)內(nèi)的所有輻射器。也可以根據(jù)車間的實際作業(yè)情況，關閉無人員作業(yè)區(qū)內(nèi)的輻射器，對某些作業(yè)的溫控區(qū)進行局部采暖，可以達到良好的節(jié)能運行效果。

3.燃氣供應系統(tǒng)

本工程的燃料為天然氣，通過市政燃氣管網(wǎng)引至廠區(qū)，再通過廠區(qū)的綜合管網(wǎng)引至車間的調(diào)壓間，在調(diào)壓間內(nèi)一次減壓至0.05MPa，再通過室內(nèi)燃氣管道接至輻射器，在輻射器的入口設置減壓穩(wěn)壓閥，將天然氣的壓力調(diào)至2000Pa。單臺輻射器的天然氣用量為4.76Nm3/h。燃氣管道的布置符合《城鎮(zhèn)燃氣設計規(guī)范》、《工業(yè)金屬管道設計規(guī)范》和《城鎮(zhèn)燃氣室內(nèi)工程施工與質(zhì)量驗收規(guī)范》的要求。在燃氣入口總管上設置手動切斷閥和防爆電磁緊急切斷閥，并且在入口總管上設置氮氣吹掃裝置。

4.安全措施

燃氣紅外線輻射采暖系統(tǒng)的天然氣入口總管處設置防爆電磁緊急切斷閥，在車間內(nèi)設置有燃氣濃度報警裝置，在車間的頂部設置有防爆型屋頂風機，當報警器檢測到燃氣濃度超標時，發(fā)出聲光報警，同時連鎖關閉入口總管處的緊急切斷閥，連鎖開啟屋頂風機進行強制通風。整個紅外輻射采暖系統(tǒng)采用獨特的負壓燃燒和負壓檢測系統(tǒng)，保證了燃燒過程所需的充足空氣，燃燒充分，無CO產(chǎn)生；保證在燃燒過程中，無煙氣從管內(nèi)泄漏。雙重電磁閥進氣控制，發(fā)生器裝有自動式點火裝置和熄火保護裝置，超、欠壓自控保護裝置。

5.運行效果

項目已經(jīng)投入運行，車間內(nèi)設置的黑球溫度（實感溫度）為14℃，由于提高了圍護結構內(nèi)表面溫度，減少了圍護結構對人體的冷輻射，人體感覺很舒適，溫度梯度為0.3—0.4℃/m。采用燃氣紅外線輻射供暖系統(tǒng)，用戶能做到任意控制供暖周期，根據(jù)實際運行消耗的天然氣用量計費，避免向集中供熱公司支付不必要的采暖費用，大大節(jié)約運行成本。

燃氣紅外線輻射供暖系統(tǒng)非常適合于高大空間的廠房，具有高效節(jié)能、安全舒適、可分區(qū)控溫、運行費用低等優(yōu)點，在燃氣供應充足的地方，值得大力推廣。

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