燃气红外线辐射供暖在汽车制造行业的设计与应用（转）

摘要
传统的对流采暖系统在高大建筑空间应用时存在着难以克服的缺点，而燃气红外辐射采暖系统则有着众多优势。
本文介绍了这种新的供暖方式的特点、设计中的注意事项、在汽车制造行业的实际设计使用情况以及它的应用前景。
关键词
燃气红外线辐射供暖 节能 经济性 高大建筑空间

随着天然气在中国的普及和应用，越来越多的用户和设计人员已经认识到燃气红外辐射供暖技术在高大建筑物中的经济性和舒适性，它已经越来越广泛的应用到涉及工业、农业、航空系统、体育场馆等各行各业的场所。
1 辐射供暖的特点
众所周知对流采暖由于直接加热空气，其优点是热源集中，易于将热空气传向所需要的地方，缺点是空气分层，对于较大的“盒式”建筑物来说，这缺点显得尤为明显。
辐射采暖恰恰相反，热量直接辐射给需要采暖的人或物体，而燃气红外辐射采暖技术的推广与应用，为原本无法解决的高大空间的采暖提供了良好的途径。
A 高效节能，经济性好
辐射采暖时建筑物热损失较对流采暖时低，主要有以下几方面原因：
1）由于辐射采暖时的辐射热直接照射采暖对象，几乎不加热环境中的空气，因此辐射采暖时的空气温度可以比对流采暖时的空气温度低3-5℃，室内外温差小；
2）由于对流采暖时，因此室内空气温度有较大的梯度，屋顶部分温度高，地面附近温度低；而当辐射采暖时，热量向下直接传递给需要热量的人或物体，因此室内空气温度梯度小，相应建筑物上部的热损失也较小；
3）燃气输送损失小，同时辐射燃烧器的燃烧又非常完全，因此系统的热量得以充分利用。而传统方式的采暖方式热源引出后，沿途有10-15%的热损失。
通常情况下，选用红外线辐射采暖比传统方式可节约能源30-60%，大大降低了运行成本。
B 污染小，工作环境优
红外线辐射供暖燃烧完全，无运行噪音，并且地面温度高于空气温度，所以人体有较好的舒适度，人的实感温度高于环境空气温度。
C 热效应快，冷却缓慢
由于辐射供暖利用红外线传热，而红外线与可见光一样都是电磁波的一部分，
都以光速传播，所以辐射体达到一定温度后，即可供热并解除人体的冷感觉。在采暖期间，地面、室内设备以及周围结构均吸收辐射热量并蓄存一部分热量，当辐射采暖停止后还可以保持一定的热环境。
D 定时定向，自动控制
由于热量传播有很强的方向性，可以全区域采暖，也可以对局部区域进行采暖，甚至可以在室外进行采暖，还可以根据要求随时开停。
E 安全可靠，安装方便
设备保护系统完善，无需其它辅助设备，安装简单，移动也很方便。
2 燃气红外线辐射供暖设备的分类
目前进入我国的燃气红外线辐射采暖加热器产品很多，但从形式上基本分为两类：一种为单体型，一种为连续加热型。从表面温度上也分为两类：一种是高强度辐射加热器，表面温度在800～1000℃之间，另一种是低强度辐射加热器，也有称柔强辐射加热器，表面温度在300～500℃之间。 单体型的辐射加热器也有高强度和低强度两种类型。
单体型高强度辐射加热器基本结构大同小异，一般由喷嘴、引射管、混合段、带孔的陶瓷辐射板或带孔不锈钢辐射板、反射罩组成，并配有自动点火、自动控温和自动监测装置。这种加热器，由于火焰是在带孔的辐射板内燃烧，因此，属于明火采暖。
单体型低强度辐射加热器一般由热能发生器（或称燃烧器）、辐射管、反射板和机械排气装置组成。它与高强度辐射加热器的最大区别，
在于燃气是在封闭的燃烧器内燃烧，热气流在辐射管内流动，且有机械排气装置。
系统内部与室内隔绝，表面温度较低。

连续加热型是将多个单体辐射加热器用辐射管串连起来，使热气流不断加热，始终保持一定的辐射强度，因此，采用这种系统采暖，室温比较均匀，适用于高大的建筑物内。
一般来说，当系统安装较低，采暖空间较小时，宜选用小功率的辐射加热器；当系统安装较高，采暖空间较大，宜选用较大功率的辐射加热器。
高大建筑空间的全面采暖宜采用低强度红外线辐射加热器，并使多个加热器串联，连续加热。因为连续组合式不仅效率高，温度均匀，当尾气外排时可最大限度的减少排 烟出口；面积较小，高度较低的空间，宜采用单体的低强度辐射加热器；室内局部采暖或工作地点的采暖，宜采用单体的低强度辐射加热器或高强度辐射加热器；室外工作点的采暖，则采用单体高强度辐射加热器为宜。
3 燃气红外线辐射采暖设备的应用实例
近几年，我们也设计了很多辐射供暖的项目，尤其是汽车制造行业厂房。
如长城汽车股份有限公司一期工程的总装车间、冲压焊接车间，厂房面积近
80000平方米，高度为在10m左右，采用了辐射供暖设备，已经成功使用两个采暖季，目前，长城汽车的三期工程有接近150000平方米的厂房已经确定继续使用。从去年投入使用的陕西重型汽车有限公司新基地项目，总装车间、冲压车间、
焊接车间、检测车间共110000平方米，使用了近一个采暖季，事实证明，其供暖效果和节能效果明显高于传统的对流供暖。
现以陕西重型汽车有限公司新基地项目装配车间为例，分析对比。
A 建筑特点
陕重汽装配车间为钢结构厂房，建筑面积56000m2，屋面板高度12m(网架下弦
10m)，为典型的高度大、跨度大的高大空间建筑，车间工人基本集中在生产线及邻近区域，远离生产线的区域基本无人员长期停留。
B 车间燃气红外辐射采暖系统的布置形式及主要特点
由于厂房的面积很大，如果选用单体管式的设备，为将燃烧后的尾气外排，
屋顶或外墙开口会很多，既影响建筑美观又增加安装成本，因此设计时选用了
VS系列大型连续组合低强度辐射管式设备，并根据工艺要求及现场条件设计成直线型、H型、L型等，将车间分成5个区域进行温度控制。由于车间有良好机械通风设施，燃烧所需空气取自室内。辐射管安装高度8米，黑球温度控制器安装标高1.50m。每台燃烧器上方约500mm处均布有燃气报警探头，车间布置一台燃气报警控制器，在天然气泄漏超过低位浓度标准时发出声音警报信号，超过高位标准时立即自动关闭车间燃气管道总入口处的电动阀，切断燃气供应，确保系统安全运行。
C 运行使用效果
装配车间的本套系统自2005年11月份安装调试完毕后，立即投入使用。经过实际测量，在辐射采暖设备开机10分钟后辐射管下部车间区域即有明显的温暖感，约2个小时后，车间内部生产区域的温度可达到设计要求的16℃。总体来讲，燃气红外辐射采暖装置操作管理方便、温度控制灵活、环保节能，在整个采暖季运行稳定，业主十分满意。
D 与传统对流采暖方式的经济性对比
装配车间附近有一物流车间，建筑形式与总装车间类似，采用传统散热器对流供暖，虽然建筑面积、室内设计温度与装配车间均不相同，但通过对其系统投资与运行情况得到的数据进行分析，仍可对两套系统的经济性对比有一个更深的认识。
具体数据详见下表。


以上表中原始数据均来自陕汽动力厂的实际运行记录和项目建设原始文件，
虽然装配车间的高度、室内采暖温度均高于物流车间，但从上述比较中已经可以看出在单位运行成本和单位造价方面燃气辐射采暖仍远低于传统对流采暖方式。
4 燃气红外线辐射供暖的常规设计注意事项
A 设计及布置方法：
第一步 确定建筑物的热负荷
已出版的《采暖通风与空气调节设计规范》和《高大空间燃气红外线辐射采暖系统国家标准图集》也已提到，在此只作简单介绍。
1）按照对流采暖方式计算出建筑物的热损失；
2）考虑辐射修正：辐射采暖负荷取上述数值的80%~85%；
3）考虑建筑物的通风量（自然通风或强制通风）；
4）考虑高度修正：通常情况下，当系统的安装高度超过6米时，系统的热负荷要进行修正。修正系数为每增加0.3米，系统的设计热负荷要增加1%。
第二步 根据可安装的高度确定采暖设备的数量
1）根据建筑物的结构，考虑采暖设备可以悬挂的高度。尽量将采暖设备悬挂的高一些，以便使热量均匀分布在地面上
2）参考设备厂家提供的对各种规格建议的安装高度，确定可选择每台采暖设备的功率；
3）根据总的热负荷除确定设备数量。
第三步 采暖设备的安装位置
1）对于全面采暖，尽量均匀布置加热地面；
2）可根据需要灵活选用各种规格，在相对冷的位置上方尽量要安装多一些采暖设备，或安装较大规格的采暖设备；
3）水泥地面是红外线良好的接受体，除要加热人和物体外，应尽量加热工作区域的地面和墙面，增加舒适度；
4）对于一定加热功率的采暖设备，设备厂家一般会有一定范围的辐射管长度，选择时应考虑提高热效率和覆盖要加热的地面，尽量选择厂家推荐的长度。
B 设计中应注意的关键参数
1）红外线供暖设备辐射管表面的温度为400℃左右，因此务必远离可燃物体。必须遵守厂家提供的“距离可燃物的最小距离”；
2）当燃气红外线辐射采暖系统的燃烧器所需要的空气量小于该房间换气次数
0.5次/h时，可由室内供给,大于该房间换气次数0.5次/h时，应由室外供应空气；
3）燃气燃烧后的产物主要为二氧化碳和水蒸气，理论上可以排到室外，也可以排在室内。国家标准《室内空气质量标准》规定，室内CO2的允许浓度为0.1%
（日平均值）。当系统排出的CO2不超过规定的允许浓度时，尾气可以排至室内，但CO2的排放量及室内的浓度计算比较复杂，因此在一般应将尾气排至室外。规范也已规定，无特殊要求时，燃气红外线辐射采区系统的尾气应排至室外。废气的排放应注意由各厂家提供的有关连接排烟系统的参数。
C 工业厂房设计中的注意事项
1）将供暖设备安装在需要加热的地方，尽量避开不需要加热的地方；
2）将供暖设备分区域控制，这样就可以根据需要进行定时、定温、定区域进行独立控制。既可以满足采暖要求，又达到节能的效果；
3）对靠近门口通道等热损失较大的地方，可以根据需要适当加强；
4）焊接车间等工业厂房通常需要大量的通风换气，在计算热负荷时必须要考虑该因素；
5）应考虑对天车上的电气等有关物品进行防护
5 应用前景
在西方发达国家，对燃气辐射型采暖方式的运用已有二、三十年的历史，而这项技术引进我国才仅仅是上世纪九十年代末的事情，近些年发展很快,据统计2005年市场总值以超过6000万元, 随着我们对这项新技术了解的日益深入，随着我国对天然气的开发利用以及西气东输工程的日益完善，燃气红外辐射采暖这种新型的采暖技术必然会在我国获得更为广泛的应用和发展，同时也为原本困扰工程设计人员多年的高大建筑空间采暖问题找到了一个新的解决方案。
参考文献
[1]《城镇燃气设计规范》GB50028-93，中国计划出版社， 2003年
[2]《采暖通风与空气调节设计规范》GB5001-2003 中国计划出版社，2003年
[3]《环保经济的供暖方式-蓄热电锅炉供暖》，城市管理与科技，2004年第6卷，作者：辛琪
[4] 陕西重型汽车有限公司动力厂能耗记录