大空间厂房热风采暖系统设计

东北大学机械工程与自动化学院  

摘要：介绍沈阳田牌制衣有限公司厂房，以高效节能热风炉为核心的热风采暖系统的设计方法。使用该系统采暖不仅能够满足大空间轻钢结构厂房的采暖需求，而且大大节省了初投资，运行费用和水资源。该系统属无水采暖系统。

关键词   大空间厂房   高效节能热风炉  无水采暖  设计

Hot-Wind Heating System Design for   Spacious Workshops

Abstract   This paper introduces the design of hot-wind heating system in Shenyang Tian Pai clothes Making CompanyLtd .With efficient ,enengy-saving hot-wind furnace as its core,the system can satisfy heating requirement of large space of light-steel structure as well as save the initial investment,operation expenses and water resources.

Keywords    large space,  efficient,  energy-saving hot-water furnace,

heating without water,  design

引  言

沈阳市田牌制衣有限公司是辽宁成大集团控股企业，一九九九年春在沈阳市虎石镇投资建厂。占地约80亩，建筑面积11000平方米，其中主厂房长126米，宽36米，高7米，局部为二层，***宽处为54米的凹字型建筑，该建筑为轻钢结构，另有一处3200平方面米的职工宿舍及食堂，该建筑为砖混结构，该工厂为手动针织机羊绒衣编织厂，车间温度要求冬季18℃以上。

1．     大空间厂房采暖方案的比较

本工程中厂房获得热量只有后序工艺，熨烫部分有设备发热，其次为照明发热和操作工人人体发热，由于都是手动编织机，因此厂房内主要设备发热量很少。厂房对室内通风没有特殊要求，冬季能保证18℃以上既可。所以原设计选用三种采暖方式：***种为暖气采暖；第二种为传统的空调采暖；第三种为暖气加暖风补偿采暖。

1.1.    暖气采暖

暖气采暖是传统的安全的运行可靠的采暖方式，由于本工程为轻钢构，且跨度大，所以暖气片不好布置，只有靠墙裙摆放，这样暖气片摆放数量有限，既使能摆下，暖气片散热也很难保证空间达到设计温度。

1.2.    传统的空调采暖

空调采暖虽然能保证室内采暖的温度要求，但管道、设备投资过大，厂方予以否定。

1.3.    暖气加暖风补偿采暖

这种采暖方式虽然也能达到采暖设计要求，但室内要挂许多暖风机，这样就使整个系统更加复杂，管理难度加大，维修困难。

以上三种采暖方式对达到设计温度要求有一个共同的难点就是初期投资费用大，且都需要用水进行换热，这样就都有水处理系统，且要求有既能满足生活用水，又要满足锅炉用水的水源。在这种情况下，我们提出了第四种采暖工程解决方案。

2. 工程设计

本工程厂房长度方向21个轴，间距6米，沿宽度方向9个轴，间距6米，要求工作区域，环境温度18℃以上。

2.1.    气流组织和设备的确定

由于工厂的生产工艺，对空气的流动没有特殊要求，只要能满足室内环境温度18℃既可，这样我们根据这一要求及热空气向上漂浮的特点，我们设计采用距地0.5米处设出风口，间距为5米一个。空气强制对流混合加热以达到热平衡。空气对空气的加热利用率可达100%。

2.2.    喷风口设计计算（见图一）

采暖工程喷风口设计主要根据采暖总面积而定，新开发的高效热风采暖系统中，每个喷风口采暖面积约为90平方米，喷风口设计采暖热量量为120Kcal/m²/h，喷风口流速为12m/s，喷吹***远距离约为6米，根据公式Q=L×C_h×Δt

L为喷风口气体流量

C_h为喷风口气体比热

Δt为喷风口的温度

Q为喷风口的气体热量

及以上条件计算得出Q=10800大卡/小时；L=288立方米/小时；***终计算出喷风口的口径为Φ92，通常情况采用Φ89圆管或80×80方管。

3. 锅炉房设计

锅炉房位于主厂房旁边的单层建筑内同时配有风机房。

由于工艺上的要求，我们突破原有的设计理论及思想，大胆采用新的采暖设备及配套工艺，在新的采暖设计理念指导下我们选用了东北大学开发的高效节能热风炉为采暖热源。并与一台调速风机为配套。

3.1.    高效节能热风炉（见图二）

高效节能热风炉是一种新型的间接的空气加热设备，***突出的特点是采用了更为合理辐射和传导的热交换结构，具体体现在以下几个方面：

3.1.1.高效节能热风炉采用了更为合理的冷风分布室及烟气收集室。

根据流体力学中的气体运动特性和传热学中热交换原理，冷风分布室和烟气收集室在结构上，采用了阿基米德螺线的渐开方式，形成冷空气和烟气在热交换时均匀的分布，以达到单位面积***佳的换热效果。

3.1.2.高效节能热风炉有相对结构小，换热面积大的特点。

根据传热学中气体与气体热交换原理，高效节能热风炉在气气换热机构上采用逆流多层热交换形式，并且加热气体与被加热气体的流速更为合理，同时把通常所谓的省煤器集于设备中，实现了烟气温度的再利用，起到了对冷风地预热，以达到热量的***高利用。热风炉是气气换热结够，属无水常压设备。

3.2.基于以上结构和特点热风炉输出温度可在40～350℃之间任意取舍。由于热风炉很容易提高风温，这样我们在设计中选用130℃风温值，来做通风管道设计，由于风温的提高就降低了送风管道的直径，这样就大大降低了管道的投资及相应的工程费用。由于热风扩散能力强，单位体积的热焓低，所以热风离开管道后迅速扩散，温度也就随之快速降低，（降低温度分布）（见图三）不会对人造成不安全因素。

3.3.根据风量风压的计算，这套送风系统我们只选用了一台调速风机，这样又为工程减少了投资。选用调速风机可根据采暖空间温度变化进行调节，当采暖空间温度达到设计要求时，进风量可随之降低，当风量降低后，煤的燃烧量也随之下降，这样就降低了能耗。这也是我们没有采用回风设计的一个依据。

3.4.工程应用结果

该工程于1999年8月完成工程设计,同年11月竣工验收,同时对工程进行全面测评工作，整个车间中部内共设置16个测温点,在正常生产的情况下,对测控点的温度进行测量。

3.4.1.温度场

车间工作区域内(2米高度以下)水平方向温度在18.5～24℃范围,垂直方向温差＜0.3℃,工作区域以外温度程梯度变化,越靠天棚温度越高。夏天往车间内送自然风(风管走地下)可使车间内温度适当降低(室外30℃,室内主要工作区域内26～28℃)。

3.4.2.速度场

送风口处气流平均速度为12.2～13.4m/s,出风距离(车间)大约为6～7米，办公室与宿舍4～5米。当风机满负荷运转时，这么大的风速产生了一定的管道风音，车间对风声不是很敏感，但办公室和宿舍有噪音。由于是调速风机供风，当温度达到采暖要求时，风机的风压、风量降低，风速也随之降低，这样由气流产生的噪音也随之降低，不影响工作和休息。在以后的工程中我们按风速6～8 m/s进行设计，就克服了管道风音问题。

3.4.3.通风采暖

所有的操作人员均反映采暖效果良好，室内空气清新，由于冬季室外空气相对湿度较大，加热后虽然相对湿度降低，但进入采暖空间后随温度下降，相对湿度会增加，所以，通常在室温20℃时，相对湿度为65～70%，无空气干燥等不适感觉。由于室内是正压空气采暖，所以每当开门，关门时，热空气向外走，这样在一定程度上阻隔了冷空气的进入。

4．采暖结论

4.1.经1999～2000年冬季（50年***冷）的实践证明，这套以高效节能热风炉为核心设备的采暖系统，对大空间厂房的采暖是可行的有效的且运行可靠，是目前已知的采暖系统中初次投资费用***低。经过一冬的考核综合采暖费为5.5元/米²。

4.2.对进深较大的，以轻钢结构为主的高大厂房，用热风进行采暖，既可以补充新鲜空气，又保证了采暖效果，又能满足了工人工作环境卫生的需要。

4.3.采用喷口喷热送风，可以满足高大空间远距离送风的需要，采用调速风机送风既能满足一次供暖所需的风量，又可达到节省能源的目的；采用等压送风可以使各出风口出风均匀 ，可省去调节阀。

5．系统设备结论

5.1.该系统设备采暖能力强，范围大，适用于大空间场所的采暖，且温度均匀；供热稳定可靠，采暖温度可任意调节；采暖升温速度快，可根据采暖要求即停即用；热媒采用自然空气，节约水资源，与传统的空调相比节省了一次换热过程，提高了热效率，同时，节省相应设备地投资及土建费用。

5.2.该系统为常压设备，运行安全可靠，基本无故障，维护费用低；安装简单，操作方便，无需专业人员操作；基建投资费用低。

5.3．该系统采暖能力强，对不同的采暖空间可切换使用，这样对一些一期投资不足的项目在二期投资可不用增加采暖设备投资。

后  序

高效节能热风炉是东北大学开发研制的新型高效节能设备，该技术设备被列为95国家重大节能科技成果推广项目，获国家***。已被广泛应用于生产领域。

以高效节能热风炉为核心的采暖技术经过几年的推广和不断完善，基本形成两大类，一类属基本型就是单纯的送风采暖（见图四）；另一类需加混风室（见图五），使加热的空气先进行混风，再送入采暖空间。这主要用于大空间大排风量，对换气次数有要求的场所。综上所述这两种形式可以完全适应北方各种大空间建筑物的采暖需要。由于本系统属无水采暖，对干旱、缺水地区尤其有着重要意义；学校、展览馆、办公楼等应用本系统采暖，节能效果就更加明显。

本系统***大的特点：常压、无水、高效、节能。