瓦特斯控制设备(上海)有限公司辐射原理

一 前言 一些高大的工业厂房和某些大空间的公共建筑 其围护结构冷风渗入及冷风侵入耗热量均 很大 如果全部采用普通散热器采暖 不仅所需散热器数量多 而且采暖效果也不好 主 要原因是房间高 跨度大 竖向温度梯度偏大 增加了房屋上部的无效热损失 而工作或 生活地带的温度偏低很难满足要求 因为系统本身的问题 传统的采暖方式 散热器或暖 风机 并不能有效解决大空间的采暖问题 造成能源的大量浪费 目前 国内大空间建 筑物的采暖主要采用热风采暖方式 而这种方式有一些弊端 热风采暖在它工作的过程中 和散热器系统一样 也是一种对流换热的方式 如要求室内温度达 16 2m 以下的空间也 成为采暖的对象 这样大部分的能源被浪费 再者 一个好的热系统 必须要有相应良好 的气流组织来实现 这样势必又造成车间上部要有大量的通风管道 空气处理设备占用大 量的空间 另外 还有值班采暖的问题 一是夜间关闭新风管道阀门 开启空气处理设备 依靠室内回风解决问题 其最大的缺点就是不便于管理 二是设置单独的值班采暖散热 器系统 全天 24 小时开启 这两种方式都会加大能耗 实践证明 对于这类建筑物 如果 采用辐射采暖的形式 就能较好的满足使用要求 任何物体在温度高于绝对零度时 都会 以电磁辐射方式向外辐射能量 由于采用的能源不同 辐射采暖可分为燃气 燃油辐射 按温度高低可分为低温 中温 高温辐射采暖 低温辐射采暖的表面平均温度较低 如高 温辐射采暖不低于 450 而最高可达 800 1000 按能源可分红外燃气辐射和燃油红外辐 射采暖 这里重点介绍远红外燃气或燃油辐射采暖系统与其它采暖系统的比较及在大型空 间的应用 二 辐射采暖与对流采暖相比具有以下一些特点 1 采暖热效率方面 对流采暖主要通过室内空气流动传递热量 因此室内采暖的卫生条件和热效应与房间 内的空气温度及流动速度有关 依靠室内空气自然对流采暖时主要取决于室内空气温度的 高低 辐射采暖的散热量主要靠辐射方式传播 也伴随少量的对流散热 因此辐射采暖的 热效应是以实感温度作为衡量标准的 对流采暖是以室内空气温度为标准的 实感温度也称为黑球温度 它可以通过黑球温度计来测量 也可以通过经验公式计算 得出 实测表明 在人体的合适感范围内 全面辐射采暖时的实感温度可比室内环境温度 高出 2 3 即在相同舒适感前提下 全面辐射采暖的室内空气温度可比对流采暖室内低 2 3 在局部地区辐射采暖的环境中 辐射照度与周围空气温度的对应关系见表一 从表一可知 辐射照度和周围空气温度的关系是在一定范围内可以互补的 即在环境 温度较低时可配合较高的辐射照度 并注意使人体善感受到的辐射强度小于允许值 表一 人体需要的辐射照度与周围空气温度的关系 周围空气温度 16 14 12 10 8 6 4 2 0 2 辐射照度 W m 3 81 122 163 204 244 285 326 366 407 448 周围空气温度 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 辐射照度 W m 3 488 529 570 611 651 692 733 773 814 855 在环境温度较高时可配合较低的辐射照度 两种情况都可以产生良好的热效应 2 采暖的舒适方面 根据有关方面的研究结果表明 人体的舒适感与人体的各种热湿交换如对流 辐射和 汗水的蒸发等有着密切的联系 在保持人体散失总热量一定时 适当地减少人体的辐射散 热而相应地增加一些对流散热 就会感到更舒适 根据传热学理论可知 人体的辐射散热 取决于人与外界的有效辐射 人体的对流散热则取决于空气环境的温度和流速 辐射采暖 时 由于人体和物体表面的温度比对流采暖时高 使得人对外界的有效辐射减少了 虽然 周围的空气温度比对流采暖时低了 却正好可以加大一些人体的对流散热 与人体的生理 要求相吻合 所以会感到舒适 另外辐射采暖室内空气上下对流弱 空气中含尘量少 空 气温度分布均匀 对改善劳动条件和保持环境卫生大有益处 可为人们提供较对流采暖更 舒适而卫生的空气环境 3 能源消耗方面 由于辐射采暖主要是以辐射形式在一定的空间里造成足够的辐射热强度来维持采暖效 果的 室内温度梯度 房间工作区经上每增 加 1m 空气温度升高的数值 比对流采暖时 小 因而可以大大减少房屋上部的热损失 同时 由于热压减小 相应的冷风渗透量也减小 又因辐射采暖时 室内计算温度可比对流采 暖时约低 2 5 高温辐射可降低 5 10 减 少了建筑物的耗热量 一般情况下总耗热量约减少 5 20 4 使用方面 一般对流采暖不能满足高大空间和一些特殊场合的局部采暖要求 采用辐射采暖可将 辐射热直接送入工作区 在一些特殊场合和露天场所 使用辐射采暖可以达到对流采暖难 以实现的采暖效果 而这种采暖效果主要是靠合适的辐射照度来维持的 对于全面使用辐射采暖的建筑物 由于围护结构内表面温度均高于室内空气的露点温 度 可以避免围护结构内表面因结露潮湿而脱落 从而延长了建筑物的使用寿命 三 原理介绍 1 基本原理 红外线是整个电磁波波段的一部分 不同波长的电磁波 接触到物体后 将产生不同的效 应 波长在 0 76 1000 微米之间的电磁波 尤其是在 0 76 40 微米之间 具有非色散性 因 而 能量集中 热效应显著 所以黎为热射线或红外线 众所周知 当任何一个物体的温 度高于绝对温度的零度时 就会以 电中高级波的形式向辐射能量 这种辐射波被称作红外线 它以 30 万公里 秒的速度直线传播 当遇 到一个物体时 一部分辐射被吸收并转变为热量 一部分辐射被反射大型的燃气 油 辐射管发出的红外线波长在 6 14 微米之间 正好全部在此范围内 当红外线穿过空气层时 不会被空气所吸收 它能穿透空气层而被物体直接吸收 并转变为热量 不仅如此 红 外线还能够穿过物体或人体表面层一定的深度 从而从内部对物体或人体进行加热 这就 是红外线辐射供暖的基本原理 2 为什么燃气 油红外辐射供暖系统体现了节能环保舒适 2 1 节能 燃气 油红外辐射供暖是利用天然气 液化石油气 等可燃气体或轻油 在特殊的燃烧装 置 辐射管 板 内燃烧而辐射出各种波长的红外线进行供暖的 燃气 油辐射供暖比对流供暖节约能源可达 30 60 主要体现在以下几方面 第一 由于辐射供暖时 辐射热直接照射供暖对象 几乎不加热环境中的空气 因此辐射供 暖时的空气温度比相同卫生条件下对流供暖时的空气温度低 一般可以低 2 5 因此室 内外温差小 所以冷风渗透量也较小 第二 由于对流供暖时 室内空气被加热 并形成冷热空气的对流 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 一般对流供暖温度梯度约为 0 5 1 0 每 米 而辐射供暖时 辐射热直接向下辐射 地面部分还可以积蓄部分热量 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 第三 燃气 油在输送过程中没有什么损失 同时辐射器的燃烧又非常完全 因此整个供暖 系统的热量得以充分利用 而传统的暖气片供暖系统 热源从锅炉引出后 沿途有 10 15 的热损失 所以热效率较低 第四 能量转换环节少 传统的供暖系统的热效率如下 1 2 3 供暖系统热效率 1 效 锅炉热效率 2 供热外管网热效率 3 散热器热效率或空气处理设备的热效率 这样整个供暖系统的热效率低下 第五 可实现温度自动控制 室温到了就停止燃烧 第六 采暖通风与空气调节设计规范 GBJ19 87 2001 年修订版 中增加了燃气 油 红外线辐射采暖的章节 见第五节 3 5 1 3 5 12 条文 明确提出采用燃气 油红外线辐射采 暖时 建筑围护结构的耗热量不计算高度附加 并在此基础上乘以 0 8 0 9 的修正系数 2 2 环保 天然气 液化石油气是洁净能源 燃煤产物中无硫化物 无粉尘 我们的设备无 CO NO X 2 3 舒适 燃气 油辐射供暖是利用天然气 液化石油气及轻油 在特殊的燃烧装置 辐射管内燃烧 将燃气 油的化学能转变成高温烟气的热能 再经辐射管辐射出各种波长的红外线进行供 暖的 红外线辐射供暖类似于太阳对地球的辐射 太阳加热地球表面与暖气片加热不同 它 能穿过大气层 将热量辐射到地球表面上 这是因为大气的物理性质接近理想气体 当红 外线穿插过空气层时 衰减很少 极少被空气所吸收 红外线可穿过空气层对辐射到的区 域进行直接加热 辐射热量能被混凝土地板 人和各种物体所吸收 并通过这些物体进行 二次辐射 从而加热四周的其它物体 不仅如此 红外线还能够穿过物体或人体表面层一 定的浓度从而从内部对物体或人体进行加热 这种系统也称为 人工太阳供暖系统 燃 气 油红外线辐射供暖的辐射强度高 效果好 在辐射供暖的环境中 围护结构 地面和 环境中的设备表面 有较高的温度 所以人体有较好的舒适感 此时人的实感温度高于周 围环境的空气温度所以说体现了舒适 远红外辐射采暖系统应用介绍 3 1 红外线辐射采暖系统应用效果 例子 滑雪的人倒在地上 虽然温度 很低 仍会有一种舒适并感受到热量 红外线采暖为由上而下的采 暖空气不介入热量的传播 温度阶梯小 无热量分层现 象 它给场地占用者提供以方便 采用红外线采暖 围护结构 和环境空气的温度要比采用 传统方式的低 节约能源 只给场地中的人 材料和机器提供采暖 3 2 可以由红外线采暖的建 筑物工业场房 体育场馆 大型展示厅 飞机库 仓库 列车整备库 展览馆 汽 车展厅 大棚等 3 3 燃气 油红外线采暖的种类 辐射板 辐射管 多燃烧器辐射管网络 3 4 设备的选择 每一种技术对应每一种需求 每一种设备有其特定的应用高度 3 5 燃气 油采暖技能 燃气 油辐射管简介 大型辐射管是一种螺旋状中温传热管 传热管内传输 150 290 的烟气 辐射能量 应用范围 高度为 5 30 米 保温差而且不需要进行烟气排放的展馆 工业厂房 机库 可选性 可分区域定时定温度控制 随时随地启闭 减少热损失 优点 由于用少量大负荷的辐射管足以 照亮 要加热的面积 而面对高度高的大型建筑物的 采暖是一种 经济的选择 全静音运行和无空气混合提供了很好的舒适环境 运行极为安静 主机置于室外 备有双速运行方式 可以进行细调以达到理想的舒适温度 二种燃气 油采暖系统的比较 传统的热水或蒸汽加散热器的采暖系统 或燃气 油锅炉中央空调 以及现今的燃气暖风 机 组 均为对流采暖系统 图 6 即表示了锅炉加中央空调采暖系统 图 7 表示红外辐射采 暖系统 图 6 暖风机供暖系统 图 7 燃气辐射供暖系统 第一种是常见的燃气锅炉烧水成热水 经换热成低于 60 的热水 然后通过中央空调送风 系统的取暖系统 第二种是从意大利引进的红外辐射采暖系统 即天然气将辐射管加热 产 生辐射热 照射到人体或物体上取暖 下面就这二种形式分别详细介绍 A 燃气锅炉加中央空调方式供暖 通过燃气锅炉将介质水加热后 经换热器变为低于 0 的 温水 再经过中央空调风机盘管系统对展馆供热 此种方式热效率低 锅炉热效率为 85 管道损失率为 10 总热效率为 75 效果不好 而且需要软化水及回水管路 尤其是在寒带 地区 室外温度低 室内热损耗大 展馆开放率不固定的情况下 运行费用较高 另外此种 方式 不论展馆是否开放 每日必须要加温保证系统运 行 且必须用专人烧炉和维 护保养 B 红外辐射采暖系统 此种 采暖方式在欧洲早已应用 在国内刚应用几年 早先是 运动场馆采用 现在工业生产高大厂房也开始采用 它是通过天然所燃烧直接加热辐射板 管 辐射板 管 被加热后释放出对人体健康有益的红外线 红外线照射到人体后被吸收 被吸 收的红外线转变为热能 达到采暖的目的 就像冬天 的太阳 室外温度很低 但太阳放射出红外 线 人就会有温暖的感觉 此种方式改变了传统的将整个空间的空气全部加热的方法 直接加热到 人体 没有对流 没有热交换及管道损失 因此热效率高可以达到 98 由于不加热空气 特别 适合于保温及密封条件不好 经常开启大门的厂房采暖 辐射采暖系统开关完全由计算机控制 早 上上班时自动开启 下班后自动关闭 晚上低温维持 还可以做到个别工位加班只开启少量辐射板 管 其他都有关闭 做到局部取暖 节约了能源 其他取暖方式都无法做到这一点 这也是现 今世界上比较流行的大空间采暖节能的一种先进方法 这种采暖形式安装简单 高度费用低 主要 是辐射板 管 的固定 燃气管线的连接 电线的连接 无其他辅助设备 对比值 远红外线辐管采暖 暖风采暖系统 采暖系统类型 远红外线系统 小型管状系统 低中红外线 热风直接采暖 风机盘管采 暖 热水 蒸汽散 热片采暖 系统结构 主机和辐射管 燃烧机 风机 热管 锅炉 管线 换执系统 锅炉 风扇 盘管装置 锅炉 散热 片 热传递方向 从顶向下 从顶向下 从顶向下再向 上 从四周向上 低处四周向上 高度限制 安装及 建筑物 在此 35 米 没 有限制 6 米 不能有 吊车 8 米 不能有吊 车 5 米 4 米 建筑物热负荷 100 140 150 200 200 250 250 300 高温停留层 在地面 3 米以 内 底部及上部 中部及上部 上部 四周 外部进入的冷风的 影响 小 中等到大 中等到大 大 中等 分区供热可能性 非常好 非常好 不好 非常不好 非常不好 采用自动温度控制 系统 好 太多 不好 不好 非常不好 工作区间的加温效 果 快速 高效 快速 高效 中速 中等效率 慢 低效 中速 效率