燃气辐射采暖系统方案阶段设计要点

精品资料燃气辐射采暖系统方案阶段设计要点北京市工业设计研究院 刘灏摘要：本文就燃气辐射采暖系统的原理、系统构成、特点、应用范围，以及在方案确定阶段涉及到的节能降耗、投资及运行经济分析、消防安全等方面需要考虑的问题，做较为详尽的论述。关键词：燃气红外线辐射采暖系统、方案、经济分析、消防安全正文：燃气红外线辐射采暖系统的工作原理为：燃烧天然气、液化天然气或液化石油气、人工煤气等，通过加热金属或陶瓷材质的辐射管、板，使其产生直接热辐射，以及房间围护结构内表面和房间内物体表面因受热产生的二次辐射和对流换热，创造和维持房间采暖区域的舒适温度。燃气辐射采暖系统主要由以下五部分构成：1， 燃气计量及输配系统：主要包括燃气计量设备、输配管道、减压阀、关断阀等；2， 燃气辐射器：主要由燃气燃烧器、辐射管或板、反射罩等组成；3， 调节控制装置：其形式可分为集中控制、区域控制和分散控制，可根据具体使用需求选择；4， 配套安全保障装置：主要包括燃气泄露报警系统，燃气紧急切断装置和事故通风装置；5， 尾气排放和通风装置：尾气排放分为自然排放和有组织排放，通风主要形式有自然通风装置（即设置可启闭的通风百叶）、无动力通风装置和机械通风装置。尾气排放和通风装置可根据建筑物围护结构具体条件和实际使用需求确定。现根据燃气辐射采暖系统的原理和构成，总结系统的特点和应用范围：1， 有辐射和对流换热双重作用，室内工作区温度场分布更为合理，更符合人体的舒适要求。2， 室内采暖得以简化。燃气辐射采暖系统不占用建筑面积，而且在空间上减少了管道数量，从而为工艺管道布置创造了条件，使厂房内整洁美观。此外，运行、维护、检修保养的工作量大大减少，彻底消除传统采暖系统跑、冒、滴、漏等弊端。做到了节能、降耗。3， 燃气辐射采暖系统计算量小，设计简单，可靠性高。4， 室内工作区竖向温度场分布合理，避免了传统散热器采暖系统存在的竖向温度梯度上热下冷的现象，使有效能量最大限度集中在工作区，大大减少了无效热损失。5， 根据辐射采暖原理，热源通过辐射红外线直接加热被照射到的人体和物体表面，相应提高了工作区围护结构和地面表面的温度，减少了工作区围护结构和地表对人体的冷辐射，舒适感提高。6， 传统的散热器采暖系统靠加热空气，通过空气的对流实现供暖。由于空气受热产生烟囱效应，室内空气会产生较为急剧的流动，会带来尘埃的飞扬，卫生条件恶劣。而燃气辐射采暖系统的热传递形式主要是辐射换热，热源主要不直接加热空气，因此减少了扬尘，卫生条件有所改善。7， 燃气辐射采暖系统内每台设备的运行工况均可实现独立的调节。因此可根据不同工作区的实际需求运行。与传统的锅炉房加散热器采暖系统相比，基本能够即开即热，不需要预热时间，实现间歇运行。使用方便，调节操作灵活。8， 该系统使用上也有一定的局限性。根据采暖通风与空气调节设计规范（GB50019-2003），“燃气红外线辐射器的安装高度应根据人体舒适度确定，但不应低于3m”，该系统适用于高度高于4m的高大空间采暖，比如高大厂房、车（机）库、体量高大的展厅、会堂、体育馆等场所。对于工业厂房，要根据生产工艺的具体条件探讨方案的合理性。比如生产工艺过程中产生大量粉尘、纤维、挥发性、可燃性、腐蚀性气体（雾）等的厂房空间不适宜采用燃气辐射采暖系统。在设计前期的方案阶段，业主就是否采纳某种方案的分析论证，不仅着眼于系统原理、构成、特点、应用范围等方面的定性结论，更注重能耗、初期建设投资、运行投资及维护保养费用等方面定量的经济分析。首先，系统的能耗问题不仅直接决定系统的可行性与合理性，也直接关系到业主在项目投入使用后的运行成本。传统的采暖方式（锅炉房加散热器采暖系统）在系统自身原理、构造、运行管理、控制调节等诸多方面存在弊端。1， 锅炉房加散热器采暖系统，由其原理和构造决定了系统能量转化和传递的环节繁杂、转换效率低。具体流程可概括为：据统计，考虑到锅炉热效率、管道热损失、散热器换热效果等因素，传统形式系统的最高热效率仅为70%左右。且热效率与系统的运行年限及维护保养状况有一定关系。这就要求在系统维护保养上有一定程度的投入。2， 传统的散热器采暖系统针对高大空间的建筑适应性差。由于散热器只能沿建筑外围护结构布置，造成水平方向的温度场分布很不均匀，建筑物中心区域温度难以保证。一般解决这一问题主要靠在中心区域增设暖风机等强迫对流设备，但这样势必增加了初期建设投资和运行费用，并给运行管理工作增加了负担。加之上前面提到的散热器采暖系统存在的竖向温度梯度上热下冷的不合理现象，系统的无效热损失很大。3， 考虑到我国国情，许多厂房外窗密封性欠佳冷风渗透量大，外门冷风侵入严重。上述因素造成厂房热损失大，采用传统采暖系统难以达到令人满意的温度。4，关于初期建设投资、运行投资及维护保养费用等方面经济分析，下表内容可供参考：表内参数以一建筑面积为10000m2，高度为10m的新建轻钢结构厂房为例红外燃气辐射采暖系统与其他各类采暖方式对比表供热方式燃煤锅炉燃油锅炉天然气锅炉电暖风机辐射采暖备注1供热面积（M2）1000010000100001000010000车间净高10M以北京所在纬度带估算2燃料种类煤柴油天然气电天然气3单位面积供热量Kcal/m2.h14514514514510041万平米需锅炉容量2.5t2.5t2.5t-5采暖效率70%80%85%90%90%6每吨锅炉所需供给热量(kcal/t)6x105/70%=8.6x1056x105/80%=7.5x1056x105/85%=7.1x105-7燃料热值(kcal/kg)6000 kcal/kg10200 kcal/kg8700 kcal/m31kwh=860kcal8700kcal/m38每小时实际燃料消耗量358 kg/h183 kg204 m31948 kwh103 m39燃料单价0.48元/kg3.6 元/kg1.8元/ m30.4元/kwh1.9元/kg10小时燃料总价 (元)171.84658367.2779.2195.711投资 (万元)150-210 (新建)180-240 (新建)240(新建)/80 (改造)120 (新建)120(新建)*12年工作时间 (小时/年)2100210021001200120013年燃料费用 (万元)361669111123.48414年维护费用 (万元)7.25.240.50.515年总运行费用 (万元)43.2171.295111.523.984*此初投资额为估算值，实际金额需根据具体工况，经过选型计算后得出。*因为使用燃气辐射采暖系统，通过自动控制设备，可实现分时、分区采暖，而且系统无防冻要求，所以在实际使用中，系统运行时间为概算值的1/21/3，即实际运行费用为 RMB8.00/m2/采暖季 RMB12.00/m2/采暖季。在消防安全方面，很多业主和设计师认为采用燃气辐射采暖系统需将天然气、液化石油气管线引入车间，这样势必增加了危险性，使建筑物的火灾危险性等级提高。由此会给各专业的设计带来麻烦。对消防安全的顾虑主要是对相关规范、设备自身安全措施和系统运行状况不够了解产生的。1， 首先要消除认识上的误区。根据建筑设计防火规范GBJ16-87（2001年版）第3.1.1条:“利用气体、液体、固体作为燃料或将气体、液体进行燃烧作其他用的各种生产”火灾危险性类别属于丁类。因此，建筑物采用燃气辐射采暖系统火灾危险性等级比较低。单层高大厂房的设计中，丁类与戊类建筑相差无几。可见，采用燃气辐射采暖不会增加建筑物的危险性和设计难度。2， 其次设备自身及燃气输配系统都采取了一系列安全措施。设备内的燃烧只在辐射管内程负压时才能进行，且系统管道、阀门等气严格密封、无泄露；燃烧器配备自动点火装置，无爆燃点火现象；具有熄火保护装置、风压过大安全装置、烟道堵塞安全装置及故障、失电、误操作等安全保护装置。业主在选用燃气辐射采暖设备时需注意设备是否具有国家燃气用具质量监督检验中心提供的有效的检验报告。3， 根据采暖通风与空气调节设计规范（GB50019-2003），建筑物采用燃气辐射采暖系统时应设置可燃气体报警装置。一旦有燃气泄露报警，应具备紧急切断气源的自动或手动装置。4， 关于助燃空气供给和燃烧尾气的排放。问题集中体现在是否需要有组织送、排风系统。根据经验数据，单位面积供热指标按120w/m2估算，燃料热值8700kcal/m3，单位供热量燃烧所需空气量约为10m3/kw，对于高8m的建筑物而言，燃烧所需空气量约相当于该建筑物0.15次/h的换气量。经验数据表明，常规的高大空间建筑物，冷风渗透量基本相当于建筑物0.30.5次/h换气量。由此可见，对于常规的高大空间建筑物， 设置有组织的送、排风系统，尾气直接排放在室内是完全可行的。此外，在燃气辐射采暖系统的负荷计算