燃氣輻射采暖系統(tǒng)方案階段設計要點

1、燃氣輻射采暖系統(tǒng)方案階段設計要點北京市工業(yè)設計研究院 劉灝摘要：本文就燃氣輻射采暖系統(tǒng)的原理、系統(tǒng)構成、特點、應用范圍，以及在方案確定階段涉及到的節(jié)能降耗、投資及運行經(jīng)濟分析、消防安全等方面需要考慮的問題，做較為詳盡的論述。關鍵詞：燃氣紅外線輻射采暖系統(tǒng)、方案、經(jīng)濟分析、消防安全正文：燃氣紅外線輻射采暖系統(tǒng)的工作原理為：燃燒天然氣、液化天然氣或液化石油氣、人工煤氣等，通過加熱金屬或陶瓷材質的輻射管、板，使其產(chǎn)生直接熱輻射，以及房間圍護結構內表面和房間內物體表面因受熱產(chǎn)生的二次輻射和對流換熱，創(chuàng)造和維持房間采暖區(qū)域的舒適溫度。燃氣輻射采暖系統(tǒng)主要由以下五部分構成：1， 燃氣計量及輸配系統(tǒng)：主要包

2、括燃氣計量設備、輸配管道、減壓閥、關斷閥等；2， 燃氣輻射器：主要由燃氣燃燒器、輻射管或板、反射罩等組成；3， 調節(jié)控制裝置：其形式可分為集中控制、區(qū)域控制和分散控制，可根據(jù)具體使用需求選擇；4， 配套安全保障裝置：主要包括燃氣泄露報警系統(tǒng)，燃氣緊急切斷裝置和事故通風裝置；5， 尾氣排放和通風裝置：尾氣排放分為自然排放和有組織排放，通風主要形式有自然通風裝置（即設置可啟閉的通風百葉）、無動力通風裝置和機械通風裝置。尾氣排放和通風裝置可根據(jù)建筑物圍護結構具體條件和實際使用需求確定?，F(xiàn)根據(jù)燃氣輻射采暖系統(tǒng)的原理和構成，總結系統(tǒng)的特點和應用范圍：1， 有輻射和對流換熱雙重作用，室內工作區(qū)溫度場分布更

3、為合理，更符合人體的舒適要求。2， 室內采暖得以簡化。燃氣輻射采暖系統(tǒng)不占用建筑面積，而且在空間上減少了管道數(shù)量，從而為工藝管道布置創(chuàng)造了條件，使廠房內整潔美觀。此外，運行、維護、檢修保養(yǎng)的工作量大大減少，徹底消除傳統(tǒng)采暖系統(tǒng)跑、冒、滴、漏等弊端。做到了節(jié)能、降耗。3， 燃氣輻射采暖系統(tǒng)計算量小，設計簡單，可靠性高。4， 室內工作區(qū)豎向溫度場分布合理，避免了傳統(tǒng)散熱器采暖系統(tǒng)存在的豎向溫度梯度上熱下冷的現(xiàn)象，使有效能量最大限度集中在工作區(qū)，大大減少了無效熱損失。5， 根據(jù)輻射采暖原理，熱源通過輻射紅外線直接加熱被照射到的人體和物體表面，相應提高了工作區(qū)圍護結構和地面表面的溫度，減少了工作區(qū)圍護

4、結構和地表對人體的冷輻射，舒適感提高。6， 傳統(tǒng)的散熱器采暖系統(tǒng)靠加熱空氣，通過空氣的對流實現(xiàn)供暖。由于空氣受熱產(chǎn)生煙囪效應，室內空氣會產(chǎn)生較為急劇的流動，會帶來塵埃的飛揚，衛(wèi)生條件惡劣。而燃氣輻射采暖系統(tǒng)的熱傳遞形式主要是輻射換熱，熱源主要不直接加熱空氣，因此減少了揚塵，衛(wèi)生條件有所改善。7， 燃氣輻射采暖系統(tǒng)內每臺設備的運行工況均可實現(xiàn)獨立的調節(jié)。因此可根據(jù)不同工作區(qū)的實際需求運行。與傳統(tǒng)的鍋爐房加散熱器采暖系統(tǒng)相比，基本能夠即開即熱，不需要預熱時間，實現(xiàn)間歇運行。使用方便，調節(jié)操作靈活。8， 該系統(tǒng)使用上也有一定的局限性。根據(jù)采暖通風與空氣調節(jié)設計規(guī)范（GB50019-2003），“燃氣

5、紅外線輻射器的安裝高度應根據(jù)人體舒適度確定，但不應低于3m”，該系統(tǒng)適用于高度高于4m的高大空間采暖，比如高大廠房、車（機）庫、體量高大的展廳、會堂、體育館等場所。對于工業(yè)廠房，要根據(jù)生產(chǎn)工藝的具體條件探討方案的合理性。比如生產(chǎn)工藝過程中產(chǎn)生大量粉塵、纖維、揮發(fā)性、可燃性、腐蝕性氣體（霧）等的廠房空間不適宜采用燃氣輻射采暖系統(tǒng)。在設計前期的方案階段，業(yè)主就是否采納某種方案的分析論證，不僅著眼于系統(tǒng)原理、構成、特點、應用范圍等方面的定性結論，更注重能耗、初期建設投資、運行投資及維護保養(yǎng)費用等方面定量的經(jīng)濟分析。首先，系統(tǒng)的能耗問題不僅直接決定系統(tǒng)的可行性與合理性，也直接關系到業(yè)主在項目投入使用后

6、的運行成本。傳統(tǒng)的采暖方式（鍋爐房加散熱器采暖系統(tǒng)）在系統(tǒng)自身原理、構造、運行管理、控制調節(jié)等諸多方面存在弊端。1， 鍋爐房加散熱器采暖系統(tǒng)，由其原理和構造決定了系統(tǒng)能量轉化和傳遞的環(huán)節(jié)繁雜、轉換效率低。具體流程可概括為：據(jù)統(tǒng)計，考慮到鍋爐熱效率、管道熱損失、散熱器換熱效果等因素，傳統(tǒng)形式系統(tǒng)的最高熱效率僅為70%左右。且熱效率與系統(tǒng)的運行年限及維護保養(yǎng)狀況有一定關系。這就要求在系統(tǒng)維護保養(yǎng)上有一定程度的投入。2， 傳統(tǒng)的散熱器采暖系統(tǒng)針對高大空間的建筑適應性差。由于散熱器只能沿建筑外圍護結構布置，造成水平方向的溫度場分布很不均勻，建筑物中心區(qū)域溫度難以保證。一般解決這一問題主要靠在中心區(qū)域增

7、設暖風機等強迫對流設備，但這樣勢必增加了初期建設投資和運行費用，并給運行管理工作增加了負擔。加之上前面提到的散熱器采暖系統(tǒng)存在的豎向溫度梯度上熱下冷的不合理現(xiàn)象，系統(tǒng)的無效熱損失很大。3， 考慮到我國國情，許多廠房外窗密封性欠佳冷風滲透量大，外門冷風侵入嚴重。上述因素造成廠房熱損失大，采用傳統(tǒng)采暖系統(tǒng)難以達到令人滿意的溫度。4，關于初期建設投資、運行投資及維護保養(yǎng)費用等方面經(jīng)濟分析，下表內容可供參考：表內參數(shù)以一建筑面積為10000m2，高度為10m的新建輕鋼結構廠房為例紅外燃氣輻射采暖系統(tǒng)與其他各類采暖方式對比表供熱方式燃煤鍋爐燃油鍋爐天然氣鍋爐電暖風機輻射采暖備注1供熱面積（M2）1000

8、010000100001000010000車間凈高10M以北京所在緯度帶估算2燃料種類煤柴油天然氣電天然氣3單位面積供熱量Kcal/m2.h14514514514510041萬平米需鍋爐容量2.5t2.5t2.5t-5采暖效率70%80%85%90%90%6每噸鍋爐所需供給熱量(kcal/t)6x105/70%=8.6x1056x105/80%=7.5x1056x105/85%=7.1x105-7燃料熱值(kcal/kg)6000 kcal/kg10200 kcal/kg8700 kcal/m31kwh=860kcal8700kcal/m38每小時實際燃料消耗量358 kg/h183 kg20

9、4 m31948 kwh103 m39燃料單價0.48元/kg3.6 元/kg1.8元/ m30.4元/kwh1.9元/kg10小時燃料總價 (元)171.84658367.2779.2195.711投資 (萬元)150-210 (新建)180-240 (新建)240(新建)/80 (改造)120 (新建)120(新建)*12年工作時間 (小時/年)2100210021001200120013年燃料費用 (萬元)361669111123.48414年維護費用 (萬元)7.25.240.50.515年總運行費用 (萬元)43.2171.295111.523.984*此初投資額為估算值，實際金額需

10、根據(jù)具體工況，經(jīng)過選型計算后得出。*因為使用燃氣輻射采暖系統(tǒng)，通過自動控制設備，可實現(xiàn)分時、分區(qū)采暖，而且系統(tǒng)無防凍要求，所以在實際使用中，系統(tǒng)運行時間為概算值的1/21/3，即實際運行費用為 RMB8.00/m2/采暖季 RMB12.00/m2/采暖季。在消防安全方面，很多業(yè)主和設計師認為采用燃氣輻射采暖系統(tǒng)需將天然氣、液化石油氣管線引入車間，這樣勢必增加了危險性，使建筑物的火災危險性等級提高。由此會給各專業(yè)的設計帶來麻煩。對消防安全的顧慮主要是對相關規(guī)范、設備自身安全措施和系統(tǒng)運行狀況不夠了解產(chǎn)生的。1， 首先要消除認識上的誤區(qū)。根據(jù)建筑設計防火規(guī)范GBJ16-87（2001年版）第條:“

11、利用氣體、液體、固體作為燃料或將氣體、液體進行燃燒作其他用的各種生產(chǎn)”火災危險性類別屬于丁類。因此，建筑物采用燃氣輻射采暖系統(tǒng)火災危險性等級比較低。單層高大廠房的設計中，丁類與戊類建筑相差無幾?？梢?，采用燃氣輻射采暖不會增加建筑物的危險性和設計難度。2， 其次設備自身及燃氣輸配系統(tǒng)都采取了一系列安全措施。設備內的燃燒只在輻射管內程負壓時才能進行，且系統(tǒng)管道、閥門等氣嚴格密封、無泄露；燃燒器配備自動點火裝置，無爆燃點火現(xiàn)象；具有熄火保護裝置、風壓過大安全裝置、煙道堵塞安全裝置及故障、失電、誤操作等安全保護裝置。業(yè)主在選用燃氣輻射采暖設備時需注意設備是否具有國家燃氣用具質量監(jiān)督檢驗中心提供的有效的

12、檢驗報告。3， 根據(jù)采暖通風與空氣調節(jié)設計規(guī)范（GB50019-2003），建筑物采用燃氣輻射采暖系統(tǒng)時應設置可燃氣體報警裝置。一旦有燃氣泄露報警，應具備緊急切斷氣源的自動或手動裝置。4， 關于助燃空氣供給和燃燒尾氣的排放。問題集中體現(xiàn)在是否需要有組織送、排風系統(tǒng)。根據(jù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)，單位面積供熱指標按120w/m2估算，燃料熱值8700kcal/m3，單位供熱量燃燒所需空氣量約為10m3/kw，對于高8m的建筑物而言，燃燒所需空氣量約相當于該建筑物0.15次/h的換氣量。經(jīng)驗數(shù)據(jù)表明，常規(guī)的高大空間建筑物，冷風滲透量基本相當于建筑物0.30.5次/h換氣量。由此可見，對于常規(guī)的高大空間建筑物， 設置有組織的送、排風系統(tǒng)，尾氣直接排放在室內是完全可行的。此外，在燃氣輻射采暖系統(tǒng)的負荷