大空間廠房熱風(fēng)采暖系統(tǒng)設(shè)計(jì)
東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院
摘要:介紹沈陽田牌制衣有限公司廠房,以高效節(jié)能熱風(fēng)爐為核心的熱風(fēng)采暖系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。使用該系統(tǒng)采暖不僅能夠滿足大空間輕鋼結(jié)構(gòu)廠房的采暖需求,而且大大節(jié)省了初投資,運(yùn)行費(fèi)用和水資源。該系統(tǒng)屬無水采暖系統(tǒng)。
關(guān)鍵詞 大空間廠房 高效節(jié)能熱風(fēng)爐 無水采暖 設(shè)計(jì)
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 言東大THGR燃?xì)鉄犸L(fēng)爐東大THGR燃?xì)鉄犸L(fēng)爐
沈陽市田牌制衣有限公司是遼寧成大集團(tuán)控股企業(yè),一九九九年春在沈陽市虎石鎮(zhèn)投資建廠。占地約80畝,建筑面積11000平方米,其中主廠房長(zhǎng)126米,寬36米,高7米,局部為二層,zui寬處為54米的凹字型建筑,該建筑為輕鋼結(jié)構(gòu),另有一處3200平方面米的職工宿舍及食堂,該建筑為磚混結(jié)構(gòu),該工廠為手動(dòng)針織機(jī)羊絨衣編織廠,車間溫度要求冬季18℃以上。
- 大空間廠房采暖方案的比較
本工程中廠房獲得熱量只有后序工藝,熨燙部分有設(shè)備發(fā)熱,其次為照明發(fā)熱和操作工人人體發(fā)熱,由于都是手動(dòng)編織機(jī),因此廠房?jī)?nèi)主要設(shè)備發(fā)熱量很少。廠房對(duì)室內(nèi)通風(fēng)沒有特殊要求,冬季能保證18℃以上既可。所以原設(shè)計(jì)選用三種采暖方式:*種為暖氣采暖;第二種為傳統(tǒng)的空調(diào)采暖;第三種為暖氣加暖風(fēng)補(bǔ)償采暖。
- 暖氣采暖
暖氣采暖是傳統(tǒng)的安全的運(yùn)行可靠的采暖方式,由于本工程為輕鋼構(gòu),且跨度大,所以暖氣片不好布置,只有靠墻裙擺放,這樣暖氣片擺放數(shù)量有限,既使能擺下,暖氣片散熱也很難保證空間達(dá)到設(shè)計(jì)溫度。
- 傳統(tǒng)的空調(diào)采暖
空調(diào)采暖雖然能保證室內(nèi)采暖的溫度要求,但管道、設(shè)備投資過大,廠方予以否定。
- 暖氣加暖風(fēng)補(bǔ)償采暖
這種采暖方式雖然也能達(dá)到采暖設(shè)計(jì)要求,但室內(nèi)要掛許多暖風(fēng)機(jī),這樣就使整個(gè)系統(tǒng)更加復(fù)雜,管理難度加大,維修困難。
以上三種采暖方式對(duì)達(dá)到設(shè)計(jì)溫度要求有一個(gè)共同的難點(diǎn)就是初期投資費(fèi)用大,且都需要用水進(jìn)行換熱,這樣就都有水處理系統(tǒng),且要求有既能滿足生活用水,又要滿足鍋爐用水的水源。在這種情況下,我們提出了第四種采暖工程解決方案。
- 工程設(shè)計(jì)
本工程廠房長(zhǎng)度方向21個(gè)軸,間距6米,沿寬度方向9個(gè)軸,間距6米,要求工作區(qū)域,環(huán)境溫度18℃以上。
- 氣流組織和設(shè)備的確定
由于工廠的生產(chǎn)工藝,對(duì)空氣的流動(dòng)沒有特殊要求,只要能滿足室內(nèi)環(huán)境溫度18℃既可,這樣我們根據(jù)這一要求及熱空氣向上漂浮的特點(diǎn),我們?cè)O(shè)計(jì)采用距地0.5米處設(shè)出風(fēng)口,間距為5米一個(gè)??諝鈴?qiáng)制對(duì)流混合加熱以達(dá)到熱平衡??諝鈱?duì)空氣的加熱利用率可達(dá)*。
- 噴風(fēng)口設(shè)計(jì)計(jì)算(見圖一)
采暖工程噴風(fēng)口設(shè)計(jì)主要根據(jù)采暖總面積而定,新開發(fā)的高效熱風(fēng)采暖系統(tǒng)中,每個(gè)噴風(fēng)口采暖面積約為90平方米,噴風(fēng)口設(shè)計(jì)采暖熱量量為120Kcal/m2/h,噴風(fēng)口流速為12m/s,噴吹z(mì)ui遠(yuǎn)距離約為6米,根據(jù)公式Q=L×Ch×Δt
L為噴風(fēng)口氣體流量
Ch為噴風(fēng)口氣體比熱
Δt為噴風(fēng)口的溫度
Q為噴風(fēng)口的氣體熱量
及以上條件計(jì)算得出Q=10800大卡/小時(shí);L=288立方米/小時(shí);zui終計(jì)算出噴風(fēng)口的口徑為Φ92,通常情況采用Φ89圓管或80×80方管。
- 鍋爐房設(shè)計(jì)
鍋爐房位于主廠房旁邊的單層建筑內(nèi)同時(shí)配有風(fēng)機(jī)房。
由于工藝上的要求,我們突破原有的設(shè)計(jì)理論及思想,大膽采用新的采暖設(shè)備及配套工藝,在新的采暖設(shè)計(jì)理念指導(dǎo)下我們選用了東北大學(xué)開發(fā)的高效節(jié)能熱風(fēng)爐為采暖熱源。并與一臺(tái)調(diào)速風(fēng)機(jī)為配套。
- 高效節(jié)能熱風(fēng)爐(見圖二)
高效節(jié)能熱風(fēng)爐是一種新型的間接的空氣加熱設(shè)備,zui突出的特點(diǎn)是采用了更為合理輻射和傳導(dǎo)的熱交換結(jié)構(gòu),具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:
3.1.1.高效節(jié)能熱風(fēng)爐采用了更為合理的冷風(fēng)分布室及煙氣收集室。
根據(jù)流體力學(xué)中的氣體運(yùn)動(dòng)特性和傳熱學(xué)中熱交換原理,冷風(fēng)分布室和煙氣收集室在結(jié)構(gòu)上,采用了阿基米德螺線的漸開方式,形成冷空氣和煙氣在熱交換時(shí)均勻的分布,以達(dá)到單位面積*的換熱效果。
3.1.2.高效節(jié)能熱風(fēng)爐有相對(duì)結(jié)構(gòu)小,換熱面積大的特點(diǎn)。
根據(jù)傳熱學(xué)中氣體與氣體熱交換原理,高效節(jié)能熱風(fēng)爐在氣氣換熱機(jī)構(gòu)上采用逆流多層熱交換形式,并且加熱氣體與被加熱氣體的流速更為合理,同時(shí)把通常所謂的省煤器集于設(shè)備中,實(shí)現(xiàn)了煙氣溫度的再利用,起到了對(duì)冷風(fēng)地預(yù)熱,以達(dá)到熱量的zui高利用。熱風(fēng)爐是氣氣換熱結(jié)夠,屬無水常壓設(shè)備。
3.2.基于以上結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)熱風(fēng)爐輸出溫度可在40~350℃之間任意取舍。由于熱風(fēng)爐很容易提高風(fēng)溫,這樣我們?cè)谠O(shè)計(jì)中選用130℃風(fēng)溫值,來做通風(fēng)管道設(shè)計(jì),由于風(fēng)溫的提高就降低了送風(fēng)管道的直徑,這樣就大大降低了管道的投資及相應(yīng)的工程費(fèi)用。由于熱風(fēng)擴(kuò)散能力強(qiáng),單位體積的熱焓低,所以熱風(fēng)離開管道后迅速擴(kuò)散,溫度也就隨之快速降低,(降低溫度分布)(見圖三)不會(huì)對(duì)人造成不安全因素。
3.3.根據(jù)風(fēng)量風(fēng)壓的計(jì)算,這套送風(fēng)系統(tǒng)我們只選用了一臺(tái)調(diào)速風(fēng)機(jī),這樣又為工程減少了投資。選用調(diào)速風(fēng)機(jī)可根據(jù)采暖空間溫度變化進(jìn)行調(diào)節(jié),當(dāng)采暖空間溫度達(dá)到設(shè)計(jì)要求時(shí),進(jìn)風(fēng)量可隨之降低,當(dāng)風(fēng)量降低后,煤的燃燒量也隨之下降,這樣就降低了能耗。這也是我們沒有采用回風(fēng)設(shè)計(jì)的一個(gè)依據(jù)。
3.4.工程應(yīng)用結(jié)果
該工程于1999年8月完成工程設(shè)計(jì),同年11月竣工驗(yàn)收,同時(shí)對(duì)工程進(jìn)行全面測(cè)評(píng)工作,整個(gè)車間中部?jī)?nèi)共設(shè)置16個(gè)測(cè)溫點(diǎn),在正常生產(chǎn)的情況下,對(duì)測(cè)控點(diǎn)的溫度進(jìn)行測(cè)量。
3.4.1.溫度場(chǎng)
車間工作區(qū)域內(nèi)(2米高度以下)水平方向溫度在18.5~24℃范圍,垂直方向溫差<0.3℃,工作區(qū)域以外溫度程梯度變化,越靠天棚溫度越高。夏天往車間內(nèi)送自然風(fēng)(風(fēng)管走地下)可使車間內(nèi)溫度適當(dāng)降低(室外30℃,室內(nèi)主要工作區(qū)域內(nèi)26~28℃)。
3.4.2.速度場(chǎng)
送風(fēng)口處氣流平均速度為12.2~13.4m/s,出風(fēng)距離(車間)大約為6~7米,辦公室與宿舍4~5米。當(dāng)風(fēng)機(jī)滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),這么大的風(fēng)速產(chǎn)生了一定的管道風(fēng)音,車間對(duì)風(fēng)聲不是很敏感,但辦公室和宿舍有噪音。由于是調(diào)速風(fēng)機(jī)供風(fēng),當(dāng)溫度達(dá)到采暖要求時(shí),風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓、風(fēng)量降低,風(fēng)速也隨之降低,這樣由氣流產(chǎn)生的噪音也隨之降低,不影響工作和休息。在以后的工程中我們按風(fēng)速6~8 m/s進(jìn)行設(shè)計(jì),就克服了管道風(fēng)音問題。
3.4.3.通風(fēng)采暖
所有的操作人員均反映采暖效果良好,室內(nèi)空氣清新,由于冬季室外空氣相對(duì)濕度較大,加熱后雖然相對(duì)濕度降低,但進(jìn)入采暖空間后隨溫度下降,相對(duì)濕度會(huì)增加,所以,通常在室溫20℃時(shí),相對(duì)濕度為65~70%,無空氣干燥等不適感覺。由于室內(nèi)是正壓空氣采暖,所以每當(dāng)開門,關(guān)門時(shí),熱空氣向外走,這樣在一定程度上阻隔了冷空氣的進(jìn)入。
4.采暖結(jié)論
4.1.經(jīng)1999~2000年冬季(50年zui冷)的實(shí)踐證明,這套以高效節(jié)能熱風(fēng)爐為核心設(shè)備的采暖系統(tǒng),對(duì)大空間廠房的采暖是可行的有效的且運(yùn)行可靠,是目前已知的采暖系統(tǒng)中初次投資費(fèi)用zui低。經(jīng)過一冬的考核綜合采暖費(fèi)為5.5元/米2。
4.2.對(duì)進(jìn)深較大的,以輕鋼結(jié)構(gòu)為主的高大廠房,用熱風(fēng)進(jìn)行采暖,既可以補(bǔ)充新鮮空氣,又保證了采暖效果,又能滿足了工人工作環(huán)境衛(wèi)生的需要。
4.3.采用噴口噴熱送風(fēng),可以滿足高大空間遠(yuǎn)距離送風(fēng)的需要,采用調(diào)速風(fēng)機(jī)送風(fēng)既能滿足一次供暖所需的風(fēng)量,又可達(dá)到節(jié)省能源的目的;采用等壓送風(fēng)可以使各出風(fēng)口出風(fēng)均勻 ,可省去調(diào)節(jié)閥。
5.系統(tǒng)設(shè)備結(jié)論
5.1.該系統(tǒng)設(shè)備采暖能力強(qiáng),范圍大,適用于大空間場(chǎng)所的采暖,且溫度均勻;供熱穩(wěn)定可靠,采暖溫度可任意調(diào)節(jié);采暖升溫速度快,可根據(jù)采暖要求即停即用;熱媒采用自然空氣,節(jié)約水資源,與傳統(tǒng)的空調(diào)相比節(jié)省了一次換熱過程,提高了熱效率,同時(shí),節(jié)省相應(yīng)設(shè)備地投資及土建費(fèi)用。
5.2.該系統(tǒng)為常壓設(shè)備,運(yùn)行安全可靠,基本*,維護(hù)費(fèi)用低;安裝簡(jiǎn)單,操作方便,無需專業(yè)人員操作;基建投資費(fèi)用低。
5.3.該系統(tǒng)采暖能力強(qiáng),對(duì)不同的采暖空間可切換使用,這樣對(duì)一些一期投資不足的項(xiàng)目在二期投資可不用增加采暖設(shè)備投資。
后 序
高效節(jié)能熱風(fēng)爐是東北大學(xué)開發(fā)研制的新型高效節(jié)能設(shè)備,該技術(shù)設(shè)備被列為95國(guó)家重大節(jié)能科技成果推廣項(xiàng)目,獲國(guó)家。已被廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)領(lǐng)域。
以高效節(jié)能熱風(fēng)爐為核心的采暖技術(shù)經(jīng)過幾年的推廣和不斷完善,基本形成兩大類,一類屬基本型就是單純的送風(fēng)采暖(見圖四);另一類需加混風(fēng)室(見圖五),使加熱的空氣*行混風(fēng),再送入采暖空間。這主要用于大空間大排風(fēng)量,對(duì)換氣次數(shù)有要求的場(chǎng)所。綜上所述這兩種形式可以*適應(yīng)北方各種大空間建筑物的采暖需要。由于本系統(tǒng)屬無水采暖,對(duì)干旱、缺水地區(qū)尤其有著重要意義;學(xué)校、展覽館、辦公樓等應(yīng)用本系統(tǒng)采暖,節(jié)能效果就更加明顯。
本系統(tǒng)zui大的特點(diǎn):常壓、無水、高效、節(jié)能。
參考文獻(xiàn):張家平,中國(guó)高大工業(yè)廠房的空調(diào)設(shè)計(jì)及其發(fā)展,暖通空調(diào)新技⑴。北京·中國(guó)建筑工業(yè)出版社,1999?!睹裼媒ㄖ峁ぴO(shè)計(jì)規(guī)范》GB50176-93、《通風(fēng)與空調(diào)工程施工及驗(yàn)規(guī)范》GB50243-97、《鋼制管殼式換熱器》GB151-89。