燃氣紅外線輻射供暖的應用與設計

李志均 朱子健

(南車四方車輛有限公司 規劃資產部，山東 青島266111)

燃氣紅外線輻射采暖是利用天燃氣、液化石油氣、煤氣等可燃氣體，通過特定的燃燒裝置、輻射裝置進行燃燒，進而產生一定波長的紅外線，利用這種射線傳播，進行熱能轉移實現供暖的方式。

圖1

燃氣紅外線輻射采暖源自于歐美發達國家，從2000年開始在國內大規模應用。該設備具有高效、環保、節能、安全的特點很快為用戶接受，被稱之為“高大空間建筑物最經濟、最有效的供熱方式”。它也能用于生產工藝性加熱，但主要用于供暖，因此以下簡稱燃氣輻射器供暖。燃氣輻射器構成：燃氣燃燒器，輻射管或板，反射罩、調節、控制和安全保障組件。

1 燃氣輻射器供暖具有高效、節能的優點

高大建筑物倘用傳統的散熱器（暖氣片）作放熱設備，大跨度房間難布置。有的車間墻上放滿散熱器，靠自然對流放熱為主的這種供暖方式造成上下溫度梯度大，達0.5～1.0℃/m，使房頂空氣溫度高達32℃，但2m以下人停留的工作區空氣溫度分布不均，有的地方只有3℃～5℃。供熱系統不是為建筑、為室內空氣服務的，而應以人為本，除滿足生產工藝要求外，以人員舒適與降低能耗為主要目標。倘用散熱器加暖風機或集中空氣處理送暖風方式，既占建筑面積，又會造成揚灰，耗能高，不符合國家節能政策，影響衛生和人體健康，在某些場合還被禁用。至于敞開、半敞開場地的供暖，使用燃氣輻射器更有無可比擬的優點。

燃氣輻射器金屬管中平均溫度為180℃～550℃，產生3.5μ～5.5μ波長的紅外線穿過空氣層，被人體、物體吸收，熱效應顯著。地面溫度高出周圍空氣溫度4℃～8℃，地面、墻面、物體溫度和2次輻射可使2m以下的工作區空氣溫度分布均勻，造成舒適的微氣候。輻射器采暖房間的工作區溫度可比對流采暖方式低2℃～3℃，能滿足同樣的舒適度。房屋上下溫度梯度小，上部空氣溫度不高，無效熱損失減小。

圖2、圖3是輻射采暖與常規對流采暖的比較示意圖。

圖2 輻射供暖與常規對流供暖的比較

當用蒸汽或熱水鍋爐供暖時，設小鍋爐η=70%，外網熱媒輸送熱損失5%，內網及設備熱損失10%。則總效率η＝0.7×0.95×0.9≈60%，而燃氣輻射器供暖η可達90%以上。燃氣輻射器能實現完全自動化工作，調節靈活，熱惰性小，無效熱損失少，與傳統方式比，一個采暖期可節能33%～50%。此外，它的優點還有：房間氣流速度小，減少灰塵和其它有害物飛揚，工作時無噪聲，不會凍結，安裝工期短等等。

圖3 輻射供暖與常規對流供暖室內溫度隨高度的變化

2 燃氣輻射器供暖應用范圍

1）生產車間的工作區或工作點（當應用于高大空曠、工作點分散的車間時，優點尤為明顯）；

2）露天作業場所的工作區、工作點（具有其它供暖方式無可比擬的優點）；

3）人員短暫停留的民用建筑和敞開場地。例如：車站月臺、汽車候車室、體育運動場館、展覽館、露天或半敞開市場等等；4）處于施工過程中的房屋和構筑物的加熱；5）材料和設備所需的工藝性加熱；

6）敞開場地、半敞開場地的融雪，房屋和構筑物屋面的融雪。

3 燃氣輻射器供暖應用工程實例

正如我國《采暖通風與空氣調節設計規范》“條文說明”中指出的，“目前，在許多發達國家已有多種新型的燃氣采暖設備，具有高效節能、舒適衛生、運行費用低等特點。該采暖方式尤其適用于有高大空間的建筑物采暖。隨著我國石油工業的發展，油氣田的開發和利用，這種采暖方式的應用在不斷增加?！?/p>

據資料報道，俄羅斯采用燃氣輻射器供暖的項目已有幾百個，具代表性的實例有：秋明油田機械制造廠綜合車間，位于莫斯科至基輔車站的歐洲最大的機車維修裝備庫，弗努科伏國際與國內主航線飛機維修車間等。

4 工程實例分析

南車四方車輛有限公司客修基地坐落在青島市城陽區棘洪灘鎮。采用燃氣紅外輻射采暖系統一期工程為鋁合金焊接廠房、構架焊接廠房，建筑面積30000m2，客車修理總裝車間，建筑面積44000m2，投資總額：360萬元。二期工程為鑄鍛公司新上的機加工廠房、鑄造廠房等共計10萬m2，投資總額800萬元。

以客車修理總裝車間，建筑面積44000m2為例進行經濟性分析：

表1 傳統燃氣鍋爐與燃氣紅外輻射采暖系統方案對比

表2 一次性投資經濟對比

本工程采用紅外輻射采暖系統具有顯著的經濟效益，符合國家降能減排政策要求，以下列表比較燃氣鍋爐采暖系統和紅外輻射采暖系統經濟性。

表4 經濟性對比分析

相對于燃氣鍋爐采暖系統，紅外輻射采暖系統每年可節省165.83萬元，在兩年半的時間內即可收回投資。

從運行工況看，輻射采暖直接加熱，不會被空氣吸收，因此它特別適合于換氣頻率高的建筑物（如鋁合金焊接廠房），這樣輻射熱就可比燃氣采暖系統節省可觀的能源。節省能源60%以上。采暖以紅外波的形式傳播，所以是導向式的。選擇正確的地點安裝輻射采暖系統不會形成“冷點”。輻射加熱系統沒有空氣循環，所以減少了由空氣引起的污染。射加熱系統是直接加熱冷的物體而無需加熱整個建筑。其結果是與燃氣方式相比，輻射采暖系統達到高大空間所需溫度的時間更快。升溫時間短也就節省了燃料，這使采暖系統更符合現代化靈活的工作布局的要求。輻射加熱在開門以后可以較快地恢復溫度。若單體運行出現問題，不影響整體采暖。設備相對簡單，維修維護簡單、費用低。

5 設計中應注意事項

設計時必須遵守的規范，除文獻2外，還有《JBJ10-96機械工廠采暖通風與空氣調節設計規范》、《GBJ16-87建筑設計防火規范》、《GB50028-9城鎮燃氣設計規范3》、《GB50316-2000工業金屬管道設計規范》、《GB50235-97工業金屬管道施工與驗收規范》和《工業企業設計衛生標準》等。

燃氣輻射供暖系統竣工驗收時，需編制的技術文件有：

①供暖系統的設計圖紙及說明。其中應有采暖通風、燃氣供應、供電、自動化等內容。有供暖系統熱負荷計算，輻射器數量計算和安裝位置的確定等；②燃氣輻射器的相關技術文件；③系統運行和維護管理說明書；④安全技術方面的指示書。

燃氣紅外線輻射器供暖是項方興未艾的供暖新技術，隨西氣東輸與引進液化天然氣，其應用將逐漸廣泛。目前我國尚未有國產燃氣輻射器生產的報道，參照歐盟標準、俄羅斯等國標準，編制我國燃氣紅外線供暖輻射器制造的行業標準應提到議事日程上來了。

［1］陳興華.俄羅斯《燃氣紅外輻射供熱系統設計規范》編制近況[J].暖通制冷設備，2003（6）：53-54.

［2］GBJ19-87 采暖通風與空氣調節設計規范[S].2001.

［3］中國人民解放軍空軍工程研究局.03K501-1燃氣紅外線輻射采暖系統設計選用及施工安裝[S].北京：中國建筑標準設計研究院，2003.