高大空間燃氣紅外線輻射供暖技術的應用研究

王洪武

摘要：紅外線輻射采暖類似于太陽輻射，紅外線是整個電磁波段中的一部分，不同波長的電磁波，接觸到物體后，將產生不同的效應。通過紅外線輻射，對輻射到的區域進行直接加熱，輻射熱量能被混凝土地板、人和各種物體所吸收，并通過這些物體進行二次輻射，從而加熱四周的其它物體。文章結合具體工程案例分析了燃氣紅外線輻射供暖技術的應用。

關鍵詞：高大空間；燃氣紅外線輻射；供暖技術；應用

由于我國對能源的需求相對較高，但是能源的發展卻不容樂觀。因此，相關的研究人員對太陽能進行了深入研究，找到了一種紅外線輻射技術，并且將這一技術應用到人們現實生活的采暖工作中，也就是人們常說的熱輻射。對于高大空間的廠房及工業建筑，采用紅外線輻射技術是一種有效的采暖方式，可以滿足使用要求。

一、燃氣紅外線輻射采暖的組成及工作原理

燃氣熱輻射供暖是利用天然氣、液化石油氣，在特殊的燃燒裝置一輻射管內燃燒，將燃氣的化學能轉變成高溫熱能，再經輻射管輻射出一定波長的紅外線進行供暖的設備，輻射管表面的工作溫度大約在180℃一550℃之間，所產生的紅外線波長在3.5一5.5μm之間，這個波段的紅外線具有很好的非色散性，能量集中，熱效應顯著。燃氣紅外線輻射采暖是模仿太陽輻射對地球進行加熱的原理，燃氣通過噴嘴進入到燃燒器當中燃燒，通過反射板將熱量反射到空間物體表面并將其吸收儲存，進行二次放熱。

重要組成部分及其作用：（1）噴嘴：是燃氣的進入口，它的作用主要是固定燃氣的流量，并使燃氣本身所具有的勢能轉化為動能；（2）引射器：是吸入空氣并使燃氣與空氣均勻混合，它一般由進口段，混合段和擴散段三個部分組成；（3）外殼：外殼是保持燃氣，空氣混合氣體在進入頭部之前具有一定的靜壓，并使混合氣體均勻地分配至發生器中去的部件；（4）分配板：分配板的作用，使協助外殼對燃氣與空氣的混合氣體進行均勻分布。根據發生器頭部結構和所用的材料不同，頭部分為以下形式：多孔陶瓷板式、金屬網式、復合式（它是由多孔陶瓷板與金屬網復合而成）、篩板式；（5）反射罩（板）：反射板的功能主要有二：一是將熱射線經罩面集中后反射至某一范圍內；二是利用燃燒物產物的熱量加熱反射板，進行再輻射。反射罩必須選用對紅外線有較強反射性的材料制作，如經過電化學表面處理過的鋁板，不僅反射性強，且重量很輕，是一種較好的材料。為了減少無效熱損耗，在反射板背面貼一層高效絕熱材料是有益的；（6）點火裝置：點火裝置是發生器的重要組成部分，它的效果往往會影響發生器的正常工作。點火的方式很多，常見的是帶安全保護裝置的電子激發自動點火。

二、工程實例應用研究

某冶金機械有限公司的通用事業部，主廠房總面積19008m2，建筑高度21m；冶金事業部，主廠房總面積52272m2，建筑高度21m；制鋁事業部，主廠房總面積44640m2，建筑高度23m；均采用燃氣紅外輻射采暖。本文以制鋁事業部為例，冬季室外采暖計算溫度為-16.9℃，室內采暖設計溫度為14℃，采暖季150d。

1.熱負荷的計算

目前，燃氣紅外線輻射供暖系統負荷計算的方法主要有以下幾種：①折算溫度法。仍采用對流傳熱供暖系統的熱負荷計算方法，燃氣紅外線輻射供暖系統的室內計算溫度比對流傳熱系統低2—3℃。②溫度梯度折減法。對于高大空間，由于熱空氣的自然對流，存在顯著的溫度梯度。采用散熱器供暖時，高大空間的溫度梯度為0.5—1.0℃/m。采用燃氣紅外線輻射供暖時，可降低溫度梯度，取0.2—0.5℃/m。③修正系數法。熱負荷計算公式：[ψr=ψ1ψ2ψc]。式中：[ψ1]—輻射修正系數；[ψ2]—高度修正系數；[ψc]—對流傳熱供暖系統熱負荷。此方法適用于輻射器安裝高度不大于18m的場合。本項目采用折算溫度法進行負荷計算，通過天正暖通負荷計算軟件，得出總供暖負荷9100kW。

2.設備的選型及布置

ASHRAE推薦，輻射器的安裝位置要靠近外墻或負荷大的區域。將輻射器從靠外墻位置向內移動，輻射器與外墻之間的輻射傳熱量將逐漸減少，通過外墻散失到室外的熱量也將減少，但加劇了房間輻射熱的不對稱，降低了房間熱舒適的均勻性。《采暖通風與空氣調節設計規范》4.5.8中指出“布置全面輻射采暖系統時，沿四周外墻、外門處的輻射器散熱量，不宜少于總熱負荷的60%”。《采暖通風與空氣調節設計規范》4.5.4中指出“燃氣紅外線輻射器的安裝高度，應根據人體舒適性確定，但不應低于3m”。當輻射器安裝高度高于7m時，隨著安裝高度的增加，溫度梯度增大，但安裝高度為7.5m時，下部空間的空氣溫度均勻性優于安裝高度為5、6m的情況。本工程燃氣紅外線輻射供暖系統采用CRV-BH50UT分布式燃氣紅外線輻射供暖系統，輻射器安裝了廠房立柱的兩側，安裝高度為6.5m，選用204臺單臺有效輸出功率45kW的輻射器。在廠房的外側立柱布滿輻射器，靠外墻側的輻射器散熱量為總熱負荷的64%。整個車間共設40個溫度控制區，每個溫度控制區設置1臺溫感器，當某個溫控區溫度達到設定值時，自動關閉該溫控區內的所有輻射器。也可以根據車間的實際作業情況，關閉無人員作業區內的輻射器，對某些作業的溫控區進行局部采暖，可以達到良好的節能運行效果。

3.燃氣供應系統

本工程的燃料為天然氣，通過市政燃氣管網引至廠區，再通過廠區的綜合管網引至車間的調壓間，在調壓間內一次減壓至0.05MPa，再通過室內燃氣管道接至輻射器，在輻射器的入口設置減壓穩壓閥，將天然氣的壓力調至2000Pa。單臺輻射器的天然氣用量為4.76Nm3/h。燃氣管道的布置符合《城鎮燃氣設計規范》、《工業金屬管道設計規范》和《城鎮燃氣室內工程施工與質量驗收規范》的要求。在燃氣入口總管上設置手動切斷閥和防爆電磁緊急切斷閥，并且在入口總管上設置氮氣吹掃裝置。

4.安全措施

燃氣紅外線輻射采暖系統的天然氣入口總管處設置防爆電磁緊急切斷閥，在車間內設置有燃氣濃度報警裝置，在車間的頂部設置有防爆型屋頂風機，當報警器檢測到燃氣濃度超標時，發出聲光報警，同時連鎖關閉入口總管處的緊急切斷閥，連鎖開啟屋頂風機進行強制通風。整個紅外輻射采暖系統采用獨特的負壓燃燒和負壓檢測系統，保證了燃燒過程所需的充足空氣，燃燒充分，無CO產生；保證在燃燒過程中，無煙氣從管內泄漏。雙重電磁閥進氣控制，發生器裝有自動式點火裝置和熄火保護裝置，超、欠壓自控保護裝置。

5.運行效果

項目已經投入運行，車間內設置的黑球溫度（實感溫度）為14℃，由于提高了圍護結構內表面溫度，減少了圍護結構對人體的冷輻射，人體感覺很舒適，溫度梯度為0.3—0.4℃/m。采用燃氣紅外線輻射供暖系統，用戶能做到任意控制供暖周期，根據實際運行消耗的天然氣用量計費，避免向集中供熱公司支付不必要的采暖費用，大大節約運行成本。

燃氣紅外線輻射供暖系統非常適合于高大空間的廠房，具有高效節能、安全舒適、可分區控溫、運行費用低等優點，在燃氣供應充足的地方，值得大力推廣。

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