摘要：介绍我国北方高大厂房典型的供暖方式，包括：散热器供暖、暖风机供暖、燃气红外线辐射供暖。结合工程实例，对分别采用这3种供暖方式下的厂房内温度场进行模拟，比较了系统造价及供暖期运行费。采用燃气红外线辐射供暖方式时，厂房内工作高度范围内的温度较高，垂直高度温度梯度小，水平方向温度分布均匀。在3种供暖方式中，燃气红外线辐射供暖方式的系统造价、供暖期运行费最低。

关键词：高大空间供暖；散热器；  暖风机；  燃气红外线辐射供暖；  高大厂房供暖

Temperature Distribution and Economic Comparison of Different Heating Modes in Lofty Factory Buildings

Abstract: The typical heating modes including radiator heating，unit heater and gas-fired infrared radiant heating in lofty factory buildings in Northeast China are introduced．The temperature fields in factory buildings using three heating modes respectively are simulated with a project example，and the initial investment and operation cost of the heating system in heating period are compared with each other．The temperature in the range of working height in the factory building is higher，the vertical temperature gradient is smaller，and the horizontal temperature distribution is more uniform in the gas-fired infrared radiant heating mode. Among the three heating modes，the gas-fired infrared radiant heating mode is the minimum in the initial investment and operation cost of the heating system in heating period．

Key words: lofty space heating；radiator；unit heater；gas-fired infrared radiant heating；heating in lofty factory building

随着我国经济实力的不断增强，工业项目的发展保持着强劲的上升势头，工业厂房的规模也在不断扩大。如何在满足生产要求的前提下，提高工业厂房内工作环境的舒适度，并降低能源消耗，越来越引起人们的关注。尤其对于我国北方地区的高大工业厂房，多年来一直采用热水供热系统为主的供暖方式，往往存在能耗高、工作环境舒适度差的问题，诸多新技术的开发与应用，为解决以上问题创造了条件^[1-5]。本文对高大厂房不同供暖方式温度分布及经济性进行比较。

1 高大厂房典型供暖方式

①散热器供暖方式

对于我国北方既有高大厂房，绝大多数采用散热器供暖形式。高大厂房的特殊性，例如体积庞大、较大的外门窗，造成单位面积热负荷指标极高。根据笔者多年设计经验，北方机械加工厂房的单位面积热负荷指标为120～170 W／m²，焊接厂房更是高达250 W／m²，甚至更高。这造成了散热器布置困难，即使外窗下、厂房内各立柱两侧布满散热器，有时也难以满足负荷要求，室内热环境较差。此外，由于厂房内散热器布置数量很多，造成室内供暖系统复杂，并联环路较多(同程系统)，且并联环路之间的计算阻力相差较大，易造成水力失调，增加了供暖系统的设计与运行调试难度。

②暖风机供暖方式

采用安装在厂房高空的暖风机，将热风送至工区，改善工作区的热环境。暖风机的安装高度范围为4～30 m，单机额定供热量范围为20～120 kW．单机辐射面积范围为500～1 100 m²。暖风机安装在厂房高处，布置更加灵活，有利于控制工作区的热环境。由于单台暖风机额定供热量较大，可减少设备的数量，热水系统也相对简单。但是在冬季供暖时，暖风机实际供热能力下降比较严重。若降低暖风机的安装高度(例如安装在5～8 m)，就只能安装在厂房立柱的两侧，否则将影响吊车的正常工作，甚至造成事故。

③燃气红外线辐射供暖方式

近年来，燃气红外线辐射供暖方式越来越多地应用于高大厂房，其主要优点是安装方便、可调节性好、辐射热可更有效地提高工作区的热舒适度。当然，燃气红外线辐射供暖也存在随着安装高度的增加，实际供热能力下降的问题。值得注意的是，当发生器设置在室内时，应对燃烧所消耗的空气量进行校核计算，由此判断是否需要从室外供应空气。此外，烟气管道尽量不要穿过屋面彩钢板，以防屋面漏水造成工艺设备的损坏。

2 工程概况

分别采用以上3种供暖方式，针对某实际工程，采用CFD模拟软件对厂房内温度场进行模拟计算。根据GB 50019--2003《采暖通风与空气调节设计规范》，天津地区供暖室外计算干球温度为-7℃，冬季通风室外计算干球温度为-6．5℃，室内设计温度为l6℃。

项目位于天津市北辰科技产业园区内，主要承担各种规格减速机齿轮的生产。齿轮加工车间主要包括齿轮加工区及检测室，平面布置见图l。

车间总建筑面积为6 912 m²，东西长96 m，南北(分3跨，跨距均为24 m)宽72 m，建筑高度10．6m。经计算，供暖通风设计热负荷为850 kW，选择1台热功率为1 085 kW的燃气热水锅炉作为热源。厂房为全钢结构，主要墙体采用镀铝锌压型钢板。

3 厂房内温度场模拟结果及分析

①散热器供暖方式

散热器供暖系统布置为上供上回同程式。在设计时已尽量利用厂房空间充分布置散热器，但仍未满足设计热负荷要求。南北两侧靠外墙共布置l04组钢质椭圆二柱散热器(散热器中心距为600 mm，每组25片，每组热流量为2．9 kW)。立柱两侧共布置48组钢质椭圆二柱散热器(散热器中心距为1 800 mm，每组25片，每组热流量为7 kW)。室内供暖系统的设计供回水温度为95、70℃。由模拟结果可知，工作高度(距地面1．2 m)范围内大部分区域的空气温度仅为5℃左右。由于厂房的跨度较大，单纯依靠局部区域设置的散热器，难以实现均匀一致的温度场。加之散热器的传热形式以对流传热为主，虽然散热器表面温度较高，但随着距离散热器位置越来越远，温度衰减很快。

②暖风机供暖方式

暖风机安装高度为6 m，挂装在立柱一侧，平面布置见图2。单台额定供热量为85 kW，共l2台，设计供、回水温度为80、60℃，热水管道设计为上供上回同程式系统。暖风机供暖方式下，厂房A-A、B-B剖面的温度场分布分别见图3、4。由模拟结果可知，工作高度范围内大部分区域的空气温度仅为9℃左右。热气流在羽流的作用下，使得厂房上部空间温度较高。而且水平方向的温度分布非常不均匀，在暖风机正下方及周围环境温度较高，其他位置则相对较低。

③燃气红外线辐射供暖方式

辐射器安装高度为8．55 m，单台辐射器额定供热量为59 kW，共设18台，平面布置见图5。燃气红外线辐射供暖方式下，厂房A-A、B-B剖面的温度场分布分别见图6、7。由模拟结果可知，工作高度大部分范围内空气温度为l2℃左右，垂直高度温度梯度小，水平方向温度分布均匀，供暖效果优于上述两种供暖方式。

4 供暖方式经济性比较

①系统造价

系统造价主要包括设备费、材料费、各项增容费，由于厂区内已具备各类条件，故不考虑增容费。3种供暖方式的系统造价分别见表l～3。散热器供暖方式的系统造价为54．72×10⁴元，暖风机供暖方式的系统造价为37．9×10⁴元，燃气红外线辐射供暖方式的系统造价为34×10⁴元。

②供暖期运行费

散热器供暖方式：供暖时间按118 d计算，每天运行24 h，总运行时间为2 832 h。考虑室外温度的变化，燃气锅炉额定负荷当量运行时间为2 000 h，其他设备的运行时间不变。

暖风机供暖方式：同散热器供暖方式。

燃气红外线辐射供暖方式：供暖时间为118 d，每天运行8 h，总运行时间为944 h。由于燃气红外线辐射器起停灵活，且主要以辐射形式供暖，供暖区域升温快，因此不像热水系统受锅炉的限制必须24h连续工作，只需在工作时间开启。

运行费主要包括燃电费、气费，电价按0．65元/(kW·h)计算，燃气价格按2．7元／m³计算。经计算，3种供暖方式的供暖期运行费分别为61．34×10⁴、62．50×10⁴、27．44×10⁴元。

③经济性分析

由以上分析可知，在3种供暖方式中，燃气红外线辐射供暖方式的系统造价及供暖期运行费最低。

5 结论

①采用CFD模拟软件对3种供暖方式下厂房内温度场进行模拟，由模拟结果可知，在采用燃气红外线辐射供暖方式时，工作高度范围内大部分区域的空气温度为12℃左右，垂直高度温度梯度小，水平方向温度分布均匀，供暖效果优于散热器供暖方式、暖风机供暖方式。

②在3种高大厂房供暖方式中，燃气红外线辐射供暖方式的系统造价及供暖期运行费最低。

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本文作者：周权杨灵艳 李侃 刘培源