新建机修车间供暖设计探讨

中图分类号：TB49文献标识码： A 文章编号：

1.1、项目概况：

神华准格尔能源有限公司露天煤矿扩能改造工程新建一座设备维修中心，冬季车间供暖设计方案的研究，寒冷地区冬季供暖，通常采用对流散热器的方式，这对于层高不高(小于4.5 m) 的房间比较适合。但对于（其高度均大于12.5～25m）高大厂房，采用此方法热损失就极大。这主要是由于浮力作用,热空气上升，冷空气下沉,最后形成厂房顶部区域温度较高，底部(工作区) 空气温度低，使得送到厂房的热量没有充分被利用，大部分通过顶棚而散出。而且厂房底部散热器越多，越恶化。

1.2、基本参数及特征 1表

2、围护结构的耗热量分析与高度方向热梯度对室内地面温度的影响：

2.1采用辐射供暖则因要求热媒温度高，而实用性受到限制。若合理利用气流组织将高大厂房顶部的热量调配到工作区(下部) 来，就能充分利用热量。

2.2高大空间厂房随着采矿业的快速发展及露天采矿机械的大型化、厂房体积越来越大，厂房大门越来越宽、越来越高，特别是寒冷的矿山地区，寻求解决高大空间热梯度最佳方式是多年困扰暖通行业的课题，通过试验分析，拟采用诱导通风技术及热风循环供暖解决。

2.3、热风循环供暖

传统的方式采用暖气片作放热设备，高大空间往往进深很大。暖气片自然对流，热空气自然上升，能辐射到的区域很小，远的地方都感觉不到暖气片的存在。改良后暖风机增加强制空气分布的功能，但风机选用和设备结构不足等因素导致热循环功能有限。 高大空间专用机组吊装在屋顶，采用强制对流的方式将车间顶部聚集的热空气均匀布送至工作区域，起到热风循环供暖的效果，通过设备上部混风箱及其内部高效热交换器实现对空气的快速加热和混风均匀。利用设备顶部大风压的轴流风机强制热空气下送。从设备下方旋流风口喷射而出，热空气强力冲向地面，是工作区温度快速提升。空气布送装置将热空气由上而下的均匀分布到空间各处，消除室内不良温度层。空气布送装置根据设备安装高度及制热、制冷等不同工况调节气体流速和送风角度，无须使用较大的空气流量即能温度要求，实现工作区域内无风感，在空间内工作人员感觉温暖、舒适。减小热量的损失，降低能源的浪费。

明显的节能效果靠自然对流放热为的这种传统供暖方式造成热量聚集在建筑物顶部，对工作区温度无任何意义，聚集热量通过屋顶散失，造成热能浪费。并且该方式对供水温度要求很高，否则离暖气片稍远即感觉不到热空气存在。

高大空间专用机组采用吸风式轴流风机，有效吸收聚集在顶部热量后下送到工作区，使热能再次得到利用。采用远程射流、强制循环方式，能将出口温度不高的热空气迅速送到工作区，对供水温度要求远低于传统采暖方式。使用者可根据现场环境要求调节供水温度，真正达到节能的目的。

2.4、诱导通风是根据动量守恒原理，采用小型送风机和具有一定紊流系数的高速喷嘴，由喷嘴射出定向高速气流，带动周围静止的空气形成满足一定风速要求的、具有一定有效射程和覆盖宽度的“气墙”，从而诱导室外新鲜空气或经过处理的空气按一定的气流方向组织流场，将上部热空气送大门热风幕吸风口。诱导通风主要运用了高速喷流的扰动特性，扰动喷流能有效地诱导周围静止的空气，从而带动空气流通。喷流的中心速度由喷嘴出口点起逐渐减低，但是喷流宽度逐渐增加，所诱导周围的空气量也逐渐增加。在垂直于中心轴的各个截面中的空气总动量不变。

2.5、大门开启冷风冲入耗热量的计算：

大门尺寸：B・H =12.0×9.0=108m2、大门开启时间大约2min/次，在冬季风压和热压的共同作用下，大门开启冷风冲入耗热量相当大，车间室内温度迅速降低。

2）耗热量的计算：

Qf=0.278CpρWG(tn-tw)=0.278×1.009×1.365×185.37（16＋18）=2.413kW；

G=A＋(a＋NVw)F=28.5＋（2.38+0.15×3.5）×54=185.37kg/s；

3）机修车间的大门开启或关闭一次估计平均用时2分钟：Q∑f=120×Qf=289.58 kW。

平均每天入库保养9台次；大门开启18次。

4）采暖负荷计算：

根据本项目的基本情况，计算采暖负荷情况如下：

建筑基本热负荷（围护结构、关闭状态下的门窗、冷风渗透、标准通风量）：（见1表）

6、矿用卡车入库检修的物理耗热量的分析与供暖耗热量的计算：

1）自卸卡车入库保养时，车辆这个巨大冷体在升温过程中吸收室内热量，使车间室内温度迅速降低。根据对冷车体室内温度影响模拟试验分析，车体相当于车间内的一个冷岛。使得工作台位周围舒适性大幅度降低。通过人机工程学―作业环境分析：人体热平衡破坏，体温升高；当产热小于散热时，ΔS取负值，体温下降。人体热平衡状态如图所示

对安全行为的影响：工人的不安全行为与环境温度的关系为“U”字型，在17－23℃WBGT之间，工人不安全行为比例最小。

低温对生理的影响：低温可引起体温过低，通常表现为体温低于35℃。最初阶段表现为不辨方向，冷淡，幻觉或兴奋。当体温进一步降低时，人可能昏迷，甚至死亡。在极端的低温下，身体的新陈代谢速率变慢，身体需要更少的氧气。

人重复地暴露于冷环境中，新陈代谢速率也会提高、技能、经验和健康状况对低温的的适应很重要、人体适应能力有限，做好保护工作才是关键。

低温对绩效的影响：体力劳动：身体核心温度每降低1℃，最大作业量下降4－6%，触觉灵敏度：灵敏度下降，手工任务绩效 ：不损害绩效的下限为以平均手部皮肤温度计为 13－18℃。

低温环境下的保护措施：使用手套、在特定条件下使用半截手套、使用辅助加热器、取暖设施――暴露于寒冷中往往会有一个或几个相关的指标（像皮肤温度，手皮肤温度，身体核心温度，空气温度，工作绩效等〕超过合理的忍耐水平。当超过这些忍耐水平时，人应到取暖的地方（像暖和的房间〕暖和一段时间再进行工作。

车体温度由室外－18℃升高到室内温度16℃耗热量

2）检修车辆自重约120～180吨／辆（瞬间负荷）。

自卸卡车入库维修车体温度由室外－18℃升高到室内温度16℃加热时间一般按60min计算、以MT5500B型矿用电动轮自卸卡车计算为例：自卸卡车入库保养热负荷：

Q1=M・C(tn-tw) /3.6= 223,167×0.46×34= 969.5kW。

扣除自卸卡车发动机停机前的余热

3）根据多年的设备运行监测结果，自卸卡车平均保养周期为15日，保养时间根据卡车的型号及状态一般用时4～16小时不等。平均每天入库保养9台次。

7、局部供热对高大空间热补充

1） 利用远红外辐射电加热器：辐射板安装在天花板上或者建筑物的柱子上加热房间，适用于车间维修等处所的独立采暖或辅助采暖，同时也可用于房间内某一区域的局部采暖。根据辐射供热原理，室内供暖温度即使低一些，也能保证室内的供暖舒适性。可以避免整体加热，只需加热部分工作区域，并且辐射散热器的设计室内温度可以略低于标准室内温度，这大大节约了能源。我国的工业建筑采暖也沿用散热器采暖的模式，但随着社会的不断发展，工业建筑的形式和规模也有了较大的发展，原有的采暖方式也显露出它的弊端。首先，单体建筑规模大，散热器布置困难，难以满足设计温度要求。其次，建筑高度高，散热器采暖上热下冷的现象严重。

对工作区及冷岛区域采用红外辐射板，辐射板释放长波辐射，根据辐射供热原理，室内供暖温度即使低一些，也能保证工作区及冷岛区域的供暖舒适性。该类型的散热器可以避免厂房整体加热，只需加热部分工作区域，并且辐射散热器的设计室内温度可以略低于标准室内温度，这大大节约了能源。由于辐射供暖没有对流作用，车间内的灰尘飞扬较少，卫生条件较好，为员工提供了舒适的工作环境，减少了职业病的发生，为提高设备检修的质量提供了可靠保证。

辐射板安装在天花板上或者建筑物的柱子上加热房间，适用于卡车维修间等处所的独立采暖或辅助采暖，同时也可用于房间内某一区域的局部采暖。

8、结论

从多年卡保间的供暖运行分析的供暖设计的实践，运行情况的分析及大量文献表明，仅一个供暖方式是很难解决这种超大空间的供暖需要。只能采用综合手段集成方式才能解决高大空间厂房的供暖。

就目前的市场供暖设备的类型，对流、辐射、热风等多种方式分析。

综合不同供暖的特点，以满足供暖设备要求之前提，同时兼顾节能、环保、卫生等技术条件。列如下方式：

（1）散热器采暖

（2）热风幕

上述两种方式的供热量、热负荷应基本满足维护结构的耗热量

充分利用屋面下部热空气的再循环，使热空气从屋顶均分布到室内，改善所到区的空气质量。

应用诱导风机及空气射流器均分布有组织的热空气流

1）采用部分散热器供暖来满足围护结构的值班采暖的需要：

根据《采暖通风与空气调节设计规范》4.1.5规定：设置采暖的公共建筑和工业建筑当其位于严寒地区或寒冷地区，且在非工作时间或中断使用的时间内室内温度必须保持在0℃以上，而利用房间蓄热量不能满足要求时应按5℃设置值班采暖的要求。

值班采暖耗热量与围护结构的采暖耗热量的关系式：QZ=QW(tZ-tw) /(tN-tw)=61.76％QW。

2）热风幕供热量与大门开启冲入冷风耗热量相当匹配。利用循环热风空气幕抵御大门开启冷风侵入，较好的维持室内温度。同时热风幕和散热器合计供暖量与厂房围护结构的耗热量相匹配。

热风幕供热量QRFM= =38.24％QZ

4）热风循环供暖

解决高度方向热梯度引起室内地上温度过低，利用热风循环供热方式和诱导通风技术，将车间上部空气下送至地面、使其室内地面环境温度达到使用要求。

5）红外线电加热器的供热量与卡车入库物理耗热量相匹配

在工作台位附近安装辐射采暖设备，对入库检修矿用车辆加热，以解决物理耗热量对室内温度影响。

参考文献：

1，《某公司设备维修中心改扩建可行性研究报告》

2，《供热工程》贺平等

3，文中的计算式、符号均取自《采暖通风与空气调节设计规范》GB50019-2003和《实用供热空调设计手册》（第二版）陆耀庆