燃气红外线辐射采暖系统设计思路概述

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燃气红外线辐射采暖系统设计思路概述
—大庆双能高科技有限公司 刘红升 吴兆伍
摘要：
    燃气红外线辐射采暖是目前比较理想的高大空间采暖方式，本文较为系统的论述燃气红外线辐射采暖的设计思路。
关键词：燃气 红外线 辐射采暖  尾气系统 燃气报警
1 设计导论
燃气辐射采暖系统从其实现的功能和满足设计需求条件，可分为五个方面：辐射设备系统、控制系统、尾气系统、燃气管线系统、燃气报警系统。针对设备运行特点，综合建筑物结构形式与需参考的各方面设计因素及计算的建筑热负荷，提出设备平面布置方案和系统设计要求，再与工艺、结构、电气、动力等相关设计专业以及建设单位所在地区的燃气公司交换、明确设计条件和设计标准基础上，进行系统深化设计。
2设计要点
一个好的设计是在准确掌握燃气种类、热值、压力，生产工艺，维护结构形式，建筑形式，供热需求的前提下，选定设备型号、功率、数量、设备布置和运行控制方式、尾气排放方式，燃气管网布置方式和入户位置。
    完成设计后，向用户和燃气动力专业提供满足设备运行的小时耗气量、日耗气量和设备使用压力，以保证燃气管线设计施工、满足现实和长远发展需要；向结构设计提供设备的平米荷载和线性荷载，以满足建筑物整体结构所需荷载，并在设计时尽最大的可能考虑燃烧器、气流调节器、风机的检修平台（尽可能的设计U型设备、因为U型设备 气流调节器 燃烧器在一起 调试方便）；向电气、动力、给排水、工艺专业提交设备布置形式，以确保设备与其它专业的设备及工艺管线满足安全距离和合理避让条件；向电气专业提供设备所需供电配置与负荷，确定电气控制、燃气报警的配置形式；向给排水专业提供设备冷凝水排放点，以便于确认冷凝水排放点地漏的设计。向土建专业提供需要预留穿墙穿孔的位置，以便于在设计时就体现出来。
3 设备布置原则
3.1燃气红外线辐射采暖系统用于全面采暖时，宜按下列原则进行布置
  （1）相邻辐射设备的辐射范围，在新建建筑物中搭接高度在不大于0.5m，在改造建筑物中搭接高度在不大于2m；
  （2）沿外墙布置辐射设备的辐射范围，以使外墙受辐射的高度2m为宜；
  （3）人员集中的工作区宜适当加强辐射照度；
  （4）宜按不同工作区布置能单独控制的辐射设备。
  [条文说明]
（1）相邻辐射设备的辐射范围，一般情况下，不必刻意追求搭接，只需比较均匀即可。这是因为被辐射体（如人体、物体、地面、墙面）接受辐射热后，与室内空气进行对流传热和二次辐射，可以使室内空气温度均匀升高。如需搭接，搭接高度则不宜高于1.5m，否则将引起不必要的局部辐射照度增强,设备之间的最大行距L是吊装高度H的2-3倍（直线型2-2.5倍，U型设备2-3倍），见图3-1,设备燃烧器端部最大距离B是吊装高度H的1倍，最大不宜超过9米。
图3-1 辐射设备吊装剖视图

（2）辐射采暖时，外墙内表面温度较低，加之外窗的冷风渗透影响，使距外墙2m以内的工作区温度偏低，因此需要对部分外墙进行热辐射，提高墙内表面的温度，以利于对室内空气进行二次辐射。外墙接受辐射的高度定在2m，即可满足人员工作区的需要，再高不但对工作区无益，反而会增加热量的损失，见图3-1。
   （3）在面积较大的生产厂房，为了节能可以在人员比较集中的工作区多布置一些辐射设备；在人员较少或无人区则可少布置一些辐射设备。这就是燃气红外线辐射采暖与对流采暖相比特有的优越性。
   （4）当车间内有不同的工作区，且不同时工作或工作班制不同，则可按不同工作区分区域布置辐射设备，这样就可以按需要开启不同工作区的辐射器，同样可以取得满意的效果。
3.2当燃气红外线辐射设备用于局部工作点的采暖时，其数量不应少于两个，且安装在人体的侧上，以一定的角度辐射人体的胸部以下
    [条文说明]本条沿用《采暖通风与空气调节设计规范》GBJ19-87第3.5.5条。主要为了防止由于单侧辐射而引起人体部分受热、部分受冷而造成不舒适感。局部工作点的采暖，一般采用高强度单体辐射设备，这种表面温度很高的辐射设备照射人的头部，会引起晕眩和恶心，因此，必须根据安装高度，调整倾斜角度，使辐射范围控制在人体的胸部及其以下为宜。
4 控制系统设计简述
辐射采暖电气控制系统主要根据整个场所使用的风机数量来确认有几个辐射采暖区域，一个风机代表一个控制系统，控制箱可以根据系统的需要定制特殊要求的控制箱，目前市场上经常使用的型号有1区、2区和4区的，选择好控制箱，就可以根据各风机及设备的耗电量选择合理配电管线，配电线管选择请参见《工业与民用建筑配电设计手册》。
5 尾气排放系统设计简述
燃气辐射采暖设备的尾气既可内排也可外排，采取哪种排放方式，取决于有关规范和气质情况。在中国，燃气设备尾气内排受到严格限制。国内大多工程实例也说明了这个问题。
《采暖通风与空气调节设计规范》GB50019-2003的第26页第4.5.11条（第23页）规定：无特殊要求时，燃气红外线辐射采暖系统的尾气应排在室外，第4.5.11条条文说明（第226页）指出特殊要求：在农作物、蔬菜、花卉温室等特殊场合，采用燃气红外线辐射采暖系统时，允许其尾气排至室内。
《城镇燃气设计规范》GB50028-93第109页第7.7.1条，指出燃具燃烧所产生的烟气应排出室外。第107页第7.4.7条，采暖装置应有熄火保护装置和排烟设施。
考虑到厂房人员健康问题、考虑辐射采暖设备本身寿命问题、考虑钢结构厂房内钢结构寿命问题、依据国家规范及国家标准我们建议辐射采暖设备尾气采用室外排放方式。
由于尾气的成分主要是水蒸气和CO2，为保证设备的长久安全有效的工作，建议采用耐腐蚀、抗氧化、轻质、传热效果好，形变小的铝制管线作为辐射采暖设备的尾气排放管。
6 燃气管线系统
燃气管线系统设计主要遵循两个原则：1）保证每个燃气设备的燃气量；2）保证每个设备获得稳定燃气压力。
燃气管线设计可以采取两种方式：
1）低压管线入户，低压管线建议采用环状管线；
2）中压管线入户，设备前加装稳压阀，中压管线建议采用支状管线；
燃气管道水利计算的任务就是根据燃气流量和允许压力损失来确定管道直径或者根据已知管径和压力损失的情况下求管道的允许流量。燃气管道的设计不仅要考虑用户对燃气流量和压力要求，而且尚需要考虑到敷设管道的材料及施工费用。在满足用户对燃气需求及压力要求的条件下、选择燃气在管道中的合理流动速度或单位长度压力将具有很大的技术经济意义。
根据国内天然气行业安全使用规定，天然气管线的安全使用压力控制在8—25m/s，一般情况下低压管线（不大于0.01MPa）的流速控制在8m/s，燃气红外线辐射采暖设备的燃气使用压力在5000Pa以下，属于低压管线，因此我们根据低压管线的管径公式d=18.8 确定管径。
d——管道直径，m；
Qs——燃气在设计状态的流量m3/h；
w——燃气允许流速，m/s；
根据管道内允许燃气流速确定管径必须验算，以校验用户对燃气消耗量和燃气的终点压力（最不利管线的压力最低点）是否得到保证。如果燃气的终点压力得不到保证时，则必须将管道的直径予以增大，以减少燃气流动时的压力损失而保证燃烧器对压力的要求。
建筑物内燃气管道均为沿墙或柱架空敷设，并按规定设置管道支架。中压燃气管道采用无缝钢管，焊接连接，与设备或阀门等可采用法兰或丝扣连接。燃气管道高点设置房散管，燃气管道接入厂房的总入口设置紧急切断阀。
关于压力降计算我们可以参见《动力管道设计手册》中的庭院管道设计。
由于燃气红外线辐射采暖设备的燃气压力波动要求在±5mbar以内，因此我们建议在厂房总入口一定要选择调压误差范围小、精度高的调压器，否则将影响设备的点火后的运行管理。
7燃气报警系统设计
国家规范GB50116—98仅规定：在对使用、生产或**可燃气体或可燃液体蒸气的场所，应选择可燃气体探测器，具体关于可燃气体使用场合的类型要求没有明确的规定，且关于可燃气体探测器的布置方式也没有明确的规定。
燃气红外线辐射采暖系统的应用场所多为高大空间，在高大空间以燃气红外线辐射采暖设备所能达到的泄漏量，在自然通风量的前提下，可燃气体报警器无论数量设计多少都无法实现报警功能：例如一个项目，长150米，宽72米，高10米，热负荷 1800KW，我们共采用了36套50kw辐射采暖设备，每套设备耗气量为4.76m3/h，也就是说所有设备全部泄漏的情况下，每天泄漏量为36*4.76*24=4112.6m3/D,而整个厂房的体积为108000m3,设备全部泄漏一天占整个空间的3.8%，爆炸下限是25%，也就是辐射采暖设备需要在封闭的场所泄漏7天才能够达到爆炸下限，但是一般工业厂房的自然换气频率都在0.5次/小时左右，《燃气红外线辐射供暖系统设计选用及施工安装》中明确指出不必要的安全措施将增加建设方的初投资，并且指出只在厂房总入口处设置一套报警装置，在国外使用辐射采暖的场所是不需要上燃气报警装置。因此在高大空间使用燃气红外线辐射采暖系统时关于可燃气体报警装置是否有必要设计，数量设计多少，仍然是需要设计部门值得思考的问题。

参考文献：
1、GB50019-2003 采暖通风与空气调节设计规范 2004
2、03K501-1.燃气红外线辐射供暖系统设计选用及施工安装 2003
3、GB50116—98.火灾自动报警系统设计规范 1999
4、GBT18883-2002 室内空气质量标准 2003
5、GB50028-93 城镇燃气设计规范 2002
6、施振球 动力管道设计手册 北京：机械工业出版社 2006