胡建亮
(中煤科工集团武汉设计研究院有限公司,湖北 武汉 430064)
0 引言
高大空间工业厂房一般指空间净高大于5 m的厂房建筑。位于北方寒冷及严寒地区的高大空间工业厂房,采用热水供暖时,一般在建筑外窗窗台下布置散热器。散热器通过自然对流的方式进行热交换,单台散热器供暖能力低、布置数量多、供暖辐射范围小,且热空气向上进入厂房顶部,工作区域得不到有效供热。本项目高大空间工业厂房采用散热器+暖风机结合的方式进行供暖,暖风机安装在靠近外墙的立柱上,通过风机强制热换热,可将热空气有效送到工作区域范围,同时减少散热器数量,厂房整体供暖效果提高。
1 工程概况
本项目为某企业新建物料输运泵房,泵房主厂房1层,辅助用房2层,辅助用房为配套变配电室、变频器室、控制室等。总建筑面积1 922 m2,建筑高度12.6 m,其中厂房长42 m,宽24 m。①轴—⑥轴立面图见图1,轴—轴立面图见图2。
2 供暖设计参数
2.1 室内外设计参数
该项目所在地海拔185.2 m,气候分区属于严寒地区。室外气象参数如表1所示。
根据工艺要求,厂房室内供暖设计温度为16 ℃。
2.2 供暖热负荷
根据GB 50019—2015工业建筑供暖通风与空气调节设计规范[1],该建筑的冬季供暖热负荷主要由围护结构热负荷、门窗渗入室内冷空气热负荷两项组成。
该建筑围护结构:屋面为120厚钢筋混凝土+60厚挤塑聚苯板(B1级),传热系数0.40 W/(m2·K);外墙为370厚烧结多孔砖+60厚岩棉板(A级),传热系数0.44 W/(m2·K);外窗为断桥铝窗框平开窗(5 mm透明+12空气+5 mm高透光Low-E玻璃),传热系数2.0 W/(m2·K)。围护结构热工性能满足GB 55015—2021建筑节能与可再生能源利用通用规范工业建筑节能设计要求。
围护结构供暖热负荷由围护结构基本耗热量考虑朝向附加、窗墙面积比过大附加、外门开启附加、高度附加等组成。
生产厂房、仓库、公用辅助建筑物,加热由门窗缝隙渗入室内的冷空气的耗热量占围护结构总耗热量的百分率可按表2确定。
表2 渗透耗热量占围护结构总耗热量的百分率 %
该建筑辅助用房中配套变配电室、变频器室、控制室等均不采用热水采暖方式,不计入集中供暖负荷;辅助用房中卫生间、楼梯间、走道等均采用热水采暖方式,计入集中供暖负荷。经过计算,该建筑热水集中采暖负荷为145 kW。
3 供暖热源
根据GB 50019—2015工业建筑供暖通风与空气调节设计规范,当厂区只有供暖用热或以供暖用热为主时,应采用热水作热媒。项目现场已有一座燃煤蒸汽锅炉房,因此需要新建一座蒸汽热水换热站,利用压力为0.3 MPa(表压)的饱和蒸汽,制备85 ℃/60 ℃热水,为工业场地厂房及办公行政福利用房提供采暖热源。
换热站设有管壳式换热机组、热水循环泵、定压补水泵、凝结水泵、全自动软水器、软化水箱和凝结水箱等,蒸汽管路上配套有减压阀、安全阀、流量调节阀、压力计、温度计等,热水管路上配套有自动除污器、热量计量表、压力计、温度计等。流量调节阀和供水温度连锁,通过控制柜的PLC自动调节;循环水泵和定压补水泵配套变频器,循环水泵变频器根据热水供回水压差自动调节水泵压头,定压补水泵变频器根据设定补水压力调节水泵压头。
4 供热管网
该项目所在室外场地采用架空综合管架,管架上设有供暖热水管道、蒸汽管道、生活水管、消防水管及电缆等。
根据CJJ/T 34—2022城镇供热管网设计标准[2],地上敷设的供热管道穿越行人过往频繁区域时,管道保温结构或跨越设施的下表面距地面的净距不应小于2.5 m;在不影响交通的区域,应采用低支架,管道保温结构下表面距地面的净距不应小于0.3 m。地上敷设供热管道与公路边缘最小水平净距1.5 m;跨越公路路面最小垂直净距4.5 m。地上敷设供热管道与小于3 kV架空输电线最小垂直净距1.5 m;3 kV～10 kV架空输电线最小垂直净距2.0 m,地上敷设供热管道与通信线最小垂直净距1.0 m。
该项目所在室外场地架空综合管架断面图如图3所示。
室外架空供暖管道一律采用GB/T 8163—2018输送流体用无缝钢管20号无缝钢管。管道补偿采用自然补偿和波纹补偿器相结合的方式。当管道弯管转角小于150°时,能用作自然补偿;大于150°时,不能用作自然补偿。自然补偿的管道臂长一般不超过25 m。自然补偿无法满足的情况下选用补偿器,补偿器选用轴向型波纹补偿器。
供暖管道保温材料选用无甲醛离心玻璃棉,保温层外设0.5 mm厚镀锌铁皮。根据国标图集08K507-1管道与设备绝热-保温,供暖管道保温层厚度选取如表3所示。
表3 供热管道保温层厚度
5 高大空间工业厂房供暖方式
5.1 采暖末端
高大空间工业厂房具有净空高、跨度大、门窗面积大和渗透负荷大等特点,导致该类型建筑冬季供暖负荷大、室内温度梯度大、高度方向温度分层严重、厂房上热下冷。该类建筑的供暖设计中,如何让工作区域的温度分布均匀、同时减少垂直温度梯度为供暖设计的难点和重点。
目前常用的末端散热形式包括散热器供暖系统、热水辐射供暖系统、热媒为燃气的辐射供暖系统、电热膜或发热电缆系统、热风供暖系统。考虑到项目所在地无天然气资源,排除燃气辐射供暖系统。考虑到现场场地条件和用电安全,排除热水辐射供暖和电热膜或发热电缆系统。结合建筑物、负荷特点及项目热源情况,采用散热器+暖风机的末端供暖形式。
5.2 采暖系统
根据GB 50019—2015工业建筑供暖通风与空气调节设计规范,供暖供、回水管道上应分别设置关断阀、过滤器,回水管道上设置自力式平衡阀。室内热水供暖系统总供回水压差不宜大于50 kPa。应减少热水供暖系统各并联环路之间的压力损失的相对差额,控制各并联环路之间不平衡率小于15%。
良好的水力特性是保证热水供暖系统各环路平衡的必要条件,同程式系统有良好的水力特性,是实际工程设计中供暖和空调水系统经常使用的系统形式。
当供暖系统作用半径大、系统中立管数量多时,需要将供暖系统划分为多个供暖小系统,才能实现较好的水力特性,达到良好的供暖效果。
本项目中厂房面积较大,立管较多,因此将供暖系统分为多个供暖小系统,每个供暖小系统作用半径不超过60 m,立管数量不超过15个。
散热器供暖系统的供水、回水在热力入口处与下列系统宜分开设置:热风供暖和热空气幕系统、地面辐射供暖系统。由于本项目供暖热负荷不大,为减少管道投资,本项目散热器和暖风机共用供暖干管。
散热器选用QFGZ4柱系列钢制散热器,设计压力1.2 MPa,散热器挂墙安装,安装高度距地面200 mm左右。散热器设备参数如表4所示。
表4 散热器设备参数
暖风机选用热水型GS暖风机,安装于厂房立柱上,安装高度约3.5 m。暖风机设备参数如表5所示。
表5 暖风机设备参数
该厂房采暖系统为上供下回的系统形式,为控制各并联环路压差不平衡率,系统分成若干供暖小系统,并采用同程连接形式,以此获得更好的供暖效果。供暖管道设置坡度,坡度不小于2‰。供暖系统的最低点,配置DN20泄水丝堵;供暖系统的最高点,配置自动排气阀。供暖系统图如图4所示。
6 结语
本文结合严寒地区高大空间厂房供暖工程项目,根据室外气候条件和项目工艺特点,概述了项目供暖热负荷计算、供暖热源、室外供热管网和高大空间厂房供暖系统形式,并得出以下结论:
1)建筑高度12 m的高大空间厂房,采用散热器+暖风机的供暖方式时,室内温度分布较均匀,有较好的供暖效果。
2)高大空间厂房供暖末端数量较多,将供暖系统分成多个并联同程小系统,可减少各系统间的水力损失差值,有利于提高整体供暖效果[3-5]。
