论文部分内容阅读
摘要：民用建筑冬季采暖，是为了提高人们的舒适度，改善居民的生活水平，而工业建筑，尤其是工厂内的工业厂房，安装采暖系统，不仅仅是为了改善员工的工作环境，提高满意度，更重要的是为了保障精密设备的正常运行。本文以南京布雷博公司为例，在机加工车间安装了一套燃气辐射采暖设备，总结了项目立项、施工及运行中的一些经验，为有同样需求的单位提供借鉴。
关键词：工业厂房、燃气辐射采暖、区域控制、节能降耗。中图分类号：TU 文献标识码：A 文章编号：（2020）-08-180
1 引言
高大空间建筑，尤其是大型工业厂房内的供暖问题，一直都是比较棘手的问题。因为机械加工、汽车制造等行业的工业厂房一般都是钢结构形式，其特点是跨度大，高度高，面积广。而在这样的高大工业厂房中，3米以下的高度，才是人员的主要活动区域及大部分设备的安装高度。
众所周知，热空气温度比空气高，密度小，所以热空气会往上升，容易聚集在厂房的中上部分，由此造成顶部散热量较大。所以解决工业厂房的采暖问题，最主要的就是解决3米以下的区域，并减少室内温度梯度。本文通过布雷博项目实例对燃气辐射采暖系统在工业厂房中的应用进行探析。
2 项目背景
布雷博是一家意大利独资企业，从事高端制动系统的开发和制造工作，全球生产基地位于江苏省南京市近郊的空港开发区内。虽然南京属于中国的南方城市，冬季的极限低温不算很低，但根据设计规范，南京日平均温度低于5℃时间有77天，极端温度-13.1℃，有采暖需求[1]。
布雷博公司的机加工厂房基建于2006年，长200米，宽54米，高12米，钢结构形式，单层建筑，总面积10800平方米。工厂周边空旷，冬季平均室外风速为2.7 m/s，厂房内多为加工中心，设备精密度高，24小时三班运行，低温下设备无法正常工作，尤其是室外溫度达到零下，夜间设备报警频繁，严重影响生产。车间提出需求，希望增加采暖系统，保证室内温度不低于12℃，且温度均匀性好。
3 方案选择
3.1 方案简述与对比
在我国的南方城市，厂房采暖系统常用的是燃气锅炉系统。而在北方严寒地区，燃气辐射采暖系统已经成为高大工业厂房采暖的首选方案[2]。
选择一：燃气锅炉系统。燃气锅炉系统是通过锅炉房内的天然气燃烧产生的高温烟气，与水进行换热，热水再通过管网输送到车间末端，通过风机盘管、高大空间机组再进行一次热交换后，将热空气吹送到车间。
优点：系统结构简单，相对投资成本较低，局部区域升温快，适用行业广泛。
缺点：需要建立锅炉房，热量输送及热交换能量损耗大，运行时间长，水系统有防冻需求，车间内温度梯度高，锅炉的管理工作需要专人持证上岗，后期运营维护工作量大，费用高。
选择二：燃气辐射采暖系统。燃气辐射采暖系统是通过天然气燃烧，产生高温烟气在辐射管内流动，将辐射管加热到一定温度后，产生红外线向地面上人体、物体等传递热量。
优点：不直接加热空气，适合高大空间建筑，热源与末端一体化总能效高，节能，操作灵活，可单台单控，分区域控制，随时启停，性能稳定，后期维护费用低，加热温度均匀，采暖舒适度高，可吊装在厂房顶部，不占用地面有效空间。
缺点：投资成本较高，燃烧器直接连接设备，所以不宜使用在易燃易爆的工作环境下，同时辐射管的表面温度高，对于采暖面到辐射管的最小距离有要求[3]。对于燃气锅炉系统及燃气辐射采暖系统进行系统比对详见下表1。
采暖方式燃气锅炉系统燃气辐射采暖系统经济性投资较低投资较高施工周期长短方案可行性部分区域无法施工可覆盖所有区域施工难度中高预期效果部分满足要求可以满足要求区域控制不可以可以节能性低高后期运营成本高低 通过以上几个方面的比较，燃气辐射采暖系统更加适合于布雷博公司12米净高的机加工厂房，能够满足整体温度保持12度以上，且厂房温度均匀的要求。虽然前期的投资费用较高，但是更加节能和环保，并且后期维护的成本低。设备采用顶部悬挂方式，不占用车间地面的有效空间。同时，燃烧器部分安装在外墙外侧，燃气管道不进入车间，降低了使用过程中可能存在的安全风险。
3.2 燃气辐射采暖系统的组成及原理
燃气辐射采暖系统包括：供热主机、负压风机、辐射管、温度传感器等。其工作原理是，以天然气、石油气等燃气为热媒，在供热主机内燃烧，产生500℃以下的热气流，通过负压风机，让热气流在辐射管内循环，辐射管被加热后释放出红外线，达到供暖的目的。燃气辐射采暖系统供暖示意图如图1：
4 设备选型及施工
通过与设计院共同实地勘察和沟通，将机加工厂房的外墙、屋面、外门、外窗等结构热工参数、工厂生产特点和室内温度要求提供给设备供应商，通过专业软件的计算，得出车间的总热负荷约为2300kW，折合单位面积热负荷为213W。
通过设备供应商现场考察、技术交流、商务谈判等工作，最终选择了天津卡利欧玛热能设备制造有限公司的整体式燃气辐射采暖设备，设备型号为EUCERK240，单套设备功率240kW，共安装10套独立设备。配置的设备供热量2400kW，单位面积供热量221W，满足工厂的使用要求。每台燃气辐射采暖设备的理论耗气量为25.4Nm3/h，南京的供暖期大约是77天，理论上的总耗气量为7万Nm3/年，平均每天900Nm3。如果使用燃气锅炉，测算出的总燃气能耗约为21.8万Nm3/年，是燃气辐射采暖系统的三倍多。
由于燃气辐射采暖系统具备分区域独立控制功能，所以在设计阶段，将现有工厂生产线布局图提供给供应商，强调了重点采暖部位，并参与设备的布局设计，为后期分区域运行做好了准备。
根据车间的生产工艺特性，采暖温度均匀要求，将采暖设备吊装在屋顶钢结构上，距地面9.5米的高度，温度控制器安装在标高1.5米位置，使得数据采集准确的同时，便于操作。由于厂房已经使用十几年，钢梁上已经承载了其他各种管道、桥架及设备，采暖设备自重较重，虽然通过设计计算，没有超过载荷，但是，为了保证人员及设备的安全，在设备安装的过程中，对每一套设备又增加了防坠落安全绳，进行二次保护。在原有的就地控制的基础上，增加了远程PC端智能控制系统，在电脑上可以监控每台设备，各个区域的运行情况，参数调整及不同区域不同时间的开关机设置等。 5 设备的使用及效果
设备安装完毕，调试结束，操作培训后正式投入使用。经过一周的试运行，对车间的温度进行测试，在设备的正下方，距地面1.5米高的区域，温度在12.3度到13.1度之间，在每套设备的辐射边沿的温度略低一点，但是也能满足使用要求。
机加工车间按照使用功能的不同，主要分为三块区域，分别是加工区、检验区和仓储区，使用过程中，根据燃气辐射采暖分区域控制的特点，对10套系统所覆盖的区域分别单独设置了不同的采暖温度和启停时间，同时结合生产计划，选择对没有生产任务的区域进行设备关闭。虽然关闭部分设备，对于整体的温度有微小的影响，但是可以更好的做到节能运行。同时，通过PC端智能控制系统，更好的监控设备运行状况，操控方便，便于使用部门的管理。
燃气辐射采暖系统安装至今已接近3年，设备使用效果良好，开机状态下，冬季车间内温度基本能够稳定在12度左右，操控简单，故障率低。现场设备平面布置图如图2，安装结束后的现场完工图如图3：
6 使用过程中的问题及措施
能源消耗方面，根据第一年燃气使用的实际统计，年耗气量约为8万Nm3，虽然超出了理论耗气量15%，但是比使用燃气锅炉还是有很大的能源节约。超出理论耗气量的主要原因，通过分析，主要还是物流堆积门开启过于频繁，人行门经常敞开，车间的墙面孔洞较多等原因，导致室内一直达不到设定温度，设备的能耗就会提高。
针对以上问题，第二年优化了物流转运的流程，减少大门开关的频次，缩短开关门的时间、人行门增加闭门器以保证门的常闭、对孔洞进行封堵以减少热能的损失。从第二年的燃气耗气量数据上看，已经接近7万Nm3/年的理论用气量，目前还在与设备厂家探讨方案，如何能够进一步的节约能源。
在分区域控制的过程中，为了节省能源，会关闭一些不需使用的设备，这些生产线的局部温度会有一定的下降，在这些区域内，如果有生活用水、生产用水等水系统，尤其是靠近外墙、外门通道附近，管网引自于室外的，当室外温度很低时，需考慮管道的保温防冻问题。
7 结束语
布雷博公司厂房内安装使用的燃气辐射采暖系统，有效的解决了机加工车间冬天供暖问题，分区域、分时控制，节能效果显著，随着后续的持续优化与改进，采暖效果及节能空间还会不断的提升。燃气辐射采暖系统在南方城市安装的案例较少，本文通过对项目过程的介绍及使用过程中的一些建议和措施，希望对准备安装，或者正在寻找厂房采暖解决方案的企业有一定的帮助。
参考文献
[1] 中华人民共和国国家标准.工业建筑供暖通风与空气调节设计规范（GB50019-2015）.北京.中国计划出版社，2015.
[2] 郭敬红，郭树影.某工业厂房燃气红外线辐射采暖工程设计[J].商建筑热能通风空调，2011，（02）：102-104.
[3] 顾金松.燃气热辐射采暖在工业厂房应用与设计注意事项[J].中国新技术新产品，2017，（06）：118-119.
（布雷博（南京）制动系统有限公司 江苏 南京 210000）
关键词：工业厂房、燃气辐射采暖、区域控制、节能降耗。中图分类号：TU 文献标识码：A 文章编号：（2020）-08-180
1 引言
高大空间建筑，尤其是大型工业厂房内的供暖问题，一直都是比较棘手的问题。因为机械加工、汽车制造等行业的工业厂房一般都是钢结构形式，其特点是跨度大，高度高，面积广。而在这样的高大工业厂房中，3米以下的高度，才是人员的主要活动区域及大部分设备的安装高度。
众所周知，热空气温度比空气高，密度小，所以热空气会往上升，容易聚集在厂房的中上部分，由此造成顶部散热量较大。所以解决工业厂房的采暖问题，最主要的就是解决3米以下的区域，并减少室内温度梯度。本文通过布雷博项目实例对燃气辐射采暖系统在工业厂房中的应用进行探析。
2 项目背景
布雷博是一家意大利独资企业，从事高端制动系统的开发和制造工作，全球生产基地位于江苏省南京市近郊的空港开发区内。虽然南京属于中国的南方城市，冬季的极限低温不算很低，但根据设计规范，南京日平均温度低于5℃时间有77天，极端温度-13.1℃，有采暖需求[1]。
布雷博公司的机加工厂房基建于2006年，长200米，宽54米，高12米，钢结构形式，单层建筑，总面积10800平方米。工厂周边空旷，冬季平均室外风速为2.7 m/s，厂房内多为加工中心，设备精密度高，24小时三班运行，低温下设备无法正常工作，尤其是室外溫度达到零下，夜间设备报警频繁，严重影响生产。车间提出需求，希望增加采暖系统，保证室内温度不低于12℃，且温度均匀性好。
3 方案选择
3.1 方案简述与对比
在我国的南方城市，厂房采暖系统常用的是燃气锅炉系统。而在北方严寒地区，燃气辐射采暖系统已经成为高大工业厂房采暖的首选方案[2]。
选择一：燃气锅炉系统。燃气锅炉系统是通过锅炉房内的天然气燃烧产生的高温烟气，与水进行换热，热水再通过管网输送到车间末端，通过风机盘管、高大空间机组再进行一次热交换后，将热空气吹送到车间。
优点：系统结构简单，相对投资成本较低，局部区域升温快，适用行业广泛。
缺点：需要建立锅炉房，热量输送及热交换能量损耗大，运行时间长，水系统有防冻需求，车间内温度梯度高，锅炉的管理工作需要专人持证上岗，后期运营维护工作量大，费用高。
选择二：燃气辐射采暖系统。燃气辐射采暖系统是通过天然气燃烧，产生高温烟气在辐射管内流动，将辐射管加热到一定温度后，产生红外线向地面上人体、物体等传递热量。
优点：不直接加热空气，适合高大空间建筑，热源与末端一体化总能效高，节能，操作灵活，可单台单控，分区域控制，随时启停，性能稳定，后期维护费用低，加热温度均匀，采暖舒适度高，可吊装在厂房顶部，不占用地面有效空间。
缺点：投资成本较高，燃烧器直接连接设备，所以不宜使用在易燃易爆的工作环境下，同时辐射管的表面温度高，对于采暖面到辐射管的最小距离有要求[3]。对于燃气锅炉系统及燃气辐射采暖系统进行系统比对详见下表1。
采暖方式燃气锅炉系统燃气辐射采暖系统经济性投资较低投资较高施工周期长短方案可行性部分区域无法施工可覆盖所有区域施工难度中高预期效果部分满足要求可以满足要求区域控制不可以可以节能性低高后期运营成本高低 通过以上几个方面的比较，燃气辐射采暖系统更加适合于布雷博公司12米净高的机加工厂房，能够满足整体温度保持12度以上，且厂房温度均匀的要求。虽然前期的投资费用较高，但是更加节能和环保，并且后期维护的成本低。设备采用顶部悬挂方式，不占用车间地面的有效空间。同时，燃烧器部分安装在外墙外侧，燃气管道不进入车间，降低了使用过程中可能存在的安全风险。
3.2 燃气辐射采暖系统的组成及原理
燃气辐射采暖系统包括：供热主机、负压风机、辐射管、温度传感器等。其工作原理是，以天然气、石油气等燃气为热媒，在供热主机内燃烧，产生500℃以下的热气流，通过负压风机，让热气流在辐射管内循环，辐射管被加热后释放出红外线，达到供暖的目的。燃气辐射采暖系统供暖示意图如图1：
4 设备选型及施工
通过与设计院共同实地勘察和沟通，将机加工厂房的外墙、屋面、外门、外窗等结构热工参数、工厂生产特点和室内温度要求提供给设备供应商，通过专业软件的计算，得出车间的总热负荷约为2300kW，折合单位面积热负荷为213W。
通过设备供应商现场考察、技术交流、商务谈判等工作，最终选择了天津卡利欧玛热能设备制造有限公司的整体式燃气辐射采暖设备，设备型号为EUCERK240，单套设备功率240kW，共安装10套独立设备。配置的设备供热量2400kW，单位面积供热量221W，满足工厂的使用要求。每台燃气辐射采暖设备的理论耗气量为25.4Nm3/h，南京的供暖期大约是77天，理论上的总耗气量为7万Nm3/年，平均每天900Nm3。如果使用燃气锅炉，测算出的总燃气能耗约为21.8万Nm3/年，是燃气辐射采暖系统的三倍多。
由于燃气辐射采暖系统具备分区域独立控制功能，所以在设计阶段，将现有工厂生产线布局图提供给供应商，强调了重点采暖部位，并参与设备的布局设计，为后期分区域运行做好了准备。
根据车间的生产工艺特性，采暖温度均匀要求，将采暖设备吊装在屋顶钢结构上，距地面9.5米的高度，温度控制器安装在标高1.5米位置，使得数据采集准确的同时，便于操作。由于厂房已经使用十几年，钢梁上已经承载了其他各种管道、桥架及设备，采暖设备自重较重，虽然通过设计计算，没有超过载荷，但是，为了保证人员及设备的安全，在设备安装的过程中，对每一套设备又增加了防坠落安全绳，进行二次保护。在原有的就地控制的基础上，增加了远程PC端智能控制系统，在电脑上可以监控每台设备，各个区域的运行情况，参数调整及不同区域不同时间的开关机设置等。 5 设备的使用及效果
设备安装完毕，调试结束，操作培训后正式投入使用。经过一周的试运行，对车间的温度进行测试，在设备的正下方，距地面1.5米高的区域，温度在12.3度到13.1度之间，在每套设备的辐射边沿的温度略低一点，但是也能满足使用要求。
机加工车间按照使用功能的不同，主要分为三块区域，分别是加工区、检验区和仓储区，使用过程中，根据燃气辐射采暖分区域控制的特点，对10套系统所覆盖的区域分别单独设置了不同的采暖温度和启停时间，同时结合生产计划，选择对没有生产任务的区域进行设备关闭。虽然关闭部分设备，对于整体的温度有微小的影响，但是可以更好的做到节能运行。同时，通过PC端智能控制系统，更好的监控设备运行状况，操控方便，便于使用部门的管理。
燃气辐射采暖系统安装至今已接近3年，设备使用效果良好，开机状态下，冬季车间内温度基本能够稳定在12度左右，操控简单，故障率低。现场设备平面布置图如图2，安装结束后的现场完工图如图3：
6 使用过程中的问题及措施
能源消耗方面，根据第一年燃气使用的实际统计，年耗气量约为8万Nm3，虽然超出了理论耗气量15%，但是比使用燃气锅炉还是有很大的能源节约。超出理论耗气量的主要原因，通过分析，主要还是物流堆积门开启过于频繁，人行门经常敞开，车间的墙面孔洞较多等原因，导致室内一直达不到设定温度，设备的能耗就会提高。
针对以上问题，第二年优化了物流转运的流程，减少大门开关的频次，缩短开关门的时间、人行门增加闭门器以保证门的常闭、对孔洞进行封堵以减少热能的损失。从第二年的燃气耗气量数据上看，已经接近7万Nm3/年的理论用气量，目前还在与设备厂家探讨方案，如何能够进一步的节约能源。
在分区域控制的过程中，为了节省能源，会关闭一些不需使用的设备，这些生产线的局部温度会有一定的下降，在这些区域内，如果有生活用水、生产用水等水系统，尤其是靠近外墙、外门通道附近，管网引自于室外的，当室外温度很低时，需考慮管道的保温防冻问题。
7 结束语
布雷博公司厂房内安装使用的燃气辐射采暖系统，有效的解决了机加工车间冬天供暖问题，分区域、分时控制，节能效果显著，随着后续的持续优化与改进，采暖效果及节能空间还会不断的提升。燃气辐射采暖系统在南方城市安装的案例较少，本文通过对项目过程的介绍及使用过程中的一些建议和措施，希望对准备安装，或者正在寻找厂房采暖解决方案的企业有一定的帮助。
参考文献
[1] 中华人民共和国国家标准.工业建筑供暖通风与空气调节设计规范（GB50019-2015）.北京.中国计划出版社，2015.
[2] 郭敬红，郭树影.某工业厂房燃气红外线辐射采暖工程设计[J].商建筑热能通风空调，2011，（02）：102-104.
[3] 顾金松.燃气热辐射采暖在工业厂房应用与设计注意事项[J].中国新技术新产品，2017，（06）：118-119.
（布雷博（南京）制动系统有限公司 江苏 南京 210000）