1、p大空間建筑輻射采暖問題探討 1. 引言隨著社會生產力的發展和現代科學技術的進步，人類生存的質量得到了明顯提高， 人們對建筑環境的采暖要求不僅僅以能夠滿足一定的溫度作為出發點。 如何在建筑中合理的使用和有效利用能源，不斷提高能源利用率，保護資源和環境， 提高工作、生活環境的舒適性越來越引起人們的重視。 大空間建筑在建筑體系中占有相當大的比例，如飛機庫、各種倉庫、生產廠房、大禮堂、溫室、體育館、游泳館、保鈴球館、超級市場等等均屬大空間建筑之列。、在全球范圍內興起的“綠色革命“的今天，積極探討有利于節能、環保、經濟性和舒適性較高的大空間建筑采暖方式社當今”綠色建筑體系“研究的重要組成部分。2. 概
2、述大空間建筑和普通建筑相比具有其特殊性。跨度大、落空高是大空間建筑的突出特點， 門窗面積大，圍護結構傳熱系數大是大部分大空間建筑的另一特點。上述特點決定了該類型建筑冬季采暖熱負荷大；建筑物內溫度梯度大，空氣嚴重分層，導致上熱下冷，從而致使屋頂散熱較大；有些建筑大門頻繁開啟，冷風侵入耗熱量很大；由于落空高，煙囪效應極為明顯，門、窗等縫隙的冷風滲透耗熱量很大；有些建筑如生產廠房、娛樂場所等僅需定時供暖，需要有靈活方便的控制，等等。不言而喻，大空間建筑在采暖方式上亦應具有其特殊性。建筑物采暖方式多種多樣，每種方式都有各自的特點，然而并非每種采暖方式均能適合于大空間建筑采暖要求。目前國內大量采用的散熱
3、設備有散熱器、暖風機和輻射板三大類。散熱器和暖風機是通過加熱空氣，以對流形式傳熱的采暖設備，對于熱負荷大、存在空氣嚴重分層的大空間建筑來說，為滿足工作區的要求，只能靠增加設計熱負荷，增添設備等方法來解決，無形中增加了投資，減少了有效使用面積，浪費了能源，同時降低了衛生標準。顯然，對流型采暖方式（對流換熱占60%以上）不適合大空間建筑采暖，同時也不符合當今我國乃至世界所倡導的節能與環保要求。3. 輻射型采暖方式的特點輻射采暖是利用輻射傳熱原理進行采暖的一種方式，其熱能輻射波的范圍主要在220m之間.當輻射源表面溫度低于80時,熱射線波長大于7m，稱低溫輻射；當輻射源表面溫度為80200時,，熱射
4、線波長為57m，稱為中溫輻射；當輻射源表面溫度低于500700時，熱射線波小于24m,稱為高溫輻射.對流型采暖方式是先加熱空氣，取暖目的物間接從對流空氣中獲取熱量。輻射采暖系統的奧妙在于它能模擬太陽產生出只對輻射物加熱，而對傳導介質（空氣）不加熱的那段熱能輻射波（2-20m），所以輻射采暖系統的直接供暖對象不是采暖空間中的空氣，而是取暖目的物，如工作人員、設備等。取暖目的物按其自身的特點吸收輻射熱能，然后通過其接觸的空氣的表面向采暖空間內的空氣傳遞熱量。這種熱能的傳遞方式較好地解決了大空間建筑采暖的特殊性問題。輻射方式與人體熱交換較易滿足舒適感，與太陽直射類似，人體、物體從輻射得到的熱量，比空
5、氣實際高35，亦即：即使室內空氣溫度低35，也可以滿足人體和物體的要求。在生產中，溫度是影響人員生產率的重要因素，美國紐約州通風委員會（New York State Commission On Ventilation）曾作了一項環境對工作效率影響的試驗，發現當人們處于最舒適的環境溫度時，其生產率卻不是最高，反而是處在較低溫度下生產率最高。而輻射方式恰恰能夠在環境溫度低35的情況下滿足人體舒適性要求。無疑輻射采暖系統有利于節能，同時有利于創造一個工作效率較高的工作環境。采用輻射采暖方式，由于空氣是被間接加熱，從而在一定程度上減弱了高大空間氣體分層，減小了溫度梯度，提高了衛生標準；能夠避免當采用對
6、流方式時，為滿足低區（工作區）溫度要求而加大設備熱負荷；相應的煙囪效應的減弱，冷風侵入和滲透的耗熱量損失亦減少；因為要達到相同熱效果的室內溫度低于設計值，同時由于空氣分層的減弱，建筑物的圍護結構溫度也會降低，所以傳熱損失會相應減少。綜上所述，在大空間建筑采暖中，輻射方式與對流方式相比有著獨特的優點，在某些方面是對流方式所無法比擬的。4. 傳統輻射采暖方式的特點4.1傳統輻射采暖形式及傳熱特點傳統輻射方式有輻射板采暖（包括頂板輻射、墻板輻射）和地板輻射采暖等幾種形式，其采用的熱媒是高壓蒸汽、高溫熱水或低溫熱水。這幾種形式均采用“板式”輻射換熱，共同特點是載有熱媒的管道與輻射板緊密結合在一起，熱媒
7、所攜帶的熱量首先傳給管道壁，然后傳給輻射板，最后熱量再以輻射的方式到達取暖目的物。熱能傳遞的流程如圖1所示。由流程圖可以看出，熱能的傳遞從燃料到取暖目的物至少需要六個環節，在有些情況下甚至需要更多的環節，例如由供熱管網中的高溫熱媒轉化為低溫熱媒（如地板低溫輻射要求熱媒溫度不能超過60）時需要換熱設備。熱量傳遞過程中的環節越多，熱損失將會越大，因而也就越不利于節能。4.2輻射板采暖中存在的問題在四十年代末，以高壓蒸汽和高溫熱水為熱媒的輻射采暖方式在歐洲開始試用，我國從60年代開始用于局部采暖及通風換氣較大的房間。在大空間建筑中，雖然輻射采暖方式較對流型采暖方式有許多優越性，但在多年的推廣應用中一
8、直受到諸多方面因素的限制。熱媒的溫度直接影響輻射采暖的效果，為獲得較大的輻射熱量，需要采用溫度較高的熱媒，但目前國內一般工廠中要得到0.6Mpa的采暖用蒸汽皆十分困難，一般只能達到0.3 Mpa，其飽和溫度僅為140，對于下弦高度較高的廠房來說，該溫度的熱媒不能滿足要求，若要得到超過150的高溫熱水，鍋爐設備、定壓裝置、管材和其它附件等皆成為新的問題，如180的高溫水系統中的定壓壓力需要2 Mpa以上，承受這樣壓力的采暖設備，目前在國內難以配套。綜合考慮技術經濟的各種因素，目前用于輻射采暖的熱媒大多采用中溫熱媒，即高壓蒸汽和高溫熱水。 以高壓蒸汽為熱媒的輻射采暖系統，在國內有些成功應用實例，但
9、我國大多數地區和單位的蒸汽采暖系統均采用間歇供氣。長期的間歇使用，采暖系統中的管道及其附件很難避免滲漏，輻射板本身也由于送停氣的循環使用之變形較大，出現由里向外的腐蝕現象。另外，系統中輸水器的運行好壞，凝結水系統的放氣的好壞都直接影響輻射采暖的效果。為獲得輻射板面的較高溫度，需采用較高壓力的蒸汽，蒸汽壓力越，間歇供氣帶來的弊病越大，以高壓蒸汽為熱媒的輻射采暖系統，在運行一段時間后，“跑、冒、滴、漏”的現象十分嚴重。因此在推廣應用中受到一定的限制。以高溫熱水作為輻射采暖的熱媒，較蒸汽具有更多優點。但是大空間建筑的突出特點是跨度大，落空高，側放輻射板難以滿足要求。在屋頂下弦布置輻射板，勢必要求熱水
10、溫度再度提高。資料表明，當輻射板安裝高度大于18m，送水溫度須在170以上才能達到較好的輻射采暖效果。由于采用高溫水作為熱媒，系統的承壓、穩重等方面都存在著難度較大的技術問題。輻射板的板型是影響輻射采暖效果的另一重要因素。目前采用的板型有管板結合式輻射板（即英式輻射板）和管板脫開式輻射板（即法式輻射板）。對于結合式輻射板而言，由于管板的熱膨脹量不同，熱媒溫度較高時，不同的膨脹直接影響管板的結合，進而影響傳熱效果，且破壞輻射板的結構。對于脫開式輻射板而言，雖然保證了管板的自由伸縮，但卻犧牲了管板間的傳熱，同時也增加了管板間的對流散熱，進而影響輻射散熱效果。4.3地板低溫輻射采暖中存在的問題在大規
11、模建筑的房屋和設施中采用地板低溫輻射采暖是在戰后開始的。這種采暖方式可使大空間建筑的熱工工況得到保證，運行時無噪聲，在室內不會揚塵，其設備和管道不占用有效使用面積，運行費用低等優點。但是實際應用中仍舊存在著一些問題，使其推廣受到限制。根據人體衛生要求，在人群停留區域，地板表面的溫度不得超過2627左右，最高允許板面溫度采用29，否則，由于腳掌底部散熱不足，會產生腳部“熱墊”之感。因此，地板輻射采暖的熱媒溫度受到一定限制，熱媒最高溫度為5560，過度季節僅為4045。由于這一溫度限制，當大空間建筑熱負荷較大時，只能靠增加輻射面積的方法來滿足要求，這樣勢必造成初投資的增加。地板低溫輻射采暖系統基本
12、上都是加熱構筑件與地板混凝土塊構筑在一起。這種結構帶來的影響是：一則對土壤的熱損失增多，二則若出現問題，維修相當困難，修理時將破壞建筑物的結構。此外，還存在熱媒管道外部和內部銹蝕（若采用金屬管道），管內凍結，管材受到沖擊器具及承重荷載打穿等問題。除了熱水為熱媒外，地板輻射采暖還有熱風型和電熱型。由于利用電熱來補充房間熱損失的成本要比熱水采暖系統高出許多倍。因此在大空間建筑中采用受到限制。以熱風為熱媒較以熱水為熱媒而言，不必采用價格較昂貴的熱媒管道，能夠避免熱媒冒漏和凍結等危險性，但確保其氣密性是較復雜的問題，難免空氣流經混凝土風道時受到污染，用于加熱空氣和使其循環的設備亦較昂貴。5. CRV柔
13、強輻射采暖CRV（CO-RAY-VAC的簡稱）柔強輻射采暖系統，于1963年率先在美國推出，到目前為止，在軍事、民用和工業應用中已有10多年的成功歷史。該采暖方式于1997年引進我國，在國內航空機庫設施、軍用設施、工業廠房、體育館等許多大空間建筑中投入使用，并收到良好的效果。CRV是一種燃氣、負壓運行、低強度的紅外輻射采暖系統，其發熱裝置采用的是漸發生器系統。系統使用干凈、低污染的天然氣、液化石油氣和人造煤氣作為系統能源，該系統的獨特之處在于它的系統能量供給方式和使用效率，真空負壓安全運行控制，精確的低強度高效能柔強輻射設計，以及較好的環保性能。CRV系統是由一個或多個獨立的真空系統組成，每個
14、真空系統包括一臺真空泵、控制系統、一定數量的發生器和熱交換器。系統的熱交換器由100mm直徑的鋼管連接而成的管路及覆蓋在其上方的高效鋁合金反射板構成，定向地向下方的取暖目的物輻射熱量。CRV系統的熱能傳遞流程如圖2所示。 圖2表明，CRV系統與傳統輻射采暖方式相比，熱能傳遞方式由6個環節變為3個環節，傳遞環節的減少，不僅僅意味著系統設備的減少，而且還意味著熱損失的減少，提高了能源利用率。試驗數據表明，CRV系統比傳統的熱、氣采暖系統節能40%。CRV系統可根據需要隨時啟閉，不必象鍋爐等系統取暖設施那樣點火運行后整個冬季不能?；稹Ｔ撓到y可自動保持室內恒溫在1228任意設定，其較強的自控功能是傳統
15、氣、水采暖方式所無法比擬的。CRV系統實際耗能運行時間非常短，就北京而言，采暖期內平均每天連續運行時間不超過8小時，不必象鍋爐等取暖設備那樣每天24小時不停地耗能運行。CRV系統比鍋爐等傳統取暖設備減少維護和工作人員90%，因此可大大節省運行費用。由于CRV系統無明火采暖，100%安全啟閉，零壓律制負壓運行。因此為系統安全運行提供了可靠保證。此外，CRV系統避開了傳統采暖方式所使用的水或蒸汽作為熱媒來進行熱能傳遞，因此從根本上解決了系統中的“跑、冒、滴、漏”和管道及其附件的腐蝕問題。下面就北京西郊機場機庫項目為例，作一經濟比較。表1基本條件建 筑 面 積：5200m2 層高：18m室外計算溫度
16、：-9 采暖計算溫度：15傳統散熱器熱水采暖系統CRV柔強輻射采暖系統熱負荷QS=3037KW熱負荷QCRV=3037KW散熱器采暖管道（焊接鋼管）20萬元發生器126.16萬元（內含輻射管、尾管、真空泵等配套設備）地溝、室外管道、補償器、平衡閥等采暖附件50萬元煤氣管道（鋼管）1.5萬元鍋爐房 基礎+設備50萬元0萬元初投資120萬元初投資127.66附注：CRV采暖系統初投資傳統散熱采暖器基本持平運行費用30元/m2期5200m2=15.6萬元/期運行費用1.4元/m257m3/h8h/120天/期=7.60萬元/期附注：CRV采暖系統每個采暖運行期運行費僅是傳統散熱器采暖系統49.1%綜上所述，CRV系統具有均勻舒適的供暖性能，高效節能的運轉方式和保護環境的優良特性，非常適合于大空間建筑的采暖。6.總結諸多的采暖方式中，輻射型采暖系統尤為適合于大空間建筑采暖。輻射采暖系統的形式亦多種多樣，分析比較表明，CRV柔強輻射采暖系統是一種經濟、節能、環保型的大空間采暖方式。在大空間建筑采暖系統的形式選擇時，應積極采用先進的技術設備。
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