燃气红外线辐射供暖技术应用研究进展

作者：大庆石油学院 宫克勤

欢迎访问e展厅 展厅 6 干燥机/空气净化/空调展厅 加湿器, 工业吸尘器, 吸尘枪, 空调/中央空调, 臭氧发生器, ... 燃气红外线辐射供暖是一种高效节能的供暖方式。尤其适用于传统供暖方式(散热器、暖风机)难以解决的场所，如开敞空间、高大空间、热损失大、快速供暖、间歇供暖、大量换气的场所等。本文对燃气红外线辐射供暖技术的应用研究进展进行探讨。 1 热负荷的计算 文献[1]给出了燃气红外线辐射供暖系统热负荷的计算方法：推荐燃气红外线辐射供暖房间热负荷计算方法采用与对流传热供暖房间类似的方法进行，二者采用相同的室内温度，并把室内温度看成唯一的控制参数。该方法把热负荷分成围护结构传热、渗风传热[1]。 围护结构传热量中。的计算式为： 式中 Фb——围护结构传热量，w A——围护结构面积，m2 tin——室内温度，℃ to——室外温度，℃ R——从围护结构内壁面到室外空气的热阻，(m2·K)/W Rs——从室内空气到围护结构内壁面的热阻，(m2·K)/W 渗风传热量中。的计算式为： Фa=0.018mV(tin-to)(2) 式中Фa——渗风传热量，w m——换气次数，次/h V——供暖室内空间体积，m3 由于燃气红外线辐射供暖与对流传热供暖传热性质不同，因此很多学者对这计算方法提出质疑，并建立了各种模型进行探讨与验证。N.D.F.Ling等人编制了PSU-MRT程序，模拟了5种型式外围护结构在维持室内相同热舒适条件下采用燃气红外线辐射供暖时的热负荷，并与用ASHRAE推荐的热负荷计算方法计算得出的结果进行比较。结论为：ASHRAE方法所得热负荷比模拟计算热负荷低3%～21%。 而R.H.Howell等人通过模拟计算得出结论是：对于顶棚燃气红外线辐射供暖，采用ASHRAE方法所得热负荷比模拟计算热负荷高3%～15%；对于中、高温燃气红外线辐射供暖系统，采用ASHRAE方法所得热负荷比模拟计算热负荷高5%～17%。R.H.Howell还给出了不同换气次数下的计算燃气红外线辐射供暖系统热负荷修正情况。文献[2]对人体与热环境辐射传热、辐射器散热进行了探讨。 目前，燃气红外线辐射供暖系统热负荷普遍采用的计算方法有： ① 折算温度法 仍采用对流传热供暖系统的热负荷计算方法，燃气红外线辐射供暖系统的室内计算温度比对流传热供暖系统低2～3℃。 ② 温度梯度折减法 对于高大空间，由于热空气的自然对流，存在着显著的温度梯度。采用散热器供暖时，高大空间的温度梯度为0.5～1.0℃/m。采用燃气红外线辐射供暖时，可降低温度梯度，取0.2～0.5℃/m。 ③ 修正系数法 采用修正系数法的燃气红外线辐射供暖系统热负荷Фr的计算式为： Фr=φ1φ2Фc (3) 式中Фr——燃气红外线辐射供暖系统热负荷，W φ1——辐射修正系数 φ2——高度修正系数 Фc——对流传热供暖系统热负荷，W 辐射修正系数一般取0.8。当辐射器安装高度超过6m时，每增高0.3m，Фr增加1%。此方法适用的辐射器安装高度不宜超过18h，超过18m后，情况会更复杂，应进行特殊设计。 2 辐射器的布置 ASHRAE推荐，辐射器的安装位置要靠近外墙或负荷大的区域。将辐射器从靠外墙位置向内移动，辐射器与外墙之间的辐射传热量将逐渐减少，通过外墙散失到室外的辐射热量也将减少，但加剧了房间辐射热的不对称性，降低了房间热舒适的均匀性[3]。 文献[4]研究了两种外窗位置下顶棚辐射器最佳安装位置。研究结果表明，对于外窗位置离顶棚较远的房间，将辐射器靠近外墙安装能增强房间热舒适的均匀性，且只增加很少的能耗，ASHRAE推荐的辐射器安装位置合理；对于外窗位置离顶棚较近的房间，将辐射器靠近外窗安装，虽然房间热舒适性最佳，但能耗增加显著；辐射器最佳安装位置应为距外墙0.8m处。 标准[5]第4.5.4强制条文指出，燃气红外线辐射器的安装高度，应根据人体舒适度确定，但不应低于3m。第4.5.5条指出，燃气红外线辐射器用于局部工作地点供暖时，其数量不应少于两个，且应安装在人体的侧上方。 文献[6]指出，当辐射器安装高度高于7m时，随着安装高度的增加，温度梯度增大。但安装高度为7.5m时，下部空间的空气温度均匀性优于安装高度为5、6m的情况。实际工程中，7.5m的安装高度比较合理。 3 舒适性 空气温度、相对湿度、气流速度以及平均辐射温度(Mean Radiant Temperature，MRT)为热舒适评价的4个客观要素。 ① 国外研究 1857年，英国公共保健局对住宅供热与通风系统热环境进行调查，建议房间的墙体温度至少要与室内空气温度相等。1987年，Bergland和Fobelets研究了空气流动和不对称辐射温差(即置于不对称辐射场中的一个小平面的两个相反平面辐射温度之差)组合的热效应。结果表明，当气流速度低于0.25m/s、不对称辐射温差小于10℃时，不影响人对热环境的接受情况。Fanger指出，当维持燃气红外线辐射供暖房间与对流传热供暖房间的PMV(预期平均评价)指标相同时，燃气红外线辐射供暖房间的室内温度要比对流传热供暖房间低约2℃。 ② 国内研究 国内的研究起步较晚，对于燃气红外线辐射供暖的热舒适性主要通过数值模拟和实测的方式进行研究。 文献[6]以天津经济技术开发区天津利士包装有限公司生产车间的燃气红外线辐射供暖系统为研究对象，采用Airpak2.1软件与实测相结合的方法进行研究。供暖空间主要区域的温度梯度可以分为两部分：0.4～3.0m这部分空间，温度梯度较小，约1℃/m；3.0～3.5击这部分空间，温度梯度较大。但温度梯度明显升高的这部分空间所占的范围很小，基本不影响室内的环境。对PMV、PPD(预期不满意率)指标进行了比较分析，得出在设计条件下燃气红外线辐射供暖系统能满足工作区热舒适性要求。 文献[7]以武汉市某一幢建筑为模型，采用数值模拟方法对顶棚燃气红外线辐射供暖、热水地板辐射供暖、散热器供暖、空调供暖4种供暖方式在室内空间温度场、速度场及PMV、PPD分布情况进行了模拟与比较。得出：燃气红外线辐射供暖温度梯度较小，提高了室内平均辐射温度，使人体散热量大量减少，增强了人体舒适感；散热器供暖以对流传热为主，室内气流速度不均匀，降低了舒适感；空调供暖在室内温度、PMV等因素的比较上处于劣势，不宜采用。 文献[8]模拟计算和实测了天津泰达热带植物园中间连廊燃气红外线辐射供暖系统的温度场，对连廊垂直高度人体舒适度评价指标PMV、PPD进行了比较分析。工作区PMV基本满足ISO 7730对PMV指标的推荐值(-0.5＜PMV＜0.5)，只有在接近屋顶处PMV超过0.5，对连廊内整体热舒适性评价的影响不大。在高度为4m以下PPD小于10%.满足推荐值。由此可见，在高大空间内采用燃气红外线辐射供暖，可获得较好的热舒适性。 4 能耗与经济性 理论性研究主要有： ① 燃气红外线辐射供暖系统是否节能与外围护结构内壁面的辐射吸收率及室内供暖温度有关，这些参数对建筑能耗指标、设计热负荷都有很大影响，若处理不当，燃气红外线辐射供暖房间的能耗指标甚至会高于对流传热供暖房间[9]。 ② 燃气红外线辐射供暖房间外墙内表面温度直接关系到供暖能耗。采用对流传热供暖时，由于外墙内表面温度低于燃气红外线辐射供暖，节能优势仅限于暖风机或散热器置于隔墙的情况。当暖风机或散热器位于外窗下部时，该优势不存在。房间换气次数大于节能临界值时，燃气红外线辐射供暖更节能，否则选用对流传热供暖节能性较好。换气次数节能临界值mc的计算式为[10]： 式中mc——换气次数节能临界值，次/h K——围护结构传热系数，W/(m2·K) ③ 相同热舒适度条件下，采用绝热性能好的围护结构(如彩钢夹芯板)，燃气红外线辐射供暖系统能耗为对流传热供暖系统能耗的93%～97%；采用绝热性能较好的围护结构(如490mm厚砖墙)，燃气红外线辐射供暖系统能耗为对流传热供暖系统能耗的95%～98%；采用绝热性能较差的围护结构(如370mm厚砖墙)，有时燃气红外线辐射供暖系统能耗大于对流传热供暖系统[11]。 应用性研究主要有： ① 北京西郊机场机库。对燃气红外线柔强辐射(CRV)供暖系统与传统散热器供暖系统的经济性进行对比，燃气红外线柔强辐射供暖系统的造价仅是传统散热器供暖系统的79.8%，供暖期运行费用仅是传统散热器供暖系统的30.7%[12]。 ② 某机械有限公司车间厂房。对燃气红外线辐射供暖系统与对流传热供暖系统能耗进行比较，燃气红外线辐射供暖系统的能耗降低30%，热效率高达95%以上。采用区域热水锅炉房供热比采用燃气红外线辐射供热的造价低22.2×104元，但后者的运行费用低，综合效益可观[13]。 ③ 大庆市开发区某工业厂房。燃气红外线辐射供暖系统热效率达到94.7%，能源利用率高[14]。 5 结语 传统的供暖方式(散热器、暖风机)不能有效解决大空间的供暖问题，造成能源大量浪费。燃气红外线辐射供暖系统具有高效节能、安全舒适、可分区控制温度等优点，有利于节能环保，在建筑领域得到了日益广泛的应用。 参考文献： [1] ASHRAE.ASHRAE handbook-HVAC systems and applications[M].Atlanta：ASHRAE.1987. [2] 李安桂.辐射供暖的人体舒适感特点及其设计理论[J].西北水电，1998，(2)：47-49. [3] LING M D F，DEFFENBAUGH J M.Design strategies for low-temperature radiant heating systems based on thermal comfort criteria[J].ASHRAE Trans.1990. [4] 高井刚，王伟，方修睦.辐射供暖技术的发展与研究[J].煤气与热力，2007，27(11)：72-75. [5] GB 50019—2003，采暖通风与空气调节设计规范[S]. [6] 赵丹.燃气辐射采暖的应用研究与CFD模拟(硕士学位论文)[D].天津：天津大学，2005. [7] 杨进.辐射采暖的热舒适性研究(硕士学位论文)[D].武汉：华中科技大学.2006. [8] 王志刚，由世俊，宋国军.燃气辐射供暖空间温度场的模拟和实验研究[J].煤气与热力，2004，24(10)：558-562. [9] 钟珂，亢燕铭，付海明，等.辐射供暖房间热负荷分析[J].暖通空调，2004，(1)：70-73. [10] 周磊.大换气量房间冬季室内热环境舒适性与节能效应研究(硕士学位论文)[D].上海：东华大学，2003. [11] 郑雪晶.燃气辐射采暖工业厂房采暖能耗的研究(硕士学位论文)[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2005. [12] 狄育慧，王兆锐.CRV柔强辐射采暖系统及其应用[J].能源研究与信息，2000，(2)：21-24. [13] 张晓明.新型大空间远红外线辐射供暖技术应用分析[J].节能，2006，(6)：36-38. [14] 董重成，郑雪晶，荆俊杰.燃气辐射采暖系统的测试研究[J].低温建筑技术，2004，(6)：77-79.

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (5/6/2010)