大型工業廠房供暖系統設計

徐連紅（濟南軌道交通裝備有限責任公司，山東 濟南 250000）

大型工業廠房供暖系統設計

徐連紅
（濟南軌道交通裝備有限責任公司，山東 濟南 250000）

摘 要：在采暖系統設計中，大型工業廠房需要考慮的因素不同于一般的工業建筑和民用建筑。本文對大型單層鋼結構廠房的供暖系統進行了設計，并對其熱負荷、管道水壓力、管道熱補償進行了計算。

關鍵詞：大型工業廠房；供暖系統；設計

隨著我國工業建設的飛速發展，大型鋼結構廠房以其規模大、建設工期短的獨有優勢，占據了大型工業廠房的80%-90%的市場，鋼結構也以其獨特的設計、生產、安裝得到了建設方的青睞。然而，廠房內部公用設施設計和安裝的問題也應運而生。暖通專業的設計人員從采暖通風到空調制冷要以全新的設備和技術來與鋼結構廠房配套。由于大型工業廠房跨度大、舉架高、供暖空間大，必須進行專門設計，以便提高熱能有效利用率保證廠房達到設計溫度，從而減少初投資，節省運行費用。

本設計為大型單層鋼結構廠房（機械加工廠房）的供暖設計，廠房采暖面積為：18733.5m2，采用機械循環熱水供暖系統，采用換熱站提供的95/70℃熱水，采暖管道采用焊接鋼管，架空敷設，高度為6m。

1 供暖系統熱負荷計算

大型單層鋼結構廠房如圖1、圖2所示，其熱負荷按建筑外輪廓體積V（m3）估算，計算公式如下：

式中，qNV—建筑物供暖體積熱指標，由于廠房用途為金屬結構廠房，故qNV取0.30；a—修正系數，濟南冬季供暖室外計算溫度為-10℃，故a取1.45；tNP—室內平均計算空氣溫度，取值為5℃。

其中，V= VA-D+VD-G+VG-K

VA-D=27×18.3×326 +1/2×27×0.67 ×326=163981m3

VD-G=21×13.5×326+1/2×21×1.05 ×326=95844m3

VG-K=21×13.5×326+1/2×21×0.5× 326=93790m3

因此，V=313615m3

根據公式（1）計算得出，

QN=aqNVV（tNP-tW）

=1.45×0.30×313615×15

=2.13×106W

2 散熱器的選擇

本設計采用TFD-6-8型對流輻射型散熱器，162W/片，

n= QN÷162=13100

因此，散熱器共計13100片。

圖1 廠房立面圖

圖2 廠房平面圖

3 供暖系統的選擇及系統劃分

本廠房采取同程式熱水供暖系統，采用上供上回式，廠房內管道全部外露，該方式可節省地溝，檢修方便，系統的散熱量得以充分利用。此外，因本廠房面積大，散熱器片數多，為保證供暖效果，將劃分為兩個供暖系統，進行設計，其中A-G軸廠房設3個并聯環路，G-K軸廠房為1個環路， 共計4個小循環系統。

A-A軸為循環系統I，每柱間設2組散熱器，每組25片，共計54×2×25= 2700片，落地安裝，散熱器固定于墻體。

D-D軸為循環系統II，每柱間設4組散熱器，每組25片，其中21-22軸、31-32軸、40-42軸處設門，柱間散熱器為50×4×25=5000片，1軸和55軸各增加4組散熱器，每組25片，共計200片。D-D軸散熱器共計5200片，落地安裝，散熱器用角鋼支架固定于地面之上。

G-G軸為循環系統III， 每柱間設2組散熱器，每組25片， 柱間開門處不設散熱器，1軸和55軸各增加2組散熱器，共計50×2×25=2500片，落地安裝，散熱器固定于墻體。

G軸-K軸廠房為小循環系統IV，該系統單獨從室外接源，每柱間設2組散熱器，每組25片，共計40×2×25=2000片，落地安裝，散熱器固定于墻體。

循環系統I、II、III、為三個并聯環路，其中環路II（D-D軸）熱負荷最大，為最不利管路。各循環系統的管道水力計算

式中，ΔP —管段壓力損失，Pa；

ΔPm—管段沿程損失，Pa；

ΔPi—管段局部損傷，Pa；

Δpm—單位管段沿程損失，Pa/m；

l —管道長度，m；

ν—熱媒在管道內流速，m/s；

ρ—熱媒的密度，kg/m3；

ζ—局部阻力系數。

熱水供暖系統管道水力計算（tg=95℃，th=70℃，K=0.2mm）

注：以下計算參照《實用供熱空調設計手冊》表4.3-13，（平均水溫按t≈60°C，相應的密度為983.248kg/m3）管子的絕對粗糙度K=0.2mm的條件編制的。

選取管徑時，按平均比摩阻法選取，（60~120Pa/m）。

熱媒流量關系式 ：

式中，G—管段熱媒流量，kg/h；

c—水的比熱，c =4.18KJ/（Kg·℃）；

G=0.0344Q

① 環路I管道水力計算

該循環系統中各段的組合部件如圖3所示：

組合部件名稱及阻力構成2個直流三通+2個閘閥+2個彎頭+2個散熱器ζ=2×1+2×0.5+2×1.5+2×2=10。

② 環路II管道水力計算

該循環系統中各段的組合部件如圖4所示：

組合部件名稱及阻力構成2個直流三通+2個閘閥+2個彎頭+4個散熱器ζ=2×1+2×0.5+2×1.5+4×2=11。

③ 環路III管道水力計算

該循環系統中各段的組合部件與環路I管道組合部件相同，見圖3所示。

組合部件名稱及阻力構成2個直流三通+2個閘閥+2個彎頭+2個散熱器ζ=2×1+2×0.5+2×1.5+2×2=10。

環路II與環路I環路間平衡計算：

不平衡率=（ΔPII-ΔPI）/ ΔPI×100%=（32671.4-31297.8）/31297.8 ×100%=4.39% 〈15%。

環路II與環路III環路間平衡計算：

不平衡率=（ΔPII-ΔPIII）/ΔPIII× 100%=（32671.4-29961）/29961×100% =9.04% 〈15%。

按規范要求，雙管同程式各并聯環路之間計算壓力損失不應超過15%。經計算校核，A-G軸廠房供暖設計的各并聯環路之間壓力損失均小于15%，環路間平衡，管徑選取合理。

按A-G軸廠房供暖設計的總管段熱媒流量（A-G軸廠房供暖平面如圖5所示），計算式如下：15047+23447+13932=52426kg/h，選取總入口管徑為DN150。

④ 循環系統IV（G-K軸廠房，見圖6）管道水力計算

該循環系統中各段的組合部件與環路I管道組合部件相同，見圖3所示。

圖3 環路I管道組合部件圖

圖4 環路II管道組合部件圖

表1 系統I各管段壓力及總壓力損失（Pa）

表2 系統II各管段壓力及總壓力損失（Pa）

組合部件名稱及阻力構成2個直流三通+2個閘閥+2個彎頭+2個散熱器ζ=2×1+2×0.5+2×1.5+2×2=10。

因本系統只有一個環路，故無須計算各環路間的不平衡率，按平均比摩阻法確定管徑。

4 管道熱補償計算

管道的熱伸長

式中，a —管材的線膨脹系數，m/ m.°C；

L—管道的計算長度，m；

t2—輸送介質溫度，℃；

t1—管道安裝時溫度，℃，取為5℃。

當t2=95℃時，鋼鐵的線膨脹系數a為0.012。

因此，ΔL=0.012×100×1000×L=1.2 L（mm）。

廠房各角落的管道利用管道的轉角進行自然補償。

按照規范，允許不裝補償器的直管段最大長度工業建筑為42m。故應在13-14軸、30-31軸、43-44軸處設管道補償器。

所以，ΔL=42×1.2=50.4mm。

可選用波紋數為4的鋼制波形補償器，（ΔL=60mm），安裝波形補償器時，應預先冷緊，冷緊值為熱伸長量的一半。其附近支架設為導向支架。

表3 系統III各管段壓力及總壓力損失（Pa）

圖5 A-G軸廠房供暖平面示意圖

圖6 G-K軸廠房供暖平面示意圖

5 補充說明

按本設計確定各段管徑，焊接鋼管管徑大于32mm的采暖管道采用焊接方式，管徑小于32mm的采暖管道采用絲接。采暖管道變管徑采用異心變徑，管頂平。采暖主管閥門采用鑄鋼閘閥，供水支管閥門采用流量調節閥，回水支管采用鑄鋼閘閥，采暖立管閥門采用等徑銅球閥，供水支管末端均設手動排氣閥，均接短管、閥門引至室外，高度為1.8米，系統安裝完畢后，做水壓試驗，試驗壓力為0.8MPa，進行壓力試驗時，達到試驗壓力后，穩壓一小時，壓力降不超過0.05MPa。在工作壓力（0.5MPa）的1.15倍狀態下，穩壓兩小時，壓力降不超過0.03MPa為合格。室內明裝管道、支架刷樟丹防銹漆兩道，銀粉兩道；室外管道均采取保溫措施，保溫材料為超細玻璃棉管殼，做法參見L04N905。

結語

按以上設計，散熱器沿墻（窗下）布置，采暖方式為自然對流采暖，散熱器以自然對流加熱空氣，使加熱的空氣沿散熱器標明上浮，形成熱空氣流，在室內形成循環，從而達到加熱廠房空氣，有效達到了廠房使用的溫度要求。如廠房有更高的溫度要求，可采用在廠房上層增加熱風幕系統，使熱流有效向下覆蓋，從而使廠房達到更高的溫度。

參考文獻

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[3] 陸耀慶. 實用供熱空調設計手冊[Z].北京： 中國建筑工業出版社，1996.

中圖分類號：TU83

文獻標識碼：A

作者簡介：徐連紅，女，1980年03月出生，本科，工程師。