丙類廠房采暖通風及排煙系統的設計

韓曉彬

（煤炭工業太原設計研究院集團有限公司，山西 太原 030000）

0 引言

丙類廠房具有室內高度大，圍護結構密閉性差，冬季通風熱負荷大等特點，僅僅使用傳統的散熱器采暖，采暖效果較差，會造成上部無人空間溫度高，下部人員活動區域溫度低的現象，既浪費了能源，也滿足不了人員舒適度的要求。和過去規范相比，現行規范對丙類廠房排煙系統的設計要求更加嚴格，和其他專業的關系更加密切，本文根據一個紙箱廠房來討論一下丙類廠房的采暖和排煙系統設計。

1 工程概述

本工程是某包裝產業園紙箱廠（火災危險性為丙類，需設排煙[1]），位于山西省忻州市，總建筑面積10917.5m2，建筑基底尺寸為118m×46.3m，地上兩層。一層層高為6m，室內凈高（板下）為5.85m，二層為坡屋面，檐口高度為11.80m，室內凈高為5.7m，一層和二層均不設置吊頂。

設計內容包括：室內采暖通風、排煙系統。

2 采暖系統設計分析

2.1 冬季采暖負荷計算

外維護結構的傳熱量 Q1=KF（tn-tw）α[2]，其中 Q1是圍護結構的傳熱量；K 是維護結構的傳熱系數，屋面采用雙層壓型金屬板復合雙層保溫屋面，傳熱系數為0.43W/m2·K；外墻采用雙層壓型金屬板復合雙層保溫外墻（含反射隔熱層），傳熱系數為0.55W/m2·K；地面傳熱系數0.45W/m2·K。Tn是采暖室內計算溫度，取16℃；Tw是采暖室外計算溫度，-13.5℃（忻州市）；α 是溫差修正系數，本工程只考慮外維護結構，α 取1.0。朝向修正取值：北、東北、西北 1.0，東、西 0.95，南 0.85，東南、西南0.9[3]。以北側維護結構為例計算其傳熱量如式（1）~式（3）所示。

冷空氣滲透耗熱量 Q2=0.278×ρwn×L×（tn-tw），其中ρwn為采暖室外計算溫度下的空氣密度，L 為冷空氣滲透量，tn、tw同式（1）。冷風滲透量L=L0×G×mb（m3/h），查暖通空調設計手冊表5.1-12 可得到L=3.30m3/h·m[4]，最終計算結果 Q2=0.278×1.29×3.30×（16+13.5）×（118+2.7）×4=16855W。北面圍護結構的總耗熱量=26985W+16855W=43840W。由于該廠房設置在山上，考慮高度附加4%（高度大于4m 的每米附加2%）和風力附加6%。總體耗熱量=43840W×1.1=48244W 其他方向的維護結構計算方法同上，地面和屋面僅考慮維護結構傳熱，不考慮冷風滲透。最后計算出該廠房冬季采暖總體熱負荷為819kW。

2.2 采暖系統設計和安裝

采暖熱源為市政集中供熱，供回水溫度為85℃/60℃，采暖末端采用熱水散熱器+循環空氣制熱機組。

散熱器落地安裝，散熱器選用鋼管柱形散熱器QFGZ606，高度688mm，標準散熱器量為213W/片（△T=64.5℃），該種型號的散熱器通常采用掛裝，如需落地安裝，在訂貨時應說明，一般組裝片數宜控制在5~20 片，若房間負荷大較大時，應分組進行串聯，以保證其散熱效果，散熱器采用溫控閥進行調節。

循環空氣制熱機組吊裝于頂板下，吊裝高度設定為4.5m，循環空氣制熱機組型號為AirTS-D-I，標準散熱量63kW/臺（△T=64.5℃），根據供回水溫度85℃/60℃，修正后的散熱量為52kW/臺，最大風量6700m3/h，電功率0.85kW，重量130kg，通過變頻控制風機風量來調節制熱量，實現風量的無級調節，當室溫超過設定目標溫時，變頻器控制不斷降低頻率，直至到達目標溫度，該工作點即為設備的最佳工作狀態點，也是達到目標溫度的最低噪音狀態點，通風機設備和變頻器采用軟啟動，可延長變頻器和風機的使用壽命，同時達到節約能源的目的，降低用戶的電費支出，實現經濟效益和社會效益的雙贏，同時要求變頻器有過電壓和缺項保護的功能，確保使用安全，每臺設備最大制熱范圍700m2。

采暖管道選用焊接鋼管；DN≤32 時采用螺紋連接，DN>32 時采用焊接，管道除銹以后，先刷二道防銹漆，再刷兩道調和漆，調和漆顏色由甲方確定，水管、閥門、管件承壓不得小于1.0MPa。

散熱器采暖系統和循環空氣制熱機組系統從熱源處分開設置，熱力入口裝置采用山西省地方標準。

散熱器采暖系統采用同程式，循環空氣制熱機組采暖系統采用異程式，通過設在分支管上的靜態水力平衡閥進行平衡調節。

在鋼結構廠房內，水管支架通常需設置在鋼結構柱上，但柱與柱之間的距離（一般來說大于6m）往往大于管道支架的最大允許間距，所以需在每兩個柱子中間設置一個中間支架，該支架通常為從地面往上做鋼結構支撐，支撐高度根據管道的安裝高度確定，由結構專業進行專項設計。

若水管吊裝于鋼結構頂板下，吊架應盡可能吊裝于鋼結構梁下，如需吊裝于檁條下，應對檁條進行加強，必要時可以把檁條換成角鋼，以增大其承重能力；如結構專業的屋面是鋼結構網架，暖通專業需在網架下安裝的設備、較大水管應吊裝于網架球節點處，不得讓網架桿受力，在設計時可以由結構專業在網架球上設置專用的吊鉤。

補償量的計算參照公式 ΔL=a×L（t2-t1），其中 a 為管材的線膨脹系數，鋼管的線膨脹系數a=0.012mm/m·K，t2為鋼管內介質溫度，室內管道t1取0℃，L 為計算管線長度，計算出補償量后，應選擇熱補償方式，熱補償方式最好采用自然補償，自然補償不能滿足的可采用波紋補償器、套筒補償器等。

管道管徑的選擇和計算按經濟比摩阻進行選取，對于室內采暖系統，管道比摩阻控制在60~120Pa，壁厚的選擇應根據使用壓力進行選取。

3 排煙系統設計分析

一層紙箱廠房的室內凈高為5.85m，小于6m，采用自然排煙時，排煙窗的有效面積不小于地面面積的2%，機械排煙時排煙量為不小于60m3/（h·m2）。

一層廠房的凈高為5.85m，防煙分區劃分條件：①每個防煙分區的最大面積1000m2。②每個防煙分區的長邊最大距離為36m[5]。廠房一層的尺寸為118m×46.3m，根據上述條件可均勻劃分為8 個防煙分區，以兩個46.3m 的邊中點連線為分隔，上下對稱，上面為防煙分區1~4，下面為防煙分區5~8，分隔后每個防煙分區尺寸為即29.5m×23.15m，每個防煙分區的面積為683m2。

若采用可開啟外窗進行自然排煙，以防煙分區一為例，需要排煙窗的有效面積為683×2%=13.66m2，防煙分區內任一點與最近的自然排煙窗之間的水平距離不應大于建筑空間凈高的2.8 倍（同時也不能大于30m），室內凈高的2.8 倍，即5.85×2.8=16.38m，廠房寬度方向的距離為46.3m，廠房的橫向中線位置距離外墻上的自然排煙窗為23.15m，大于16.38m，不能滿足自然排煙的要求。所以本廠房不具備自然排煙的條件。

根據上述計算，本廠房一層采用機械排煙的方式，補風方式采用可開啟的外門和和外窗，排煙風機設置在專用機房內。排煙機房設置在一層，風機吊裝于機房頂板下，要求結構專業設計時考慮風機和其配件的載荷。

根據上述條件，排煙量計算如表1 所示。

表1 各個防煙分區的排煙量

根據規范計算出排煙系統計算風量（任意兩個相鄰防煙分區之和的最大值）。

Q=40980+40980=81960m3/h，排煙系統設計風量不應小于計算風量的1.2 倍，所以QS=Q×1.2=81960×1.2=98352m3/h，可選用2 臺排煙風機，型號為XGF-ⅠNO11，風量Q=50128m3/h，氣流進出口直徑為1100mm，全壓H=649Pa，轉速為1450rpm，裝機容量N=15kW，噪聲92dB，重量380kg/臺。排煙風機總的額定風量：QF=50128×2=100256（m3/h）。

排煙系統中金屬風管的風速不大于20m/s，每個防煙分區支管風量為40980m3/h，選用1600mm×500mm 鍍鋅鋼制風管，風管厚度為1.5mm，風管風速為14.2m/s，比摩阻為2.3Pa/m；主風管風量為81960m3/h，選用2000mm×800mm，風管厚度為1.5mm，風管風速14m/s，比摩阻為1.5Pa/m。

最小清晰高度H=1.6+0.1×HJ，其中H 為最小清晰高度，HJ為房間凈高，一層凈高為5.85m，最小清晰高度H=1.6+0.1×5.85=2.185m。

單個排煙口的排煙量計算。

清晰高度的選取，排煙口設置的高度均對單個排煙口排煙量有影響，排煙口風量又對排煙口的個數和尺寸有影響，進而影響整個排煙系統的設計，以防煙分區一為例，為了室內的空間凈高，排煙管一般貼梁底敷設，假設排煙口距地的高度一定，為4.8m，在不同的清晰高度下，單個排煙口的排煙量計算如表2 所示（以0.2m 為間隔）。

表2 排煙口排煙量和尺寸計算

從以上計算結果可以看出，清晰高度取的越高，單個排煙口的最大允許排煙量越小，排煙口個數越多，排煙系統越復雜；相反清晰高度越低，排煙口越少，排煙系統越簡單，但是設置了擋煙垂壁后室內凈高就越低，影響廠房的使用功能，所以清晰高度的選取應兼顧排煙系統的設計和房間的使用功能，選取一個最合理的高度。

排煙口選用單層百葉風口，每個防煙分區在支管處設置常閉排煙閥和280℃關閉防火閥，排煙閥按指令打開。常閉排煙閥能聯動火災自動報警系統打開，也能手動打開，煙氣溫度達到280℃，排煙系統關閉，排煙風機也關閉。

4 結語

隨著互聯網經濟的快速發展和社會生產和生活模式的變革，像紙箱廠這樣丙類廠房的建設越來越多，功能也越來越復雜，對采暖、通風、防排煙提出了越來越多的新要求，在設計工作中應該盡可能采用新的技術、新材料、新工藝，并對采暖方式也應該進行創新。廠房內的排煙應在設計方案階段和建筑專業多進行溝通，由于有可能影響到建筑外立面和屋面的布置以及室內的凈高，所以需要和甲方在初期多進行溝通，避免因排煙系統設置不合理，進而影響到最后廠房的生產和使用功能，由于排煙風管的尺寸較大，風機較重，所以在布置時也應考慮結構專業承載能力。