低强度连续式燃气红外线辐射供暖系统的应用

刘利梅

(中铁十二局集团建筑安装工程有限公司，山西太原 030024)

1 红外线辐射采暖系统的原理

1.1 什么叫热辐射

我们知道，热的传播方式有三种:传导、对流和辐射。传导指热经由物体从高温处传播到低温处的传热方式，主要为固体间的传热方式。对流为热经由气体或液体流动而随之传播的方式。辐射为热不凭借任何物质当媒介，而直接传播的方式。

发射辐射能是各类物质的固有特性，当原子内部的电子受温和振动时，产生交替变化的电场和磁场，发出电磁波向空间传播，这就是辐射。由于自身温度或热运动的原因激发产生的电磁波传播，就称热辐射。所以热辐射是电磁波，通常把λ=0.1μm～1 000μm范围的电磁波称热射线，其中包括可见光线、部分紫外线和红外线具有波动和量子特性［1］。

1.2 热辐射的特点

热辐射的本质决定了热辐射具有如下特点:

1)辐射换热不依赖物体的接触而进行热量传递;2)辐射换热过程伴随着能量形式的两次转化，即物体的部分内能转化为电磁波能发射出去，当此波能射及另一物体表面而被吸收时，电磁波能又转化为内能;3)任何温度下(绝对零度除外)的物体皆可辐射热射线。

值得注意的是温度越高，辐射热越多。

表面粗糙或黑色的物质较易吸收或放射辐射热，表面平滑或白色的物质则较不易吸收或放射辐射热，其反射能力较佳。

1.3 红外线辐射技术的产生

通过上文我们了解了热辐射是由于物体自身温度或热运动的原因激发产生的电磁波，那么物体在不同的温度下产生的电磁波波长如何分布。研究表明，物体温度较低时，主要以不可见的红外光进行辐射，当温度为300℃时热辐射中最强的波长在红外区。当物体的温度在500℃以上至800℃时，热辐射中最强的波长成分在可见光区。

在光谱中波长在760 nm～400μm的电磁波称为红外线，红外线是不可见光线，其频率接近物质的固有频率，同时具有非色散性，因而能量集中，热效应显著，所以科学家们设想是否可以通过加热物体到特定的温度范围，使物体发出特定波长范围的电磁波来实现供暖。

而燃气红外线辐射采暖系统通过燃气设备把天然气等能源转化为红外线辐射热能，对辐射到的区域进行直接加热，辐射热能被地面、人和各种物体所吸收，并通过这些物体进行二次辐射，从而加热四周的其他物体，使人体感受到类似晒太阳的感觉(见图1)。

2 与传统供暖方式比较燃气红外线辐射采暖系统的优点

图1 辐射采暖

2.1 节能

节能效果主要体现在以下几个方面:

1)在建立同样舒适条件的前提下，辐射供暖时房间的设计计算温度可以降低2℃ ～5℃，可以大大降低供暖能耗;2)由于辐射采暖不加热空气，热量直接被地面及人体吸收，室内空气的温度主要是由人或物体的二次辐射提供，室内外温差较传统换热方式要小，故室外冷空气渗入量较小，有利于节能;3)传统供热方式暖气是靠空气对流原理采暖(见图2)，热空气集中在室内空间的上部，尤其高度大，跨度大的房间，为使地面人或物达到一定的温度要求或舒适度要求，势必加大供热量，造成了能量的浪费;4)有效热效率方面，传统的供暖方式，无论是水暖系统还是空调系统，热量在运至散热器(片)、风机盘管等的过程中，均存在一定的能耗损失，有关资料显示:在辐射采暖系统使用过程中，燃气燃烧效率达99%以上，系统有效热效率达85%以上，而暖气采暖在大空间暖气采暖使用上，最终的有效热效率不到20%。

图2 传统采暖

2.2 环保

由于辐射采暖与对流换热相比，室内沿高度方向温度分布均匀，故减少了尘土飞扬的可能。

2.3 投资少、施工周期短及运行费用低

只需在燃气管网上接管，并在系统入口安装调压稳压设备，不用安装供热锅炉及其他附属设备(水处理设备、除氧设备等)，没有供暖水循环系统，一次投资大大降低，且施工周期短，同时燃气红外辐射采暖设备相比较暖气采暖可以节省50%～60%的运行费用。

2.4 辐射采暖节约空间

因辐射采暖本身只需要必要的燃气管道及电控装置，类似于普通长管荧光灯且无需安装暖气片及建锅炉房、泵房、换热站等，故可节约空间。

2.5 可操控性好

操控性主要体现在两个方面:因辐射采暖升温快，一般在开机后3 min内可以达到温度效果，而水暖一般要2 h，故一方面在供暖时间上用户自己可分时段、定时、定温全自动及手动控制，在节假日、周末、下班或车间不忙的各个时段关闭设备;另一方面为供暖范围的操控性，因红外线也是特定波长范围的电磁波，其跟可见光类似，也存在光的折射和反射，故用户可分区域供暖，甚至可以将辐射管布置在室外，所以可以节约大量运行成本。

3 燃气红外线辐射系统的组成与发生器的连接方式

红外辐射系统主要由发生器、辐射板、反射板、真空泵、尾管、控制箱及集水器组成。发生器的连接方式与电气设备连接类似，有串联、并联及串、并联混合连接方式。

4 工程实例

燃气红外线辐射供暖系统按形式分为单体式和连续式，按表面温度分为高强度辐射发生器(表面温度约为800℃ ～1 000℃)和低强度辐射发生器(表面温度约为300℃ ～500℃)，本工程实例为低强度连续式红外辐射供暖系统。

4.1 工程概况

本项目为太原轨道交通装备有限责任公司“退城搬迁入园建厂技术改造项目”一期建设工程。总建筑面积11 047.48m2，采用燃气红外辐射采暖的区域面积为9 169.4 m2。采暖系统采用Schwank红外辐射采暖系统，BuilderSchwank采暖系列。

4.2 工艺流程

安装准备→辐射器安装→燃气管道安装→管道吹扫→管道强度试验→管道气密性试验→系统调试→验收。

4.3 系统的安装及注意事项

4.3.1 发生器的安装

1)发生器安装时，要保持与可燃物的距离。2)发生器与燃气供气系统连接之前，应确认燃气管道的强度试验已经完成，发生器连入燃气系统后，不应再进行管道的强度试验。3)发生器与燃气管道连接应使用不锈钢金属软管，安装连接软管时，应用管钳将燃气供应端的接头固定住，以防其转动导致内部元件的损坏。4)不锈钢金属软管与燃气管道连接处，应装球阀，球阀必须与燃气入口平行。

4.3.2 辐射管安装

燃烧室与辐射管和每两段辐射管之间都必须使用专用管接头连接。

4.3.3 反射板安装

1)反射板应顺序搭接，反射板之间应使用滑动连接，避免其扭弯、折损或滑开脱落。2)每个发生器需要1个有预留孔的反射板，反射板之间的重叠部分只有180 mm，每3个反射板应保留1个滑动接头。每个固定连接的接头需要使用4个反射板固定夹。3)发生器之间如果有n段管道，需要等距离地设置n－1个管道与反射板的吊架，同时还需要等距离地设置n个反射板托架，确保每段反射板上至少设置有一个吊架。4)在直线型反射板的末端和辐射管三通处反射板的起始端处，均应加装反射板端盖。

4.3.4 辐射管安装

1)辐射管的安装应有一定坡度，安装坡度不应小于3‰，并坡向真空泵。2)尾管的安装应有一定坡度，安装坡度不应小于5‰，并坡向真空泵。

4.3.5 集水器的安装

1)集水器的安装要牢固固定，便于排水为原则。2)排水管应用关卡固定，当安装高度大于4 m时，设两个关卡。

4.3.6 真空泵的安装

1)真空泵的安装宜用专用支架，如另设支架，则应做减振处理，并应保证真空泵的水平度和垂直度。2)真空泵的进出口应设置硅胶衬钢软节，软节允许的最高温度180℃。

4.3.7 排气管的安装

排气管的长度超过10 m时，应做保温处理。排气管穿越外墙或屋顶时，加装金属套管。

4.3.8 悬挂装置

1)每个发生器和管道上每隔2.1 m～3.0 m必须设置1个悬吊架。同时，在管道的所有弯头、三通和四通附近均应设置悬挂吊架，三通和弯管处的吊架最大间距为2.0 m，吊链应设在两个反射板搭接部分的中心线上。2)吊链应采用镀锌吊链，吊链的吊环直径不得小于6 mm。3)悬挂系统使用的吊链和悬吊杆的长度应保证管道上的发生器能够沿管道方向水平移动至少50 mm。

4.3.9 燃气管道安装

图3 一车间燃气红外辐射采暖图

图4 二车间燃气红外辐射采暖图

1)燃气阀组前燃气管道采用无缝钢管，燃气阀组之后采用热镀锌钢管;除阀门连接、与燃烧器连接处，管道连接当管径不大于DN80的均采用螺纹连接，管径大于DN80的均采用焊接连接。2)燃气管道系统的安装、检测和调试须由专业施工人员完成。

本项目所施工的燃气红外辐射采暖工程如图3，图4所示。

5 结语

在该工程完工后的第一个采暖期，我们对该项目进行了回访，发现供暖效果良好，通过对该系统的施工，我们对红外辐射供暖系统有了更深的了解。相信在今后的大空间采暖系统中该项技术的应用会越来越广泛。

［1］安永泉，赵 剡，许 东，等.梯度温度气体介质的热辐射传递特性研究［J］.红外与毫米波学报，2011，30(4):27-28.

［2］黄华国，窦宝成，胡 妮.雄穗对玉米冠层热辐射方向性的影响分析［J］.红外与毫米波学报，2011，30(2):31-32.

［3］GB 50015-2003，建筑给水排水设计规范［S］.