大型钢结构厂房采暖设计方式的比较

乔端

（十一冶建设集团有限责任公司 广西柳州 545007）

如今，工业建设正快速发展，对钢结构厂房而言，因其具有规模大和工期短等优势，所以成为众多行业优先考虑的厂房结构形式，占据工业厂房至少80%的市场。但从实践来看，对于钢结构厂房，尤其是规模巨大的厂房，其供暖难度较大，主要原因为厂房有很大的跨度，且举架较高，为了达到预期的供暖要求，需要进行专项设计，以此保证热能实际利用率，使厂房室内温度可以始终处在要求范围内，需要通过多方案设计并进行对比从中确定一套最佳的方案，从而在保证供暖效果的基础上，减少厂房供暖建设的费用。

1 热负荷计算

以某大型钢结构厂房为例，根据厂房的设计文件和使用要求，其总采暖面积达到18733.5m2，供暖任务较重，指定的换热站可以提供温度为90℃和70℃的热水，供暖的管道主要使用焊接钢管，采用架空的方式进行敷设，总高度在6m左右。如果采用传统的供暖设计方式，则不仅无法满足实际的供暖要求，而且还会造成一定程度的资源与能源浪费[1]。因此，需要在保留传统设计方式优势的基础上，根据厂房生产要求，对供暖设计进行相应的改进。该厂房的设计热负荷一般按照建筑体系实施估算，公式表达如下：

式（1）中，a表示修正系数，根据冬季室外温度确定，如当计算温度取-10℃时，a为1.45；qNV表示热指标，因厂房采用钢结构，所以该值一般取0.30；tNP表示冬季的室内温度，一般为5℃；V表示建筑体积，单位：m3，用以下公式计算：

经计算，本厂房总体积为313614m3，代入数值后对QN进行计算可得为2.13×106W。

该厂房设计选用目前主流的TFD-6-8型辐射散热器，每片散热器的有效功率为162W，按照以上计算得出的热负荷，可得出共需要13万片散热器。

2 系统选择与划分

该厂房选用同程式系统，上供上回式，管道均外露，这种方式能有效节省地沟，便于检修，能对散热量进行充分利用[2]。另外，由于厂房平面面积相对较大，需要大量的散热器，所以为达到良好的供暖效果，应将其划分成两个独立系统，1#轴设置3个环路，2#轴设置1个环路。

1#轴1#回路各柱间布置2组散热器，1组共25片，散热器总数为2700片，直接落地安装，并与墙体进行可靠固定。

1#轴2#回路各柱间布置4组散热器，1组共25片，散热器总数为5000片，直接落地安装，并与墙体进行可靠固定。

1#轴3#回路各柱间布置2组散热器，1组共25片，散热器总数为2500片，直接落地安装，并与墙体进行可靠固定。

2#轴回路采用小循环系统，与室外单独相接，各柱间布置2组散热器，1组共25片，散热器总数为2000片，直接落地安装，并与墙体进行可靠固定。

共设置三个循环系统，形成并联环路，2#环路的热负荷相比最大，其组合部件如图1所示，属最不利管路系统范畴，管道水力采用以下公式计算：

式（3）中，△P表示管段的总压力损失，单位：Pa；△Pm表示沿程损失，单位：Pa；△Pi表示局部压力损失，单位：Pa；△pm表示单位沿程损失，单位：Pa/m；l表示管道总长度，单位：m；v表示管道中热媒实际流速，单位：m/s；ζ表示局部阻力系数；p 表示热媒密度，单位：kg/m3。

图1 2#环路组合部件示意图

在选择具体的管径时，主要采用平均比摩阻法进行，热媒流量可以表示为：

式（4）中，G表示热媒流量，单位：kg/h；c表示热媒比热容，取4.18kJ/（kg·℃）；tg取 95℃，th取 70℃。

1#～3#环路的ζ值分别为10、11和10，1#环路和2#环路之间的不平衡率经计算为4.39%，满足不超过15%的要求；2#环路和3#环路之间的不平衡率经计算为9.04%，也能满足不超过15%的要求。根据现行技术规范的要求，各个环路产生的压力损失应控制在15%以内。通过有效的计算与校核，1#轴供暖设计所有环路之间产生的压力损失都在15%以内，环路能保持平衡，所选管径科学合理。1#轴热媒总流量为52426kg/h，据此需要选择DN150管[3]。

除此之外，对于4#循环系统，其组合部件和1#环路基本相同，ζ值为10。由于该系统仅存在1个环路，所以无需考虑各个环路之间是否能够达到平衡，采用平均比摩阻法对管径进行选定[4]。

3 热补偿计算

对于供暖管道，其热伸长可采用以下公式计算：

式（5）中，a表示管材对应的线膨胀系数，单位：m/m·℃；L表示管道长度，单位：m；t2表示输送介质实际温度，单位：℃；t1表示管道的安装温度，单位：℃，一般取5℃；当输送介质实际温度为95℃时，管道对应的线膨胀系数取0.012m/m·℃。将以上数值代入到式（5）计算可得供暖管道热伸长为1.2L/mm。厂房室内各个角落布置的供暖管道借助管道转角实现自然补偿[5]。

根据现行技术规范，可不采用补偿装置的管道直线段总长对工业建筑而言，应达到42m。按照这一要求，本厂房有3段设置补偿装置。基于此，供暖管道热伸长为50.4mm。根据这一要求，在对补偿装置进行安装时，需要先进行冷紧，将冷紧量确定为总伸长50%，对于附近的支架，应采用导向支架。

4 设计补充说明

根据本设计方案确定的各段落管径，对于管径超过32mm的钢管，应采用焊接的方式进行连接，而管径在32mm以内的钢管，则可进行丝接。对变管径的管道而言，应选择异心变径，且管道的顶部应保持平顺。供暖系统的主管阀门主要为铸铁闸阀，在支管上布置的阀门主要为流量调节阀门与铸铁阀门，立管上的阀门应选用直径相同的铜球阀，支管的末端需要设置可手动控制的排气阀，通过短管和阀门等组件引出到厂房的室外，其总高在1.8m左右。在整个供暖系统安装完成以后，应按照设计规范的要求进行压水试验，在试验过程中将压力控制在0.8MPa。试验时，在达到要求的压力以后，应保持稳压1h，要求压力实际降低不能大于0.05MPa。基于115%工作压力的实际工况，保持稳压2h，当压力的实际降低在0.03MPa以内时，确认系统运行合格。在厂房室内进行明装的管道，以及管道的附属支架，应连续刷两道防锈防腐漆，刷完防锈防腐漆后再刷两道银粉；在室外布置的供暖管道，应根据实际情况进行有效的保温与保护，主要采用超细玻璃棉管壳作为管道的保温材料[6]。

5 结束语

采用上述厂房供暖设计方案，沿厂房墙体均匀布置散热器，并采用室内自然对流的方法实现供暖，借助散热器对厂房室内空气进行加热，并保证加热以后的空气可以发生上浮，产生稳定的热空气对热，以此形成稳定的空气对流，实现提高室内温度的根本目标。当厂房生产对室内温度有很高要求时，在设计过程中可以在室内的上层增设额外的加热系统，确保热空气流能够不断向下流动和覆盖，以此确保厂房可以达到较高温度。

[1]李洁.浅谈主厂房及输煤系统采暖热源的选用[J].黑龙江科技信息，2015（06）：28～29.

[2]马则权，丁丽，李培智.山东济宁某工业厂房辐射采暖设计[J].工程建设与设计，2014（03）：72～73.

[3]张卫祥.关于钢结构厂房采暖设计的分析[J].科技风，2013（05）：47.

[4]赵 宇，高 扬.高大厂房采暖设计形式探讨[J].科技创新导报，2012（02）：43.

[5]朱佩璋.工业厂房高大空间采暖设计方案比选[J].山西建筑，2011，37（32）：118～119.

[6]张 冰.大庆油田生产厂房采暖节能分析[J].科技风，2011（03）：120～121.