丙类厂房采暖通风及排烟系统的设计

韩晓彬

（煤炭工业太原设计研究院集团有限公司，山西 太原 030000）

0 引言

丙类厂房具有室内高度大，围护结构密闭性差，冬季通风热负荷大等特点，仅仅使用传统的散热器采暖，采暖效果较差，会造成上部无人空间温度高，下部人员活动区域温度低的现象，既浪费了能源，也满足不了人员舒适度的要求。和过去规范相比，现行规范对丙类厂房排烟系统的设计要求更加严格，和其他专业的关系更加密切，本文根据一个纸箱厂房来讨论一下丙类厂房的采暖和排烟系统设计。

1 工程概述

本工程是某包装产业园纸箱厂（火灾危险性为丙类，需设排烟[1]），位于山西省忻州市，总建筑面积10917.5m2，建筑基底尺寸为118m×46.3m，地上两层。一层层高为6m，室内净高（板下）为5.85m，二层为坡屋面，檐口高度为11.80m，室内净高为5.7m，一层和二层均不设置吊顶。

设计内容包括：室内采暖通风、排烟系统。

2 采暖系统设计分析

2.1 冬季采暖负荷计算

外维护结构的传热量 Q1=KF（tn-tw）α[2]，其中 Q1是围护结构的传热量；K 是维护结构的传热系数，屋面采用双层压型金属板复合双层保温屋面，传热系数为0.43W/m2·K；外墙采用双层压型金属板复合双层保温外墙（含反射隔热层），传热系数为0.55W/m2·K；地面传热系数0.45W/m2·K。Tn是采暖室内计算温度，取16℃；Tw是采暖室外计算温度，-13.5℃（忻州市）；α 是温差修正系数，本工程只考虑外维护结构，α 取1.0。朝向修正取值：北、东北、西北 1.0，东、西 0.95，南 0.85，东南、西南0.9[3]。以北侧维护结构为例计算其传热量如式（1）~式（3）所示。

冷空气渗透耗热量 Q2=0.278×ρwn×L×（tn-tw），其中ρwn为采暖室外计算温度下的空气密度，L 为冷空气渗透量，tn、tw同式（1）。冷风渗透量L=L0×G×mb（m3/h），查暖通空调设计手册表5.1-12 可得到L=3.30m3/h·m[4]，最终计算结果 Q2=0.278×1.29×3.30×（16+13.5）×（118+2.7）×4=16855W。北面围护结构的总耗热量=26985W+16855W=43840W。由于该厂房设置在山上，考虑高度附加4%（高度大于4m 的每米附加2%）和风力附加6%。总体耗热量=43840W×1.1=48244W 其他方向的维护结构计算方法同上，地面和屋面仅考虑维护结构传热，不考虑冷风渗透。最后计算出该厂房冬季采暖总体热负荷为819kW。

2.2 采暖系统设计和安装

采暖热源为市政集中供热，供回水温度为85℃/60℃，采暖末端采用热水散热器+循环空气制热机组。

散热器落地安装，散热器选用钢管柱形散热器QFGZ606，高度688mm，标准散热器量为213W/片（△T=64.5℃），该种型号的散热器通常采用挂装，如需落地安装，在订货时应说明，一般组装片数宜控制在5~20 片，若房间负荷大较大时，应分组进行串联，以保证其散热效果，散热器采用温控阀进行调节。

循环空气制热机组吊装于顶板下，吊装高度设定为4.5m，循环空气制热机组型号为AirTS-D-I，标准散热量63kW/台（△T=64.5℃），根据供回水温度85℃/60℃，修正后的散热量为52kW/台，最大风量6700m3/h，电功率0.85kW，重量130kg，通过变频控制风机风量来调节制热量，实现风量的无级调节，当室温超过设定目标温时，变频器控制不断降低频率，直至到达目标温度，该工作点即为设备的最佳工作状态点，也是达到目标温度的最低噪音状态点，通风机设备和变频器采用软启动，可延长变频器和风机的使用寿命，同时达到节约能源的目的，降低用户的电费支出，实现经济效益和社会效益的双赢，同时要求变频器有过电压和缺项保护的功能，确保使用安全，每台设备最大制热范围700m2。

采暖管道选用焊接钢管；DN≤32 时采用螺纹连接，DN>32 时采用焊接，管道除锈以后，先刷二道防锈漆，再刷两道调和漆，调和漆颜色由甲方确定，水管、阀门、管件承压不得小于1.0MPa。

散热器采暖系统和循环空气制热机组系统从热源处分开设置，热力入口装置采用山西省地方标准。

散热器采暖系统采用同程式，循环空气制热机组采暖系统采用异程式，通过设在分支管上的静态水力平衡阀进行平衡调节。

在钢结构厂房内，水管支架通常需设置在钢结构柱上，但柱与柱之间的距离（一般来说大于6m）往往大于管道支架的最大允许间距，所以需在每两个柱子中间设置一个中间支架，该支架通常为从地面往上做钢结构支撑，支撑高度根据管道的安装高度确定，由结构专业进行专项设计。

若水管吊装于钢结构顶板下，吊架应尽可能吊装于钢结构梁下，如需吊装于檩条下，应对檩条进行加强，必要时可以把檩条换成角钢，以增大其承重能力；如结构专业的屋面是钢结构网架，暖通专业需在网架下安装的设备、较大水管应吊装于网架球节点处，不得让网架杆受力，在设计时可以由结构专业在网架球上设置专用的吊钩。

补偿量的计算参照公式 ΔL=a×L（t2-t1），其中 a 为管材的线膨胀系数，钢管的线膨胀系数a=0.012mm/m·K，t2为钢管内介质温度，室内管道t1取0℃，L 为计算管线长度，计算出补偿量后，应选择热补偿方式，热补偿方式最好采用自然补偿，自然补偿不能满足的可采用波纹补偿器、套筒补偿器等。

管道管径的选择和计算按经济比摩阻进行选取，对于室内采暖系统，管道比摩阻控制在60~120Pa，壁厚的选择应根据使用压力进行选取。

3 排烟系统设计分析

一层纸箱厂房的室内净高为5.85m，小于6m，采用自然排烟时，排烟窗的有效面积不小于地面面积的2%，机械排烟时排烟量为不小于60m3/（h·m2）。

一层厂房的净高为5.85m，防烟分区划分条件：①每个防烟分区的最大面积1000m2。②每个防烟分区的长边最大距离为36m[5]。厂房一层的尺寸为118m×46.3m，根据上述条件可均匀划分为8 个防烟分区，以两个46.3m 的边中点连线为分隔，上下对称，上面为防烟分区1~4，下面为防烟分区5~8，分隔后每个防烟分区尺寸为即29.5m×23.15m，每个防烟分区的面积为683m2。

若采用可开启外窗进行自然排烟，以防烟分区一为例，需要排烟窗的有效面积为683×2%=13.66m2，防烟分区内任一点与最近的自然排烟窗之间的水平距离不应大于建筑空间净高的2.8 倍（同时也不能大于30m），室内净高的2.8 倍，即5.85×2.8=16.38m，厂房宽度方向的距离为46.3m，厂房的横向中线位置距离外墙上的自然排烟窗为23.15m，大于16.38m，不能满足自然排烟的要求。所以本厂房不具备自然排烟的条件。

根据上述计算，本厂房一层采用机械排烟的方式，补风方式采用可开启的外门和和外窗，排烟风机设置在专用机房内。排烟机房设置在一层，风机吊装于机房顶板下，要求结构专业设计时考虑风机和其配件的载荷。

根据上述条件，排烟量计算如表1 所示。

表1 各个防烟分区的排烟量

根据规范计算出排烟系统计算风量（任意两个相邻防烟分区之和的最大值）。

Q=40980+40980=81960m3/h，排烟系统设计风量不应小于计算风量的1.2 倍，所以QS=Q×1.2=81960×1.2=98352m3/h，可选用2 台排烟风机，型号为XGF-ⅠNO11，风量Q=50128m3/h，气流进出口直径为1100mm，全压H=649Pa，转速为1450rpm，装机容量N=15kW，噪声92dB，重量380kg/台。排烟风机总的额定风量：QF=50128×2=100256（m3/h）。

排烟系统中金属风管的风速不大于20m/s，每个防烟分区支管风量为40980m3/h，选用1600mm×500mm 镀锌钢制风管，风管厚度为1.5mm，风管风速为14.2m/s，比摩阻为2.3Pa/m；主风管风量为81960m3/h，选用2000mm×800mm，风管厚度为1.5mm，风管风速14m/s，比摩阻为1.5Pa/m。

最小清晰高度H=1.6+0.1×HJ，其中H 为最小清晰高度，HJ为房间净高，一层净高为5.85m，最小清晰高度H=1.6+0.1×5.85=2.185m。

单个排烟口的排烟量计算。

清晰高度的选取，排烟口设置的高度均对单个排烟口排烟量有影响，排烟口风量又对排烟口的个数和尺寸有影响，进而影响整个排烟系统的设计，以防烟分区一为例，为了室内的空间净高，排烟管一般贴梁底敷设，假设排烟口距地的高度一定，为4.8m，在不同的清晰高度下，单个排烟口的排烟量计算如表2 所示（以0.2m 为间隔）。

表2 排烟口排烟量和尺寸计算

从以上计算结果可以看出，清晰高度取的越高，单个排烟口的最大允许排烟量越小，排烟口个数越多，排烟系统越复杂；相反清晰高度越低，排烟口越少，排烟系统越简单，但是设置了挡烟垂壁后室内净高就越低，影响厂房的使用功能，所以清晰高度的选取应兼顾排烟系统的设计和房间的使用功能，选取一个最合理的高度。

排烟口选用单层百叶风口，每个防烟分区在支管处设置常闭排烟阀和280℃关闭防火阀，排烟阀按指令打开。常闭排烟阀能联动火灾自动报警系统打开，也能手动打开，烟气温度达到280℃，排烟系统关闭，排烟风机也关闭。

4 结语

随着互联网经济的快速发展和社会生产和生活模式的变革，像纸箱厂这样丙类厂房的建设越来越多，功能也越来越复杂，对采暖、通风、防排烟提出了越来越多的新要求，在设计工作中应该尽可能采用新的技术、新材料、新工艺，并对采暖方式也应该进行创新。厂房内的排烟应在设计方案阶段和建筑专业多进行沟通，由于有可能影响到建筑外立面和屋面的布置以及室内的净高，所以需要和甲方在初期多进行沟通，避免因排烟系统设置不合理，进而影响到最后厂房的生产和使用功能，由于排烟风管的尺寸较大，风机较重，所以在布置时也应考虑结构专业承载能力。