1、p大空间建筑辐射采暖问题探讨 1. 引言随着社会生产力的发展和现代科学技术的进步，人类生存的质量得到了明显提高， 人们对建筑环境的采暖要求不仅仅以能够满足一定的温度作为出发点。 如何在建筑中合理的使用和有效利用能源，不断提高能源利用率，保护资源和环境， 提高工作、生活环境的舒适性越来越引起人们的重视。 大空间建筑在建筑体系中占有相当大的比例，如飞机库、各种仓库、生产厂房、大礼堂、温室、体育馆、游泳馆、保铃球馆、超级市场等等均属大空间建筑之列。、在全球范围内兴起的“绿色革命“的今天，积极探讨有利于节能、环保、经济性和舒适性较高的大空间建筑采暖方式社当今”绿色建筑体系“研究的重要组成部分。2. 概
2、述大空间建筑和普通建筑相比具有其特殊性。跨度大、落空高是大空间建筑的突出特点， 门窗面积大，围护结构传热系数大是大部分大空间建筑的另一特点。上述特点决定了该类型建筑冬季采暖热负荷大；建筑物内温度梯度大，空气严重分层，导致上热下冷，从而致使屋顶散热较大；有些建筑大门频繁开启，冷风侵入耗热量很大；由于落空高，烟囱效应极为明显，门、窗等缝隙的冷风渗透耗热量很大；有些建筑如生产厂房、娱乐场所等仅需定时供暖，需要有灵活方便的控制，等等。不言而喻，大空间建筑在采暖方式上亦应具有其特殊性。建筑物采暖方式多种多样，每种方式都有各自的特点，然而并非每种采暖方式均能适合于大空间建筑采暖要求。目前国内大量采用的散热
3、设备有散热器、暖风机和辐射板三大类。散热器和暖风机是通过加热空气，以对流形式传热的采暖设备，对于热负荷大、存在空气严重分层的大空间建筑来说，为满足工作区的要求，只能靠增加设计热负荷，增添设备等方法来解决，无形中增加了投资，减少了有效使用面积，浪费了能源，同时降低了卫生标准。显然，对流型采暖方式（对流换热占60%以上）不适合大空间建筑采暖，同时也不符合当今我国乃至世界所倡导的节能与环保要求。3. 辐射型采暖方式的特点辐射采暖是利用辐射传热原理进行采暖的一种方式，其热能辐射波的范围主要在220m之间.当辐射源表面温度低于80时,热射线波长大于7m，称低温辐射；当辐射源表面温度为80200时,，热射
4、线波长为57m，称为中温辐射；当辐射源表面温度低于500700时，热射线波小于24m,称为高温辐射.对流型采暖方式是先加热空气，取暖目的物间接从对流空气中获取热量。辐射采暖系统的奥妙在于它能模拟太阳产生出只对辐射物加热，而对传导介质（空气）不加热的那段热能辐射波（2-20m），所以辐射采暖系统的直接供暖对象不是采暖空间中的空气，而是取暖目的物，如工作人员、设备等。取暖目的物按其自身的特点吸收辐射热能，然后通过其接触的空气的表面向采暖空间内的空气传递热量。这种热能的传递方式较好地解决了大空间建筑采暖的特殊性问题。辐射方式与人体热交换较易满足舒适感，与太阳直射类似，人体、物体从辐射得到的热量，比空
5、气实际高35，亦即：即使室内空气温度低35，也可以满足人体和物体的要求。在生产中，温度是影响人员生产率的重要因素，美国纽约州通风委员会（New York State Commission On Ventilation）曾作了一项环境对工作效率影响的试验，发现当人们处于最舒适的环境温度时，其生产率却不是最高，反而是处在较低温度下生产率最高。而辐射方式恰恰能够在环境温度低35的情况下满足人体舒适性要求。无疑辐射采暖系统有利于节能，同时有利于创造一个工作效率较高的工作环境。采用辐射采暖方式，由于空气是被间接加热，从而在一定程度上减弱了高大空间气体分层，减小了温度梯度，提高了卫生标准；能够避免当采用对
6、流方式时，为满足低区（工作区）温度要求而加大设备热负荷；相应的烟囱效应的减弱，冷风侵入和渗透的耗热量损失亦减少；因为要达到相同热效果的室内温度低于设计值，同时由于空气分层的减弱，建筑物的围护结构温度也会降低，所以传热损失会相应减少。综上所述，在大空间建筑采暖中，辐射方式与对流方式相比有着独特的优点，在某些方面是对流方式所无法比拟的。4. 传统辐射采暖方式的特点4.1传统辐射采暖形式及传热特点传统辐射方式有辐射板采暖（包括顶板辐射、墙板辐射）和地板辐射采暖等几种形式，其采用的热媒是高压蒸汽、高温热水或低温热水。这几种形式均采用“板式”辐射换热，共同特点是载有热媒的管道与辐射板紧密结合在一起，热媒
7、所携带的热量首先传给管道壁，然后传给辐射板，最后热量再以辐射的方式到达取暖目的物。热能传递的流程如图1所示。由流程图可以看出，热能的传递从燃料到取暖目的物至少需要六个环节，在有些情况下甚至需要更多的环节，例如由供热管网中的高温热媒转化为低温热媒（如地板低温辐射要求热媒温度不能超过60）时需要换热设备。热量传递过程中的环节越多，热损失将会越大，因而也就越不利于节能。4.2辐射板采暖中存在的问题在四十年代末，以高压蒸汽和高温热水为热媒的辐射采暖方式在欧洲开始试用，我国从60年代开始用于局部采暖及通风换气较大的房间。在大空间建筑中，虽然辐射采暖方式较对流型采暖方式有许多优越性，但在多年的推广应用中一
8、直受到诸多方面因素的限制。热媒的温度直接影响辐射采暖的效果，为获得较大的辐射热量，需要采用温度较高的热媒，但目前国内一般工厂中要得到0.6Mpa的采暖用蒸汽皆十分困难，一般只能达到0.3 Mpa，其饱和温度仅为140，对于下弦高度较高的厂房来说，该温度的热媒不能满足要求，若要得到超过150的高温热水，锅炉设备、定压装置、管材和其它附件等皆成为新的问题，如180的高温水系统中的定压压力需要2 Mpa以上，承受这样压力的采暖设备，目前在国内难以配套。综合考虑技术经济的各种因素，目前用于辐射采暖的热媒大多采用中温热媒，即高压蒸汽和高温热水。 以高压蒸汽为热媒的辐射采暖系统，在国内有些成功应用实例，但
9、我国大多数地区和单位的蒸汽采暖系统均采用间歇供气。长期的间歇使用，采暖系统中的管道及其附件很难避免渗漏，辐射板本身也由于送停气的循环使用之变形较大，出现由里向外的腐蚀现象。另外，系统中输水器的运行好坏，凝结水系统的放气的好坏都直接影响辐射采暖的效果。为获得辐射板面的较高温度，需采用较高压力的蒸汽，蒸汽压力越，间歇供气带来的弊病越大，以高压蒸汽为热媒的辐射采暖系统，在运行一段时间后，“跑、冒、滴、漏”的现象十分严重。因此在推广应用中受到一定的限制。以高温热水作为辐射采暖的热媒，较蒸汽具有更多优点。但是大空间建筑的突出特点是跨度大，落空高，侧放辐射板难以满足要求。在屋顶下弦布置辐射板，势必要求热水
10、温度再度提高。资料表明，当辐射板安装高度大于18m，送水温度须在170以上才能达到较好的辐射采暖效果。由于采用高温水作为热媒，系统的承压、稳重等方面都存在着难度较大的技术问题。辐射板的板型是影响辐射采暖效果的另一重要因素。目前采用的板型有管板结合式辐射板（即英式辐射板）和管板脱开式辐射板（即法式辐射板）。对于结合式辐射板而言，由于管板的热膨胀量不同，热媒温度较高时，不同的膨胀直接影响管板的结合，进而影响传热效果，且破坏辐射板的结构。对于脱开式辐射板而言，虽然保证了管板的自由伸缩，但却牺牲了管板间的传热，同时也增加了管板间的对流散热，进而影响辐射散热效果。4.3地板低温辐射采暖中存在的问题在大规
11、模建筑的房屋和设施中采用地板低温辐射采暖是在战后开始的。这种采暖方式可使大空间建筑的热工工况得到保证，运行时无噪声，在室内不会扬尘，其设备和管道不占用有效使用面积，运行费用低等优点。但是实际应用中仍旧存在着一些问题，使其推广受到限制。根据人体卫生要求，在人群停留区域，地板表面的温度不得超过2627左右，最高允许板面温度采用29，否则，由于脚掌底部散热不足，会产生脚部“热垫”之感。因此，地板辐射采暖的热媒温度受到一定限制，热媒最高温度为5560，过度季节仅为4045。由于这一温度限制，当大空间建筑热负荷较大时，只能靠增加辐射面积的方法来满足要求，这样势必造成初投资的增加。地板低温辐射采暖系统基本
12、上都是加热构筑件与地板混凝土块构筑在一起。这种结构带来的影响是：一则对土壤的热损失增多，二则若出现问题，维修相当困难，修理时将破坏建筑物的结构。此外，还存在热媒管道外部和内部锈蚀（若采用金属管道），管内冻结，管材受到冲击器具及承重荷载打穿等问题。除了热水为热媒外，地板辐射采暖还有热风型和电热型。由于利用电热来补充房间热损失的成本要比热水采暖系统高出许多倍。因此在大空间建筑中采用受到限制。以热风为热媒较以热水为热媒而言，不必采用价格较昂贵的热媒管道，能够避免热媒冒漏和冻结等危险性，但确保其气密性是较复杂的问题，难免空气流经混凝土风道时受到污染，用于加热空气和使其循环的设备亦较昂贵。5. CRV柔
13、强辐射采暖CRV（CO-RAY-VAC的简称）柔强辐射采暖系统，于1963年率先在美国推出，到目前为止，在军事、民用和工业应用中已有10多年的成功历史。该采暖方式于1997年引进我国，在国内航空机库设施、军用设施、工业厂房、体育馆等许多大空间建筑中投入使用，并收到良好的效果。CRV是一种燃气、负压运行、低强度的红外辐射采暖系统，其发热装置采用的是渐发生器系统。系统使用干净、低污染的天然气、液化石油气和人造煤气作为系统能源，该系统的独特之处在于它的系统能量供给方式和使用效率，真空负压安全运行控制，精确的低强度高效能柔强辐射设计，以及较好的环保性能。CRV系统是由一个或多个独立的真空系统组成，每个
14、真空系统包括一台真空泵、控制系统、一定数量的发生器和热交换器。系统的热交换器由100mm直径的钢管连接而成的管路及覆盖在其上方的高效铝合金反射板构成，定向地向下方的取暖目的物辐射热量。CRV系统的热能传递流程如图2所示。 图2表明，CRV系统与传统辐射采暖方式相比，热能传递方式由6个环节变为3个环节，传递环节的减少，不仅仅意味着系统设备的减少，而且还意味着热损失的减少，提高了能源利用率。试验数据表明，CRV系统比传统的热、气采暖系统节能40%。CRV系统可根据需要随时启闭，不必象锅炉等系统取暖设施那样点火运行后整个冬季不能停火。该系统可自动保持室内恒温在1228任意设定，其较强的自控功能是传统
15、气、水采暖方式所无法比拟的。CRV系统实际耗能运行时间非常短，就北京而言，采暖期内平均每天连续运行时间不超过8小时，不必象锅炉等取暖设备那样每天24小时不停地耗能运行。CRV系统比锅炉等传统取暖设备减少维护和工作人员90%，因此可大大节省运行费用。由于CRV系统无明火采暖，100%安全启闭，零压律制负压运行。因此为系统安全运行提供了可靠保证。此外，CRV系统避开了传统采暖方式所使用的水或蒸汽作为热媒来进行热能传递，因此从根本上解决了系统中的“跑、冒、滴、漏”和管道及其附件的腐蚀问题。下面就北京西郊机场机库项目为例，作一经济比较。表1基本条件建 筑 面 积：5200m2 层高：18m室外计算温度
16、：-9 采暖计算温度：15传统散热器热水采暖系统CRV柔强辐射采暖系统热负荷QS=3037KW热负荷QCRV=3037KW散热器采暖管道（焊接钢管）20万元发生器126.16万元（内含辐射管、尾管、真空泵等配套设备）地沟、室外管道、补偿器、平衡阀等采暖附件50万元煤气管道（钢管）1.5万元锅炉房 基础+设备50万元0万元初投资120万元初投资127.66附注：CRV采暖系统初投资传统散热采暖器基本持平运行费用30元/m2期5200m2=15.6万元/期运行费用1.4元/m257m3/h8h/120天/期=7.60万元/期附注：CRV采暖系统每个采暖运行期运行费仅是传统散热器采暖系统49.1%综上所述，CRV系统具有均匀舒适的供暖性能，高效节能的运转方式和保护环境的优良特性，非常适合于大空间建筑的采暖。6.总结诸多的采暖方式中，辐射型采暖系统尤为适合于大空间建筑采暖。辐射采暖系统的形式亦多种多样，分析比较表明，CRV柔强辐射采暖系统是一种经济、节能、环保型的大空间采暖方式。在大空间建筑采暖系统的形式选择时，应积极采用先进的技术设备。
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