燃气红外线辐射供暖应用与设计

燃气红外线辐射供暖的工作原理为：燃烧天然气、液化天然气或液化石油气（人工煤气也可用，但热值低，燃烧产物中有害物量较多，应用渐少），加热辐射金属管、板或陶瓷板，使其产生直接热辐射（也称1次辐射）和受热房间围护结构内表面和设备等表面的2次辐射及对流换热，为采暖区创造舒适的微气候条件。它也能用于生产工艺性加热，但主要用于供暖，因此以下简称燃气辐射器供暖。燃气辐射器构成：燃气燃烧器，辐射管或板，反射罩，调节、控制和安全保障组件。 1 燃气辐射器供暖具有高效、节能的优点
高大建筑物倘用传统的散热器（暖气片）作放热设备，大跨度房间难布置。有的车间墙上放满散热器，靠自然对流放热为主的这种供暖方式造成上下温度梯度大，达0.5～1.0℃/m，使房顶下空气温度高达32℃，但2m以下人停留的工作区空气温度分布不均，有的地方只有3℃～5℃。供热系统不是为建筑、为室内空气服务的，而应以人为本，除满足生产工艺要求外，以人员舒适与降低能耗为主要目标。倘用散热器加暖风机或集中空气处理送暖风方式，既占建筑面积，又会造成扬灰，影响卫生和人体健康，在某些场合还被禁用。至于敞开、半敞开场地的供暖，使用燃气辐射器更有无可比拟的优点。
燃气辐射器金属管中平均温度为180℃～550℃，产生3.5μ～５．５μ波长的红外线穿过空气层，被人体、物体吸收，热效应显著。地面温度高出周围空气温度4℃～8℃，地面、墙面、物体温度和2次辐射可使2m以下的工作区空气温度分布均匀，造成舒适的微气候。辐射器采暖房间的工作区温度可比对流采暖方式低2℃～3℃，能满足同样的舒适度。房屋上下温度梯度小，上部空气温度不高，无效热损失减小。
当用蒸汽或热水锅炉供暖时，设小锅炉η=70％，外网热媒输送热损失5％，内网及设备热损失10％。
则总效率η＝0.7×0.95×0.9≈60％，而燃气辐射器供暖η可达90％以上。燃气辐射器能实现完全自动化工作，调节灵活，热惰性小，无效热损失少，与传统方式比，一个采暖期可节能33％～50％。此外，它的优点还有：房间气流速度小，减少灰尘和其它有害物飞扬，工作时无噪声，不会冻结，安装工期短等等。
2 燃气辐射器供暖应用范围
燃气辐射器可用于：
1）生产车间的工作区或工作点（当应用于高大空旷、工作点分散的车间时，优点尤为明显）；
2）露天作业场所的工作区、工作点（具有其它供暖方式无可比拟的优点）；
3）人员短暂停留的民用建筑和敞开场地。例如：车站月台、汽车候车室、体育运动场馆、展览馆、露天或半敞开市场等等；
4）处于施工过程中的房屋和构筑物的加热；
5）材料和设备所需的工艺性加热；
6）敞开场地、半敞开场地的融雪，房屋和构筑物屋面的融雪。
3 燃气辐射器供暖应用工程实例
正如我国《采暖通风与空气调节设计规范》“条文说明”中指出的，“目前，在许多发达国家已有多种新型的燃气采暖设备，具有高效节能、舒适卫生、运行费用低等特点。该采暖方式尤其适用于有高大空间的建筑物采暖。随着我国石油工业的发展，油气田的开发和利用，这种采暖方式的应用在不断增加。”
俄罗斯采用燃气辐射器供暖的项目已有几百个，具代表性的实例有：秋明油田机械制造厂综合车间，位于莫斯科至基辅车站的欧洲最大的机车维修装备库（见照片1），弗努科伏国际与国内主航线飞机维修车间等。法国燃气供热（GAZ INDUSTRIE DE FRANCE）在中国的独家代理—上海拓邦电子有限已把燃气辐射器用于亚洲最大的热带植物园—天津热带植物观赏园，该植物园位于天津市西青区，建筑面积4万m2，高度10～16m，总投资2.6亿元，已建成，配备有智能化通风、遮阳降温自动化设备，与燃气辐射器一起创造出与热带植物原生环境相似的室内生态环境（见照片2）。此外，该还把燃气辐射供暖用于中国重型汽车集团、天津港保税区、中国金车集团、天津中北工业园、天津美卓矿机、上海当纳利等项目。意大利Eukoima生产，AET先科（亚洲）有限代理和加拿大川和·施万克制造，广东田氏三和实业有限代理的燃气辐射器也有成功应用的工程实例。
 
4 设计中应注意事项
设计时必须遵守的规范，除文献2外，还有《JBJ10-96机械工厂采暖通风与空气调节设计规范》、《GBJ16-87建筑设计防火规范》、《GB50028-9城镇燃气设计规范3》、《GB50316-2000工业金属管道设计规范》、《GB50235-97工业金属管道施工与验收规范》和《工业企业设计卫生标准》等。本文参考俄罗斯规范，补充和强调某些条文：
1）燃气辐射器严禁安装在地下室和有易燃、易爆气体、粉尘和介质的场所。文献2第3.5.11条为新增条文，对辐射器燃烧产物即尾气的排放问题规定为：“尾气为二氧化碳和水蒸汽。在农作物、蔬菜、花卉温室等特殊场合，允许尾气直接排至室内”。一些高大建筑实例数据表明，尾气中CO含量不超过0.0199％，CO2不超过5.4％（随各国产品不同而不同）。有害物CO<100mg/kWh，NOx<150mg/kWh，每kW装机容量需通风量为10m3，当高大建筑冷风渗透造成相当于0.5次/h以上的换气量时，辐射器所需换气量只相当于0.02次/h换气量，远小于冷风渗透量，因此可以认为是符合卫生要求的。尾气中H2O对冬季室内空气有加湿作用，且尾气排入室内显热与潜热能被充分利用。
2）俄罗斯《燃气红外辐射供热系统设计规范》规定：当装有燃气辐射器场所消防自动化系统（包括烟气报警、火灾信号和灭火系统）发生故障时，应能自动关闭燃气供气系统；燃气供气压力超出辐射器额定值时能自动关闭供气；应能手动遥控关闭辐射器；采暖场所应有传感器，反映空气温度和辐射温度，使辐射器保证采暖所需温度值；当有局部通风与全面通风系统时，燃气辐射器供暖系统应与它们联锁，先启动和后关闭通风系统；燃气辐射器供暖系统应能方便地维护保养与维修，检验其工作能力每一季度至少1次。
燃气辐射供暖系统竣工验收时，需编制的技术文件有：
①供暖系统的设计图纸及说明。其中应有采暖通风、燃气供应、供电、自动化等内容。有供暖系统热负荷计算，辐射器数量计算和安装位置的确定等。
②燃气辐射器的相关技术文件。
③辐射器燃烧产物中有害物一览表，以及各有害物未经稀释时的重量浓度。
④建筑物室内微气候参数的实测数据，包括垂直方向与水平方向热辐射强度，工作人员头部、躯干部和足部热辐射强度。
⑤系统运行和维护管理说明书。
⑥安全技术方面的指示书。
燃气红外线辐射器供暖是项方兴未艾的供暖新技术，随西气东输与引进液化天然气，其应用将逐渐广泛。目前我国尚未有国产燃气辐射器生产的报道，参照欧盟标准、俄罗斯等国标准，编制我国燃气红外线供暖辐射器制造的行业标准应提到议事日程上来了。