高大空间工业建筑采暖方式的对比研究.pdf

高大空间工业建筑采暖方式的 对比研究 艾 帅，樊越胜，胡泽源，刘 亮 （ 西安建筑科技大学环境与市政工程学院，西安 710055 ） 摘要：本文通过采用 CFD 模拟软件，对工业建筑常用的四种采暖方式进行了数值模拟。在保 证工作区平均温度一定的条件下，计算出不同采暖工况下工作区温度场、竖直方向上的温度 梯度，并对采暖能耗进行了分析比对。 结果显示：（1）工作区温度分布均匀性较好的依次 为：辐射采暖、热风采暖+散热器值班采暖、横向热风幕采暖、散热器采暖；（2）辐射采暖、 横向热风幕采暖、热风采暖+散热器值班采暖和散热器采暖在垂直方向上的温度梯度分别为 2 2 2 2 0.23W/m 、0.28 W/m 、0.3 W/m 、0.61 W/m ；（3）横向热风幕采暖方式、辐射采暖方式、热 风采暖+散热器值班采暖方式的节能率分别为传统散热器采暖形式的 28%、26%、22%。模拟 结果可为今后高大空间工业厂房的采暖设计提供有益参考。 关键词：工业建筑，采暖方式，数值模拟，节能率 0 引言 长期以来，不同的暖通工程师对于高大空间工业建筑的采暖设计，都有着不同的看法， 而合理的采暖方式不仅能改善室内环境，提高室内舒适度，而且还能降低采暖能耗，节约社 会能源。 一般工业建筑的传热特点[1][2]： （1）门窗多，所占的面积也大，冷风侵入和冷风渗透耗热量大。 （2 ）围护结构的传热系数大，保暖不佳。 （3 ）工业建筑落空高、跨度大、体积大。落空大，导致空气分层严重，室内温度梯度 大；跨度大、体积大，导致外界对室内空间的自然对流影响较大。 （4 ）采暖热负荷大。 根据这些传热特点，工业建筑常用的几种采暖方式有： 暖风机采暖，机理是对流换热，通常与散热器值班采暖联合使用。具有热惰性小、升 温快、室内温度分布均匀、温度梯度小、设备简单和投资较省的特点。 热风采暖的缺点： 人体有较强的吹风感，舒适度不佳；竖直方向仍有较大的温度梯度，无法根本解决上热下冷 的问题，能源损耗大；风机连续运转，存在较大噪声。 横向热风幕采暖，机理也是对流换热，该技术 2000 后进入我国，“横向热风幕”能够 主动隔断热气流上升、改善厂房温度分布，提高采暖区的气温，减小车间上部气温，也可以 [3] 减少车间上部散热，达到改善采暖效果、减少热量消耗的目的，从而降低了能源消耗 。 [4] 辐射采暖，按介质 （热媒）种类 ，分为低温热水 （热水温度低于或等于120℃，地面 供暖时规定小于等于60℃）；中温热水 （热水温度等于120~175℃）；高温热水 （热水温度高 于175℃）；热风式 （热空气）；电热式 （通过发热电缆或电热膜将电能转化为热能）；燃气式 （燃烧可燃气体）。按安装的位置，分为顶部辐射、侧部辐射和局部辐射。辐射采暖，具有 舒适性好，温度梯度小，节能，无噪音，不占用空间等特点，在高大空间工业建筑采暖方式 中备受欢迎。 本文主要是通过运用AirPak数值模拟软件对工业建筑中常用的四种采暖方式，即散热器 采暖、暖风机采暖+散热器值班采暖、横向热风幕采暖、辐射采暖，进行数值模拟，并对其 温度场和能耗做出对比分析。 1 各种采暖工况下的CFD数值模拟 1.1 物理模型的确定 以神木某实际厂房采暖为例：厂房建筑尺寸为长165m，宽120.0m，高12.5m。采暖计算 干球温度-18℃；采暖室内设计温度：10℃。 为了简化模拟，假设不考虑冷风渗透热负荷；门窗处于常闭状态，不考虑开启引起的附 加冷负荷；不考虑人员活动的扰动；不考虑人员、机器等的散热，并且为了减少模拟计算次 数，设定模型长 82.5m，宽 120.0m，高 12.5m，模型中存在一个对称面。