（中色（宁夏）东方集团有限公司宁夏东方钽业股份有限公司，宁夏石嘴山 753000）
摘 要：以某车间的采暖方式为例，对比了传统暖气片和高大空间采暖循环机组的节能效果，以FLUENT
流体工程仿真计算软件测算出2种采暖方式的温度场，归纳出2种采暖方式的高度与温度分布特点，以热量公式为基础，计算出2种采暖方式热量消耗对比，实际应用采暖循环机组为最终的采暖方式.实践证明，该方式可取得良好采暖效果，并且达到了节能的目的.
关键词：采暖；高大空间；采暖循环机组；节能
中图分类号：TU832文献标志码：A
在高大建筑空间内，冬季采暖方式的选择至关 重要.在采暖方式的选择上，主要考虑人体舒适性、节能和空气质量等因素.由于热空气上升，普通散热器采暖方式使热量大量消耗在高大建筑物的上部， 下部工作区难以获得足够的热量，且温度分布不均 匀.这不但造成能源的浪费，而且热舒适感差，已被证明不适用于高大建筑物空间[1].东方钽业切割钢线厂房高度为10.4m，半成品的 2个车间面积均在 1万m2左右，房顶下空气温度高达23℃，才能使3m 以下人员停留的工作区空气温度达到设计要求的 15℃，供热系统不仅是为建筑，而应以人为本，除满足生产工艺要求外，应以人员舒适与降低能耗为主要目标.
一、 高大空间采暖循环机组的组成和工作原理
1.1 机组的组成
机组主要由轴流风机、表冷器、控制箱、导向叶片控制器、导向叶片、消音海绵、回风温度传感器、出风温度传感器、计算机和无线通信的控制系统等组成.
1.2 机组的工作原理
高大空间采暖循环机组利用高效轴流风机实现空气远程射流，球形旋流喷口实现空气调流布送.该设备吊装在屋顶，通过设备内的热交换器实现对空气的加热，然后利用高效的空气布送装置将热空气 由上而下均匀地分布到空间各处，消除室内不良温 度层，采用吸风式轴流风机，制热工况下有效回收散聚在屋顶的热量，使通过屋顶的热量损失减少到最 小限度，真正达到节能效果
二、 采暖效果对比
2.1 热空气分布对比
高大建筑物内若用传统的散热器（暖气片）作为放热设备，其空间往往进深很大，50~100m的都有，
大跨度房间难布置，暖气片自然对流，热空气自然上升，热能辐射到的区域很小，距离散热器10m之外感觉不到.而高大空间采暖循环机组吊装在屋顶，制热模式下，介质为水或蒸气.由于采用快速强制对流 方式，通过对风机转速和出风角度的有效调节，在满 足工作区温度同时，消除室内工作区的不良温度梯度，热空气由上而下均匀分布，使人感觉很舒适.图1为2种采暖方式热空气分布.
2.2 暖气片采暖的热能消耗计算
由于热空气的上升，普通散热器采暖的方式使热量大量消耗在高大建筑物的上部，下部工作区难
以获得足够的热量，且温度分布不均匀.这不但造成能源的浪费，而且热舒适感差.利用FLUENT流体工
程仿真计算软件[2]测算出采暖暖气片的温度场描述图.厂房空间内温度分布图见图2.图2中横坐标代表厂房跨距，纵坐标代表厂房净空高度.
由图2可知，在工作区（1~3m）温度达到15℃，室内每升高1m，温度升高1℃，该项目面积为 2.4万m2，高度为10.4m.根据热能公式 Q=c·m·Δt.其中：Q为热量，c为比热容，m为质量，Δt为温差[3].可以计算出采用该种采暖方式每升高1m所消耗的热量.具体计算：距地3~4m处温度估算为16℃，空气比热容为 1.0056kJ（/kg·℃），16℃时空气密度为 1.222kg/m3，距地3~4m处空气质量可以简化为m=24000×1× 1.222=29328kg，故Q=1.0056×29328×（16-15）= 29492kJ. 同理可得，距地4~5m处消耗热量 58743.13kJ；距地5~6m处消耗热量87825.08kJ；距地6~7m处消耗热量116714kJ；距地7~8m处消耗热量145409.8kJ；距地8~9m处消耗热量 173912.5kJ；距地9~10m处消耗热量202222.1kJ，采用传统暖气片消耗热量合计为814318.8kJ.
2.3 采暖循环机组采暖的热能消耗计算
采暖循环机组吊装在屋顶，通过设备上部的混风箱及其内部高效热交换器实现对空气的快速加 热.当水或蒸气经过设备，通过设备内的高效热交换 器实现对空气的快速加热，空气循环下送，消除室内不良温度层，然后利用高效的空气泵传送装置将热空气通过消音海绵和下部“T”型收口，2次提压，通过风向导流叶片的导向后，从喷口旋流而出，由上而下，均匀分布到空间各处.每台设备有独立的风速及风向等控制部件，能做到单机单控.每台设备的风速和出风角度可根据需要进行单独控制，使工作区温 度快速提升，热空气循环上升到屋顶后，又采用吸风 式轴流风机，将聚集在顶部热空气有效回收后，循环利用.利用设备顶部大风压的轴流风机强制热空气下送，下送的高速热空气通过类似高压水枪的椎体结构设备和消音托盘2次加压后，从设备下方旋流 风口喷射而出，热空气强力冲向地面，使工作温度快速提升.利用FLUENT流体工程仿真计算软件测算出采暖循环机组的温度场描述图(图3).
由高大空间 采暖机组室 内温度场分 布图可以
看出，高大空间采暖机组可有效降低温度梯度，使室内温度分布均匀，能达到纵向每升高3～5m，室内温度才上升0.5～1.0℃.根据热能公式Q=c·m·Δt，可
以计算出每隔3m多消耗的热量：Q=1.0056×
87984×（16-15）=88476.7kJ；距地 6~10m处多消耗热量234972.5kJ，采暖循环机组消耗热量合计为
323449.2kJ.
根据以上计算，热风机组消耗热量是传统暖气片消耗热量的323449/814318≈40%.
三、2种采暖方式节能实际计算
若半成品厂房水采暖取费4.5元/m2×月，采暖区半成品面积为2.4万m2，得出采暖费应该为 24000×
4.5×5=54万元.依据以上数据可得，在使室内工作区温度达到15℃时，由于高大空间采暖机组有效地减
小了温度梯度的形成，所以能减小能耗60%左右，
即540000×60%=32.4万元.由于高大空间采暖机组为强制对流机组，所以每台高大空间采暖机组均有
1个功率为1.89kW的变频轴流风机，所以会相应产生一定电费，计算如下：
厂房采暖为三班制，按24h计，全年采暖运行
150d，高大空间采暖机组使用变频器，所以单台风
机采暖季满负荷使用率为0.6～0.8.该厂房共计使用
53台高大空间采暖机组.由于24h用电，工业电费均价为0.51元（/kW·h），所以电费=53×24×150×1.89×0.51×0.8=14.7万元，全年共计节省采暖能源费
用是17.7万元（54×(1-40%)-14.7=17.7万元）.
四、结语
该采暖循环机组于2011年冬季投入使用，经过 2a的实际使用，冬季的采暖温度均超过16℃以上，采暖的人体舒适性、节能和空气质量均取得了良好 的效果，可以认定为成功的案例.在高大厂房中，传统方式暖气片采暖方式热损失严重，热量主要聚集在顶部空间，工作区温度分布不均匀，而采暖循环机 组由于采用快速强制对流方式，对供水温度要求较 低，把热空气由上而下均匀地分布到空间各处，消除室内工作区的不良温度梯度，从而使人感觉舒适.采暖循环机组的采暖方式不仅取得良好的采暖效果，节能效果也非常明显.
参考文献:
蔡德源，许志浩.高大建筑物采暖方式的分析[J]西南交 通大学学报，2002:37（3）：227-229.
韩占忠，王敬，兰小平.FLUENT流体工程仿真计算[M]北京：北京理工大学出版社，2010.章
熙民，任泽霈，梅飞呜.传热学[M]北京：建筑工业出版社，1997:32（3）：93-97.
