燃气红外线辐射供暖系统

燃气红外线辐射供暖系统

高大空间燃气红外线辐射供暖系统

法国燃气供暖工业公司中国代表处

Representation of Gaz Industrie in China

长期以来，厂房、体育馆、仓库等具有高大空间的建筑物的供暖设计一直是困绕暖通工程师的一个难题。

常规的对流散热器供暖方式中，由锅炉房来的热媒(热水或蒸汽) 经过输送管路(热网) 将热媒送至用户(散热器) 。供暖系统如图, 所示。

在这种供暖系统中，在用户端散热器先加热空气，由于冷热空气的密度差，空间内热空气向上流动, 冷空气向下流动，导致房间内温度产生严重的垂直失调，产生大量的无效耗热量。采用这种方式供暖，为了达到一定的供热效果，必须加热建筑物里的所有空气，而热空气又总是在房间的上半部分，实际需要供暖的人和物体都在温度较低的房间底部，因此，热的有效利用率较低，特别是对一些大空间、半开放式空间供热，采用这种供暖对流方式热损失更大，供暖效果更差。往往房间顶部温度高，底部温度低。房间高度越高，这种作用越明显，有的房顶温度高达40? ，而人的活动空间温度却只有3-5? 。这样的温度分布，不但人体感觉不舒服，而且造成大量能源浪费。而且，由于空气对流作用，容易产生扬灰现象，影响人体健康。

燃气辐射供暖是利用天然气、液化石油气等可燃气体，在特殊的燃烧装置—辐射管内燃烧而辐射出各种波长的红外线进行供暖的。我们知道，物体的辐射强度与热力学温度的四次方成正比。温度越高，辐射强度越高。辐射供暖克服了常规供暖在高大空间建筑物供暖中产

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生的垂直失调。

根据辐射强度的不同分为高强度、中强度和低强度。高强度设备通常用在空间高度特别大的建筑物(20米以上) ，辐射体表面温度一般在900? 以上。中强度设备辐射体表面温度一般在550? 左右，适用于中等高度的建筑物(3米以上，20米以下) ，它的应用范围最广。低强度设备辐射体表面温度一般在500? 以下。

高强度辐射设备一般为陶瓷辐射板式，中强度设备一般都是辐射管式的。高强度陶瓷辐射板式供暖器如图3所示。中强度辐射管供暖器如图4所示。

图3 高强度陶瓷辐射板式供暖器

图4 中强度燃气辐射管供暖器

燃气辐射管供暖设备如图3、图4所示。辐射管中烟气的平均温度范围大约在180-650? 之间。

燃气辐射供暖在西方国家早被普遍采用，它省去了将高温烟气热能转变为低温热媒(热水或蒸汽) 热能这样一个能量转换环节，排烟温度低、热效率大大提高。由于管内烟气温度高，辐射能力强，使得它具有构造简单、外形小巧、发热量大、热

效率高、安装方便、造价低、操作简单、无噪音、环保、洁净等优点。它特别适用于体育场馆、游泳池、礼堂、剧院、食堂、餐厅、工厂车间、仓库、超市、货运站、飞机修理库、车库、洗车房、温室大棚、养殖场等等。

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燃气辐射供暖技术在我国的推广与应用，给广大暖通工作者带来了新的技术拓展领域。它既有利于环境保护，又符合我国西气东送的战略决策，有利于改善我国能源结构的不合理状况，促进节能环保事业的发展。

间于目前在中国市场，我们面临的建筑物高度大部分在15m 以下，我们主推性能价格比均较优的中温型燃气辐射管供暖器。

下面我们介绍一下燃气辐射供暖设备在供暖系统设计中设计与选型方法。 1. 设计规范

(1)《采暖通风与空气调节设计规范》(GBJ19-87)(2001年修订版)

(2)《建筑设计防火规范》(GBJ16-87)。

(3)《锅炉房设计规范》(GB 50041-92)。

(4)《城镇燃气设计规范》(GB50028-93)

(5)《工业金属管道施工与验收规范》

2. 供暖热负荷的计算

供暖热负荷计算依据《采暖通风与空气调节设计规范》(GBJ19-87)(2001年修订版)(以下简称采暖规范) 它包括:

(1) 围护结构的耗热量;

(2) 加热由门窗缝隙渗入室冷空气的耗热量;

(3) 加热同门、孔洞及相邻房间侵入的冷空气的耗热量; (4) 水分蒸发的耗热量;

(5) 加热由外部运入的冷物料和运输工具的耗热量;

(6) 通风耗热量;

(7) 最小负荷班的工艺设备散热量

(8) 热管道及其他热表面的散热量;

(9) 热物料的散热量;

(10)通过其他途径散失或获得的热量;

其中，围护结构的耗热量包括基本耗热量和附加耗热量。

基本耗热量按下式计算:

Q,aFK(tn-twn)

式中:

Q, 围护结构的基本耗热量(W)

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2F —围护结构的面积(m)

2K —围护结构的传热系数[w/m•?]

Twn —室外采暖设计计算温度

a — 温差修正系数

tn —冬季室内计算温度 ?

附加耗热量包括:

(1) 朝向附加

(2) 风力附加

(3) 外门附加

(4) 高度附加

根据采暖规范的规定，燃气辐射供暖用于全面采暖时，建筑物围护结构的耗热量在上述计算的基础上再乘以0.8-0.9的修正式系数。

当设备安装在6m 以下时，可不计算高度附加，当设备安装在6m 以上时，要考虑高度附加。6m 以上的高度每米附加2%，但总的附加率不大于15%。高度附加应附加在围护结构的基本耗热量和其它附加耗热量上。

在方案设计阶段，当建筑物高度在9m 以下时, 室外采暖设计计算温度为-6? ，围护结构的传热系数为2.17w/m2?，采暖热负荷可按140w/m2估算。随着建筑物的高度、围护结构的保温性能及室外采暖设计计算温度的变化，这个面积指标可作适当的调整。

3 设备组成

我们向国内用户推出的是法国燃气供暖工业公司新近开发的型BT 型燃气辐射管供暖设备。适应燃气为天然气，液化石油气。它有3种规格产品可供选择。其中BT50型燃气辐射管供暖器是性价比最优的一种规格产品。BT 型辐射管可适用于安装高度在15m 以下的建筑物，安装高度在15m 以上的建筑物，我们向用户推荐使用高温陶瓷辐射板型燃气辐射供暖设备。

燃气辐射管供暖设备由以下几个部件组成:

设备本体

燃气连接管组件

悬挂组件

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图4 BT50EU 燃气辐射管供暖设备本体

燃气连接管组件见图5，它包括燃气切断阀、过滤器、减压阀、不锈钢软管。

图5 燃气连接管组件

悬挂组件见图6，图7。它分为水平悬挂组件、侧挂悬挂组件。

图6 水平悬挂组件 图7 侧挂悬挂组件

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4(设备安装方式

设备安装方式分水平悬挂、侧挂，见图8。侧挂有两种方式，一种用三角架悬挂组件，一种无悬挂组件。我们的商务报价按三角架侧挂方式。因此，悬挂组件分为水平悬挂组件、三角架悬挂组件。三角架悬挂组件包括挂钩和三角架。每套设备包括4套悬挂组件。

图8 设备安装示意图

5 设备主要技术数据

(1)制 造 商:法国燃气供暖工业公司

(2)燃气种类:天然气 液化石油气

(3)辐射管表面温度 200-550?

(4) 燃烧特性 无CO NOx 在18ppm 以下

(5) 外形尺寸(见图9、图

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图9 BT22/BT33型 外形尺寸图

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图10 BT50型 设备外形尺寸图

型号 A B C D?10mm D1 E F

BT22 4978 4560 440 2190 - 154 499

BT33 5750 5350 436 2580 - 182 527

BT50 8300 7930 583 2580 2380 - 500

(9) 技术特性

供热接管规电源 保护 启动运行 气源 燃气 供气 重量 型号

量 格 电流 功率 功率 种类 耗量 压力

321 1/2” 220V 5 115 80 天然气 2.1Nm/h 2.0 95 BT22

kw 50HZ A VA VA 液化气 1.64kg/h kPa kg

330 1/2” 220V 5 115 80 天然气 3.0Nm/h 2.0 97 BT33

kw 50HZ A VA VA 液化气 2.34kg/h kPa kg

345 根据减220V 5 115 80 天然气 4.51Nm/h 5.0 132 BT50

kw 压阀定 50HZ A VA VA 液化气 3.55kg/h kPa kg 注:产品样本中给出的数据为1个标准大气压，15? 状态下的数据，此状态为法国气体计算的标准状态

6 设备工作原理

图11 燃气辐射管供暖器的工作原理简图

图11是燃气辐射管供暖器的一个工作原理简图。它包括燃烧器、点火电极、辐射管、引

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风机、控制盒、反射罩。

它是利用天然气、液化石油气，在特殊的燃烧装置—辐射管内燃烧，将燃气的化学能转变成高温烟气的热能，再经辐射管辐射出各种波长的红外线进行供暖的。辐射管中燃气的平均温度范围大约在180-650? 之间。由于红外线是一种不可见

光，红外线是整个电磁波波段的一部分，不同波长的电磁波，接触到物体后，将产生不同的效应。波长在0.76-1000微米之间的电磁波，尤其是波长在0.76-40微米之间，具有非色散性，因而，能量集中，热效应显著，所以称为热射线或红外线。我们的燃气辐射管发出的红外线波长为3.5-5.5微米，正好属于这一范围内的最佳波段。红外线辐射供暖类似于太阳对地球的辐射，太阳加热地球表面与暖气片加热不同，它能穿过大气层，将热量辐射到地球表面上，这是因为大气的物理性质接近理想气体。当红外线穿过空气层时，衰减很少，极少被空气所吸收。红外线可穿过空气层对辐射到的区域进行直接加热，辐射热量能被混凝土地板、人和各种物体所吸收，并通过这些物体进行二次辐射，从而加热四周的其它物体。不仅如此，红外线还能够穿过物体或人体表面层一定的深度，从而从内部对物体或人体进行加热，这就是辐射供暖的基本原理。它避免了传统对流

7. 设备工作程序

当电源接通后，引风机首先启动，进行15秒钟的抽吸清扫，此时燃烧器控制箱上的黄灯和红灯亮，在辐射管内产生一定的负压，在燃烧器空气入口处的负压值约为50-90Pa ，燃烧所需的空气就从燃烧器侧的空气入口进入系统，在电控盒内有一负压检测系统，它一旦检测得负压达到规定值后，点火装置开始点火，同时，燃气侧的电磁阀打开，燃气进入燃烧器开始燃烧。

在正常工作状态下，黄灯亮、红灯不亮。如果点火不成功，此时燃烧器控制箱上的黄灯和红灯一直亮，火焰检测系统检测不到火焰，系统立即切断燃气供应电磁阀。延迟一段时间后，系统又开始新一轮点火。

如果第二次点火仍不成功，系统再次停止。此时，只有在电源被切断并在几秒钟后重新接通的情况下，才能重新点火。

如果在工作过程中，负压检测系统检测不到规定的负压值或者检测不到火焰，系统自动切断电磁阀，这充分保证了系统的安全性和可靠性。

8. 设备特点

(1)独特的文丘里燃烧器

我们的燃烧器是文丘里燃烧器，此项技术拥有国际专利。燃烧器有两个空气入口，即一

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次风口和二次风口。二次风的设置，保证了燃烧的完全。文丘里燃烧器具有良好的燃烧特性，它的火焰细而长，火焰中心始终在管子中心， 此项技术拥有国际专利。负压系统拉长了火焰长度，火焰长度达5m 。由于我们的设备始终在一个有充足空气的条件下燃烧，加上良好的燃烧特性，因此我们的燃烧相当完全，无CO 产生。我们的

燃烧产物的NO 含量只有18ppm ，全欧洲只有我们一家的NO 含量在100ppm 以下。 XX

由于我们燃烧器有良好的燃烧特性，加上专门设计的反射罩，使我们产品的热损失很小，因此达到相同的温度效果只要燃烧较少量的燃气。

(2)独特的反射罩

为了保证辐射能全部辐射至车间下部人的活动空间，辐射管上装有反射罩。我们的反射罩为钢制反制罩，外表面镀铝，这样既保证了反射罩的强度，又保证了反射性能，反射率接近100%。为了保证反射层，反射罩在出厂时，反射层表面覆盖一层保护薄膜，这层薄膜只有在安装现场设备组装时才允许撕掉。

反射罩的形状也是独特的“M”形，它避免了管与管之间由于温差产生的辐射。 (3) 独特的负压燃烧与负压检测系统

我们的设备采用负压燃烧系统。在设备的尾部有一引风机，它一旦开始工作，在辐射管内就形成一个负压环境，燃烧所需的空气就从燃烧器侧的空气入口进入系统。在燃烧控制系统里，有一套独特的负压检测系统，如果在工作过程中，负压检

测系统检测不到规定的负压值或者检测不到火焰，系统自动切断电磁阀，重新开始新一轮的点火。这充分保证了系统的安全性和可靠性。

负压系统的设计有以下几个作用:

? 保证了燃烧所需的充足的空气，保证了燃烧的充分、完全

? 保证在燃烧过程中无CO 产生。

? 保证在燃烧过程中，烟气不会从管内泄漏出来。

? 保证系统的安全可靠

(4) 独特的U 型设计，使设备辐射温度均匀

我们的辐射管有两根，中间有一U 型连接管，这样保证了沿着辐射管的长度方向辐射温度均匀。如果中间没有U 型连接管，设备呈直线型，那么沿着辐射管的长度方向，温度越来越低。

(5) 三重安全保护系统，保证了系统工作的安全可靠

我们的产品有三重安全保护系统，保证了系统工作的安全性和可靠性。一是火焰检测系

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统; 二是负压检测系统; 三是双电磁阀系统。一旦系统检测不到火焰，或者燃烧器进风侧的负压偏离设定范围，马上切断燃气侧电磁阀。我们的燃气进口系统上的电磁阀为两个，保证的工作的可靠性。

(6) 独特的柔性结构

我们的设备的结构设计采用一种独特的柔性结构，各部件之间的连接充分考虑了设备的热膨胀。辐射管和反射罩均有一定程度的膨胀间隙。如果没有膨胀间隙，在使用一段时间以后，管子及反射罩内部将产生热应力，引起变形破坏，产品的可靠性大大降低。我们的产品的管与管之间采用套管连接，转弯处采用U 型铸件弯

管，它和管子是用特殊的方法连接固定在管子内的，它们有之间有膨胀间隙，彻底消除了热应力，保证了设备长期工作的安全、可靠。

(7) 独特的温度传感器

我们的温度传感器是独特的黑球温度传感器，它测得的温度是空气温度与辐射作用的叠加温度，这个温度比单纯的空气温度更能真实地反应人体的舒适程度。

(8) 独特的燃气减压和过滤系统

我们在每台设备的燃气入口都设有一套燃气减压装置和过滤装置。这样保证了设备供气压力不因室内管网燃气压力的波动而产生波动，保证了燃烧的稳定。

(9) 独特的火焰检测系统和点火系统

我们的点火系统和火焰检测系统是通过一个点火电极来完成的。它结构紧凑，可以实现点火和火焰检测。

(10)独特的设备整体设计

我们产品的燃烧器及引风机是一个整体件，使得设备结构紧凑、安装方便。它同时可吸收管子因受热后而产生的膨胀。这种结构还使得设备侧向稳定。

燃烧器和引风机机箱拆卸方便，便于部件的更换。

我们的产品长8300mm ，这个长度适当，如果太长了，后半部分管壁温度低，辐射效果差。 (11) 噪音低

(12) 自动控制方便自如(见2.9.5)

(13) 可靠的质量保证

我们所有的产品都有CE 证书，即欧洲燃气产品质量与安全认证证书。CE 标准是全世界燃气产品质量与安全认证最高标准。

9 设备的选型

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一般情况下，我们优先向客户推荐使用性能价格比最优的BT50型燃气辐射管。

在采暖热负荷计算好后，就可计算出设备的安装数量n 。

设备的安装数量n 按下式计算:

n=Q/q

Q-建筑物采暖热负荷 kw

q-设备的有效供热量 kw

对于BT50型，q=38.25kw

10 设备的布置

根据《采暖通风与空气调节设计规范》采暖部分(2001年修订版) 的有关条文规定:“布置全面采暖系统时，沿四周外墙、外门处的辐射器发热量，不宜少于总热负荷的60%。”。所以，我们在进行设备布置时，尽量沿着建筑物的外墙、外门适当多布置。

当用于局部采暖时，设备安装数量不应少于2个。

11 燃烧产物的排除

我们的设备的燃烧产物的排除有三种方法:

(1) 无烟道，直接排至室内

(2) 每台设备有单独的通至室外的烟道

(3) 多台设备的燃烧产物通过一个总管排至室外

这三种方式分别使用于不同的适用场合。我们的设备燃烧完全，无CO 产生，NO 在18ppmX

3以下。燃烧产物为CO 、水蒸汽、过量空气。当室内换气量达到10m/h每安装千瓦以上时，2

可直接将燃烧产物排入室内。这样室内管道简洁，布置方便。特别对一些机械加工车间，室内有行车、烟道布置不方便。如果用户一定要求装排烟管道，也可以装。 12 系统配置

要保证设备的正常工作，需要配置相应的燃气管道系统、供电系统、温度控制系统、燃气安全保护系统。系统配置如图12所示。

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图12 燃气辐射管供暖器系统配置图

供暖系统的配置一般是由设计院设计，我们的技术人员要配合设计人员的工作，给他们提供相应的燃气管道、电气、自动控制接口技术资料。

12.1 燃气管道系统

燃气管道系统的设计应执行《城镇燃气设计规范》(GB50028-93)，在条件允许的情况下，调压站后室内管道的压力应尽量低。这样系统更安全可靠。管道材料采用镀锌焊接钢管或无缝钢管，尽量选用无缝钢管(GB8163/20)，管道连接尽量采用焊接。室内管网采用枝状管网。 12.2 电气

设备的工作电源为220V 、50HZ 。设备外部电源接口见图13。供电电缆为三芯电缆。火线、中线、地线的位置不可接错。

图13 设备电源接口示意图

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12.3自动控制

为了控制各个供暖区域的温度，可将一个大的建筑物分成几个控制区域，根据各区域的温度控制设备的启停。一个控制系统包括黑球温度传感器、控制箱。黑球温度传感器、控制箱见图13。

图14 黑球温度传感器、控制箱

黑球温度传感器装于控制区域具有代表性的位置。控制器根据传感器传来的温度信号，产生控制指令，通过控制设备的开或关调节控制温度。控制区域可根据用户的要求自由划定。在不同的控制区域，用户可根据需要设定不同的室内温度。控制器可根据用户的需要，设定24小内不同时段的温度，可设定5? 的值班供暖温度。还可根据用户的需要，设定一个星期内，不同日期设备的工作状态，如开启时间，不同时段的温度。黑球温度传感器安装在离地面1.5米处。

12.4 安全保护系统

为保证安全，应在系统便于操作的位置设置能直接切断采暖系统及燃气供应系统的控制开关。通常是在系统内设置可燃气体自动报警系统，以加强对燃气系统的监控。在系统内设置一定数量的可燃气体检测报警器，一量某一报警器检测到可燃气体后，它就发出声、光报警信号，并连锁关闭燃气进户管上燃气紧急切断阀。

13. 技术经济

一般客户都很关心燃气辐射采暖投资和运行费用。

13(1 一次投资

一次性投资包括:

设备费用(包括控制系统)

可燃气体自动报警系统费用

燃气供应系统及安装费用

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13.2每小时运行费用

下面我们以天津某工程为例作介绍。

该工程采暖面积为10000平方米，共装BT50型辐射管30台。

3单台设备最大耗气量: 4.51Nm/h

3单台设备平均耗气量: 1.8Nm/h (工作系数 0.4 )

3小时平均耗气量: 30x1.8=54.0 Nm/h

3天然气单价: 1.8 元/Nm

天然气费用: 1.8x54=97.2元/h

单台设备电功率: 0.08 kw

电耗: 30x0.08x0.4=0.96kwh 电价: 0.6元/kwh

电费: 0.58元/h

总的运行费用 = 天然气费用+电费=97.2+0.58= 97.78 元/h

每小时的运行费用为97.78元。

若按照每个采暖期150天，每天工作8小时计算，则:

每个采暖期的运行费用为:117336.00 元，折合 11.73元/平方米/采暖期 14(客户关心的使用注意事项

我们要向客户说明，我们的设备具有完善的安全保护措施，使用相当安全，无任何危险。对于燃气系统的设计、施工、运行与维护，只要我们执行国家的相关规

范，用户可放心使用。事实上，我们每个家庭都是燃气用户。我们的设备的燃烧产物的CO 为0，全欧洲只有我们一家达到。这可从法国国家实验室的测试报告和我们在国内做的测试报告中看出来，而目前在中国市场销售的其它同类产品，这个数据高达220ppm 以上.

注:

1、BT50型燃气辐射管供暖器在中国国家燃气具检验监测中心进行测试时，对尾气中CO 含量

的测试共采样3次，其中，2次为0ppm ，一次为1ppm 。

2、尾气中NOX 含量不在中国检测指标之内，根据欧洲检测结果，BT 系列为18ppm ，全球只有

“GAZ INDUSTRIE”牌燃气辐射供暖器燃烧尾气中的NOX 含量在100ppm 以下。 14