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摘要：本文主要从供热机理出发，对高大空间建筑的几种供暖方案进行分析，通过对几种供暖方案的详细阐述，指出各种供暖方案的优缺点，并给出了轨道交通高大空间厂房供暖方案优化设计建议，以此为日后类似厂房供暖方案选择提供借鉴。
关键词：轨道交通；高大空间供暖；方案设计；优化
一、前言
随着人们对能源和环保问题日趋重视，如何实现节能、不污染环境成为目前轨道交通行业着重考虑的问题之一。在轨道交通工业厂房内，如联合检修库、组装调试库、交验落成间、物资总库等冬季供暖方式的选择至关重要。在供暖方式的选择上，主要应考虑以下几个因素：环境温度、空气质量和节约能源等，在满足环境温度和空气质量的基础上最大限度的降低能源消耗。降低能源消耗对企业来讲减少企业运营费用，提高产品竞争力，对国家来讲保护环境，关系民生。
针对以上基本需求对目前应用最广泛的三种供暖方式：散热器供暖、燃气辐射供暖、高大空间垂直送风供暖进行技术分析。
二、三种供暖方式技术分析
2.1 散热器供暖
散热器供暖，空气自然对流，热空气上升产生热飘效应。散热器辐射区域很小，范围不超过5米。热量上升到屋顶后散失掉，厂房中间区域得不到有效温度提升。
高大空间厂房进深很大，当厂房面积达到一定规模，中间区域温度提升有限，热量由于热飘效应主要聚集在工作环境以上的空间内，通过顶部散失掉，造成能源的极大浪费。若热源供水温度不高，保温不佳的厂房中间区域甚至有结冰现象发生，随着其他先进供暖方式的广泛采用，在高大空间建筑内单独采用暖气片供暖方式逐年减少。
2.2 燃气辐射供暖
燃气辐射供暖是可燃气体（天然气或液化石油气）经过发生器后，转化为能量集中且热效应显著的热射线——红外线，当红外线穿过空气层时，不会被空气所吸收，而是被建筑物、人体、设备等物体所吸收，并转化为热能，使物体或人体温度升高。
吸收了辐射热的物体，本体温度升高，再一次以对流的形式加热四周的其他物体，因此，建筑室内沿高度方向的温度分布比较均匀，热损失小。因此，燃气辐射供暖适用于工业厂房高大空间[1]。
燃气辐射供暖系统一般采用天然气做为燃料，且辐射管表面温度较高，因此应特别注意其运行过程的安全性（《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》GB50736-2012中5.6.1条规定：采用燃气红外线辐射供暖时，必须采取相应的防火和通风换气等安全措施，并符合国家现行有关燃气，防火规范要求）。
从燃气辐射供暖原理得知，采用此种供暖方式室内沿高度方向温度分布比较均匀，热损失小。在建立同样舒适条件的前提下，辐射供暖时房间的设计计算温度可以降低2～5℃，从而大大减少供暖能耗。但是用户在实际使用中发现燃气辐射供暖系统并不是想象中那样节能，反倒能量消耗极大，很多用户对燃气辐射供暖系统的运行费用难以承受。这和天然气价格的逐年上升有一定的关系，但最主要的原因还是其工作原理上。
影响燃气辐射供暖系统效果的有两个效率，其一为燃烧效率，可通过各个厂家产品样册查出，一般会达到90%以上；其二为辐射效率，根据设备的供暖面积，辐射表面积以及安装高度不同，辐射效率也不相同。在文献[2]中详细推导了燃气辐射装置的辐射效率计算公式，并以某一产品为例计算了其辐射效率仅为51.9%。可以看出，燃气辐射供暖方式只有50%左右的天然气热能转化为室内供暖的有效热能。究其原因，1）天然气燃烧加热辐射器，只有温度超过200℃部分才能产生有效辐射热量，辐射到地面，温度不超过200℃部分则不能产生有效辐射热量；2）辐射到地面工作区的热量，主要被地面吸收。由于温差原因地面向上部空气传热外，还有部分热量向下部土体传热，热量损失较大。
另外，地面比热容小，如燃气辐射停止，其降温很快，这也就要求燃气辐射系统几乎不能停止运行。在超过温度要求时，无法灵活调节制热功率，造成能源浪费。这也就是我们常常听过的方案设计时比较节能，而使用过程中运行费用往往较高的原因。
2.3 高大空间垂直送风供暖
高大空间垂直送风供暖设备吊装在屋顶，通过设备内的高效热交换器实现对空气的快速加热，利用高效的空气布送器将热空气由上而下均匀的送至室内空间各处，快速提高工作区环境温度。设备采用吸风式轴流风机，有效回收上升到建筑顶部空间的热量，使通过屋顶的热量损失减少到最小限度，很好地解决了高大空间冬季供暖的热飘问题，实现环境温控与节能的目的。同时在保证工作区温度得同时通过对送风风速和出风角度的无极调节，可实现工作区环境无风感，真正满足高大空间舒适供暖需求。在冬季供暖工况下，其自上而下的强制空气对流措施，符合《工业建筑供暖通风与空气调节设计规范》GB50019-2015中“工业建筑热风供暖时，应采取减小沿高度方向的温度梯度措施。”的相关规定。
当热源供水温度达到50℃时，强风通过高效热交换器快速将水中热量带出，出风温度可以达到30℃，热风在高压轴流风机作用下，经过下部消音海绵和梯形收口提压后，出口风速可达到14m/s，30℃热风迅速送到地面，快速提高工作区环境温度。分布到工作区域的热风由于热飘效应上升到顶部空间后，设备采用吸风式轴流风机，有效回收顶部空间热量。随着工作区温度的逐渐提高，回风温度不断提升，送回风温差逐渐减小，直至达到相对平衡状态。
系统在运行初期，需要满负荷运行，从而快速将工作区温度提升到目标温度值。在达到目标温度后，通过对送风温度和送风量的控制调节，保证所有设备的供热量与整个空间散热量保持一致即可维持室内温度。系统绝大部分时间都在该状态下运行。
三、轨道交通工业厂房供暖方案建议
综上所述，供暖系统的设计形式多种多样，在我国也都有了很大发展及广泛应用[3]。对于轨道交通工业厂房供暖设计方案的选用，由于高大空间内部空间结构的特殊性，笔者认为已不宜单独采用散热器进行供暖，厂房内需要持续性全面供暖，即开即热的燃气辐射供暖也不是最佳选择，而采用高大空间垂直送风供暖的形式则是目前最适合的，条件允许的话可以辅助使用散热器进行值班采暖，同时在厂房经常开启的大门处设置热风幕阻隔外门开启时大量的冷风渗透。在一些轨道交通工业厂房中使用后，总体感觉供暖效果还是比较满意的，基本解决了车间内温度梯度的问题，能源消耗水平也在合理范围之内。
参考文献：
[1]罗继杰，黄建勋，黄金强. 新型高效燃气辐射供暖技术与设备在工程中的应用. 暖通空调 2013年第43卷增刊
[2]宋楠. 工业厂房高大空间采暖设计方案比选. 城市建设理论研究 2013.08
[3]贾旭，吴纯贵，张跃，杨玉军. 工业厂房暖通空调的节能设计. 现代装饰（理论）2011.04
作者简介：
迟光亮（1986—），男，汉，山东，工程师，研究生，北京鑫通达轨道交通工程设计有限公司，北京市，研究方向：建筑节能及综合能源管理。