惠宠，罗会龙，陈欣2
（1-昆明理工大学建筑工程学院，云南昆明650500：2-中建安装集团有限公司上海分公司，上海201206）
【摘要】本文针对高辐射热车间环境温度过高、大量余热散失的问题，采用了隔绝热源的方法，通过实验，研究了隔热装置在降低车间环境温度和余热回收两个方面，分析了在不同水流量下隔热屏的热回收效率.结果表明：当添加隔热屏装置后周围环境平均温度从55C降到25C，隔热效果明显：在水质量流 量为0.05kg/s时，余热回收效率可达最大值72.9%，回收效果明显.
[关键词]高辐射热：隔热屏：车间降温：余热回收
文献标识码：A
中图分类号：TU831；TK115
ExperimentalStudyonPerformanceofCooling andWasteHeatRecoveryDevicesin WorkshopwithHighRadiantHeat
XI Chong LUO Huilong° CHEN Xin2(1-Kunming University of Science and Technology Institute of Civil Engineering Kunming 650500 Yunnan China:2-China Construction Installtion Group Co. Lad. Shanghai Branch Shanghai 201206 China)
[Abstraet] In this paper the method of heat isolation is adopted to solve the problems of high temperature andinsulation device to reduce workshop temperature and waste heat recovery is studied and the heat recovery large amount of waste heat loss in the workshop with high radiant heat. Through the experiment the heatefficiency of heat insulation screen under different water flow rate is analyzed. The results show that the averageambient temperature drops from 55 °C to 25 °C the insulation effect is obvious. When the water flow rate is 0.05kg/s the waste heat recovery efficiency can reach the maximum of 72.9% and the recovery effect is obvious.
[Keywords] High radiation heat; Heat shield; Workshop cooling; Waste heat recovery
用率低，也是造成高能耗的重要原因².
0引言
随着我国对节能环保方面的日益重视，如何有时，将直接导致人体内部水分大量散失，严重时出 当工人长时间在这种高温、高热环境中工作效利用能源、回收各种余热、减小对周围环境的污现恶心、中著等症状习，对生理系统造成不可逆损染成为人们关注的热点.在传热中只要物体的温度伤4".同时，车间内的生产设备长时间在高温热湿高于“绝对零度”，物体总是不断将热能变为辐射环境下工作，其内部电机极有可能出现过载、短路能，向外发出热辐射.在工业车间，由于锻造、熔等故障，轻则降低生产效率，重则造成人员伤亡事 炼、烧窑等生产操作，存在一些持续散发大量热的故或者使车间内有害物质泄漏口".因此研究如何降
个体热源设备，这些热设备的表面温度通常可以达低车间内的温度非常有必要.到100~1.000℃，热辐射强度往往能达到10.000W/m²，导致工作区域的环境温度甚至能高达间热湿环境进行分析，其中有70%的热量是辐射热由于能源系统缺乏余热回收系统，导致能源综合利算，得出特别是在夏季工况时的热回收，可使制冷
苗青等对含有冷轧连续退火机组的冷轧车100℃.除生产工艺落后、产业结构不合理外，量.杨伟荣对半导体工业洁净室进行热回收并计
设备节约大量的电、煤和气.张颖等2对宝钢企业钢铁生产散发的热量进行充分调研，得出冶炼区域总共散发的热量高达2.5x10tce/a，如果不对设备 的热能进行有效利用，则会造成能源的极大浪费.吸收式制冷机和热变换器在工业的余热回收方面有较好的回收效果-4.钱惠国等5通过研究导流罩炉壁散热回收机理，设计出一种炉窑壁面散热回收系统，并将此系统实际运用到某钢厂的轧钢加热 炉中，计算得到炉壁的散热回收率达到36.23%，有效减少了炉壁热量散失.张俊月对工业余热进行储热和回收，将热量用于区域供热相比燃气供热有较好的经济效果.在隔热材料方面，张弛等研究SiO气凝胶复合材料在隔热方面的作用.国外NIU等设计出一种热电发电机系统，用于低温余热的 回收.WU等I"使用各种淄流模型和DO辐射模型对二维和三维密闭腔中空气的流自然对流，进行数值模拟分析研究.HABEEBULLAH等2利用热管系统回收不锈钢燃烧室内的高温热量.
被周围的吸热板1吸收，同时从入口处进入的换热流体通过下侧管道5进入隔热屏内部横向设置的下侧集管7，流入布有绕流发生器9的排管8，灌满 排管8后继续流入横向设置的上侧集管7，然后从管道5流出，隔热屏装置通过导热与对流的换热方式将热量传递给流体.
图1隔热屏物理模型
目前的研究主要是从隔绝热源、增加通风量、较低、效果较好，增加通风量只能局部改善车间热 机械制冷来对车间环境进行改善.隔绝热源的成本环境，采用机械制冷效果好但投资和运行费用较高，所以对于需要节约成本且有效改善车间热环境的企业，隔绝热源是一种理想的选择.
1-含吸收涂层的吸热板，2-丝堵，3-保温层，4外壳，5-连接管道，6-连接接头，7-集管，8-排管，9-扰流发生器图2隔热屏A-A面图
1.2隔热屏装置方案设计
图3所示为隔绝热源方案原理.
量到车间内，同时将高辐射热加以吸收利用的隔热 本文采用一种能够阻隔高辐射热设备散发热屏装置，并对该装置进行实验研究.
1隔热屏装置
1.1隔热屏工作原理
热屏物理模型结构如图1和图2所示.涂有吸收涂 本文采用的阻隔高辐射热设备向外散热的隔层的吸热板1中，涂层可以提高吸热板的辐射吸收率：吸热板1与外壳4之间填充有保温材料3防止吸收的热量通过外壳散失到车间：排管8是异型管，内壁结构上有扰流发生器9，可以降低层流流态， 增强消流流态，增大水与管壁的传热系数.吸热板1与排管8紧密接触，外壳4将吸热板1、集管7、排管8连接起来形成一个密闭的整体.丝堵将集管7的一端进行密封，防止流体外泄，
图3隔绝热源方案原理
备，其他设备和人体的散热相对于高辐射热设备散 由于车间发热量主要来自车间的高温生产设发的热量可以忽略不计.为了阻隔高辐射热设备持续向车间释放热量，采用一种阻隔散热并且进行余热回收的隔热屏装置.将隔热屏安装在高辐射热设
当高辐射热设备释放辐射热量时，辐射的热量
备的周围，形成完全包裹，阻隔高辐射热设备与工作区域的热量传递，让高辐射热设备运行散发的热量无法进入工作区域：并利用流入到隔热屏管道中 的流体，带走隔热屏所吸收的热量并产生热水，实现余热的回收利用.图4所示为隔绝热源方案实物.
2.2实验测点的布置
本实验房间内部布置有P100铂热电阻，型号为WZPT-291，测温范围为-200~500C，探头材 质为不锈钢，铂热电阻用于测量热源表面温度、房间内部温度和隔热屏进出口流体温度.房间内部布置6个空气温度测点，分为3层，其中Z11、Z21和Z31为中心测点，垂直方向距地面的距离分别为0.3、0.75和1.2m，水平方向两个测点的距离为 1.5m，测点布置如图6所示.
图4隔绝热源方案实物
2降温及余热回收的实验研究
2.1实验装置
为了模拟能够持续散发热量的高辐射热设备，本实验采用4个功率为2kW的不锈钢w型翅片加热管来模拟高辐射热设备的散热，加热管的尺寸 （长x宽）为430mmx300mm，翅间距为5mm.实际工程中高辐射热设备往往具有一定的高度，本文实验平台的搭建如图5所示.
图6实验测点布置
2.3实验工况
搭建隔热屏时，在翅片加热管功率为8kW下室内 实验分为3个工况进行，第一组实验研究在未的温度分布，分别测量了翅片加热管表面的温度变化，以及室内6个空气测点的温度变化.
第二组实验在搭建隔热屏时，加热管功率为8kW下室内温度的分布，为了保证隔热效果，隔热屏搭建后取消内部的3个测点Z11、Z21和Z31， 分别测量了隔热屏外的3个空气测点的温度变化.
第三组实验研究在搭建隔热屏后，在保持隔热屏装置进口流体温度恒定的情况下，通过改变进入隔热屏装置流体的进口流量，分别测量在不同流量时隔热屏装置的出口温度.
2.4阻隔热源散热分析
温度为50℃，在加热起始阶段，热源温度值呈现 热源温度变化曲线如图7所示，热源起始表面较快的增长速度，加热经过40min后，热源表面温度值逐渐趋向稳定，温度变化量逐渐趋向于0，温度稳定在450℃，可知翅片加热管可以较好模拟车间内的高辐射热设备.
图5实验平台
隔热装置由3块隔热屏组成，外壳采用铝合金材料、管道材料为铜、保温层材料为酚醛泡沫保温板，每个隔热屏中有8个管径为10、管间距为120mm的排管、有2个管径为22mm的集管.
由图8可知，Z11、Z21和Z31这3个测点最终稳定在57、74和80℃，说明在垂直方向上越往上温度越高，原因是处于下方的空气受热后密度减 小，热空气上浮，温度出现分层，同时从Z11、Z21和Z31到达稳定温度时三条曲线的斜率可得，测点越靠上，温度上升越快.在38~54min，Z31温度出现一定范围的波动，原因是Z31处热空气受到周围冷空气影响，使该点温度出现一定幅度的波动.
图9Z11与Z12温度变化曲线
图7热源温度曲线
图10Z21与Z22温度变化曲线
图8Z11、Z21、Z31温度变化曲线
由图9~图11可知，在无隔热屏时Z11与Z12，Z21与Z22，Z31与Z32，在水平方向上也出现温度差，且垂直高度越高，水平温度的差值越大，Z31与Z32处的水平差值最大，达到23℃，这是因为下方的空气受热后密度减小，热空气上浮，导致上 方的空气扰动加剧，所以差值最大.有无隔热屏对测点的温度影响很大，Z12、Z22和Z32这3个测点在无隔热屏时稳定温度分别达到54、56和57C：当加了隔热屏装置后3个测点的温度基本都维持在25℃，两者之间的温差平均在30℃.
图11Z31与Z32温度变化曲线
2.5余热回收能力分析
小，隔热屏相互之间利用水管串联连接，水从外接 实验采用变频增压水泵，实时控制水流量大水管流入到隔热屏内部的排管中然后汇集到集管，依次通过隔热屏1~3，吸收热量后从外接水管流出.房间的环境温度为62.19℃，水质量流量大小分别
为0.02、0.03、0.04和0.05kg/s，进口水温保持不量按式（1)计算12 变为20℃，高辐射热设备表面与环境的辐射换热
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(1)
式中，Qd为辐射换热量，W：Ab为高辐射热设备表面积，m²：a为高辐射热设备表面发射率：a为斯蒂芬-玻尔兹曼常数，o=5.67x10W/（m²-K）：T为高辐射热设备表面温度，K：T为周围环境空气平均温度，K.
管内换热流体的吸收热量可按如下公式计算：
(2)
式中，Q为管内换热流体的吸收热量，W：q为隔热屏排管内换热流体的质量流量，kg/s：cw为换热流体的比热容，J/(kgK）：Tw为换热流体的出水温度：T为换热流体的进水温度.
系统的余热回收效率按式（3）计算：
(3)
因此，当水的质量流量分别为0.02、0.03、0.04和0.05kg/s时，隔热屏的出口水温分别为76.81、57.97、48.54和42.86C：余热回收效率分别为 72.5%、72.7%、72.8%和72.9%，回收效果明显.
3结论
本文以高辐射热车间为研究对象，利用翅片加热管模拟车间的发热设备，研究了隔热屏装置在车 间降温和余热回收方面的作用.通过搭建实验平台，分析了测点温度和进出口水温，得到如下结论：
1）隔热屏在未安装时房间测点温度达到55C，安装之后房间的温度降低到25℃，降幅为30℃，说明隔热屏装置可有效阻止热源向周围环境 散热，达到车间降温的目的：
2）当水质量流量大小分别为0.02、0.03、0.04和0.05kg/s时，出水温度分别为76.81、57.97、48.54和42.86℃，余热回收效率分别为72.5%、72.7%、72.8%和72.9%，回收效果明显.
参考文献：
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