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供熱管道保溫材料的選擇

及經(jīng)濟(jì)保溫層厚度計(jì)算

中國(guó)北方地區(qū)冬季采暖，是由熱源通過(guò)管道將90℃以上的熱水輸送至居民小區(qū)的用戶或小區(qū)的換熱站，由于東北地區(qū)冬季室外溫度較低，管道在輸送過(guò)程中，熱媒溫度高于管外環(huán)境溫度和凍土層溫度，熱量將不斷的通過(guò)供熱管道的壁面?zhèn)鬟f給管外空氣或凍土層，這部分熱量稱為管道散熱損失。因此，要通過(guò)對(duì)供熱管道進(jìn)行保溫來(lái)減少這項(xiàng)熱損失。

目前，集中供熱系統(tǒng)的熱水管網(wǎng)，即使有良好的保溫措施，其散熱損失仍約占總輸入熱量的5%～8%。在未實(shí)現(xiàn)熱電聯(lián)產(chǎn)的中小城鎮(zhèn)，供熱形式仍為獨(dú)立小鍋爐分片供熱，因保溫材料選擇的不合理，施工質(zhì)量達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，保溫層破損維修不及時(shí)等原因，其散熱損失會(huì)大大增加，而且這種熱損失是持續(xù)存在的，它不僅會(huì)造成熱媒參數(shù)的變化而影響供熱質(zhì)量，還會(huì)造成較大的能源浪費(fèi)。根據(jù)國(guó)家規(guī)定的城市供熱管網(wǎng)輸送熱效率達(dá)到90%以上的要求，合理選擇供熱管網(wǎng)保溫材料、保溫層厚度及保溫方法，對(duì)有效減少熱媒在輸送過(guò)程中的散熱損失，節(jié)約燃料消耗尤為重要。

1.保溫材料的選擇

由于中國(guó)地域遼闊，氣候條件差異較大，在東北地區(qū)，冬季室外溫度低，應(yīng)考慮選用保溫材料對(duì)供熱管網(wǎng)進(jìn)行保溫。保溫范圍應(yīng)按《熱網(wǎng)規(guī)范》規(guī)定的，供熱介質(zhì)設(shè)計(jì)溫度高于40℃的熱力管道、閥門、設(shè)備一般應(yīng)進(jìn)行保溫。其目的是減少散熱損失，使熱媒能維持一定的溫度和壓力，以滿足生產(chǎn)和生活用熱要求，節(jié)約燃料，并保證熱力管道不受外界影響。目前，熱力管道工程常用的保溫材料種類較多，有石棉、巖棉、珍珠巖、玻璃棉、泡沫橡塑、聚氨酯硬質(zhì)泡沫塑料等制品，按照國(guó)家對(duì)保溫材料選用的現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)和有關(guān)規(guī)定，保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)不得大于0.12(w/m·k)；容重不得大于300kg/m3；含水率小于7.5%；抗壓強(qiáng)度不小于0.4 MPa。為了滿足上述要求，在選擇保溫材料時(shí)應(yīng)參考下列條件進(jìn)行選擇。（1）導(dǎo)熱系數(shù)小；（2）容重小；（3）堅(jiān)固耐用，有一定的抗壓強(qiáng)度；（4）能耐一定溫度，不燃或難燃；（5）抗?jié)裥詮?qiáng)，吸水率低，不會(huì)因水泡受潮而變質(zhì)損壞；（6）原料來(lái)源廣，制造施工方便，價(jià)格低廉。

幾種常用保溫材料的性能見(jiàn)表

表1 中介紹了部分常用保溫材料的性能參數(shù)，表內(nèi)未列的其它保溫材料的性能參數(shù)可在有關(guān)設(shè)計(jì)手冊(cè)中查到。

根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范對(duì)供熱管道保溫材料的選擇要求，考慮材料的綜合性能和工程中實(shí)際應(yīng)用的保溫效果，聚氨酯硬質(zhì)泡沫塑料和泡沫橡塑材料在近年來(lái)被廣泛用于供熱管道保溫工程。

聚氨酯硬質(zhì)泡沫塑料主要用于外網(wǎng)供熱管道的保溫，其優(yōu)點(diǎn)是，導(dǎo)熱系數(shù)小、容重輕、吸水率低，有一定的抗壓強(qiáng)度。聚氨酯發(fā)泡后因附著力較強(qiáng)，管道外表面可不做防腐處理，節(jié)省防腐材料和人工費(fèi)，同時(shí)外層的塑料保護(hù)層可以起到防水阻燃，保護(hù)聚氨酯材料的完好，延長(zhǎng)使用壽命等作用，使保溫材料的維修更換費(fèi)用大大降低。

泡沫橡塑管殼，由于該材料的抗壓強(qiáng)度低，目前主要用于地溝、管井內(nèi)的采暖干管和支管的保溫，其優(yōu)點(diǎn)是導(dǎo)熱系數(shù)小、容重輕、便于安裝，并容易對(duì)閥門、三通、彎頭等不規(guī)則管件進(jìn)行吻合包裹，達(dá)到減少散熱損失的目的，也是供熱管道理想的保溫材料。

2.經(jīng)濟(jì)合理保溫層厚度的簡(jiǎn)便計(jì)算

供熱管道保溫層厚度是由技術(shù)和經(jīng)濟(jì)兩方面因素來(lái)決定的。所謂“保溫層經(jīng)濟(jì)厚度"是指包括供熱管道保溫結(jié)構(gòu)的投資、折舊費(fèi)、年運(yùn)行維修費(fèi)和管道保溫后的散熱損失費(fèi)在內(nèi)的總費(fèi)用為zui小時(shí)的保溫層厚度，保溫層厚度不夠，散熱損失增大，造成能源的浪費(fèi)。保溫層厚度的增加，可以減少散熱損失，節(jié)省燃料，減少運(yùn)行費(fèi)用，然而確增加了保溫結(jié)構(gòu)的一次性投資。所以，合理的確定保溫層厚度既節(jié)約了能源又減少了工程造價(jià)，是供熱管網(wǎng)工程十分重要的環(huán)節(jié)。

根據(jù)《設(shè)備及管道保溫設(shè)計(jì)導(dǎo)則》GB /T8175中管道允許zui大散熱損失的規(guī)定，見(jiàn)表2。

管道的保溫層厚度與管道的直徑、管道表面溫度、材料的導(dǎo)熱系數(shù)、管道允許zui大的散熱損失有關(guān)。經(jīng)濟(jì)合理的保溫層厚度的簡(jiǎn)便計(jì)算方法，可按下式計(jì)算：

式中：D—管道外徑(mm)；λ—保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)(w/m．k) 查表得出; t1—管道外表面溫度，(℃)約等于管道內(nèi)介質(zhì)溫度; q—允許zui大散熱損失(w /m) ，由表2 查得；δ—保溫層厚度(mm)。

由上式可以看出，管道外徑、保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)、輸送的介質(zhì)溫度一定時(shí)，保溫層的厚度是隨管道的散熱損失的變化而變化的，因此按照表2，國(guó)家規(guī)定的允許zui大散熱損失確定保溫層厚度，是經(jīng)濟(jì)合理的。