保溫材料的選擇與厚度確定

（山東魯泰煤業有限公司太平煤礦，山東，濟寧，273517）

【摘 要】保溫材料的種類、性能和厚度直接影響系統運行費用和初期投資，為降低投資，減少運行費用，節約能源，文章給出了保溫材料的選擇和各種工況下保溫層厚度的確定。

【關鍵詞】保溫材料；經濟厚度；熱損失控制法；表面溫度控制法

保溫隔熱材料與制品是影響建筑節能一個重要的影響因素。建筑保溫材料的研制與應用越來越受到世界各國的普遍重視。20世紀70年代后，國外普遍重視保溫材料的生產和在建筑中的應用，力求大幅度減少能源的消耗量，從而減少環境污染和溫室效應。國外保溫材料工業已經有很長的歷史，建筑節能用保溫材料占絕大多數，而新型保溫材料也正在不斷地涌現。

1 保溫材料的選擇

暖通空調工程中的設備和管道，為使其經濟合理、安全運行、節約能源、改善操作條件及保護環境，均應根據不同要求進行保溫處理并附加保護層。

目前常用的保溫材料多種多樣，主要有：聚乙烯、聚苯乙烯、聚氨酯、玻璃棉等。其保溫性能、經濟性能也千差萬別，因而在選擇保溫材料時要本著因地制宜，就地取材的原則，選取來源廣泛，保溫性能好，易于施工，敷設方便，經濟耐用的材料，通過對各種材料進行綜合比較后，確定最佳方案。選擇保溫材料時應著重注意以下幾個方面的指標：

1.1 導熱系數小、保溫性能好，并應考慮保溫性能隨溫度變化的特征是否適應具體的工作環境。

1.2 選用質輕疏松材料。一方面，能減輕保溫管道的重量，減小管道支架的荷載；另一方面，可以增大保溫材料的傳熱熱阻。

1.3 具有抗蒸汽滲透性能，吸水率低且耐水性能好，且吸水后其保溫性能不能發生很大變化。尤其是對直埋敷設或地溝內敷設管道。

1.4 保溫材料不宜采用有機物以免在潮濕的環境中發生蟲蛀、腐爛、生菌；也不宜采且易燃物，以免發生火災。

2 保溫層厚度的確定

對于不同的工作介質、不同的管材和工作環境的不同要求，保溫層厚度的計算也應采用不同的方法，針對不同工況在查閱相關資料的基礎上結合實際工作總結以下幾種方法。

2.1 “經濟厚度”計算法

所謂“經濟厚度”是指在保溫層的壽命期限內有“年工作費用”（E），它是包括維修費在內的保溫材料年折舊費（E1）和能量損失量（E2）。保溫材料的年折舊費隨保溫層厚度的增加而增加，其能量損失費隨保溫層厚度的增加而減少。故年工作費用有一最小值。與該值相對應的保溫層厚度稱為“經濟厚度”，如圖1所示。影響該厚度的因素主要有保溫材料品質、價格、能量價格、運行時間等。下面以工程中常見的圓形管道為例闡述以經濟厚度作為保溫層厚度的計算方法。

假定周圍環境溫度tw[℃]，保溫層的厚度δ[m]，保溫材料的導熱系數λ[w/(m℃)]，保溫層外表溫度t0[℃]，外表換熱系數αw[w/（m2℃）]，保溫材料及施工維修費用在內的單位價格 y[元/m3]，管道外半徑r1[m]，保溫材料的年折舊率b，全年輸送熱媒的工作時間T[s]，能量單價f[元/J]。設保溫層外半徑r2[m](為便于處理，均采用國際單位)。

則其單位長度的年工作費用E可表示為：

（1）

由 得到：

（2）

在通常情況下，因為保溫材料大都滿足

得

代入式（2）得到：

上式為一超越方程，手算很難求出，借助于計算機可求得保溫層的外半徑r2。

得保溫層的經濟厚度為δopt=r2-r1 （3）

2.2 熱損失控制法

所謂“熱損失控制法”就是控制保溫材料表面單位面積（長度）的最大允許熱損失量，使之在工藝允許的范圍內。這類保溫層的厚度計算可通過傳熱方程式求得保溫層的最小厚度。設[q]為m2保溫層外表面積的最大允許散熱損失[w/m2]，由傳熱方程式可導出（仍以圓形管道為例）：

（4）

得

（5）

2.3 表面溫度控制法

所謂“表面溫度控制法”是指在暖通空調和熱能工程中，為了防止輸送冷媒管道的外表面結露或輸送高溫介質管道的防燙傷等，必須限制保溫層的外表面溫度。

2.3.1 防結露保溫層厚度計算

冷媒管道外表面結露是因為其表面溫度低于周圍環境空氣的露點溫度而引起的。防止結露的措施主要是合理確定保溫層的厚度，使管道保溫層的外表面溫度高于環境空氣的露點溫度。高td為當地氣象條件下最熱月的平均露點溫度[℃]，在實際計算中，取保溫層外表面溫度 比當地氣象條件下空氣露點溫度高1—2℃。則：

（6）

由式（6）得：

借助于計算機可由上式求得保溫層的外半徑r2，則保溫層厚度為：

2.3.2 防燙傷保溫層厚度確定

與防止外表面結露的保溫層厚度計算方法相同，只需用防燙傷保溫層外表面溫度ts代換t (一般取ts=60℃)即可。

3結論

3.1 根據不同的設計工藝要求，管道保溫層厚度的計算方法見表1。

3.2 在實際工程計算中，為同時滿足經濟、節能及設計工藝要求，保溫層厚度的確定往往是多種計算方法結合使用。通常的做法是先確定其“經濟厚度”，然后進行校核，驗證其經濟厚度是否滿足設計的工藝要求；若經濟厚度不能滿足設計的工藝要求，再按工藝要求應用“熱損失控制法”或“表面溫度控制法”確定保溫層厚度。

4 結語

建筑節能是一項系統工程，保溫材料的科學選擇和精確施工對于節能有著重要的作用。隨著新型保溫材料的不斷涌現，保溫層設計與施工工藝也必然發生相應的變化，這就需要根據工程實際情況作出具有針對性的解決方案。

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作者簡介：

劉嶺（1968—），男，山東微山人，山東魯泰煤業有限公司太平煤礦工程師，研究方向：供熱通風與空氣調節。