供熱管道經(jīng)濟保溫層厚度的計算

摘要：合理選擇供熱管道的保溫層厚度，對減少管道在輸送熱媒過程中的散熱損失，降低工程造價尤為重要，通過提出經(jīng)濟分析法和允許最大散熱損失法兩種方法計算管道經(jīng)濟保溫層厚度，對保溫工程厚度的選取提出了建議。

關鍵詞：管道 保溫經(jīng)濟厚度 熱損失

1 概述

依據(jù)熱網(wǎng)運行的經(jīng)驗分析可以知道，即使熱水管網(wǎng)有良好的保溫措施，還是會有一定的熱損失，它的熱損失占總輸出熱量的5%～8%，蒸汽官網(wǎng)為8%～12%；與之相應的是，大約熱網(wǎng)管道費用的25%～40%是保溫結(jié)構的費用。所以，不管是對于供熱質(zhì)量還是節(jié)約投資方面保溫工作都有著很重要的意義。

《熱網(wǎng)規(guī)定》要求：對于那些供熱介質(zhì)設計溫度高于60℃的熱力管道、設備、閥門應該采取保溫措施。規(guī)定中對保溫材料及其制品的技術性能也做了一些要求，主要提出了以下幾點要求：

①平均溫度下的導熱系數(shù)值不能超過0.12W/（m·℃），導熱系數(shù)值不是固定的，它會隨著溫度的變化而改變，應該有明確的反映兩者關系的導熱系數(shù)方程式和圖表，對于松散的或可壓縮的保溫材料及其制品，應具有在使用密度下的導熱系數(shù)方程式或圖表；

②密度不應該超過350kg/m3；

③硬質(zhì)預制成型制品的抗壓強度不應小于300kPa，不包括軟質(zhì)、散狀材料。重量輕、導熱系數(shù)小，在使用溫度下不變形或變質(zhì)、具有一定的機械強度、不腐蝕、可燃成分小、吸水率低、易于施工成型，且成本低廉的保溫材料是良好的保溫材料。

2 經(jīng)濟保溫厚度的計算

供熱管道保溫熱力計算的任務是計算管路散熱損失、供熱介質(zhì)沿途溫降、管道表面溫度及環(huán)境溫度，從而確定保溫層厚度。在工程設計的時候，應該首先計算出管路散熱的損失，在這個基礎上，通過技術分析可以得出一個“經(jīng)濟保溫厚度”，在選擇管道保溫層厚度的時候應該優(yōu)先這個經(jīng)濟保溫厚度”。不難發(fā)現(xiàn)，當保溫層越厚的時候，管路散熱的損失就會越小，使用的燃料也會越少；但是保溫層的厚度和保溫結(jié)構費用也是成正比的，當保溫層的厚度加大的時候，保溫結(jié)構費用也會越來越大，無疑會增加更多的投資費用，所謂“經(jīng)濟保溫厚度”是指：保溫管道年熱損失費用與保溫結(jié)構投資的年分攤費用為最小值時的保溫層厚度。

目前，保溫材料厚度的確定主要是按熱經(jīng)濟分析法確定經(jīng)濟厚度和按國家標準最大允許散熱損失計算法。

2.1 按經(jīng)濟分析法計算保溫層經(jīng)濟厚度

2.1.1 管道散熱損失計算

根據(jù)傳熱學原理，管道散熱損失可由下式求得：

q=■·1+β（1）

式中：q——單位管道熱損失，W/m；

t——管道中熱媒溫度，℃；

t0——管道周圍環(huán)境（空氣）溫度，℃；

Rn——從熱媒到管內(nèi)壁的熱阻；

Rg——管壁熱阻；

Rb——保溫材料熱阻：

Rb=■·In■

Rw——從管道保溫層外表面到周圍介質(zhì)（空氣）的熱阻：

Rw=■

d——管道外徑，m；

λ——保溫材料導熱系數(shù)，W/（m2·℃）；

δ——保溫材料厚度，m；

α——保溫層外表面對周圍介質(zhì)對流放熱系數(shù)，W/（ ℃）， 值可用下列近似公式求得：

α=11.6+7■

ν——保溫層外表面周圍介質(zhì)流動速度，m/s；

β——管道附件、閥門、補償器、支座等散熱損失附加系數(shù)，可按下列數(shù)值計算：對地上敷設和地溝敷設，β=0.15～0.20；對直埋敷設，β=0.1～0.15。

熱媒對管內(nèi)壁的熱阻和金屬管壁的熱阻其他兩項熱阻相比數(shù)值很小，在實際計算中可將它們忽略不計。由此式（1）可簡化為：

q=■·1+β

=■·1+β

由此式可得出散熱量與保溫層厚度的關系，需注意的是計算所得出q需滿足國標《設備及管道保溫技術通則》要求。

2.1.2 管道年經(jīng)營費用Z計算

官網(wǎng)的折舊、維修年扣除費用，按官網(wǎng)投資的百分率計算。根據(jù)規(guī)定，管網(wǎng)的基本折舊率按4.8%計算，大修費用按1.4%計算，再考慮小修和其他費用，總折舊率f=8%～10%計，可按下式：

Z=（ω+f）K+Crs（2）

式中：K——每米管段的保溫層費用和保護層費用：

K=■d+2δ■-d■j■+πd+2δj■

j■——保溫材料費用，元/m3；

j■——保護層費用，元/m3；

Crs——管網(wǎng)年熱損失費用：

Crs=jr·q·m

jr——熱能價格，元/MWh；

m——管網(wǎng)年工作小時數(shù)，h/年；

由此便得出管道年經(jīng)營費用Z與保溫層厚度δ的關系式：

Z=ω+f■d+2δ■-d■j■+πd+2δj■+j■·m·10■·■·1+β （3）

此計算式計算量大且比較復雜，通常利用計算機編程求極值，從而求得經(jīng)濟保溫層厚度。

2.2 按允許最大散熱損失計算法

根據(jù)《設備及管道保溫設計導則》GB/8175可查得不同管徑在不同輸送介質(zhì)溫度下的允許最大散熱損失q，保溫層厚度δ可按下式計算：

δ=2.75■

式中：D——管道外徑，mm；

λ——保溫材料的導熱系數(shù)，W/（m2·℃）；

t1——管道外表面溫度，℃；

q——允許最大散熱損失，W/m；

從上面的公式可以看出，如果保溫材料的導熱系數(shù)、管道外徑、輸送介質(zhì)溫度都是不變的，那么隨著散熱損失的變化保溫層的厚度也會跟著變化，所以，在確定保溫層厚度的時候，利用國家規(guī)定的允許最大散熱損失是經(jīng)濟合理的。

3 結(jié)束語

合理的選擇供熱管道保溫材料及保溫層厚度，降低供熱管道的散熱損失同時減少管道投資費用，在當前節(jié)能減排的新形勢下十分重要，在設計過程中應該多方面的綜合考慮各種影響因素，比如各地區(qū)的氣候環(huán)境、材料的性能、保溫效果等，選擇合理經(jīng)濟的保溫層厚度。

參考文獻：

[1]賀平，孫剛.供熱工程[M].中國建筑工業(yè)出版社.

[2]《設備與管道保溫設計通則》GB 4272-92.

[3]張熙民，任澤霈，梅飛鳴.傳熱學（第五版）[M].中國建筑工業(yè)出版社.