絕熱型管道支吊架在機(jī)場(chǎng)空調(diào)冷凍水系統(tǒng)的運(yùn)用研究

施文賓，張海龍，袁黃峻

（中國(guó)建筑第八工程局有限公司，上海 200135）

1 前言

杭州國(guó)際機(jī)場(chǎng)三期新建航站樓及陸側(cè)交通中心項(xiàng)目由能源中心提供制冷和供暖的冷熱水介質(zhì)至各功能區(qū)的熱力交換站，再經(jīng)各站區(qū)用戶側(cè)的冷熱泵組向各區(qū)域的空氣溫度處理系統(tǒng)提供冷熱水。由供水和回水兩根管道形成循環(huán)回路。

2 管道支吊架的絕熱

2.1 管道支吊架的功能

管道沿管廊敷設(shè)或懸掛于建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)都要由支吊架支承重量。管內(nèi)介質(zhì)與建筑物有溫度差異時(shí)，管道各支吊點(diǎn)相對(duì)生根點(diǎn)會(huì)有空間移動(dòng)，因而支吊架還應(yīng)滿足并控制移動(dòng)的功能，阻止支吊處不發(fā)生過(guò)載或失載，避免管道出現(xiàn)過(guò)大的應(yīng)力和應(yīng)力變幅以及變形。管道支吊架還要保障在地震大風(fēng)等自然災(zāi)害時(shí)維持管道輸送介質(zhì)的能力，并抑制突然停泵，閥門急關(guān)等技術(shù)故障對(duì)管道的沖擊振動(dòng)。

2.2 管道支吊架的絕熱

鋼管內(nèi)流過(guò)遠(yuǎn)低于環(huán)境溫度的冷水時(shí)，容易在鋼管外壁形成水汽凝結(jié)，水滴流動(dòng)惡化環(huán)境，需要包裹保冷絕熱材料防止凝露。鋼管內(nèi)流過(guò)高于50℃的熱介質(zhì)且管道又易被人體接觸時(shí)會(huì)引起燙傷危害，同樣需要隔熱。保冷隔熱的絕熱層能大大減小鋼管和環(huán)境間的熱量或冷能的交換，降低冷熱介質(zhì)輸送途中的損耗。一般要求這些絕熱材料的導(dǎo)熱系數(shù)低于0.05W/(m·k)，甚至低于0.03W/(m·k)。一些新的絕熱材料比重很小，空隙率較高，一旦侵入水分，導(dǎo)熱系數(shù)急劇變差，因此，絕熱層外還要加防潮隔離層和保護(hù)層。這些材料的缺點(diǎn)是無(wú)承載強(qiáng)度，無(wú)法襯墊在管道和鋼制支吊架之間傳遞管道荷載。

2.3 聚氨酯絕熱材

新型的高密度發(fā)泡聚氨酯具有優(yōu)良的絕熱性能。

發(fā)泡聚氨酯中細(xì)小空泡不連通，外表濕潤(rùn)的水汽不會(huì)進(jìn)入內(nèi)部，不降低絕熱性能。

導(dǎo)熱系數(shù)低，≤0.05W/（m·k）。

高密度硬質(zhì)發(fā)泡聚氨酯的抗壓強(qiáng)度不低于4.5MPa。

抗蟲蛀和霉菌，在130℃以下壽命達(dá)30年。

加入阻燃劑后氧指數(shù)≥32，抗燃燒性能優(yōu)于木材。

制造工藝簡(jiǎn)單，在模具內(nèi)發(fā)泡成型。僅厚度單層不宜超過(guò)80mm外，長(zhǎng)度和直徑不受限。現(xiàn)代發(fā)泡劑不損害臭氧層。

3 絕熱型管道支吊架的品種

3.1 中小口徑絕熱型管道支吊架

中小口徑管道常懸掛在樓板下，吊架分單點(diǎn)懸掛和橫擔(dān)雙桿懸掛。生根處采用鉸狀連接，吊桿的擺動(dòng)允許管道軸向或側(cè)向偏移。

3.2 絕熱型固定管座

大口徑管道主要沿管廊或建筑地面敷設(shè)。固定管座是管系中重要的支座。它是控制管道熱脹冷縮的零點(diǎn)，受力復(fù)雜荷載大。固定管座的軸向力由內(nèi)水壓力、波紋管彈性變形力和管道熱脹冷縮移動(dòng)時(shí)底座的摩擦阻力等三部分組成。為從光滑的鋼管外壁向建筑物傳遞軸向力，需在鋼管外焊接傳力長(zhǎng)塊。絕熱型固定管座則在管道外焊接承力環(huán)。

承力環(huán)兩側(cè)設(shè)絕熱圈，外側(cè)被上下分瓣帶扇形擋板的上下管夾夾緊，底部與U型座焊接再固定在建筑物上。固定管座的安裝處支墩內(nèi)要布置足夠的鋼筋，滿足固定管座向建筑傳力的需要。絕熱型固定管座結(jié)構(gòu)復(fù)雜，耗鋼量大，但能減少冷熱能量的流失。

3.3 絕熱型滑動(dòng)和導(dǎo)向管座

絕熱型滑動(dòng)和導(dǎo)向管座是在管道和管夾間設(shè)置一圈分半組合的絕熱環(huán)。下半管夾焊在U形或丄形座上。底面設(shè)聚四氟乙烯-鏡面不銹鋼板組成的低摩擦阻滑動(dòng)副，滑動(dòng)摩擦阻系數(shù)≤0.1，若抹些硅脂可降至0.05。遠(yuǎn)低于鋼-鋼之間的摩阻系數(shù)0.3，在管道熱脹冷縮時(shí)，管座底面滑動(dòng)阻力的降低了管道內(nèi)軸向推拉應(yīng)力和固定管座的軸向推拉力。

導(dǎo)向管座是在滑動(dòng)管座安裝聚四氟乙烯的鋼底板兩端加焊導(dǎo)向板，限制管道側(cè)向移動(dòng)。常用在長(zhǎng)度補(bǔ)償用波紋管或筒式伸縮節(jié)的兩端，一般各兩只。阻止管道側(cè)移損壞波紋管伸縮節(jié)。

滑動(dòng)和導(dǎo)向管座見(jiàn)圖1。

圖1 滑動(dòng)和導(dǎo)向管座

4 絕熱型管道支吊架的技術(shù)要求

4.1 絕熱要求

絕熱型管道支吊架的絕熱設(shè)計(jì)應(yīng)符合GB/T8175《設(shè)備及管道絕熱設(shè)計(jì)導(dǎo)則》和GB/T15586《保冷設(shè)計(jì)導(dǎo)則》的規(guī)定。主要是保冷防凝露和隔熱防燙傷厚度計(jì)算。

對(duì)低溫管道防凝露的計(jì)算方法如下。

氣象參數(shù)：當(dāng)?shù)丨h(huán)境溫度一般取夏季空調(diào)室外干球計(jì)算溫度ta，并按最熱月平均室外計(jì)算相對(duì)溫度查取露點(diǎn)溫度。

管道外表面溫度to取管內(nèi)介質(zhì)的正常運(yùn)行溫度。按管道外徑Do,絕熱層徑向厚度δ算得絕熱層外徑D1=DO+2δ。

查取保冷層導(dǎo)熱系數(shù)λ=0.05w/(m·k)（聚氨酯）和保冷外表面與環(huán)境的換熱系數(shù)α取8.14w/(m2·k)。

計(jì)算保冷層外表面溫度ts的方法是：

筒形保冷環(huán)內(nèi)傳遞的熱量（單位軸向長(zhǎng)度）

筒形保冷環(huán)外表面從環(huán)境吸收熱量（單位軸向長(zhǎng)度）

在穩(wěn)定狀態(tài)下qo=qa得

杭州地區(qū)ta=35.7℃，濕度80%，露點(diǎn)溫度31.91℃；取最大管徑DN1400，oD=1420mm，聚氨酯絕熱塊徑向厚，保冷層外徑。

按冷凍水to=5.6℃算得聚氨酯外表面溫度ts=32.42℃高于當(dāng)?shù)叵募韭饵c(diǎn)溫度31.91℃近0.5℃滿足防凝露要求。

4.2 承載要求

絕熱型管道支吊架的承載能力設(shè)計(jì)應(yīng)符合GB/T17116《管道支吊架》和GB50316《工業(yè)金屬管道設(shè)計(jì)規(guī)范》的規(guī)定。建筑工業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JG/T202-2007《工程管道用聚氨酯、蛭石絕熱材料支吊架》對(duì)絕熱型管道支吊架的承載能力要求是“在室溫下施加1.6倍許用荷載時(shí)，鋼構(gòu)件不應(yīng)出現(xiàn)塑性變形，絕熱支撐件不應(yīng)凹陷和開(kāi)裂；室溫下施加4倍許用荷載時(shí)，鋼構(gòu)件不應(yīng)開(kāi)裂，絕熱支撐件不應(yīng)碎裂，組合件不應(yīng)喪失承載能力”。這條款與GB/T17116.1-1997的5.3.3條相對(duì)應(yīng)。即鋼材的許用應(yīng)力取使用溫度下最小抗拉強(qiáng)度的1/4和最小屈服強(qiáng)度的5/8中的小值，在GB/T17116.1-2018版的6.3.3條將這兩個(gè)數(shù)值修改為1/3和1/1.5，即安全系數(shù)由4降為3。

絕熱型滑動(dòng)和導(dǎo)向管座中聚氨酯絕熱塊按內(nèi)弧的底部90°范圍內(nèi)承載。

抗壓強(qiáng)度≥4.5N/mm2的聚氨酯[]σ可取4.5/3=1.5N/mm2。底部滑動(dòng)副中聚四氟乙烯的拉伸強(qiáng)度≥30N/mm2，亦取安全系數(shù)n=3,許用壓應(yīng)力為10N/mm2，配用的聚四氟乙烯片的面積AF≥P/10。

4.3 滑動(dòng)座的滑動(dòng)量

冷熱水交替運(yùn)行的管道最大熱脹冷縮量按下式計(jì)算。

式中，1.3×10-51/℃為碳鋼的熱脹系數(shù)；L為離固定管座最遠(yuǎn)的滑動(dòng)導(dǎo)向管座距離；tH和tC分別為管道內(nèi)介質(zhì)最高溫和最低溫。

5 結(jié)語(yǔ)

（1）絕熱型管道支吊架采用低導(dǎo)熱系數(shù)的非金屬隔熱塊切斷了金屬管道與支吊架之間熱量流失的“熱橋”或“冷橋”，能將能量損失降低一半以上。（2）用高密度硬質(zhì)發(fā)泡聚氨酯絕熱塊代替木塊絕熱，提高了絕熱效果和使用年限，是空調(diào)用冷熱水管道支吊架中保冷隔熱材的首選。（3）絕熱型管道支吊架中絕熱塊的質(zhì)量及與鋼構(gòu)件的尺寸配合質(zhì)量和安裝質(zhì)量是保障管道系統(tǒng)安全運(yùn)行的基礎(chǔ)，但也需做好定期檢查維護(hù)。