圓筒形保冷層厚度計算探討

李波

（上海一建安裝工程有限公司，上海 200437）

設(shè)備和管道的保冷是暖通空調(diào)工程中一個重要的環(huán)節(jié)，保冷設(shè)計的合理與否直接影響到空調(diào)系統(tǒng)的正常運(yùn)行和一次投資［1］。本文通過引用相關(guān)文獻(xiàn)和規(guī)范的計算公式，運(yùn)用絕熱層經(jīng)濟(jì)厚度和防結(jié)露方法計算出不同管徑下的保冷層厚度。同時通過不同工況下理論的計算結(jié)果與規(guī)范［2］［3］對比，選用出合理的保冷層厚度，可供實際項目施工運(yùn)營維護(hù)時采用和參考，減少不必要的投資和浪費(fèi)，也避免結(jié)露滴水現(xiàn)象的發(fā)生。下述公式和計算過程均指室內(nèi)環(huán)境的圓筒形保冷厚度計算。平板形保溫和保冷的厚度的2種計算方法（經(jīng)濟(jì)厚度法和防結(jié)露厚度法），由于計算過程相對較簡單和篇幅限制，在此不做過多敘述。

1 基本計算公式

1.1 圓筒型單層保冷層經(jīng)濟(jì)厚度計算恒等式(1-1):

式中：δ—絕熱層厚度，mm；D0—管道或設(shè)備外徑，m；D1—管道或設(shè)備絕熱層外徑，m；PE—能量價格，元/GJ；PT—絕熱結(jié)構(gòu)單位造價，元/m3；λ—絕熱材料在平均溫度Tm下的導(dǎo)熱常數(shù), W/(m2·℃)；橡塑保溫材料：；as—絕熱層（最）外表面向周圍空氣的放熱系數(shù)，W/(m2·K)，其中防燙和防結(jié)露計算中，as可 直接取8.141；W— 年平均風(fēng)速，m/s；t—年運(yùn)行時間，h（常年運(yùn)行的按2880h計，其余按實際情況計算）；T0—管道外表面溫度，℃；Ta—環(huán)境溫度（運(yùn)行期間平均氣溫），℃；Ts—絕熱層外表面溫度，℃；S—絕熱投資貸款年分?jǐn)偮剩?；i—年利率（復(fù)利率），%；n—計息年數(shù)，年。

1.2 圓筒型單層防絕熱層外表面結(jié)露厚度計算恒等式：

式中:Ts-絕熱層外表面溫度，計算時取高于環(huán)境露點溫度0.3℃以上，Ts=Td+ 0.3；

Td—當(dāng)?shù)貧庀髼l件下最熱月的露點溫度，℃；

2 計算舉例分析

2.1 圓筒型單層保冷層經(jīng)濟(jì)厚度計算示例：

按上述公式（1-1）～（1-2）調(diào)整推導(dǎo)，得下述組合公式（1-5）：

我們以上海地區(qū)空調(diào)冷水管保冷厚度計算為例，其中：PE取75元/GJ；λ為絕熱材料在平均溫度下的導(dǎo)熱常數(shù), W/(m2·℃)，此處計算以柔性泡沫橡塑保溫材料為例，計算如表2所示；PT取3400元/m3；t取2880h，按每天12h，8個月運(yùn)行計算；i取10%，n取為6年，S計算按公式1-2可得22.96%。as計算按公式1-3可得24.497 W/(m2·K)；T0為設(shè)備或管道的外表面溫度，當(dāng)管道為金屬材料時可取管內(nèi)的介質(zhì)溫度，℃，此處為上海徐匯地區(qū)具體項目，取7°C；Ts為絕熱層外表面溫度，℃，在防結(jié)露厚度計算中，為最熱月露點溫度Td加0.3℃；Ta為環(huán)境溫度，℃，取為設(shè)備或管道運(yùn)行期間的平均氣溫，由于上海屬于Ⅱ類較潮濕地區(qū)，此處取33.0℃；Td根據(jù)設(shè)備或管道運(yùn)行期間環(huán)境平均溫度Ta（33℃）和最熱月月平均相對濕度（80%）查表［4］得到，可得上海地區(qū)室內(nèi)不利的露點溫度為29℃，TS取為29.3℃；B是由于吸濕、老化等原因引起的保冷厚度增加的修正系數(shù)，視材料而定，通常可取1.05～1.3，此處取值參文獻(xiàn)［5］［6］［7］。

綜上述參數(shù)，按照公式（1-1）～（1-3）可得絕熱層厚度冪指數(shù)常數(shù)δ1，計算結(jié)果如表1所示；據(jù)表1計算結(jié)果，按照組合公式（1-5）及查詢“附表1：x與xlnx函數(shù)表(當(dāng)x=1～2.50時的xlnx)值”可得不同管徑下的單層保冷經(jīng)濟(jì)厚度，計算結(jié)果如表3所示。

表1 絕熱層厚度冪指數(shù)常數(shù)δ1 計算表（經(jīng)濟(jì)厚度）

表2 導(dǎo)熱系數(shù)λ計算表

表3不同管徑單層保冷層經(jīng)濟(jì)厚度計算表

2.2 圓筒型單層保冷外表面結(jié)露厚度計算示例

按前述公式（1-4）調(diào)整推導(dǎo)，得下述組合公式：

我們以上海地區(qū)空調(diào)冷水管保冷厚度計算為例，其中：as在防燙和防結(jié)露計算中，可直接取為8.141 W/(m2·K)；B值取1.3。其它參數(shù)取值，可參考2.1條中所述。按照公式（1-4）可得絕熱層厚度冪指數(shù)常數(shù)δ1，計算結(jié)果如表4所示；據(jù)表4計算結(jié)果，按照組合公式（1-6）及查詢“附表1∶x與xlnx函數(shù)表(當(dāng)x=1～2.50時的xlnx)值”可得不同管徑下的單層保冷防結(jié)露厚度，計算結(jié)果如表5所示，其值接近且略小于規(guī)范推薦值，隨管徑的增大而增大。

表4 絕熱層厚度冪指數(shù)常數(shù)δ1計算表（防結(jié)露）

表5 不同管徑單層保冷經(jīng)濟(jì)厚度計算表

2.3 圓筒型單層保冷層外表面防結(jié)露厚度不同工況下計算對比

x x

由于通過表3和表5的數(shù)據(jù)分析可知，在上海地區(qū)，絕熱層厚度的選取，主要還是以外表面防結(jié)露厚度計算為依據(jù)。因此，我們下面以上海徐匯地區(qū)DN1000冷水管道單層保冷外表面防結(jié)露厚度計算舉例，討論其在不同的相對濕度和室內(nèi)管道或設(shè)備運(yùn)行平均溫度條件下，其絕熱層厚度的變化趨勢及范圍，其計算結(jié)果如下圖1和圖2所示，在絕熱層厚度具體選型時，具有一定的參考價值。

圖1制圖條件：管內(nèi)介質(zhì)溫度T0=7℃，保持室內(nèi)環(huán)境溫度Ta= 33℃不變，as=8.141 W/(m2·K)；

圖2制圖條件：管內(nèi)介質(zhì)溫度T0=7℃, 保持室內(nèi)相對濕度γ=80%不變,as=8.141 W/(m2·K)；

圖1 δ與γ 變化曲線圖

圖2 δ與T 變化曲線圖

從圖1和圖2分析可知，相對濕度大于80%時，其絕熱層厚度變化急劇增大，相對濕度的改變比室內(nèi)溫度的變化更能直接影響絕熱層厚度。所以管道或設(shè)備防結(jié)露中，濕度控制相當(dāng)重要，在一些發(fā)熱量較大的數(shù)據(jù)或配電機(jī)房內(nèi)，濕度控制顯得尤為重要。

運(yùn)用上述2.2節(jié)中相同的思路和方法，可計算出上海地區(qū)室內(nèi)冷卻水管（供32℃/回37℃）保冷層厚度，其厚度小于3mm，可見在室內(nèi)相對干燥的非重要機(jī)房和管井內(nèi)，可不外包覆絕熱層，節(jié)省一定初投資。

2.4 附表

下述附表1可供工程設(shè)計人員查詢直接引用，也可自制excel表格，使x取值區(qū)間更小，結(jié)果更加的精確。也可用同行的excel迭代法［8］計算或自制軟件［9］計算，各有利弊，看使用者的對精度和范圍的具體要求。

附表1 x與xlnx函數(shù)表(當(dāng)x=1～2.50時的xlnx)值

3 結(jié)論

經(jīng)上述計算分析，可知: 管道保冷經(jīng)濟(jì)厚度計算略小于防結(jié)露厚度計算，所以，工程上一般采用防結(jié)露厚度計算結(jié)果；同一地區(qū)，工況相同條件下，管徑越大，所用保冷材料厚度越大；相同管徑條件下，設(shè)備或管道運(yùn)行期間的平均溫度越高，其所采用的的保冷材料厚度越大，同理，設(shè)備或管道運(yùn)行期間的相對濕度越大，其所采用的的保冷材料厚度越大［10］，最終歸結(jié)為保冷材料厚度與露點溫度正相關(guān)；上述附表1 可供其他地區(qū)引用，也可通過excel再細(xì)化x的取值區(qū)間和擴(kuò)大x的取值范圍，使計算結(jié)果更加精確和廣泛。