民用建筑空調(diào)冷凝水管橡塑保冷厚度分析計(jì)算

甘建紅

奧雅納工程咨詢（上海）有限公司

0 引言

改革開放以來，我國經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展，人們對(duì)于空氣品質(zhì)的要求也越來越高，公共建筑設(shè)置空調(diào)已成為常態(tài)?？照{(diào)冷凝水管外表面溫度通常會(huì)低于管道外的環(huán)境溫度，如保溫設(shè)置不合理，會(huì)造成能源或經(jīng)濟(jì)上的浪費(fèi)。同時(shí)，管道外表面結(jié)露而導(dǎo)致滴水，破壞建筑吊頂，嚴(yán)重的甚至?xí)茐南鄳?yīng)區(qū)域的設(shè)備，將造成重大的財(cái)產(chǎn)損失。為減少空調(diào)冷熱水系統(tǒng)在輸送過程中的能耗損失，防止空調(diào)冷水管道及凝水管道結(jié)露而破壞建筑室內(nèi)設(shè)施，有必要對(duì)空調(diào)冷熱水管及冷凝水管道進(jìn)行保溫保冷。

橡塑保溫材料具有導(dǎo)熱系數(shù)低、防火阻燃、防潮阻濕、減振降噪、環(huán)保健康、使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)，加上施工簡便，外觀整潔美觀，且產(chǎn)品不含纖維粉塵，不會(huì)滋生霉菌等有害物質(zhì)，被廣泛應(yīng)用于中央空調(diào)中的相關(guān)冷熱介質(zhì)管道或容器。目前，民用建筑中，當(dāng)空調(diào)水管介質(zhì)溫度≤60 ℃時(shí)，保溫保冷材料采用柔性泡沫橡塑的做法最為常見。因此本文主要討論采用柔性泡沫橡塑作為空調(diào)冷凝水管的保冷材料的厚度要求。

國家規(guī)范[1-2]將國內(nèi)不同地區(qū)按照較干燥地區(qū)、較潮濕地區(qū)分區(qū)，同時(shí)給出不同氣候區(qū)的室內(nèi)空調(diào)冷、熱水管的保溫保冷層厚度。各設(shè)計(jì)單位在設(shè)計(jì)時(shí)基本按照上述規(guī)范提供的參考值執(zhí)行。國家規(guī)范對(duì)空調(diào)冷凝水管的保冷層厚度未提供參考值，而不同設(shè)計(jì)單位、顧問公司對(duì)空調(diào)冷凝水管保冷層厚度的要求不同，且差別較大。根據(jù)筆者參與的眾多項(xiàng)目，各設(shè)計(jì)單位提供的冷凝水管保溫厚度通常在 10 mm～25 mm 不等。例如，上海某設(shè)計(jì)院在黃山某酒店項(xiàng)目設(shè)計(jì)說明中要求的空調(diào)冷凝水管采用橡塑保冷層最小厚度為13 mm。另一設(shè)計(jì)院提供的上海桃浦地區(qū)某項(xiàng)目空調(diào)冷凝水管采用柔性橡塑保冷的最小厚度要求為20 mm。蘇州某設(shè)計(jì)院提供的蘇州某公建項(xiàng)目采用柔性橡塑進(jìn)行保冷的厚度要求為20 mm。蘇州另一設(shè)計(jì)院提供的蘇州某公建項(xiàng)目的保冷層厚度要求為25 mm。由此可見，不同的設(shè)計(jì)單位對(duì)同一氣候區(qū)的保冷層厚度要求差異較大，從 13～25 mm不等。同時(shí)，由于出圖或招標(biāo)時(shí)間較緊，大部分設(shè)計(jì)人員或顧問公司工程師在施工圖設(shè)計(jì)說明或招標(biāo)技術(shù)文件中提供的空調(diào)冷凝水管道保冷層厚度基本均是按照本單位的常規(guī)要求統(tǒng)一提供，而沒有按照實(shí)際項(xiàng)目所屬區(qū)域進(jìn)行區(qū)別設(shè)計(jì)。例如北京某設(shè)計(jì)院提供的長沙梅溪湖某公建項(xiàng)目的設(shè)計(jì)說明中給出的空調(diào)冷凝水管橡塑材料保冷層厚度為10 mm。上海某顧問公司在招標(biāo)文件中給出的空調(diào)冷凝水管保冷層最小厚度要求為19 mm。這就導(dǎo)致了部分設(shè)計(jì)院在做跨區(qū)（指較干燥地區(qū)、較潮濕地區(qū)）的設(shè)計(jì)項(xiàng)目時(shí)，提出的冷凝水保冷層厚度要求與實(shí)際項(xiàng)目要求不符，出現(xiàn)偏大或偏小的情況，保冷層厚度要求偏大則造成經(jīng)濟(jì)上的浪費(fèi)，偏小將導(dǎo)致保溫層外表面結(jié)露滴水，對(duì)空調(diào)冷凝水管經(jīng)過的區(qū)域造成積水，影響室內(nèi)功能房間的使用。

為確?？照{(diào)冷凝水管保冷層厚度既滿足不結(jié)露要求，又不造成經(jīng)濟(jì)上的浪費(fèi)，本文將對(duì)干燥地區(qū)、潮濕地區(qū)的空調(diào)冷凝水管保冷層厚度進(jìn)行分析計(jì)算。

1 計(jì)算原則及方法

國家規(guī)范[3]對(duì)室內(nèi)空調(diào)管道保溫保冷層厚度計(jì)算提供了三種不同的方法，即經(jīng)濟(jì)厚度法，表面溫度法及熱平衡法。上述規(guī)范給出了管道的保冷層厚度計(jì)算原則，計(jì)算原則如下：

1）為減少冷損量損失并且防止外表面凝露時(shí)，采用經(jīng)濟(jì)厚度法計(jì)算保冷層厚度，以熱平衡法校核其外表面溫度，該溫度應(yīng)高于環(huán)境的露點(diǎn)溫度，否則應(yīng)加厚重新核算，直至滿足要求。

2）為防止外表面凝露時(shí)，采用表面溫度法計(jì)算保冷層厚度。

3）對(duì)于工藝上需要控制冷量損失時(shí)，采用熱平衡法計(jì)算保冷層厚度，并校核其外表面溫度，該溫度應(yīng)高于環(huán)境的露點(diǎn)溫度，否則加厚重新進(jìn)行核算，直至滿足要求。

民用建筑的空調(diào)冷凝水管通常不作冷凝熱回收，直接排放，因此，其保冷層厚度僅需防止管道外表面結(jié)露，采用表面溫度法計(jì)算即可。國家規(guī)范[1]中 8.5.23條文解釋說明給出了空調(diào)冷凝水管坡度 1‰、3‰時(shí)，不同管徑下空調(diào)冷凝水管承擔(dān)的冷負(fù)。常規(guī)設(shè)計(jì)時(shí)，為了保證冷凝水順利排除，冷凝水管道坡度一般取≥ 3‰。當(dāng)冷凝水管道坡度為3‰時(shí)，不同管徑冷凝水管道承擔(dān)的負(fù)荷如表1：

表1 不同管徑承擔(dān)的空調(diào)冷負(fù)荷

根據(jù)表1可知，建筑的空調(diào)冷凝水管管徑不大于DN150。因此，本文對(duì)空調(diào)冷凝水管管道按照DN20～DN150的進(jìn)行保冷層厚度分析計(jì)算。

2 各參數(shù)確定及分析計(jì)算

通常情況下，建筑物的空調(diào)冷凝水管道由室內(nèi)空調(diào)設(shè)備接至管井內(nèi)再排至相應(yīng)的給排水地漏，排水井或機(jī)房。冷凝水管敷設(shè)區(qū)域常規(guī)為室內(nèi)空調(diào)區(qū)域，空調(diào)機(jī)房，管井或室內(nèi)其他空調(diào)區(qū)域，經(jīng)過室外的情況極少，而室內(nèi)設(shè)置空調(diào)的區(qū)域在非運(yùn)營時(shí)段的情況與室內(nèi)非設(shè)置空調(diào)區(qū)域的情況相似，因此，室內(nèi)設(shè)置空調(diào)區(qū)域的空調(diào)冷凝水管的保冷層厚度可參照室內(nèi)非空調(diào)區(qū)域設(shè)置。因此，本文僅對(duì)敷設(shè)在室內(nèi)非空調(diào)區(qū)域的空調(diào)冷凝水管保冷層厚度進(jìn)行分析計(jì)算。而不同濕度條件對(duì)結(jié)露的影響較大，有必要對(duì)不同氣候地區(qū)的空調(diào)冷凝水管保冷層厚度分別進(jìn)行計(jì)算。國家規(guī)范[1-2]將氣候區(qū)大致分為兩類，即較干燥地區(qū)、較潮濕地區(qū)。根據(jù)上述規(guī)范定義，較干燥地區(qū)，是指室內(nèi)機(jī)房環(huán)境溫度不高于31 ℃、相對(duì)濕度不大于75%地區(qū)。較潮濕地區(qū)，是指室內(nèi)機(jī)房環(huán)境溫度不高于33℃、相對(duì)濕度不大于80%的地區(qū)。

按照前文所述，空調(diào)冷凝水管保冷對(duì)控制冷量損失無要求，滿足防止管道外表面結(jié)露即可?？照{(diào)冷凝水管的防結(jié)露采用表面溫度法計(jì)算公稱直徑DN20～DN150 的保冷層厚度，參考國家規(guī)范[3]給出的圓筒面單層防止表面凝露的保冷層厚度計(jì)算，具體公式如下：

式中：D0為管道的外徑，m ；D1為管道保冷層的外徑，m；t為管道外表面溫度，取介質(zhì)的正常運(yùn)行溫度tf，℃ ；ta為環(huán)境溫度，℃ ；td為露點(diǎn)溫度，與環(huán)境溫度對(duì)應(yīng)的露點(diǎn)溫度，℃ ；ts為保冷層外表面溫度，取ts=td+(1～ 3)℃，℃，對(duì)于聚氨酯泡沫塑料，當(dāng) Δt=(ta-td)≤2 ℃時(shí)取下限制，當(dāng) Δt≥4 時(shí)取上限；as為表面換熱系數(shù)，即保冷層外表面周圍對(duì)周圍空氣的換熱系數(shù)，一般取8.14 W/(m2K)；λ為保冷材料熱導(dǎo)率，應(yīng)按其使用溫度修正。民用建筑中的空調(diào)冷凝水管多采用柔性橡塑材料進(jìn)行保冷防結(jié)露。根據(jù)國家規(guī)范[1]中附錄K.0.2-2表下注釋：橡塑保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)公式：

其中，平均溫度tm=(t+ts)/2。

綜上所述，可得出較干燥地區(qū)、較潮濕地區(qū)的空調(diào)冷凝水管道保冷層厚度計(jì)算公式中各項(xiàng)參數(shù)如下：

1）t—— 管道外表面溫度，取介質(zhì)的正常運(yùn)行溫度tf。對(duì)于民用建筑，經(jīng)冷盤管處理后的空調(diào)送風(fēng)溫度通常不低于15 ℃，冷凝水管外表面溫度t則可按 15 ℃取值。

2）t a——對(duì)于較干燥地區(qū)，ta=31 ℃，對(duì)于較潮濕地區(qū)，ta=33 ℃。

3）t d—— 對(duì)于較干燥地區(qū)，按照ta=31 ℃，相對(duì)濕度 75%，得出露點(diǎn)溫度為 26 ℃，對(duì)于較潮濕地區(qū)，ta=33 ℃，相對(duì)濕度80%，得出露點(diǎn)溫度為29.1 ℃。

4）ts——基于橡塑材料的性能，外表面溫度按高于露點(diǎn)溫度1 ℃取值。對(duì)于較干燥地區(qū)，td=（26+1）= 27℃，對(duì)于較潮濕地區(qū)，td=（29.1+1）℃=30.1 ℃。

5）λ=0.034+0.00013t m，將 1、4 條的數(shù)據(jù)代入公式tm=(t+ts)/2，得出

對(duì)于較干燥地區(qū)，λ=0.034+0.00013(15+27)/2=0.03673。

對(duì)于較潮濕地區(qū)，λ=0.034+0.00013(15+30.1)/2=0.0369315。

6）as—— 表面換熱系數(shù)，取 8.14W（/ m·2K）。

將上述參數(shù)代入式（1），利用excel表格中的數(shù)據(jù)模擬分析中的單變量求解方法，可求出較干燥地區(qū)、較潮濕地區(qū)在不同管徑下的空調(diào)冷凝水管橡塑保冷層外徑D1，并將D0及求解出的D1代入式（2）中，并將計(jì)算結(jié)果向上取整后，可求出不同管徑下較干燥地區(qū)及較潮濕地區(qū)的空調(diào)冷凝水管橡塑保冷層厚度則如表2：

表2 較干燥地區(qū)的空調(diào)冷凝水管橡塑保冷層最小厚度

表3 較潮濕地區(qū)的空調(diào)冷凝水管橡塑保冷層最小厚度

根據(jù)計(jì)算結(jié)果可知，較干燥地區(qū)與較潮濕地區(qū)的空調(diào)冷凝水管橡塑保冷層的厚度差異較大，而空調(diào)冷凝水管道直徑對(duì)保冷層厚度影響較小。較干燥地區(qū)的空調(diào)冷凝水管保冷層最小厚度為11 mm～13 mm，較潮濕地區(qū)的空調(diào)冷凝水管保冷層最小厚度為 17 mm～ 22 mm。

3 結(jié)論

民用建筑空調(diào)冷凝水管坡度通?！?‰，空調(diào)冷凝水管管徑在DN20～DN150范圍可滿足要求?？照{(diào)冷凝水管保冷材料主要采用柔性泡沫橡塑，設(shè)置保冷層厚度主要是為了防止管道外表面結(jié)露。根據(jù)規(guī)范[3]采用表面溫度法對(duì)空調(diào)冷凝水管防結(jié)露保冷層厚度進(jìn)行計(jì)算，得出不同氣候區(qū)的非低溫送風(fēng)（送風(fēng)溫度≥15℃）空調(diào)冷凝水管道管徑在 DN20～DN150 范圍內(nèi)時(shí)，采用橡塑絕熱材料保冷厚度要求如下：

1）較干燥地區(qū)，保冷層的最小厚度要求為 11～ 13 mm，具體為：公稱直徑 DN25 及以下的保冷層最小厚度為11 mm；公稱直徑≥DN32且≤65的保冷層最小厚度為 12 mm；公稱直徑≥DN80 的保冷層最小厚度為13 mm。

2）較潮濕地區(qū)，保冷層的最小厚度要求為 17～ 22 mm，具體為：公稱直徑 DN20 及以下的保冷層最小厚度為 17 mm；公稱直徑 DN25、DN32 的保冷層最小厚度為18 mm；公稱直徑 DN40、DN50 的保冷層最小厚度為19 mm；公稱直徑DN65、D N80的保冷層最小厚度為20 mm；公稱直徑DN100、D N125的保冷層最小厚度為21 mm；公稱直徑DN150的保冷層最小厚度為22 mm。

由此可見，相同氣候分區(qū)范圍內(nèi)，尤其是較干燥地區(qū)，空調(diào)冷凝水管徑規(guī)格對(duì)保冷層厚度的影響較小，而不同氣候分區(qū)之間的空調(diào)冷凝水管最小保冷層厚度相差較大。因此，實(shí)際設(shè)計(jì)中需要按照較干燥區(qū)和較潮濕區(qū)分別設(shè)置保冷層最小厚度。當(dāng)空調(diào)冷凝水管采用柔性橡塑材料保冷時(shí)，結(jié)合市場上主要廠家的橡塑絕熱材料規(guī)格，可簡化為：較干燥地區(qū)的保冷層最小厚度可按13 mm設(shè)置。較潮濕地區(qū)保冷層最小厚度可區(qū)分檔位設(shè)置，D N50 及以下按 19 mm 設(shè)置，DN50以上保冷層厚度按22 mm設(shè)置。