太陽熱水系統(tǒng)管道保溫的設(shè)計計算

1、太陽熱水系統(tǒng)管道保溫的設(shè)計計算摘要：本文詳細(xì)講述了太陽熱水系統(tǒng)管道保溫的設(shè)計，以幾種常用的保溫材料為例，通過理論計算，確定了在全國不同地區(qū)保溫材料的合理厚度，為太陽熱水系統(tǒng)管道保溫提供了理論根據(jù)。關(guān)鍵詞：管道保溫太陽能熱水系統(tǒng)保溫材料太陽熱水器及大型太陽熱水系統(tǒng)應(yīng)用越來越廣，產(chǎn)品的技術(shù)程度及質(zhì)量日趨進(jìn)步和成熟，節(jié)能效果非常顯著。但在使用中的一些詳細(xì)細(xì)節(jié)上，往往引不起人們的足夠重視，如管道的保溫，筆者就曾在甘肅地區(qū)看到個別廠家的太陽熱水器管道保溫采用了薄薄的聚乙烯，外纏塑料薄膜，起不到很好的保溫節(jié)能效果，一個月不到，薄膜裂開，隨風(fēng)飄舞，保溫形同虛設(shè)。有鑒于此，本文僅就管道保溫的設(shè)計談?wù)勛约旱目捶?/p>

2、。絕熱材料，是指用于建筑圍護(hù)構(gòu)造或熱工設(shè)備、管道，阻抗熱流傳遞的材料或材料的復(fù)合體。絕熱材料的意義，一方面是為了滿足建筑空間或熱工設(shè)備的熱環(huán)境，另一方面是為了節(jié)約能源。隨著世界范圍內(nèi)能源的日趨緊張，絕熱材料在節(jié)能方面的意義日顯突出。僅就一般的居民采暖和空調(diào)而言，通過使用絕熱圍護(hù)材料，可在現(xiàn)有的根底上節(jié)能5080。根據(jù)日本的節(jié)能理論證明，每使用1D屯絕熱材料，可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤3噸年，其節(jié)能效益是材料消費本錢的10倍。暴露在大氣中的熱水管道，存在大量的熱損失，為了節(jié)約能量，減少系統(tǒng)的熱損失，必須對管道進(jìn)展保溫。保溫材料種類眾多，在選用不同的保溫材料的時候，應(yīng)該做到既滿足系統(tǒng)的使用要求，又盡可能的節(jié)約材

3、料，降低本錢。一個完好的熱工管道和熱工設(shè)備的絕熱構(gòu)造，通常包括：(1)防腐層；(2)滑動層(可與防腐層并用)；(3)絕熱層：(4)防水防潮層；(5)外保護(hù)層(也可以兼作防水防潮層)。由于熱水系統(tǒng)所用的管道都已經(jīng)經(jīng)過防腐處理，所以絕熱設(shè)計的任務(wù)主要是絕熱層、防水防潮層和外保護(hù)層的設(shè)計。一、絕熱層的設(shè)計1材料導(dǎo)熱系數(shù)導(dǎo)熱系數(shù)，單位()，是表證物質(zhì)導(dǎo)熱才能的熱物理參數(shù)，是指在穩(wěn)態(tài)條件下，1厚的物體，兩側(cè)外表溫差為1，1h內(nèi)通過1面積傳遞的熱量。數(shù)值越大，導(dǎo)熱才能越強(qiáng)，數(shù)值越小，絕熱性能越好。該參數(shù)的大小，主要取決于傳熱介質(zhì)的成分和構(gòu)造時還與溫度、濕度、壓力、密度、以及熱流的方向有關(guān)。成分一樣的材料，

4、導(dǎo)熱系數(shù)不一定一樣，即便是已經(jīng)成型的同一種保溫材料制品，其導(dǎo)熱系數(shù)也會因為使用的詳細(xì)系統(tǒng)、詳細(xì)環(huán)境不同而有所差異。為了計算的方便，本文根據(jù)相關(guān)的部門標(biāo)準(zhǔn)和國標(biāo)的相關(guān)規(guī)定來選擇材料的導(dǎo)熱系數(shù)作為設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)。(1)硬質(zhì)聚氨脂泡沫塑料硬質(zhì)聚氨脂泡沫塑料是用聚醚與多異氰酸脂為主要原料，再參加阻燃劑、穩(wěn)泡劑和發(fā)泡劑等，經(jīng)混合攪拌、化學(xué)反響而成的一種微孔發(fā)泡體，其導(dǎo)熱系數(shù)一般在0.0160.055()。使用溫度-100100。按照石油部部頒標(biāo)準(zhǔn)(SYJl81986)，對于設(shè)備及管道用的硬質(zhì)聚氨脂塑料泡沫的根本要求見表1：計算中取=0.035()=0.126(KJh)(2)聚苯乙烯泡沫塑料聚苯乙烯泡沫塑料簡

5、稱EPS，是以苯乙烯為主要原料，經(jīng)發(fā)泡劑發(fā)泡而成的一種內(nèi)部有無數(shù)密封微孔的材料?？砂l(fā)性聚苯乙烯泡沫塑料的導(dǎo)熱系數(shù)在0.0330.044()，平安使用溫度-15070；硬質(zhì)聚苯乙烯泡沫塑料的導(dǎo)熱系數(shù)在0.0350.052()。根據(jù)GB108011989的規(guī)定，對絕熱用聚苯乙烯泡沫塑料的技術(shù)性能要求如表2：計算中取=0.041()=0.1476(KJh)(3)聚乙烯泡沫塑料聚乙烯塑料泡沫的導(dǎo)熱系數(shù)一般在0.0350.056()，根據(jù)GB5017693?民用建筑熱工設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)?中的規(guī)定，聚乙烯泡沫塑料的導(dǎo)熱系數(shù)0.047()。計算中取=0.047()=0.1692(KJh)(4)巖棉巖棉是一種無機(jī)人造

6、棉，消費巖棉的原料主要是一些成分均勻的天然的硅酸鹽礦石。巖棉的化學(xué)成分為：Si2(4050)，Al203(918)，F(xiàn)e23(19)，a0(1828)，g0(518)，其它(15)。不同巖棉制品的導(dǎo)熱系數(shù)一般在0.0350.052)，最高使用溫度為650。根據(jù)GBll8351989?絕熱用巖棉、礦渣棉及其制品?的規(guī)定，散棉的導(dǎo)熱系數(shù)0.044()。巖棉氈、墊及管殼、筒等在常溫下的導(dǎo)熱系數(shù)一般在0.0470.052()。計算中取=0.052()=0.1872(KJh)2保溫層厚度的計算(1)保溫層厚度的計算公式=3.14dl.21.35tl.75ql.5(式1)保溫層厚度()；d管道的外徑()：

7、一一保溫層的導(dǎo)熱系數(shù)(KJh)；t一一未保溫的管道的外外表的溫度()：q一一保溫后的允許熱損失(KJh)。(2)允許熱損根據(jù)建立部2022年公布的?全國民用建筑工程設(shè)計技術(shù)措施給水排水?中的規(guī)定，當(dāng)管道中的流體的溫度為60時，允許的熱損如表3：(3)參數(shù)確定公稱管徑為：20、40、50的管道(鋼)其外徑分別為33.5、48、60保溫層的導(dǎo)熱系數(shù)：1.1中已經(jīng)確定，未保溫的管道的外外表的溫度t：由于鋼的導(dǎo)熱系數(shù)很大，管道壁又薄，所以可以認(rèn)為管道的外外表的溫度和流體的溫度相等(誤差不超過02)(4)根據(jù)式1計算的保溫層厚度如表4：3結(jié)果驗證和實際熱損(1)模型的建立如下圖是包裹著保溫材料的管道的橫

8、截面。設(shè)管道中的熱水溫度為t1，管道內(nèi)壁的溫度是t2，管道和保溫材料接觸處的溫度為t3，保溫材料外外表的溫度為t4，管道所處空間的溫度為t5：設(shè)管道的內(nèi)徑是r1外徑是r2，保溫材料的外徑是r3。設(shè)管道材料的導(dǎo)熱系數(shù)為1，保溫材料導(dǎo)熱系數(shù)為2，管內(nèi)熱水和管外空氣與管壁間的對流換熱系數(shù)分別a1、a2。由傳熱學(xué)公式可知，熱水通過管道壁和保溫層傳熱給空氣的過程總熱阻為R=1(2a1r1)+(1nr2/r1)21+(1nr3r2)22+l2a2r3=R1十R2+R3+R4(式2)式中：R1管內(nèi)對流換熱熱阻，R1=1(2a1r1);R2管壁導(dǎo)熱熱阻，R2=(1nr2r1)21;R3保溫層導(dǎo)熱熱阻，R3=(

9、1nr3/r2)22;R4保溫層外對流換熱熱阻，R4=12a3r3.q=(t1t5)(Rl+R2+R3+R4)(式3)由于所計算的管道材料為鑄鐵、鋼或者銅，其導(dǎo)熱系數(shù)都很大，而且管道壁的厚度很小，所以其熱阻可以忽略，認(rèn)為其外壁溫度和其中熱水的溫度相等；同時，為了計算的簡便可以將R4忽略，這樣得出的結(jié)果將比實際的值偏大，但假設(shè)在偏大的情況下能滿足表3的要求，那么準(zhǔn)確的結(jié)果肯定也能滿足。所以q(tlt5)R3=(tl-t5)(1nr3r2)22(式4)(2)分區(qū)在采用同一種保溫材料并且厚度也一樣的條件下，假如環(huán)境的溫度不一樣，管道的熱損是不一樣的。為了驗證所選用的保溫層是否符合使用要求，現(xiàn)根據(jù)一月

10、份(全年溫度最低的月份)的平均氣溫的上下把全國劃分為五個區(qū)。1月份平均氣溫不低于10的(A區(qū))：臺灣、香港、澳門、海南、廣東、廣西、福建、云南：1月份平均氣溫不低于0的(B區(qū))：貴州、湖南、湖北、重慶、四川、江西、安徽、浙江、上海、江蘇：1月份平均氣溫不低于-10的(區(qū))：河南、山東、山西、陜西、河北、北京、天津、寧夏、西藏東南部、甘肅南部、遼寧南部；1月份平均氣溫不低于-20的(D區(qū))：西藏、青海、新疆、甘肅北部、遼寧、吉林；1月份平均氣溫不低于-30的(E區(qū))：黑龍江、內(nèi)蒙古東北部、新疆北部(3)計算結(jié)果驗證將124中的結(jié)果用131中的(式4)分別對五個區(qū)驗證，結(jié)果如表5：從表5可以看出，

11、在所選用的保溫材料質(zhì)量合格(滿足國標(biāo)或相關(guān)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn))的情況下，表4中列出的最小厚度是滿足使用要求(熱損不超過規(guī)定值)的。(4)建議選用厚度在實際工程中選用保溫材料的時候，其厚度不得低于表4中列出的最小厚度。為了使管道保溫到達(dá)好的效果，建議保溫層厚度選用表6中的值：二、防水防潮層的設(shè)計絕熱材料的絕熱原理都是利用氣體的導(dǎo)熱系數(shù)比固體低而將材料作成微孔的構(gòu)造，來獲得絕熱性能優(yōu)良的制品的。由于空隙的存在，材料不可防止的要吸收水分，然而，水的導(dǎo)熱系數(shù)=0.5818()，比靜止空氣的=0.02326()要大，所以當(dāng)環(huán)境的濕度較高的時候，材料的平衡含水率將相應(yīng)的進(jìn)步，導(dǎo)熱系數(shù)相應(yīng)的增大，使保溫性能降低。因此，在絕熱層的外面必須有防水防潮處理。在外保護(hù)層可以起到防水防潮的作用的情況下，可以不作單獨的防水防潮層，但假設(shè)外保護(hù)層的防水防潮效果不好時，必須單獨作防水防潮處理?？梢栽诮^熱層和外保護(hù)層之間加幾層塑料薄膜來防水。三、外保護(hù)層的設(shè)計外保護(hù)層的施工