熱水系統(tǒng)管道熱損失計算探討

程建華 馮良武

【摘要】本文探討了生活熱水管道系統(tǒng)中熱量損失的計算方法及過程，分別比較了不保溫、按規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)圖集中利用保溫構(gòu)造最大允許熱損失量計算保溫絕熱層厚度、加厚保溫厚度等三種情況的熱量損失情況，強調(diào)了熱損失計算的必要性，用計算示例指出了“經(jīng)濟厚度”法計算保溫厚度的必要性。提出了熱流量及熱流量損失率的概念，在當(dāng)前的節(jié)能大形勢下有其現(xiàn)實意義。

【關(guān)鍵詞】熱水系統(tǒng)；管道；熱損失；計算

[文章編號]1619-2737（2016）01-30-647

1. 引言

熱水系統(tǒng)的熱損失主要來源于三部分：熱水管道向管道周圍的環(huán)境的傳熱；儲熱水器或熱交換設(shè)備向周圍環(huán)境的傳熱；冷凝水排放。儲熱水器或熱交換設(shè)備向周圍環(huán)境的傳熱及冷凝水排放是各用熱水用戶看得見或容易感受得到的，很易引起重視；但熱水管道大多處于看不見的隱蔽部位，其熱損不易引起人們的重視。那么，熱水管道熱損到底怎樣計算、保溫厚度與熱損有何關(guān)系？遺憾的是，廣大設(shè)計人員往往只是憑經(jīng)驗選取保溫方式與厚度，而未經(jīng)嚴密的計算，殊不知，該計算對熱水系統(tǒng)的節(jié)能有重要意義。

熱水系統(tǒng)設(shè)計中，熱水管的保溫方式對熱能損失有較大的影響，保溫方式設(shè)計不當(dāng)，不僅熱量損失大，而且熱水循環(huán)量要大，對循環(huán)泵的電能輸入相應(yīng)地也增加了。保溫方式不能僅僅選用標(biāo)準(zhǔn)圖集的做法，應(yīng)根據(jù)規(guī)范、管內(nèi)水溫、管外環(huán)境溫度、最大允許熱損失量或溫降進行精確計算，再結(jié)合后確定。

根據(jù)《建筑給水排水設(shè)計規(guī)范》GB50015-2003第5.5.5條規(guī)定，配水管道的熱水溫差一般取5～10℃，也就是說，生活熱水的保溫計算屬于給定允許溫度降的計算，一般設(shè)計時，根據(jù)工程所在地市場情況，計算前應(yīng)選定當(dāng)?shù)鼐C合性價比最合適的保溫材料及管材，根據(jù)《工業(yè)設(shè)備及管道絕熱工程設(shè)計規(guī)范》GB50264-97[1]（以下簡稱《絕熱規(guī)范》）第4.3.14條規(guī)定，應(yīng)先按《絕熱規(guī)范》4.3.14.2條計算有分支（有結(jié)點）管道計算各結(jié)點處的介質(zhì)溫度，其中各干管首末絕熱層厚度相等；在此基礎(chǔ)上再將各結(jié)點處介質(zhì)溫度作為各分支管道介質(zhì)起點溫度，按《絕熱規(guī)范》4.3.14.1計算各支管保溫層外徑。該計算的優(yōu)點是準(zhǔn)確、可靠；其缺點是模型過于復(fù)雜且受用戶實際用水量變化的影響，不利于其在工程中應(yīng)用推廣。 所以有必要尋找工程設(shè)計中可行的計算方法及合理的保溫厚度。為了方便討論問題，本文以一個具體算例展開對比計算分析。

2. 計算設(shè)定條件

為了方便計算討論，有必要先選取計算所需的設(shè)定條件：管內(nèi)熱水溫度70℃，冷水補水水溫5℃，管外環(huán)境溫度10℃，平均熱水，熱水供水量40m3/h，熱水供水管道長度100m（該供水干管不接支管，即該計算管段內(nèi)無水流出），供水管徑DN100，熱水管材為鍍鋅鋼管，采用泡沫橡塑保溫，來計算不同保溫材料厚度情況下的熱損失，管道為架空敷設(shè)于支或吊架上。則熱水供水管路總熱流量（相對于5℃冷水補水水溫而言）為：

對于本算例中，金屬管道外表面溫度等于介質(zhì)溫度70℃，此時，其保溫構(gòu)造單位面積最大允許熱損失量用內(nèi)插法，為：

4. 三種情況下管道總熱損失計算

下面分別計算幾種情況下的熱損失：

4.1第一種情況：不保溫。先計算保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)，管外壁無保溫材料，對空氣直接放熱，其總熱損失為：

可見，不保溫時，其絕熱層（實際上其厚度為0）熱量損失大大超過《絕熱規(guī)范》規(guī)定。

4.2第二種情況：利用保溫構(gòu)造最大允許熱損失量來計算保溫層厚度。

第二種情況：按《保溫圖集》總說明第8.2節(jié)的方法，利用保溫構(gòu)造最大允許熱損失量計算保溫絕熱層厚度。

先計算保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)，管道絕熱層表面溫度取15℃，

可見，絕熱層采用計算所得的35mm厚度時，其絕熱層熱量損失不超過《絕熱規(guī)范》的規(guī)定。

4.3第三種情況：加厚保溫層后計算其各項熱損失。

第三種情況：按《保溫圖集》總說明第8.2節(jié)的方法，利用保溫構(gòu)造最大允許熱損失量計算保溫絕熱層厚度，然后將絕熱層比計算值加厚一倍，計算其各種熱損失情況：

按第二種情況的計算結(jié)果，導(dǎo)熱系數(shù)λb= 0.0431 （W / m·℃），絕熱層計算厚度δ=0.035m，則其絕熱層厚度加厚一倍為：δ=0.070m，則其絕熱層外徑dz=0.248 （m）。

總熱量損失：

可見，絕熱層采用計算所得的厚度再加厚一倍時，其絕熱層熱量損失略有減少。

5. 結(jié)語

對比第一、二種情況，可知，采用35厚泡沫橡塑保溫可大大減少熱損失率，其值從0.98%減少至0.064%，熱媒溫降從0.634℃減至0.042℃，保溫效果明顯。

對比第二、三種情況，可見，保溫厚度由35厚加厚至70厚時，其實際減少的熱損失不大，熱流量損失率僅從0.064%減少至0.04%，熱媒溫降從0.042℃減至0.026℃，但保溫材料的造價增加一倍還多，從理論上講，無限加厚保溫層厚度可使熱流量損失率趨近于零，從工程角度來說，這是不現(xiàn)實的，應(yīng)權(quán)衡其初投資與運行費用之間的最佳平衡點。故，《絕熱規(guī)范》第4.1條規(guī)定，當(dāng)無特殊工藝要求時，保溫的應(yīng)采用“經(jīng)濟厚度”法計算。

參考文獻

[1]《工業(yè)設(shè)備及管道絕熱工程設(shè)計規(guī)范》GB50264-97.

[2]《供熱工程》，中國建筑工業(yè)出版社，1993年11月第三版，賀平等編著.

[3]《管道和設(shè)備保溫、防結(jié)露及電伴熱》（03S401）.