絕熱型管道支吊架在機場空調(diào)冷凍水系統(tǒng)的運用研究

施文賓，張海龍，袁黃峻

（中國建筑第八工程局有限公司，上海 200135）

1 前言

杭州國際機場三期新建航站樓及陸側(cè)交通中心項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，管道各支吊點相對生根點會有空間移動，因而支吊架還應(yīng)滿足并控制移動的功能，阻止支吊處不發(fā)生過載或失載，避免管道出現(xiàn)過大的應(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等自然災(zāi)害時維持管道輸送介質(zhì)的能力，并抑制突然停泵，閥門急關(guān)等技術(shù)故障對管道的沖擊振動。

2.2 管道支吊架的絕熱

鋼管內(nèi)流過遠低于環(huán)境溫度的冷水時，容易在鋼管外壁形成水汽凝結(jié)，水滴流動惡化環(huán)境，需要包裹保冷絕熱材料防止凝露。鋼管內(nèi)流過高于50℃的熱介質(zhì)且管道又易被人體接觸時會引起燙傷危害，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層。這些材料的缺點是無承載強度，無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)泡聚氨酯中細小空泡不連通，外表濕潤的水汽不會進入內(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)泡聚氨酯的抗壓強度不低于4.5MPa。

抗蟲蛀和霉菌，在130℃以下壽命達30年。

加入阻燃劑后氧指數(shù)≥32，抗燃燒性能優(yōu)于木材。

制造工藝簡單，在模具內(nèi)發(fā)泡成型。僅厚度單層不宜超過80mm外，長度和直徑不受限?，F(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，吊架分單點懸掛和橫擔雙桿懸掛。生根處采用鉸狀連接，吊桿的擺動允許管道軸向或側(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，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時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 絕熱型滑動和導(dǎo)向管座

絕熱型滑動和導(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副，滑動摩擦阻系數(shù)≤0.1，若抹些硅脂可降至0.05。遠低于鋼-鋼之間的摩阻系數(shù)0.3，在管道熱脹冷縮時，管座底面滑動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。常用在長度補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)。

滑動和導(dǎo)向管座見圖1。

圖1 滑動和導(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)計應(yīng)符合GB/T8175《設(shè)備及管道絕熱設(shè)計導(dǎo)則》和GB/T15586《保冷設(shè)計導(dǎo)則》的規(guī)定。主要是保冷防凝露和隔熱防燙傷厚度計算。

對低溫管道防凝露的計算方法如下。

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

管道外表面溫度to取管內(nèi)介質(zhì)的正常運行溫度。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（單位軸向長度）

筒形保冷環(huán)外表面從環(huán)境吸收熱量（單位軸向長度）

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?shù)叵募韭饵c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)計應(yīng)符合GB/T17116《管道支吊架》和GB50316《工業(yè)金屬管道設(shè)計規(guī)范》的規(guī)定。建筑工業(yè)行業(yè)標準JG/T202-2007《工程管道用聚氨酯、蛭石絕熱材料支吊架》對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，鋼構(gòu)件不應(yīng)出現(xiàn)塑性變形，絕熱支撐件不應(yīng)凹陷和開裂；室溫下施加4倍許用荷載時，鋼構(gòu)件不應(yīng)開裂，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條相對應(yīng)。即鋼材的許用應(yīng)力取使用溫度下最小抗拉強度的1/4和最小屈服強度的5/8中的小值，在GB/T17116.1-2018版的6.3.3條將這兩個數(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。

抗壓強度≥4.5N/mm2的聚氨酯[]σ可取4.5/3=1.5N/mm2。底部滑動副中聚四氟乙烯的拉伸強度≥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 滑動座的滑動量

冷熱水交替運行的管道最大熱脹冷縮量按下式計算。

式中，1.3×10-51/℃為碳鋼的熱脹系數(shù)；L為離固定管座最遠的滑動導(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

（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)安全運行的基礎(chǔ)，但也需做好定期檢查維護。