太阳热水系统管道保温的设计计算(1)

1、太阳热水系统管道保温的设计计算 (1) 摘要：本文详细讲述了太阳热水系统管道保温的设计， 以几种常用的保温材料为例，通过理论计算，确定了在全国 不同地区保温材料的合理厚度，为太阳热水系统管道保温提 供了理论依据。关键词：管道保温太阳能热水系统保温材料 太阳热水器及大型太阳热水系统应用越来越广，产品的 技术水平及质量日趋提高和成熟，节能效果十分显著。但在 使用中的一些具体细节上，往往引不起人们的足够重视，如 管道的保温，笔者就曾在甘肃地区看到个别厂家的太阳热水 器管道保温采用了薄薄的聚乙烯，外缠塑料薄膜，起不到很 好的保温节能效果，一个月不到，薄膜裂开，随风飘舞，保 温形同虚设。有鉴于此，本文仅

2、就管道保温的设计谈谈自己 的看法。绝热材料，是指用于建筑围护结构或热工设备、管道， 阻抗热流传递的材料或材料的复合体。绝热材料的意义，一 方面是为了满足建筑空间或热工设备的热环境，另一方面是 为了节约能源。随着世界范围内能源的日趋紧张，绝热材料 在节能方面的意义日显突出。仅就一般的居民采暖和空调而 言，通过使用绝热围护材料，可在现有的基础上节能 50 80。根据日本的节能实践证明，每使用1D 屯绝热材料， 可节约标准煤 3 吨年，其节能效益是材料生产成本的 10 倍。暴露在大气中的热水管道，存在大量的热损失，为了节约能 量，减少系统的热损失，必须对管道进行保温。保温材料种 类众多，在选用不同的

3、保温材料的时候，应该做到既满足系 统的使用要求，又尽可能的节约材料，降低成本。一个完整的热工管道和热工设备的绝热结构，通常包括： 防腐层；滑动层；绝热层：防水防潮层；外保护层。由于热水系统所用的管道都已经经过防腐处理，所以绝 热设计的任务主要是绝热层、防水防潮层和外保护层的设计。 一、绝热层的设计 1材料导热系数导热系数入，单位，是表证物质导热能力的热物理 参数，是指在稳态条件下，1m厚的物体，两侧表面温差为1C, 1h内通过1川面积传递的热量。数值越大，导热能力越强， 数值越小，绝热性能越好。该参数的大小，主要取决于传热 介质的成分和结构时还与温度、湿度、压力、密度、以及热 流的方向有关。成

4、分相同的材料，导热系数不一定相同，即 便是已经成型的同一种保温材料制品，其导热系数也会因为 使用的具体系统、具体环境不同而有所差异。为了计算的方便，本文根据相关的部门标准和国标的相关规定来选择材料的导热系数作为设计的标准 硬质聚氨脂泡沫塑料 硬质聚氨脂泡沫塑料是用聚醚与多异氰酸脂为主要原 料，再加入阻燃剂、稳泡剂和发泡剂等，经混合搅拌、化学 反应而成的一种微孔发泡体，其导热系数一般在/。使用 温度-100 C100C。按照石油部部颁标准，对于设备及管道用的硬质聚氨脂塑料泡沫的基本要求见表 1:计算中取入=/= 聚苯乙烯泡沫塑料聚苯乙烯泡沫塑料简称 EPS是以苯乙烯为主要原料， 经发泡剂发泡而成

5、的一种内部有无数密封微孔的材料。可发 性聚苯乙烯泡沫塑料的导热系数在/，安全使用温度 -15070C；硬质聚苯乙烯泡沫塑料的导热系数在/。根据 GB108011989 的规定，对绝热用聚苯乙烯泡沫塑 料的技术性能要求如表 2:计算中取入=/ = 聚乙烯泡沫塑料聚乙烯塑料泡沫的导热系数一般在/，根据 GB50176 93民用建筑热工设计规范中的规定，聚乙烯泡沫塑料 的导热系数 /。计算中取入=/ =岩棉岩棉是一种无机人造棉，生产岩棉的原料主要是一些成分均匀的天然的硅酸盐矿石。岩棉的化学成分为：SiO2，AI203 , Fe2O3, CaO, MgQ其它。不同岩棉制品的导热系数 一般在/( mC

6、)，最高使用温度为 650C。根据 GBII835 1989绝热用岩棉、矿渣棉及其制品 的规定，散棉的导热系数w/。岩棉毡、垫及管壳、筒等在 常温下的导热系数一般在/。计算中取入=/ =2保温层厚度的计算 保温层厚度的计算公式8 =入/8 保温层厚度；d管道的外径：入一一保温层的导热系数；t 一一未保温的管道的外表面的温度：q 一一保温后的允许热损失。允许热损根据建设部 XX 年颁布的全国民用建筑工程设计技术措施给水排水中的规定，当管道中的流体的温度为60C时，允许的热损如表 3：参数确定公称管径为： 20、 40、 50 的管道其外径分别为、48mm、60mm保温层的导热系数 入：中已经确定

7、，未保温的管道的外 表面的温度 t ：由于钢的导热系数很大，管道壁又薄，所以 可以认为管道的外表面的温度和流体的温度相等 根据式 1 计算的保温层厚度如表 4： 3结果验证和实际热损模型的建立 如图所示是包裹着保温材料的管道的横截面。设管道中的热水温度为 t1 ，管道内壁的温度是 t2 ，管道和保温材料 接触处的温度为 t3 ，保温材料外表面的温度为 t4 ，管道所 处空间的温度为 t5 ：设管道的内径是 r1 外径是 r2 ，保温材 料的外径是 r3 。设管道材料的导热系数为入1，保温材料导热系数为 入2,管内热水和管外空气与管壁间的对流换热系数分别a1 、a2。由传热学公式可知，热水通过管道壁和保温层传热给空 气的过程总热阻为R=1/ 2n 入 1/2n 入 21 / 2a2 n r3=R1 十 R2R3R4式中：R1管内对流换热热阻，R1=1/ ；R2管壁导热热阻，R2=/2 n入1;R3保温层导热热阻，R3=/2 n入2;R4保温层外对流换热热阻，R4=1/ 2a3 n r3.q=/由于所计算的管道材料为铸铁、钢或者铜，其导热系数都很 大，而且管道壁的厚度很小，所以其热阻可以忽略，认为其 外壁温度和其中热水的温度