保温层厚度的计算

保温层厚度的计算[复制链接]勇者胜超级版主注册时间2009-3-29最后登录2010-12-4阅读权限150推广0个帖子1096威望2201点学币4296个UID41#发表于2009-4-709:54|只看该作者|倒序浏览|打印1、保温层厚度的计算公式

δ=3.14dwl.2λ1.35tl.75／ql.5(式1)

δ——保温层厚度(mm)；

dw——管道的外径(mm)：

λ一一保温层的导热系数(KJ／h•m•℃)；

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(KJ／m•h)。

2、允许热损

根据建设部2003年颁布的《全国民用建筑工程设计技术措施•给水排水》中的规定选取

参数确定

公称管径为：20、40、50的管道(钢)其外径分别为33.5mm、48mm、60mm

保温层的导热系数λ：1.1中已经确定，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(误差不超过0．2℃)

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

(1)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。

设管道材料的数为λ2，管内热水和管导热系数为λ1，保温材料导热系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／(2a1πr1)+(1nr2/r1)／2πλ1+(1nr3／r2)／2πλ2+l／2a2πr3

=R1十R2+R3+R4(式2)

式中：

R1——管内对流换热热阻，R1=1／(2a1πr1);

R2——管壁导热热阻，R2=(1nr2／r1)／2πλ1;

R3——保温层导热热阻，R3=(1nr3/r2)／2πλ2;

R4——保温层外对流换热热阻，R4=1／2a3πr3.

q=(t1－t5)／(Rl+R2+R3+R4)(式3)

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相等；同时，为了计算的简便可以将R4忽略，这样得出的结果将比实际的值偏大，但若在偏大的情况下能满足表——3的要求，则精确的结果肯定也能满足。

所以

q≈(tl－t5)／R3=(tl-t5)／(1nr3／r2)／2πλ2(式4)

(2)分区

在采用同一种保温材料并且厚度也相同的条件下，如果环境的温度不相同，管道的热损是不一样的。为了验证所选用的保温层是否符合使用要求，现根据一月份(全年温度最低的月份)的平均气温的高低把全国划分为五个区。

1月份平均气温不低于10℃的(A区)：

台湾、香港、澳门、海南、广东、广西、福建、云南：

1月份平均气温不低于0℃的(B区)：

贵州、湖南、湖北、重庆、四川、江西、安徽、浙江、上海、江苏：

1月份平均气温不低于-10℃的(C区)：

河南、山东、山西、陕西、河北、北京、天津、宁夏、西藏东南部、甘肃南部、辽宁南部；

1月份平均气温不低于-20℃的(D区)：

西藏、青海、新疆、甘肃北部、辽宁、吉林；

1月份平均气温不低于-30℃的(E区)：

黑龙江、内蒙古东北部、新疆北部

(3)计算结果验证

将1．2．4中的结果用1．3．1中的(式4)与你所在区验证。直埋热水供热管道保温层厚度的设计计算2008-9-17分享到：QQ空间新浪微博开心网人人网摘要：在控制直埋热水供热管道外表面温度计算保温层厚度的基础上，提出将植物根系的耐温能力作为限制条件。以某保温管道为例，计算了在限制条件下的保温层厚度。关键词：直埋热水供热管道；保温层厚度；土壤温度场；植物根系；土壤热阻DesignCalculationofInsulatingLayerThicknessofDirectlyBuriedHot-waterHeat-supplyPipelineZHA0Xin-gang，XUJun-jie，WANGYu-suoAbstract：Basedonthecalculationofinsulatinglayerthicknessofdirectlyburiedhot-waterheat-supplypipelinebycontrollingitsexternalsurfacetemperature，itisputforwardthattheheat-resistantabilityofplantrootsystemshouldbeusedasaconstraintcondition.Theinsulatinglayerthicknessofaninsulatedpipelineundertheconstraintconditioniscalculated.Keywords：directlyburiedhot-waterheat-supplypipeline；insulatinglayerthickness；soiltemperaturefield；plantrootsystem；soilthermalresistance在计算直埋热水供热管道的保温层厚度时，设计人员主要考虑的往往是保证保温管外表面温度低于50℃的限制条件[1～4]。直埋敷设与地上架空敷设的不同在于：地上架空敷设管道的散热量可由空气及时带走，不会产生管道外热量积聚的现象。而直埋敷设管道的散热量需通过土壤才能传至空气，由于土壤热阻远大于空气热阻，因此会在管道周围产生热量积聚的现象。与地上架空敷设管道相比，直埋敷设管道外表面温度明显升高。加之土壤越干燥，热阻越大。当热量积聚在土壤中时，土壤水分蒸发，使土壤越来越干燥，会进一步加剧热量的积聚。热量积聚不仅对供热管道使用寿命不利，而且对周围相邻管道、植物存在影响。本文对直埋热水供热管道保温层厚度的计算进行探讨。1限制条件根据国外实验数据，一般植物根系的生长在10℃以上比较活跃，在土壤温度增至32℃时不断伸长，当土壤温度高于32℃生长停止。一般而言，植物根系对高温损伤的抵抗力较地上部分弱。因此，在计算直埋热水供热管道保温层厚度时，仅保证管道外表面温度低于50℃是不够的。还应保证地表以下0.5～1.0m范围内温度低于30℃，以保护植物根系。2直埋热水供热管道温度场计算模型供回水管道的布置见图1。图中h为供热管道中心线距地面高度，单位为m；r为供回水管道中心线水平距离，单位为m；任意点距供水管道中心线的水平距离为x(单位为m)，距地面距离为y(单位为m)。任意点土壤温度t的计算式为[5、6]：式中t——任意点土壤温度，℃tsoi——管道中心线处土壤自然温度，℃，取10℃qs——供水管道单位长度的热损失，W/mλsoi——土壤的热导率，W/(m·K)，取1.2～2.4W/(m·K)qr——回水管道单位长度的热损失，W/mqs、qr的计算式为：式中ts——供水温度，℃tsoi,s——土壤表面温度，℃Rr——回水管道热阻，m·K/WRsoi——土壤热阻，m·K/Wtr——回水温度，℃Ra——附加热阻，m·K/WRs——供水管道热阻，m·K/WRs、Rr、Rsoi、Ra的计算式为：式中λi——保温材料的热导率，W/(m·K)d——保温管道外套管外径，mdo——工作钢管外径，mH——管道的折算埋深，mtm——保温材料的平均温度，℃αsoi——土壤表面传热系数，W/(m2·K)，取12～15W/(m2·K)3计算分析①土壤热导率的取值针对市政工程实际情况，普通砂质土壤地层的土壤热导率为1.0～2.4W/(m·K)，若土壤湿度较大，热导率取较大值；若土壤比较干燥，取较小值。对于供热管道周围的土壤，由于长期受到管道散热影响，土壤中水分蒸发，会进一步降低土壤的热导率。因此，2.4W/(m·K)的上限值在供热管道长时间运行的情况下是基本达不到的，一般取1.2～1.7W/(m·K)是比较合理的。在下一步计算中，土壤的热导率取值为1.5W/(m·K)。由于土壤热导率下降，若仍要满足限制条件，要么采用保温性能更好的材料，要么加大保温层的厚度。由于采用性能更好的保温材料会使保温管道造价大幅增加，因此在这里只讨论增加保温层厚度这一切实可行的方法。②其他计算条件管道中心线处土壤自然温度为10℃，土壤表面温度为-3℃，土壤表面传热系数为10W/(m2·K)。③满足限制条件的保温层厚度计算满足限制条件时不同管顶覆土深度下的保温层厚度见表1。由表1可知，随着管顶覆土深度不断增加，保温层厚度逐渐减小。管顶覆土深度达到2.1m时，保温层厚度已减小到55mm，已小于常规保温层厚度(58mm)。这说明，当管顶覆土深度达到2.1m时，采用常规保温层厚度的供热管道就可满足限制条件。但管顶覆土深度只有1.5m时，保温层厚度为93mm,远大于常规保温层厚度。表1满足限制条件时不同管顶覆土深度下的保温层厚度管顶覆土深度/m保温层厚度/mm供水管道表面温度/℃回水管道表面温度/℃地面以下1.0m处最高温度/℃1.59328.3412.1327.121.68531.2913.5830.011.77834.2515.0430.001.87237.1616.4929.931.96640.3718.0929.942.06043.9319.8830.022.15547.3321.6030.014结论若仅以保证直埋热水供热管道表面温度不高于50℃为限制条件，设计计算保温层厚度是不够的。应保证地表以下0.5～1.0m范围内温度低于30℃。参考文献：[1]GB/T4272—1992，设备及管道保温技术通则[S].[2]GB8175—87，设备及管道保温设计导则[S].[3]贺平，孙刚.供热工程(第3版)[M].北京：中国建筑工业出版社，1993.[4]章熙民，任泽霈，梅飞鸣.传热学(第3版)[M].北京：中国建筑工业出版社，1993.[5](苏)约宁AA(著)，单文昌，尚雷(译).供热学[M].北京：中国建筑工业出版社，1986.[6]杨良仲，张连钢，曹宝军，等.大管径热水直埋供热管道保温层厚度的计算[J].煤气与热力，2007，27(2)：70-72.

(本文作者：赵欣刚1徐军杰1王玉锁21.中国市政工程华北设计研究院天津300074；2.宝鸡市热力有限责任公司陕西宝鸡721000)保温层科技名词定义中文名称：保温层英文名称：lagging，heatinsulationlayer其他名称：隔热层定义：为防止和减少汽轮机的热量向环境散失，在汽轮机及管道等外表面敷设的保温材料层。应用学科：电力（一级学科）；汽轮机、燃气轮机（二级学科）以上内容由全国科学技术名词审定委员会审定公布保温层材料是导热系数小的轻质保温材料，有的同时找坡构成坡度。保温层的厚度依当地气候和对室温的要求而定。首先保温层分为,内墙保温和外墙保温.如果您的房子是内墙保温的话,那您房子的建筑使用面积就会降底.也就是得房率底了.现在的开发商用的也少;外墙保温是指,由保温材料组成,在外保温系统中起到保温隔热作用的构造层.国家颁布的节能标准，从2001年10月1日起规定，新规划的楼盘必须强制做外墙保温层.保温层的主要作用就是起到房屋保温,隔热的作用.</CA>编辑本段最佳保温层厚度我国寒冷地区的既有住宅建筑多属砖混结构,建筑围护结构热工性能差、墙体不保温,造成了全年采暖空调能耗居高不下。改进建筑围护结构热工性能是节能改造的关键,而外墙节能在建筑节能中占有非常重要的位置,本文采用生命周期法对北方地区的城市居民楼简单的平屋顶住宅建筑进行能耗模拟,通过比较几组具有不同厚度保温层的负荷指标,分析了保温层厚度对建筑负荷的影响,并确定了最佳的经济保温层厚度。保温层“经济厚度”的计算方法,不但考虑了传热基本原理,而且考虑了保温材料的投资费用、能源价格、贷款利率、导热系数等经济因素对保温层厚度的影响。据生命周期分析法的原理，利用单位面积围护结构（仅考虑屋顶）的采暖总耗费的数学模型，得出了一个简单的保温层经济厚度的计算式。最后通过几组数据进行验证，并推广为其他常见保温材料的最佳保温层厚度，进一步验证所得结论的正确与合理性。目前，我国对房屋建筑的保温隔热性能提出了更高的要求，而目前很多城市居民楼尚且都还是简单的平顶屋。外保温是目前大力推广的一种建筑保温节能技术。外保温与内保温相比，技术合理，有其明显的优越性，使用同样规格、同样尺寸和性能的保温材料，外保温比内保温的效果好。外保温技术不仅适用于新建的结构工程，也适用于旧楼改造，适用于范围广，技术含量高；外保温包在主体结构的外侧，能够保护主体结构，延长建筑物的寿命；有效减少了建筑结构的热桥，增加建筑的有效空间；同时消除了冷凝，提高了居住的舒适度。根据一系列的节能政策、法规、标准和强制性条文的指导下，我国住宅建设的节能工作不断深入，节能标准不断提高，引进开发了许多新型的节能技术和材料，在住宅建筑中大力推广使用。但我国目前的建筑节能水平，还远低于发达国家，我国建筑单位面积能耗仍是气候相近的发达国家的3倍~5倍。北方寒冷地区的建筑采暖能耗已占当地全社会能耗的20%以上，且绝大部分都是采用火力发电和燃煤锅炉，同时给环境带来严重的污染。所以建筑节能还是本世纪我国建筑业的一个重要的课题。而同时墙体和屋顶作为建筑物的重要围护物件,而其保温层厚度又是决定于建筑保温水平的重要参数，于是针对增强保温性能和节省热能损失和能源浪费，设计最佳保温层厚度有着重要的意义。问题的重述屋顶由里向外的结构是0.1(cm)涂料，1.5(cm)水泥砂浆20(cm)楼板，2(cm)水泥砂浆，珍珠岩保温层，2(cm)水泥砂浆，1(cm)三毡四油防水材料。北方地区这样的屋顶，夏季太阳日照下的表面温度最高可以达到摄氏75度，冬季为摄氏零下40度。为了保持室内有较好的舒适温度，又不造成浪费，设计最佳保温层厚度及选择最佳保温材料。模型假设a.假设研究对象为室内空气维持在设定适宜值的空调建筑。b.冬季建筑物采暖热负荷包括围护结构的耗热量和冷风渗透的耗热量，其中认为冷风渗透的耗热量不直接影响围护结构的热阻，而在计算保温层最佳厚度时只考虑屋顶耗热量的影响。c.假设屋顶结构体及保温层材料均匀，热传导系数是常数。d.室内温度和室外温度保持不变，且热传导过程已处于稳定状态。e.室内空气与围护结构内表面之间允许温度差摄氏4度，即在冬季平顶屋室内空气比内墙壁高4摄氏度。f.北方地区屋顶，夏季太阳日照下的表面温度最高达摄氏75度，冬季为摄氏零下40度。建立模型模型中使用的主要参数说明Q单位面积的透过屋顶损失的热量，W/m2K围护结构的传热系数，W/（m2•℃）ΔT室内外温差，℃。Qn年采暖耗热量，J/m2HDD采暖度日数，℃•dRi由里到外屋顶结构材料的传热阻，m2•K/WR保温层的热阻，m2•K/Wdi由里到外屋顶结构材料的厚度，md保温层的厚度i材料各层的导热系数，W•m/Kλ保温层的导热系数，W•m/KW单位面积年采暖总费用，￥/m2；WT单位面积保温层的投资费用，￥/m2；WN单位面积年采暖耗热费用WY单位面积采暖年运行费用，￥/m2•aPWF贴现系数i银行利润I现贴率g通货膨胀率N使用年限P单位体积保温材料的造价C单位时间的电价,￥/hH空调单位面积单位时间的发热量,J/hη采暖系统的总效率Vi采暖或降暖日数，d有关概念的定义（1）厚度为d的均匀介质，两侧温度差为ΔT，则单位时间由温度高的一侧向温度低的一侧通过单位面积的热量Q与ΔT成正比，即：Q=kΔT,k为热传导系数，其中k=,R为介质的传热阻（2）PWF－贴现系数（PresentWorthFactor），是把今后某一日期收到或支付的款项，折算为现值的过程。一元资金在不同时期的现值，叫做贴现系数，即将资金的将来值折算成现值。（3）所谓采暖度日数HDD(HeatingDegreeDays)是指一段时间(月、季或年)日平均温度低于65°F(18.3°C)的累积度数。如果日平均温度高于65°F,那么这一天无采暖度日数。问题的分析屋顶是建筑物的重要围护结构,为确保其保持室温,减少热损的功能.尤其是在严寒地区,在保证寒冷地区冬季室内气温达到应有的标准的情况下，还需把其采暖费用作为重要考虑因素。保温层厚度是决定建筑保温水平的重要参数。一般随着保温层厚度的增加，围护结构的绝热性能提高，从而降低建筑负荷，采暖设备造价和采暖系统运行费用也相应降低；但同时，围护结构的建造费用也相应增加，因此，一定存在某一特定的保温层厚度，即经济厚度d，使建筑物总费用（建造费用和经营费用之和）最小。于是考虑建立关于总费用W的目标函数，其包括保温层的投资费用和采暖耗热费用，其中对于采暖好热费用，考虑经济和节能，采用生命周期法，建立节能建筑设计的数学模型。建立关于保温层厚度d的关系式，得到计算经济厚度的关系，使得目标函数W最小，对应的即为最佳厚度d。由此得到最佳保温厚度，变换保温材料时只需替代导热系数，结合数据得到最佳保温材料。模型的建立在我们建立的模型中目标函数的总费用分两部分，即单位面积保温层的投资费用WT和单位面积采暖耗热费用WN。WT的确定已知单位体积保温层的造价P（包括保温材料费用，运输费用，施工费用，施工管理费用等），易得其中d为保温层的厚度（1）年采暖耗热量费用围护结构的传热系数K根据公式概念有，（2）其中Ri为围护结构建筑材料的传热阻，R为保温层的传热阻。且易知R及Ri可由公式算得，其中d为材料的厚度，为材料的导热系数。采暖度日数HDD根据概念，为优化计算，冬季采暖度日数取为HDD20，即在一段时间的采暖日时间内平均温度低于20°C的累积度数。而在夏季降暖日数取为HDD25，即在一段时间内的降暖时间内高于25°C的累积度数，或者说如果日平均温度底于25°C,那么这一天无降暖度日数。实际上也认为20°C与25°C分别为室内冬夏两季的适应温度。对于采暖（降暖）度日数的计算方法有：采用HDD=ΔT/2*V，即取使室内达到适宜温度时最高温差的一半作为采暖（降暖）时间内的平均温差，其中ΔT为屋顶外表面的最低温度（最高温度）与室内冬季（夏季）适宜温度的差。V为采暖（降暖）总日数。于是设屋顶外表面冬季最底温度为T1℃，夏季最高温度为T2℃，采暖日数为V1，降暖日数为V2，则有：HDD20=（20-T1）/2*V1（3）HDD25=（T2-25）/2*V2（4）贴系数的确定若g＝i，PWF＝（1+i）-1；若g＜i，则I＝（i－g）/（1+g）；若g＞i，则I＝（g－i）/（1+i）；则有PWF＝[1-(1+I)-N]/I（5）单位面积年热损失Qn单位面积年热损失用采暖度日数计算，一年分夏冬两个季节（6）=3.4.6单位面积采暖年运行费用WYWY=（7）3.4.7单位面积年采暖耗热费用（8）综合（1）至（8）则有：（9）且如前所述，建筑采暖总费用W存在一个最小值d，其对应的厚度值即为所求最佳厚度d.对W关于d求导数，有，求得（10）模型实例珍珠岩保温层的最佳厚度计算以北方城市居民平顶屋住房为例，夏季取屋顶表面温度最高达摄氏75度，冬季为摄氏零下40度。在计算中选用格力KFR-26GW/K(2658)D-N5空调，其参数:功率：1P／制冷量：2600W。经换算得格力空调单位面积单位时间的发热量为H=0.72J/h。电价来源于长春供电局：C=0.47元/kWh。依据2007年的贷款利率为i＝7.83%，通货膨胀率为g＝4.8%，设定使用年限N＝10.经计算可得：贴现系数PWF=8.58。认为年采暖日数为4个月，降暖日数为2个月，即有V1=120,V2=60，（单位：天）。采用珍珠岩保温层，其导热系数在0.047-0.054（单位：w/m.k）之间，且造价为：186元/立方米，假定取。取采（降）暖系统的总效率。表一：屋顶围护结构导热系数，W•m/K厚度mm传热阻m2•K/W围护结构的传热系数涂料0．041100.024水泥砂浆0.930150.016楼板0.1742001.15三毡四油防水材料0.668100.014珍珠岩保温层0.054————图一：珍珠岩保温层d与采暖总费用W关系在建筑采暖过程中，实际上保温层的投资费用WT随保温层厚度d的增加呈线性增大，而年采暖（降暖）所用耗热费用WN与保温层厚度d之间是非线性关系，开始随d增大而迅速降低，当d达到一定值时，WN变得平缓，从而导致单位面积年采暖总费用W随着d的增加，先是减小而后增长，在d＝28.15mm时取得最小值，即为满足（10）式的珍珠岩最佳保温层厚度。此计算也同样适于其他保温材料最佳保温厚度的确定，在后文将作详细说明。不同材料的保温层最佳厚度的比较分析各常见保温材料导热系数及单位造价，及计算所得最佳厚度和年采暖费用如下表二：保温层材料导热系数，W•m/K单位造价，元/立方米最佳厚度，mm单位面积年采（降）暖总费用，元聚氨酯泡沫0.0205809.7011266.00珍珠岩保温层0.05418628.1510484.15苯板0.04730020.6812419.24挤塑板0.02543012.598934.74聚氨酯保温板0.02832015.468158.05聚乙烯PEF0.03832018.009501.77图二：不同材料保温层的最佳厚度实际上保温效果：聚氨酯泡沫最好，挤塑板次之，苯板最差；耐冷热性能：聚氨酯泡沫最好，挤塑板次之，苯板最差；吸水率（性）：挤塑板最低，聚氨酯次之，苯板最易吸水；使用寿命：聚氨酯泡沫最长，挤塑板次之，苯板最差；价格：聚氨酯泡沫最高，挤塑板次之，苯板最低；聚氨酯现场发泡（喷涂）可直接现场喷涂