自调控电保温技术在大连地铁工程中的应用

段义伟

摘 要：介绍了大连地铁工程给水管道自调控电保温技术的应用，阐述了自限温电缆结构和功能，并在节能、安全、安装、维修方面的突出优点。实践证明，采用电伴热保温是一种最有效的防冻保温措施。

关键词：地铁；自调控电保温系统；节能

1 引言

大连地铁1号、2号线建设总里程65公里，下设车站49座，概算总投资350亿元，2010年3月5日全面开工建设，2015年5月陆续投入试运营。大连市年平均气温10.5℃，极端气温最低-19.13℃。地车站风井、出入口、区间端头及出入段线部位消防给水管、生活给水管极易受冻，而传统恒功率发热电缆发热恒定、不可交叉、不宜截断、截断后功率增大，在烧坏电缆、节能上有一定的弊端。经过调研，最终采用自调控电保温系统用于地铁管道的防冻。

2 自调控电伴热保温技术

2.1 工作原理

电伴热保温是通过伴热媒体散发一定的热量，通过直接或间接的热交换补充被伴热管道的热损失，以达到升温、保温或防冻的正常工作要求[1]。自限温电伴热电缆是近年来在国际上发展很快的高科技产品，是电缆状的电加热器，其功能不是导通电流而是发热。它的电热元件是具有智能温控的高分子材料，即半晶高聚物与导电粒子共混而成的复合物，其电阻具有正温度系数效应（Positive Temperature Coeffi—cient）。在两根平行金属导线之间均匀地挤包一层PTC材料制成的芯带，当电缆一端的两根导线与电源接通时，电流从一根导线横向流过PTC材料层达到另一根导线，PTC层就是连续并联在两根导线之间的电阻发热体，将电能转化为热能。伴热电缆的电阻率随温度升高而逐渐增大，到了某一温区可陡增几个数量级，这种PTC效应能限制电流通过，具有温控性能[2]。自调控电保温系统包括自限温发热电缆、控制箱、温控系统、温度采集装置、温度传感器、管道外保温、防护层及标识等组成，系统核心部件为自限温发热电缆。

在管道适当位置放置温度传感器，控制箱内设有温度控制模块。通电瞬间电缆发热功率最大随着温度升高，电缆中记忆材料电阻逐渐增大，因而工作电流和电热功率也逐渐减小，直至发热功率初偿系统的热损失，使系统温度处于稳定状态时止。当环境温度降低使系统温度有降低趋势的时候，电缆功率自动增大，自动补偿热损失，使系统在新的温度下处于平衡。这种补偿加热方式是高效节能的。此伴热程序周而复始地进行，使管道温度始终保持恒定，从而起到主动为管道伴热保温的作用，保证管道系统冬季正常运行。

2.2 自限温发热电缆结构

自限温发热电缆结构也称自调控发热电缆，输出功率随环境温度变化自动调节，在安装时可随意交叉重叠、随意截断而不影响功率输出，同时根据环境温度自动调节输出功率。

2.3 保温结构

保温结构与常规保温一样，包括绝热层、防潮层、保护层。绝热层的材质、厚度和结构的选择应按照热水保温和冷水防结露要求的绝热层厚度计算和选择电热带功率，当功率过大时再增加绝热层厚度。用于保温为目的的绝热层可不设防潮层，但用于防冻为目的的绝热层则一般应设防潮层。保护层的设置要求与非电伴热保护层的设置要求相同[3]。根据设计经验，并结合保温材料的保温性能、经济成本等各方面考虑，大连地铁1、2号线电伴热保温防潮层选用带有不燃性复合玻璃布铝箔防潮层的绝热材料；绝热层采 50 mm厚复合硅酸镁材料，导热系数≤0.045W/m[?]K（常温）、容重为80±2kg/m3，防火性能等级为A级；保护层选用PAP铝塑复合卷材。

2.4 专业接口

向车站环境监控BAS（Building Automation System）系统提供系统启、停状态，启动故障、超高温、超低温、漏电、断缆报警信号。

3 地铁电伴热保温设计原则

（1）在车站风道、出入口内的消防给水管道、生活给水管道设自限温电保温系统，电保温管道采用双电源供电。

（2）电源供电系统由低压配电盘电源开关、输配电桥架线管、电伴热控制箱。对应每个电伴热电缆加热回路，电伴热控制箱内均应配置空气开关、漏电开关、监测系统或智能控制系统等装置。其中，监测系统用于检测被伴热管道的工作温度，当温度传感器探测的管道温度低于监测系统的设定温度时（一般为5℃），通过控制系统发热电缆自动通电伴热，反之自动断电停止伴热。

（3）每个电伴热控制箱内均设有事故自动报警控制器，根据具体情况对该箱内每个电缆加热回路实时监测，包括超高温报警、超低温报警、测温故障报警、传感器故障报警、发热电缆断线、漏电报警信号，过流以及管道电伴热的工作状态。

（4）温度控制模块同时控制4～6根管道：温度传感器的设置原则为：每套控制箱设1个环境温度传感器，每根管道设置2个温度传感器，放置于整个管道的相对不利点。

4 系统的优点

4.1 节能

在地铁管道电保温中，同一根被保温管道穿过不同温度的区域，各个温度区域环境温度相差较大，自限温发热电缆可以根据管道环境温度按需补偿热量，保证热量不浪费。

自限温发热电缆配有专用的两通、三通、尾端等附件，根据管道长度随意裁剪、随意搭接，不会因为搭接过热而断缆，客服材料上的浪费；所有附件的安全防护等级IP55-IP68，可以根据使用工况环境的要求选用，不会增加故障点。

4.2 安全

根据规范03S401发热电缆在管件处需预留，而预留处极易交叉重叠，自限温缠绕交叉、重叠不会过热，恒功率交叉重叠会因过热烧坏电缆，管道冻裂影响运营安全。

在外保温保温效果不好的位置，自限温因发热的功率发热量会自动增大，所以不会冻裂；而恒功率会因补偿热量不够而冻裂。

4.3 便于安装、维修简单

备件少，维修不需拆换整根电缆。即使发生故障的情况下，自限温也能快速找到电缆故障点，仅需快速更换故障部分，维修快捷、成本低；而恒功率电缆需要更换整根电缆，维修慢，成本高。

维修快捷，不会给运营增加影响，只需在故障点拆卸1米左右的外保温更换维修，然后采用二通直接连接发热电缆即可，不用更换和拆卸整根管道的外保温、发热电缆。

5 结语

对于地铁车站的重要的公共场所，消防给水管道系统必须保证在任何时候都能正常运行。自调控电保温系统是一种主动加热以补偿热量损失的保温措施，是一种目前最有效的防冻保温措施的应用，有效的解决大连地铁出人口、风道及洞口、地面站和高架站站厅层和夹层的消防给水管道和部分生活给水管道冬季防冻问题。

參考文献：

[1] 李景田，赵延元.管道与设备保温[M].北京：中国建筑工业出版社，1982：419～420.

[2] 罗延龄.自限温型PTC电热带的性能评价[J].电线电缆，2001（6）.