圆筒形保冷层厚度计算探讨

李波

（上海一建安装工程有限公司，上海 200437）

设备和管道的保冷是暖通空调工程中一个重要的环节，保冷设计的合理与否直接影响到空调系统的正常运行和一次投资［1］。本文通过引用相关文献和规范的计算公式，运用绝热层经济厚度和防结露方法计算出不同管径下的保冷层厚度。同时通过不同工况下理论的计算结果与规范［2］［3］对比，选用出合理的保冷层厚度，可供实际项目施工运营维护时采用和参考，减少不必要的投资和浪费，也避免结露滴水现象的发生。下述公式和计算过程均指室内环境的圆筒形保冷厚度计算。平板形保温和保冷的厚度的2种计算方法（经济厚度法和防结露厚度法），由于计算过程相对较简单和篇幅限制，在此不做过多叙述。

1 基本计算公式

1.1 圆筒型单层保冷层经济厚度计算恒等式(1-1):

式中：δ—绝热层厚度，mm；D0—管道或设备外径，m；D1—管道或设备绝热层外径，m；PE—能量价格，元/GJ；PT—绝热结构单位造价，元/m3；λ—绝热材料在平均温度Tm下的导热常数, W/(m2·℃)；橡塑保温材料：；as—绝热层（最）外表面向周围空气的放热系数，W/(m2·K)，其中防烫和防结露计算中，as可 直接取8.141；W— 年平均风速，m/s；t—年运行时间，h（常年运行的按2880h计，其余按实际情况计算）；T0—管道外表面温度，℃；Ta—环境温度（运行期间平均气温），℃；Ts—绝热层外表面温度，℃；S—绝热投资贷款年分摊率，%；i—年利率（复利率），%；n—计息年数，年。

1.2 圆筒型单层防绝热层外表面结露厚度计算恒等式：

式中:Ts-绝热层外表面温度，计算时取高于环境露点温度0.3℃以上，Ts=Td+ 0.3；

Td—当地气象条件下最热月的露点温度，℃；

2 计算举例分析

2.1 圆筒型单层保冷层经济厚度计算示例：

按上述公式（1-1）～（1-2）调整推导，得下述组合公式（1-5）：

我们以上海地区空调冷水管保冷厚度计算为例，其中：PE取75元/GJ；λ为绝热材料在平均温度下的导热常数, W/(m2·℃)，此处计算以柔性泡沫橡塑保温材料为例，计算如表2所示；PT取3400元/m3；t取2880h，按每天12h，8个月运行计算；i取10%，n取为6年，S计算按公式1-2可得22.96%。as计算按公式1-3可得24.497 W/(m2·K)；T0为设备或管道的外表面温度，当管道为金属材料时可取管内的介质温度，℃，此处为上海徐汇地区具体项目，取7°C；Ts为绝热层外表面温度，℃，在防结露厚度计算中，为最热月露点温度Td加0.3℃；Ta为环境温度，℃，取为设备或管道运行期间的平均气温，由于上海属于Ⅱ类较潮湿地区，此处取33.0℃；Td根据设备或管道运行期间环境平均温度Ta（33℃）和最热月月平均相对湿度（80%）查表［4］得到，可得上海地区室内不利的露点温度为29℃，TS取为29.3℃；B是由于吸湿、老化等原因引起的保冷厚度增加的修正系数，视材料而定，通常可取1.05～1.3，此处取值参文献［5］［6］［7］。

综上述参数，按照公式（1-1）～（1-3）可得绝热层厚度幂指数常数δ1，计算结果如表1所示；据表1计算结果，按照组合公式（1-5）及查询“附表1：x与xlnx函数表(当x=1～2.50时的xlnx)值”可得不同管径下的单层保冷经济厚度，计算结果如表3所示。

表1 绝热层厚度幂指数常数δ1 计算表（经济厚度）

表2 导热系数λ计算表

表3不同管径单层保冷层经济厚度计算表

2.2 圆筒型单层保冷外表面结露厚度计算示例

按前述公式（1-4）调整推导，得下述组合公式：

我们以上海地区空调冷水管保冷厚度计算为例，其中：as在防烫和防结露计算中，可直接取为8.141 W/(m2·K)；B值取1.3。其它参数取值，可参考2.1条中所述。按照公式（1-4）可得绝热层厚度幂指数常数δ1，计算结果如表4所示；据表4计算结果，按照组合公式（1-6）及查询“附表1∶x与xlnx函数表(当x=1～2.50时的xlnx)值”可得不同管径下的单层保冷防结露厚度，计算结果如表5所示，其值接近且略小于规范推荐值，随管径的增大而增大。

表4 绝热层厚度幂指数常数δ1计算表（防结露）

表5 不同管径单层保冷经济厚度计算表

2.3 圆筒型单层保冷层外表面防结露厚度不同工况下计算对比

x x

由于通过表3和表5的数据分析可知，在上海地区，绝热层厚度的选取，主要还是以外表面防结露厚度计算为依据。因此，我们下面以上海徐汇地区DN1000冷水管道单层保冷外表面防结露厚度计算举例，讨论其在不同的相对湿度和室内管道或设备运行平均温度条件下，其绝热层厚度的变化趋势及范围，其计算结果如下图1和图2所示，在绝热层厚度具体选型时，具有一定的参考价值。

图1制图条件：管内介质温度T0=7℃，保持室内环境温度Ta= 33℃不变，as=8.141 W/(m2·K)；

图2制图条件：管内介质温度T0=7℃, 保持室内相对湿度γ=80%不变,as=8.141 W/(m2·K)；

图1 δ与γ 变化曲线图

图2 δ与T 变化曲线图

从图1和图2分析可知，相对湿度大于80%时，其绝热层厚度变化急剧增大，相对湿度的改变比室内温度的变化更能直接影响绝热层厚度。所以管道或设备防结露中，湿度控制相当重要，在一些发热量较大的数据或配电机房内，湿度控制显得尤为重要。

运用上述2.2节中相同的思路和方法，可计算出上海地区室内冷却水管（供32℃/回37℃）保冷层厚度，其厚度小于3mm，可见在室内相对干燥的非重要机房和管井内，可不外包覆绝热层，节省一定初投资。

2.4 附表

下述附表1可供工程设计人员查询直接引用，也可自制excel表格，使x取值区间更小，结果更加的精确。也可用同行的excel迭代法［8］计算或自制软件［9］计算，各有利弊，看使用者的对精度和范围的具体要求。

附表1 x与xlnx函数表(当x=1～2.50时的xlnx)值

3 结论

经上述计算分析，可知: 管道保冷经济厚度计算略小于防结露厚度计算，所以，工程上一般采用防结露厚度计算结果；同一地区，工况相同条件下，管径越大，所用保冷材料厚度越大；相同管径条件下，设备或管道运行期间的平均温度越高，其所采用的的保冷材料厚度越大，同理，设备或管道运行期间的相对湿度越大，其所采用的的保冷材料厚度越大［10］，最终归结为保冷材料厚度与露点温度正相关；上述附表1 可供其他地区引用，也可通过excel再细化x的取值区间和扩大x的取值范围，使计算结果更加精确和广泛。