换热器保温外壳材料及结构对保温性能影响研究

2022-03-02李堃赵青玲

能源研究与利用 2022年1期

李堃，赵青玲

(华北水利水电大学环境与市政工程学院，郑州 450046)

近年来，随着社会的高速发展，对于能源利用的话题逐渐成为人们关注的话题之一。《中国建筑能耗研究报告2020》[1]显示：2018年，建筑运行阶段能耗占全国消费总量的21.7%。毛广志[2]指出在建筑能耗中，采暖及空调设备所消耗的能源约占65%。提高板式换热器能源利用率的途径主要是强化传热和削弱传热[3]。保温是通过削弱传热的方式起到节能的目的。

谢文丁[4]给出了一组数据，2020年时，建筑能耗已达到10.89 Gtce，当采取保温节能措施时，可减少近31%的能耗，其中暖通空调系统将减少8 000亿kW·h，考虑到换热器在采暖以及空调系统中的地位，对换热器进行保温节能措施可以节省大量能源。而在石油行业中，某油田热电公司[5]对近百台换热器以及众多站内阀门添加了保温措施，降低了2%的能耗，预计可为该公司每年能节省近百万的运行成本。制作保温外壳不仅能起到节能的作用，而且还可以起到保护换热器及起到装饰的作用。

本文对板式换热器保温外壳采取不同的保温材料以及结构对保温性能的影响进行了试验研究。

1 试验设备、材料和方法

1.1 试验设备

(1)换热器。鲁本斯换热器，规格50片，设计温度-195 ℃～220 ℃。

(2)恒温水浴箱。控温范围：室温～100 ℃；控温精度：±1 ℃。

(3)热水泵。产品型号为YL-135，使用电源：220 V/50 Hz。

(4)潜水泵。产品型号为AQ902，使用电源：220 V/50 Hz。

(5)热电偶测温仪。型号为HT9815，测温范围-200 ℃～1 372 ℃(仅主机)。

(6)热电偶。K型，测温范围0 ℃～250 ℃。

(7)阀门、管件及管道若干。

1.2 试验材料

本文将针对玻璃纤维、硅酸铝针刺毯、纳米气凝胶、挤塑板(挤塑聚苯乙烯泡沫塑料)以及硬质聚氨酯板[6-12]等5种保温材料的保温性能进行研究及分析。

委托相关测试单位对5种保温材料的性能进行测定，5种保温材料的物理性能比较测试结果见表1。

表1 5种保温材料的物理性能比较

1.3 试验装置

设备按照顺序链接，试验系统图如图1所示。

图1 试验系统图

2 不同结构保温外壳对保温性能的影响

2.1 试验过程及测点布置

(1)试验过程。试验中，利用恒温水浴箱把水温加热到100 ℃来提供高温热水，通过高温热水泵和潜水泵使热水与凉水采用逆流的方式流经板式换热器，把热电偶安置在各个测点，利用数据接收装置对测点温度进行数据收集，对采用不同保温材料种类、保温层厚度以及软质保温材料是否使用铝箔纸反辐射层组成的保温结构的性能进行测试。

(2)保温结构及测点布置。试验采取软质+硬质的保温结构，保温结构由内向外共分三层，第一层为软质保温材料玻璃纤维、硅酸铝针刺毯、纳米气凝胶三者之一，第二层为挤塑板，第三层为聚氨酯板，测点布置如图2所示。