1、保溫節(jié)能技術(shù),隔熱保溫與節(jié)能 隔熱保溫的目的 保溫材料 管道保溫計算 隔熱保溫技術(shù)的進展,主要內(nèi)容,1、保溫： 為減少設(shè)備、管道及其附件向周圍環(huán)境散熱，在其外表面采取的增設(shè)保溫層的措施。 或：對常溫以上至1000以下的設(shè)備或管道，進行外保護或涂裝以減少散熱或降低其表面溫度為目的的措施。 2、保冷： 為防止或減少周圍環(huán)境中的熱量傳入低溫設(shè)備和管道內(nèi)部，及防止低溫設(shè)備和管道外壁表面結(jié)露而采取的低溫絕熱措施。 或：對常溫以下的設(shè)備或管道進行保護或涂裝以減少外部熱量向內(nèi)部的侵入，并使表面溫度保持在露點以上，不使外表面結(jié)露為目的而采取的措施；對0以上、常溫下的設(shè)備或管道，為防止其表面結(jié)露而采取的措施。,

2、保溫和保冷的定義,1.隔熱保溫與節(jié)能,以蒸汽管網(wǎng)的隔熱保溫為例，我國蒸汽管網(wǎng)系統(tǒng)的年耗煤 量達.億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，約占全國燃煤總耗量的/。整個系統(tǒng)的熱能利用率低，每年由此而浪費的煤資源高達萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤，即相當(dāng)于蒸汽系統(tǒng)總能耗的/以上。除了蒸汽泄漏，凝結(jié)水回收方面存在的問題外，管道保溫不善也是耗能大的主要原因。例如一根長為1，直徑219mm的蒸汽管道，如果不隔熱，每年損失可達標(biāo)煤，一個不隔熱的0.1524的低壓蒸汽閥門，一年的熱損失相當(dāng)于4標(biāo)煤的能量，一個直徑為529的裸露法蘭，一年將損失10以上標(biāo)煤的能量。,1.隔熱保溫與節(jié)能,表1、每米長裸露與保溫管道散熱損失比較,保溫保冷與節(jié)能的關(guān)系,表2、每米裸

3、露閥門與保溫閥門散熱損失比較,表3、每對裸露法蘭與保溫法蘭散熱損失比較,2.保溫與保冷的目的,（1）減少設(shè)備、管道及其附件在工作過程中的散熱損失，節(jié)約能量。,注意：以減少散熱損失，節(jié)約燃料為目的時，經(jīng)濟性是首先考慮的問題。,(2).滿足用戶工藝過程的要求,保溫設(shè)計首先應(yīng)當(dāng)滿足工藝上的要求，如通過熱力管網(wǎng)送至某用戶的蒸汽溫度和壓力，不能低于工藝流程所要求的給定值；其次才考慮經(jīng)濟性。熱用戶工藝方面很多。,a.化學(xué)燃燒反應(yīng)的廢氣中含有腐蝕性物質(zhì)，廢氣的沸點要比環(huán)境空氣高得多。,例如,b.防止外壁溫度低于周圍環(huán)境溫度的設(shè)備和管道外表面結(jié)露而破壞保冷結(jié)構(gòu)，以延長保冷結(jié)構(gòu)的使用壽命。,(3).滿足一定的勞

4、動衛(wèi)生條件,保證人員安全,對于熱設(shè)備和管道，改善勞動條件，防止因熱表面導(dǎo)致火災(zāi)和防止操作人員燙傷，保溫的目的是使熱設(shè)備或管道的表面溫度不超過某一溫度.,a.對于供熱管道當(dāng)外表面包上金屬皮時，通常為55，當(dāng)外表面為非金屬材料時保溫層為60。,例如,b.空分行業(yè)，由于液氮液氧的溫度很低，與之接觸也會引起嚴(yán)重的凍傷，因此對低溫設(shè)備和管道進行保溫設(shè)計時也應(yīng)考慮人員安全的因素。,3. 保溫材料,習(xí)慣上把導(dǎo)熱系數(shù)小的材料稱為保溫材料，又稱隔熱材料或絕熱材料。為了是保溫材料能夠長期可靠使用，在保溫層的外面加一層防護層,保溫材料： 以減少熱量損失為目的，在平均溫度等于或小于623K(350)時，其導(dǎo)熱系數(shù)不得

5、大于0.12w/m.k并有明確的隨溫度變化的導(dǎo)熱系數(shù)方程式或圖表的材料稱為保溫材料。 保冷材料： 以減少冷量損失為目的，在平均溫度小于300K(27)時，導(dǎo)熱系數(shù)值不得大于0.064w/m.k并有明確的隨溫度變化的導(dǎo)熱系數(shù)方程式或圖表的材料，稱為保冷材料。,3.1 定義,3.2 對保溫材料的要求,1）保溫性能好。導(dǎo)熱系數(shù)小，空氣含量多（靜止空氣的導(dǎo)熱系數(shù)很低，約為0.025W/mk ）保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)還與溫度和濕度有關(guān)。水份增加，導(dǎo)熱系數(shù)也增高；溫度增高，導(dǎo)熱系數(shù)成直線地增加。,2）耐溫性好，性能穩(wěn)定，能長期使用。不同的保溫材料有不同的使用溫度范圍。 3）容重小，一般不宜超過600kg/m3

6、。容重小，不但導(dǎo)熱系數(shù)低，而且可以減輕保溫管道的支架。 4）有一定的機械強度，能滿足施工的要求，一般其抗壓強度應(yīng)0.3MPa。 5）無毒，對金屬無腐蝕作用。 6）可燃物和水分含量極少，易于加工成型。 7）價格便宜,常用保溫材料的熱物理性能,3.3 常用保溫材料的熱物理性質(zhì),常用保溫材料的熱物理性能,密度（容重） 一般規(guī)定，保溫材料的密度是材料試樣在110時經(jīng)烘干呈松散狀態(tài)的單位體積的重量。 玻璃棉和巖棉的密度約為60100kg/m3時，其導(dǎo)熱系數(shù)最小。 生產(chǎn)密度：保溫材料廠在一定生產(chǎn)工藝和檢驗方法下所確定的出廠產(chǎn)品密度，即稱為生產(chǎn)密度。 使用密度：材料在使用狀態(tài)下的實際密度叫作使用密度。 最佳

7、密度：材料在該密度下具有較小的導(dǎo)熱系數(shù)；較高的機械強度、彈性恢復(fù)和抗震性能，在包裝運輸，安裝過程中材料的外形，厚度穩(wěn)定性等性能，該密度為最佳密度。 巖棉制品最佳密度為90150 kg/m3。一般用于保溫的絕熱材料及其制品，其容重不得大于600kg/m3；用于保冷的絕熱材料及其制品，其容重不得大于220kg/m3。,3.4 保溫與保冷材料的基本性能,氣孔率 保溫材料一般為多孔性材料，用來衡量材料體積被氣體充實程度的指標(biāo)成為氣孔率或孔隙率。 吸水率、吸濕率、含水率 吸水率：表示材料對水的吸收能力； 吸濕率：材料從環(huán)境空氣中吸收水蒸氣的能力 含水率：一般材料吸收外來的水分或濕氣的性質(zhì) 一般纖維狀保溫

8、材料，當(dāng)含水率達1015%，其導(dǎo)熱系數(shù)主值增加約1322%。 材料吸附水分后，材料氣孔被水占據(jù)了相應(yīng)的空氣位置，常溫下水的導(dǎo)熱系數(shù)約為空氣的25倍，而且水在蒸發(fā)時要吸收大量熱量，因此材料的導(dǎo)熱系數(shù)就大大增加，這也是保溫材料要妥善保管，不能被雨淋的主要原因。,抗壓強度 材料受到壓縮力作用而破壞時每單位原始橫截面積上的最大壓力荷載。 抗折強度 材料受到使其彎曲荷載作用下破壞時，單位面積上所受的力。 導(dǎo)熱系數(shù) 它與材料的密度、含水率、內(nèi)部結(jié)構(gòu)形式密切相關(guān)。 導(dǎo)熱系數(shù)是保溫材料最重要的性能之一，它不是獨立存在的“物性”而是說明材料“輸運特性”即在能量運輸（傳遞）過程中才能顯示的特性。,PH值 由于保溫

9、材料的化學(xué)成分不純，并且大多數(shù)材料具有一定的吸水性，都能對金屬產(chǎn)生腐蝕。 要求保溫材料必須屬于中性或PH值不小于78，不得含有可溶性氯化物，硫氧化物的含量不允許大于0.06%。 鹵族元素 用于奧氏體不銹鋼設(shè)備和管道及其組成件上的保溫層材料，制品中所含鹵族元素量，必須嚴(yán)格控制，勿使產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕。 一般規(guī)定氯離子含量不得大于25ppm。,3.5 對防護層的要求,為了長期可靠，保溫層外面通常要加一層防護層。 對防護層的要求 ）好的防水性能。 ）耐壓強度好，一般不低于，不易燃燒。 ）時的導(dǎo)熱系數(shù)不超過（）。 ）在溫度變化或振動的情況下，不易開裂或脫皮。 ）含可燃物或有機物極少，一般應(yīng)不大于10%。,外

10、保護層材料應(yīng)具有的主要技術(shù)性能 防止外力損壞絕熱層 防止雨水的侵襲 對保冷結(jié)構(gòu)尚有防潮隔汽的作用 美化結(jié)構(gòu)的外觀,因此，保護層應(yīng)具有嚴(yán)密的防水、防濕性能；良好的化學(xué)穩(wěn)定性和不燃性；強度高；不易開裂；不易老化等性能。,常用保護層材料 對軟質(zhì)、半硬質(zhì)材料的絕熱層，保護層宜選用0.5mm鍍鋅或不鍍鋅薄鋼板； 對硬質(zhì)材料絕熱層宜選用0.50.8mm合金鋁或鋁； 用于火災(zāi)危險性不屬于甲、乙、丙類生產(chǎn)裝置或設(shè)備以及不劃爆炸危險區(qū)域的非燃燒性介質(zhì)的公用工程管道的絕熱層材料可用0.50.8mm阻燃型帶鋁箔玻璃鋼板。,防潮層材料應(yīng)具有的主要技術(shù)性能 抗蒸汽滲透性好，防潮，吸水率不大于1%； 應(yīng)具有阻燃性，自熄性

11、； 粘結(jié)及密封性能好，20時粘結(jié)強度不低于0.15mpa； 安全使用溫度范圍大，有一定的耐火性，軟化溫度不低于65，夏季不軟化，不起泡，不流淌；有一定的抗凍性，冬季不脆化，不開裂，不脫落。 化學(xué)穩(wěn)定性好，揮發(fā)物不大于30%。 干燥時間短，在常溫下能使用，施工方便。,常用的防潮材料 防潮層材料除應(yīng)具有規(guī)定的技術(shù)性能外，還應(yīng)不腐蝕絕熱層和保護層，也不應(yīng)與絕熱層產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，一般選擇下述材料： 石油瀝青或改質(zhì)瀝青玻璃布 石油瀝青瑪蹄脂玻璃布 油氈玻璃布 聚乙烯薄膜 復(fù)合鋁箔 CPU（一種聚氨酯橡膠體）新型防水防腐敷面材料（用作設(shè)備和管道的防潮層或保護層，埋地管道的防腐層）,4. 管道保溫計算,管道保

12、溫計算有兩個目的一是計算所需保溫材料的厚度；二是計算每米長管道的熱損失或核算保溫材料的外表面溫度。,以一層保溫材料為例其厚度為 。管子內(nèi)直徑為1，外直徑為2 ，管內(nèi)熱介質(zhì)的溫度為tf1，周圍環(huán)境的溫度為tf2：假設(shè)管內(nèi)壁的溫度為tw1，管外壁的溫度為tw2曲保溫層外表面的溫度為tw。環(huán)境的溫度為ts。該圖還給出了這一系統(tǒng)的串聯(lián)熱阻圖。,4.1架空管道,（1）計算保溫管道各個熱阻的值,假設(shè)管道各部分的分熱阻為Ri，則通過每米管道的徑向總熱損失（包括管道附件的熱損失）為,熱阻計算：,熱介質(zhì)與管內(nèi)壁之間的對流換熱熱阻R1,管壁熱阻R2：,保溫層熱阻R3：,保溫層外表面對周圍環(huán)境的對流熱阻R4：,保溫

13、層外表面對天空的輻射熱阻R5：,保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)i與溫度 有關(guān)，大多數(shù)情況下i與溫度成性 關(guān)系，即：,如采用多層保溫材料，則保溫層的熱阻R3應(yīng)為各層保溫材料的熱阻之和。,注意：,（2）熱阻簡化,包上保溫材料后，管內(nèi)對流換熱的熱阻R1和金屬管壁的的導(dǎo)熱熱阻R2，相對于R3、R4和R5而言常小到可以忽略不計。這樣保溫層內(nèi)表面的溫度tw2就可以近似認(rèn)為等于熱介質(zhì)的溫度tf1. 一般保溫層外表面的溫度均不高，這時保溫層外表面的對流換熱系數(shù)2和輻射換熱系數(shù) 3之和，級保溫層外表面的總換熱系數(shù)，可以用下面的簡化公式計算。,室外管道：,式中：w為風(fēng)速，m/s。,室內(nèi)管道：,室外管道：,式中：w為風(fēng)速，m/

14、s。,室內(nèi)管道：,由于采用總換熱系數(shù)，R4和R5可以合并為R6，即,由此得到簡化公式,或,（3）容許熱損失的確定,為滿足工藝要求的容許熱損失，一般需要計算；對于其他情況，容許熱損失可參照表5-6和表5-7 。,（4）保溫厚度的計算方法,根據(jù)表5-6和表5-7 確定出容許的熱損失QL,保溫材料傳熱系數(shù)：,室外管道：,式中：w為風(fēng)速，m/s。,室內(nèi)管道：,？,？,？,？,？,？,根據(jù)算出或選定的容許熱損失QL，設(shè)定一保溫層的外表面溫度tw 。 根據(jù)假定的tw ，有基本公式算出所需的保溫層的厚度 。 根據(jù) ，再有基本公式核算處保溫層的外表面溫度tw。 若tw與tw 相差很小，則算出的 即為所求的保溫

15、層厚度；若相差很大，則必須重新設(shè)定tw進行計算，直至符合要求。,（5）經(jīng)濟厚度,保溫層的經(jīng)濟厚度如圖5-200在這個厚度下，年總費用最低。每年每米管道的投資、運行和維護的總費用C為 Q為每米管道的熱損失；b為熱量價格；P為保溫結(jié)構(gòu)的年折舊率；c0為每米管道保溫材料的投資費；V為每米管道保溫層體積；cb為每米管道防護層的投資費；F為每米管道防護層面積。 上式與防護層厚度有關(guān)，對上式求導(dǎo)并令其等于零，即可求的最經(jīng)濟厚度。,但是工程應(yīng)用中常用以下公式計算經(jīng)濟厚度：,4.2 無溝埋設(shè)的管道,對于直接埋于土壤中的管道，在計算熱損失時，除了保溫層 的熱阻外，還要考慮土壤的熱阻Rt。, t為土壤導(dǎo)熱系數(shù)；

16、h為埋設(shè)深度，級管道中心線到地表面的距離； dz為與干土壤接觸的管道外表面的直徑。,根據(jù)傳熱學(xué)理論，土壤熱阻可用下式計算,當(dāng)h/dx1.25，土壤熱阻可簡化成為：,無溝埋設(shè)保溫管道熱損失為,t 0為土壤平均溫度；,4.3 地溝中鋪設(shè)的管道,地溝敷設(shè)造價高、檢修維護方便；將管道置于溝內(nèi)，再蓋上蓋板，蓋板是可以隨時掀開的。直埋造價低、容易被破壞。直埋不需要砌筑地溝，土方量及土建工程量大大減少，管道可以在工廠預(yù)制，現(xiàn)場安裝工作量減少，施工簡單快捷，可節(jié)省供熱管網(wǎng)的投資費用。另外占地小，容易與其他地下管道的設(shè)施相協(xié)調(diào)。,將管道置于溝內(nèi)，再蓋上蓋板，蓋板是可以隨時掀開的。,與直埋管道比較：,地溝中鋪設(shè)的

17、管道的總熱阻應(yīng)包括以下幾部分：保溫層的熱阻R3，保溫層外表面到地溝內(nèi)空氣的對流換熱熱阻R4，地溝內(nèi)空氣到地溝壁的對流換熱熱阻R7，溝壁的導(dǎo)熱熱阻R8，土壤的熱阻Rt。 熱損失可采用如下公式：,或,t 管內(nèi)介質(zhì)溫度； t 0為土壤平均溫度； t g0地溝內(nèi)的平均溫度；,4.4 熱力管道保溫設(shè)計中的一些問題,（1）保溫管道的附加熱損失,附加損失指的是管道中的法蘭、閥門、接頭、分配器等所帶來的損失。這部分損失不易求得，一般按下面給出的值來估算。,a.采用圓鋼或者扁鋼時候，總管長增加10%-15%；采用大滑動軸承時，總管長增加20%。,b.裸露法蘭的熱損失大致與法蘭表面積相等、直徑相當(dāng)?shù)墓夤艿臒釗p失相等；當(dāng)管道保溫材料的外徑與法蘭外徑相等時，不必增加附加的熱損失,c.閥門熱損失的相當(dāng)長度參照表5-8,1.隔熱保溫技術(shù)的進展,隔熱保溫技術(shù)進步主要反映在以下幾個方面：,（1）新型保溫材料的不斷涌現(xiàn),硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料的保溫性能極好,工藝性極佳、強度高,適用于各種管道、設(shè)備的保溫。不足之處是成本太高。,a.硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料,b.空心微珠,空心微珠外觀為灰白色，是一種松散、流動性好的粉體材料?；野卓招牟Ａ⒅樘攸c為：隔熱、隔音性、阻燃性、電絕緣性好，密度小，吸油率低，并且強度高。廣泛用于油墨、膠粘劑、工程塑料、改性橡膠、電器絕緣件中。由于其性能穩(wěn)定，耐候性好，并且價格低