談供熱直埋熱水管道保溫計算

郭 震 環

(太原市熱力公司，山西 太原 030001)

談供熱直埋熱水管道保溫計算

郭 震 環

(太原市熱力公司，山西 太原 030001)

依據CJJ/T 81-2013城鎮供熱直埋熱水管道技術規程行業標準，對增加的供熱直埋熱水管道的保溫計算進行了研究，分析了保溫層厚度、埋深、供回水溫度以及管間距對管道熱損失的影響，其對經濟保溫厚度的確定有重要的參考價值。

直埋供熱管道，熱損失，保溫層

行業標準CJJ/T 81-2013城鎮供熱直埋熱水管道技術規程于2014年2月1日正式實施。適用范圍較舊版有了較大的變化，尤其是增加了供熱直埋熱水管道的保溫計算，并在附錄A中給出了自然地溫數據，使公式計算參數明確，可操作性強。文中針對影響熱損失的各種因素進行分析，確定出各種因素影響的大小，其結果對設計、運行都有一定的參考價值。

1 供熱直埋熱水管道熱損失計算[1]

CJJ/T 81-2013城鎮供熱直埋熱水管道技術規程中增加了直埋保溫管道的熱損失計算，對供熱直埋熱水管道的熱損失有了理論依據，其計算如下：

(1)

其中，qs為供水管單位長度熱損失，W/m；ts為計算供水溫度，℃；tr為計算回水溫度，℃；tg為管道中心埋設深度的自然地溫，℃；Rg為土壤熱阻，(m·K)/W；Rt為保溫材料熱阻，(m·K)/W；Rh為附加熱阻，(m·K)/W。

(2)

其中，qr為回水管單位長度熱損失，W/m；其余符號同上。

(3)

其中，λg為土壤導熱系數，W/(m·K)，應取實測數據。估算時濕土可取1.5 W/(m·K)～2 W/(m·K)，干砂可取1 W/(m·K)；Hl為管道當量覆土深度，m；Dw為保溫層外徑，m；其余符號同上。

(4)

其中，λt為保溫材料在運行溫度下的導熱系數,W/(m·K)；Do為工作管外徑，m；其余符號同上。

(5)

其中，b為供、回水管中心線距離，m；其余符號同上。

Hl=H+R0×λg

(6)

其中，R0為土壤表面換熱熱阻，可取0.068 5(m2·K)/W；H為管道中心線覆土深度，m；其余符合同上。

2 熱損失的影響因素

保溫層厚度、供回水溫度、埋深、管道中心線間距以及管徑是影響供熱直埋熱水管道熱損失的一些因素，下面針對以上因素進行分析。

2.1 保溫層

保溫層厚度是一個經濟技術要求的參數，既要滿足技術要求，也要考慮經濟性。下面以DN1 200管道為例，計算不同保溫層厚度供回水管的單位長度熱損失及總熱損失。管外徑Do=1 220 mm，兩管中心距b=1.8 m，管道中心線覆土深度H=1.6 m。采用硬質聚氨酯保溫，導熱系數為λb=0.023 W/(m·℃)，供水管的平均水溫ts=110 ℃，回水管的平均水溫tr=50 ℃，該地區2月份管道中心線的自然地溫為tg=0.3 ℃。計算在不同保溫層厚度下單位長度供、回水管的熱損失和單位長度的總熱損失，見表1。

表1 不同保溫層厚度下的單位長度熱損失

從表1可以看出，隨著保溫層厚度的增加，供、回水管熱損失以及總熱損失減小，但減小的幅度有很大的區別，隨著保溫層的增加，供水管減小的速度比回水管大；供、回水管熱損失以及總熱損失都是減小的幅度越來越小。也就是說在使用年限內，減小的熱損失所帶來的經濟效益和增加的保溫成本之間有個平衡點，此時的保溫層厚度為經濟厚度。其次同樣的成本，供回水管采用同樣的厚度不如供水管保溫厚度大于回水管保溫厚度更加經濟。

2.2 埋深

由式(3)和式(5)可知，增加管道埋深，土壤熱阻和附加熱阻都會增加，熱阻越大，供回水管的熱損失會越小。以上面的例題為基礎，保溫層厚度δ=60 mm，在不同埋深下，單位長度供、回水管的熱損失和單位長度的總熱損失見表2。

表2 不同埋深下的單位長度熱損失

由表1和表2可得，在保溫層厚度δ=60 mm，埋深由覆土深度H=1.6 m增加到覆土深度H=2.8 m，同保溫層厚度δ=70 mm，埋深覆土深度H=1.6 m管道單長總熱損失一樣，即增加1.2 m埋深，相當于保溫層厚度增加10 mm的效果。隨著埋深的增加供回水管道的單長熱損失都在減小，速度由快變慢。

2.3 供、回水溫度

由式(1)和式(2)可得，供回水溫度直接影響著單位長度供回水管的熱損失，表3為保溫層厚度δ=60 mm，在不同供回水溫度下，單位長度供、回水管的熱損失和單位長度的總熱損失。

表3 不同供、回水溫度下單位長度熱損失

由表3可得，隨著供回水溫度的降低，單位長度總熱損失減小；保持供水溫度不變，只減小回水溫度，單長供水管熱損失增加，單長回水管熱損失減小，其單位長度總熱損失減小；同理，保持回水溫度不變，只減小供水溫度，單長回水管熱損失增加，單長供水管熱損失減小，其單位長度總熱損失減小。總之低溫水供熱可以有效減小熱損失。但降低供回水溫差會增加運行能耗，要綜合考慮。

2.4 管中心距離

管中心距離是由安裝和維修操作空間來確定的，其調整空間較小。由式(5)可得，管中心間距越大，其附加熱阻越小，其熱損失越大，故減小管中心間距可以減小熱損失，見表4。

表4 不同管中心間距下單位長度熱損失

由表4可得，隨著管間距的減小，管道熱損失減小，但總體來看，減小的幅度比較小，在合理的管間距范圍內，可以忽略管間距帶來的影響。

3 結語

由表1～表4可得，保溫層厚度、供回水溫度、埋深以及管間距都對管道的熱損失有影響，但影響的程度不同，保溫層厚度、供回水溫度及埋深影響較大，管間距影響較小。在確定保溫層厚度的時候，要充分考慮供回水溫度和埋深，并且供回水管道的保溫層厚度根據總熱損失最小確定。在輸送同樣熱量的情況下，管徑越大輸送損失能耗越低[2,3],其以上結論對設計、施工和運行都有一定的參考價值。

[1] CJJ/T 81-2013，城鎮供熱直埋熱水管道技術規程[S].

[2] [丹麥]蘭德勞夫皮.區域供熱手冊[M].賀 平,王 剛,譯.哈爾濱：哈爾濱工程大學出版社,1998:119-120.

[3] 王 飛,張建偉.直埋供熱管道工程設計[M].北京：中國建筑工業出版社,2007:19.

Discussiononheatingburiedhotwaterpipeinsulationcalculation

GUOZhen-huan

(TaiyuanHeatingPowerCompany,Taiyuan030001,China)

Based on the technical specification industry standards of CJJ/T 81-2013UrbanHeatingDirectlyBuriedHeatingPipe, this paper researched the insulation calculation of increased directly buried heating pipe, analyzed the influence of thermal insulation layer thickness, buried depth, supply and return water temperature and pipe spacing to pipeline heat loss, had important reference value to determine the economic thermal insulation thickness.

directly buried heating pipe, heat loss, heat preservation layer

1009-6825(2014)33-0127-02

2014-09-13

郭震環(1970- )，男，工程師

TU822.5

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