自調控電保溫技術在大連地鐵工程中的應用

段義偉

摘 要：介紹了大連地鐵工程給水管道自調控電保溫技術的應用，闡述了自限溫電纜結構和功能，并在節能、安全、安裝、維修方面的突出優點。實踐證明，采用電伴熱保溫是一種最有效的防凍保溫措施。

關鍵詞：地鐵；自調控電保溫系統；節能

1 引言

大連地鐵1號、2號線建設總里程65公里，下設車站49座，概算總投資350億元，2010年3月5日全面開工建設，2015年5月陸續投入試運營。大連市年平均氣溫10.5℃，極端氣溫最低-19.13℃。地車站風井、出入口、區間端頭及出入段線部位消防給水管、生活給水管極易受凍，而傳統恒功率發熱電纜發熱恒定、不可交叉、不宜截斷、截斷后功率增大，在燒壞電纜、節能上有一定的弊端。經過調研，最終采用自調控電保溫系統用于地鐵管道的防凍。

2 自調控電伴熱保溫技術

2.1 工作原理

電伴熱保溫是通過伴熱媒體散發一定的熱量，通過直接或間接的熱交換補充被伴熱管道的熱損失，以達到升溫、保溫或防凍的正常工作要求[1]。自限溫電伴熱電纜是近年來在國際上發展很快的高科技產品，是電纜狀的電加熱器，其功能不是導通電流而是發熱。它的電熱元件是具有智能溫控的高分子材料，即半晶高聚物與導電粒子共混而成的復合物，其電阻具有正溫度系數效應（Positive Temperature Coeffi—cient）。在兩根平行金屬導線之間均勻地擠包一層PTC材料制成的芯帶，當電纜一端的兩根導線與電源接通時，電流從一根導線橫向流過PTC材料層達到另一根導線，PTC層就是連續并聯在兩根導線之間的電阻發熱體，將電能轉化為熱能。伴熱電纜的電阻率隨溫度升高而逐漸增大，到了某一溫區可陡增幾個數量級，這種PTC效應能限制電流通過，具有溫控性能[2]。自調控電保溫系統包括自限溫發熱電纜、控制箱、溫控系統、溫度采集裝置、溫度傳感器、管道外保溫、防護層及標識等組成，系統核心部件為自限溫發熱電纜。

在管道適當位置放置溫度傳感器，控制箱內設有溫度控制模塊。通電瞬間電纜發熱功率最大隨著溫度升高，電纜中記憶材料電阻逐漸增大，因而工作電流和電熱功率也逐漸減小，直至發熱功率初償系統的熱損失，使系統溫度處于穩定狀態時止。當環境溫度降低使系統溫度有降低趨勢的時候，電纜功率自動增大，自動補償熱損失，使系統在新的溫度下處于平衡。這種補償加熱方式是高效節能的。此伴熱程序周而復始地進行，使管道溫度始終保持恒定，從而起到主動為管道伴熱保溫的作用，保證管道系統冬季正常運行。

2.2 自限溫發熱電纜結構

自限溫發熱電纜結構也稱自調控發熱電纜，輸出功率隨環境溫度變化自動調節，在安裝時可隨意交叉重疊、隨意截斷而不影響功率輸出，同時根據環境溫度自動調節輸出功率。

2.3 保溫結構

保溫結構與常規保溫一樣，包括絕熱層、防潮層、保護層。絕熱層的材質、厚度和結構的選擇應按照熱水保溫和冷水防結露要求的絕熱層厚度計算和選擇電熱帶功率，當功率過大時再增加絕熱層厚度。用于保溫為目的的絕熱層可不設防潮層，但用于防凍為目的的絕熱層則一般應設防潮層。保護層的設置要求與非電伴熱保護層的設置要求相同[3]。根據設計經驗，并結合保溫材料的保溫性能、經濟成本等各方面考慮，大連地鐵1、2號線電伴熱保溫防潮層選用帶有不燃性復合玻璃布鋁箔防潮層的絕熱材料；絕熱層采 50 mm厚復合硅酸鎂材料，導熱系數≤0.045W/m[?]K（常溫）、容重為80±2kg/m3，防火性能等級為A級；保護層選用PAP鋁塑復合卷材。

2.4 專業接口

向車站環境監控BAS（Building Automation System）系統提供系統啟、停狀態，啟動故障、超高溫、超低溫、漏電、斷纜報警信號。

3 地鐵電伴熱保溫設計原則

（1）在車站風道、出入口內的消防給水管道、生活給水管道設自限溫電保溫系統，電保溫管道采用雙電源供電。

（2）電源供電系統由低壓配電盤電源開關、輸配電橋架線管、電伴熱控制箱。對應每個電伴熱電纜加熱回路，電伴熱控制箱內均應配置空氣開關、漏電開關、監測系統或智能控制系統等裝置。其中，監測系統用于檢測被伴熱管道的工作溫度，當溫度傳感器探測的管道溫度低于監測系統的設定溫度時（一般為5℃），通過控制系統發熱電纜自動通電伴熱，反之自動斷電停止伴熱。

（3）每個電伴熱控制箱內均設有事故自動報警控制器，根據具體情況對該箱內每個電纜加熱回路實時監測，包括超高溫報警、超低溫報警、測溫故障報警、傳感器故障報警、發熱電纜斷線、漏電報警信號，過流以及管道電伴熱的工作狀態。

（4）溫度控制模塊同時控制4～6根管道：溫度傳感器的設置原則為：每套控制箱設1個環境溫度傳感器，每根管道設置2個溫度傳感器，放置于整個管道的相對不利點。

4 系統的優點

4.1 節能

在地鐵管道電保溫中，同一根被保溫管道穿過不同溫度的區域，各個溫度區域環境溫度相差較大，自限溫發熱電纜可以根據管道環境溫度按需補償熱量，保證熱量不浪費。

自限溫發熱電纜配有專用的兩通、三通、尾端等附件，根據管道長度隨意裁剪、隨意搭接，不會因為搭接過熱而斷纜，客服材料上的浪費；所有附件的安全防護等級IP55-IP68，可以根據使用工況環境的要求選用，不會增加故障點。

4.2 安全

根據規范03S401發熱電纜在管件處需預留，而預留處極易交叉重疊，自限溫纏繞交叉、重疊不會過熱，恒功率交叉重疊會因過熱燒壞電纜，管道凍裂影響運營安全。

在外保溫保溫效果不好的位置，自限溫因發熱的功率發熱量會自動增大，所以不會凍裂；而恒功率會因補償熱量不夠而凍裂。

4.3 便于安裝、維修簡單

備件少，維修不需拆換整根電纜。即使發生故障的情況下，自限溫也能快速找到電纜故障點，僅需快速更換故障部分，維修快捷、成本低；而恒功率電纜需要更換整根電纜，維修慢，成本高。

維修快捷，不會給運營增加影響，只需在故障點拆卸1米左右的外保溫更換維修，然后采用二通直接連接發熱電纜即可，不用更換和拆卸整根管道的外保溫、發熱電纜。

5 結語

對于地鐵車站的重要的公共場所，消防給水管道系統必須保證在任何時候都能正常運行。自調控電保溫系統是一種主動加熱以補償熱量損失的保溫措施，是一種目前最有效的防凍保溫措施的應用，有效的解決大連地鐵出人口、風道及洞口、地面站和高架站站廳層和夾層的消防給水管道和部分生活給水管道冬季防凍問題。

參考文獻：

[1] 李景田，趙延元.管道與設備保溫[M].北京：中國建筑工業出版社，1982：419～420.

[2] 羅延齡.自限溫型PTC電熱帶的性能評價[J].電線電纜，2001（6）.