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太阳热水系统管道保温的设计计算           ★★★★ 【字体：小 大】
太阳热水系统管道保温的设计计算
作者：孙严权 孙…    文章来源：不详    点击数：    更新时间：2006-11-12


文章摘要： 　　太阳热水器及大型太阳热水系统应用越来越广，产品的技术水平及质量日趋提高和成熟，节能效果十分显著。但在使用中的一些具体细节上，往往引不起人们的足够重视，如管道的保温，笔者就曾在甘肃地区看到个别厂家的太阳热水器管道保温采用了薄薄的聚乙烯，外缠塑料薄膜，起不到很好的保温节能效果，一个月不到，薄膜裂开，随风飘舞，保温形同虚设。有鉴于此，本文仅就管道保温的设计谈谈自己的看法。 　　绝热材料，是指用于建筑围护结构或热工设备、管道，阻抗热流传递的材料或材料的复合体。绝热材料的意义，一方面是为了满足建筑空间或热工设备的热环境，另一方面是为了节约能......


内壁的温度是t2，管道和保温材料接触处的温度为t3，保温材料外表面的温度为t4，管道所处空间的温度为t5：设管道的内径是r1外径是r2，保温材料的外径是r3。
　　设管道材料的导热系数为λ1，保温材料导热系数为λ2，管内热水和管外空气与管壁间的对流换热系数分别 a1、a2。
　　由传热学公式可知，热水通过管道壁和保温层传热给空气的过程总热阻为
R=1／(2a1πr1)+(1nr2/r1)／2πλ1+(1nr3／r2)／2πλ2+l／2a2πr3
=R1十R2+R3+R4 (式2)
式中：
R1——管内对流换热热阻，R1=1／(2a1πr1);
R2——管壁导热热阻，R2=(1nr2／r1)／2πλ1;
R3——保温层导热热阻，R3=(1nr3/r2)／2πλ2;
R4——保温层外对流换热热阻，R4=1／2a3πr3.
q=(t1－t5)／(Rl+R2+R3+R4) (式3)
由于所计算的管道材料为铸铁、钢或者铜，其导热系数都很大，而且管道壁的厚度很小，所以其热阻可以忽略，认为其外壁温度和其中热水的温度相等；同时，为了计算的简便可以将R4忽略，这样得出的结果将比实际的值偏大，但若在偏大的情况下能满足表——3的要求，则精确的结果肯定也能满足。
所以
q≈(tl－t5)／R3=(tl-t5)／(1nr3／r2)／2πλ2 (式4)
(2)分区
在采用同一种保温材料并且厚度也相同的条件下，如果环境的温度不相同，管道的热损是不一样的。为了验证所选用的保温层是否符合使用要求，现根据一月份(全年温度最低的月份)的平均气温的高低把全国划分为五个区。
1月份平均气温不低于1 0℃的(A区)：
台湾、香港、澳门、海南、广东、广西、福建、云南：
1月份平均气温不低于0℃的(B区)：
贵州、湖南、湖北、重庆、四川、江西、安徽、浙江、上海、江苏：
1月份平均气温不低于-10℃的(C区)：
河南、 山东、 山西、陕西、河北、北京、天津、宁夏、西藏东南部、甘肃南部、辽宁南部；
1月份平均气温不低于-20℃的(D区)：
西藏、青海、新疆、甘肃北部、辽宁、吉林；
1月份平均气温不低于-30℃的(E区)：
黑龙江、内蒙古东北部、新疆北部
(3)计算结果验证
　　将1．2．4中的结果用1．3．1中的(式4)分别对五个区验证，结果如表5：
　　从表5可以看出，在所选用的保温材料质量合格(满足国标或相关的行业标准)的情况下，表4中列出的最小厚度是满足使用要求(热损不超过规定值)的。
(4)建议选用厚度
　　在实际工程中选用保温材料的时候，其厚度不得低于表4中列出的最小厚度。为了使管道保温达到好的效果，建议保温层厚度选用表6中的值：
二、防水防潮层的设计
　　绝热材料的绝热原理都是利用气体的导热系数比固体低而将材料作成微孔的结构，来获得绝热性能优良的制品的。由于空隙的存在，材料不可避免的要吸收水分，然而，水的导热系数λ=0.5818W／(m·℃)，比静止空气的λ=0.02326W／(m·℃)要大，所以当环境的湿度较高的时候，材料的平衡含水率将相应的提高，导热系数相应的增大，使保温性能降低。
　　因此，在绝热层的外面必须有防水防潮处理。
　　在外保护层可以起到防水防潮的作用的情况下，可以不作单独的防水防潮层，但若外保护层的防水防潮效果不好时，必须单独作防水防潮处理。可以在绝热层和外保护层之间加几层塑料薄膜来防水。
三、外保护层的设计
　　外保护层的施工质量的好坏直接影响绝热层的绝热性能。外保护层主要起到两个作用：①防水、防潮：②防止绝热层机械损伤和风化、腐蚀。
太阳能热水系统管道的外保护层常用的一般有两类：一类是采用金属外保护层(下图)，主要是镀锌薄钢板、薄铝合金板和不锈钢板，使用金属外保护层外形美观，使用寿命长，但是材料成本高，并且需要专门的加工设备另一类是箔布外保护层，最常用的是胶粘剂玻璃布、外涂树脂等。

本文摘自2004.5《中国住宅设施》

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