设备和管道保冷层厚度的计算.pdf

专业论坛设 备 和 管 道 保 冷 层 厚 度 的 计 算 评暖通空调新规范及其他国家标准的有关规定 湖南大学 殷 平 摘要 指出了 采暖通风与空气调节设计规范 G B 50019 2003 国家标准图集 管道及设 备保冷 98R419 工业设备及管道绝热工程设计规范 G B 50264 97 以及 设备及管道保冷设 计导则 G B T 15586 1995 设备及管道保冷技术通则 G B T 11790 1996等国家标准和国家 标准图集 有关设备 管道保冷层厚度计算方法和厚度表中存在的问题 通过详细的计算和分 析 说明了导致这些问题产生的原因 供讨论 关键词 设计规范 国家标准 绝热 保冷层厚度计算 问题分析 Calculation of e quip ment a nd pip eline insulation questioning to some terms in relate d national sta ndards By Yi n Pi ng Abstract Queries the procedure and data tables for calculating insulation thickness of equipment and pipeline termed in the HVAC design regulation and other national standards and collection of drawings Points out the incorrectness and its sources through detailed analyses The conclusion is open for discussion Keywords design regulation national standard insulation insulation thickness calculation problem analysis Hunan University Changsha China 0 引言 迄今为止 国内已颁布了一系列与绝热 保温 保冷 有关的国家标准 包括国家标准图集 1 50 加上已颁布的若干国际 国外的相关标准和国内地 方标准 51 56 以及包含有详细的绝热设计条文的 设计规范和国家标准 57 59 可以说到目前为止 绝热 保温 保冷 工程的设计 施工已经有法可依 也有具体的设计计算方法可供参考 2004年4月 1日开始实施的 采暖通风与空气调节设计规范 GB 50019 2003 以下简称 新规范 更是专门列 出一节 对设备 管道的保冷和保温设计方法进行 了详细的规定 并在其附录J中给出了设备和管道 的保冷厚度表以供设计参考 57 笔者在低温送风系统课题研究和工程设计过程 中 对这些国家标准 尤其是对刚刚出版的新规范进 行了深入的学习 发现这些标准中存在不少问题 必须指出的是 早在1991年危道全先生就指出了刚 刚颁布实施的 设备及管道保冷技术通则 GB 11790 89中存在的问题 60 1997年 工业设备 及管道绝热工程设计规范 GB 50264 97颁布实 施 其条文说明第4 2 1条指出 按照 设备及管道 保冷技术通则 GB 11790 89第4 2 4条规定 保 冷厚度计算以控制绝热层表面温度为露点温度 1 2 的方法 离经济合理的目标太远 9 危道全 先生作为这一规范的主要执笔者再次阐述了自己的 观点 尔后 路延魁先生又两次撰文指出 工业设备 及管道绝热工程设计规范 GB 50264 97和国家标 准图集 管道及设备保冷 98R419中存在的问 题 61 62 可是令人遗憾的是 这些意见的提出 并 34 暖通空调HV绝热材料国家标准12部 11 22 绝热 保温 材料性能试验方法国家标准和部颁标 准28部 23 50 国际 国外和地方标准6部 51 56 包含有详细的绝热设计条文规定的其他国家标准 和部颁标准3部 57 59 2 基本计算公式 为了以下分析讨论的方便 有必要预先列出保 冷层厚度计算所采用的基本计算公式 由于各个标 准的保冷层厚度计算公式形式基本一致 以下以 工业设备及管道绝热工程设计规范 GB 50264 97 8 为依据 分别给出保冷层经济厚度计算公式 防结露保冷层厚度计算公式和最大允许冷损失下 保冷层厚度计算公式 由于暖通空调的保冷层一般只采用一种保冷 材料 因此根据 设备及管道保冷技术通则 GB T 11790 1996 7 第5 1 5条规定 在同一管道或 设备上采用一种保冷材料保冷时 按单层绝热计算 公式计算 因此以下只列出单层平面型和单层圆 筒型保冷层计算公式 2 1 保冷层经济厚度计算公式 2 1 1 平面型单层保冷层经济厚度计算公式 1 897 5 10 3 Pc t to ta PTS S 1 式中 保冷层厚度 m Pc 冷价 元 GJ 保冷材料导热系数 W m t 年运行时间 h to 管道或设备的外表面温度 ta 环境温度 PT 保冷结构单位造价 元 m3 S 绝热工程投资年摊销率 S 保冷层外表面向周围环境的放热系 数 W m2 2 1 2 圆筒型单层保冷层经济厚度计算公式 D1ln D1 Do 3 795 10 3 Pc t to ta PTS 2 S 2 式中 D1 保冷层外径 m Do 管道或设备外径 m 圆筒型保冷层厚度应按下式计算 1 2 D 1 Do 3 2 2 防结露保冷层厚度计算公式 2 2 1 平面型单层防结露保冷层厚度计算公式 K S td to ta td 4 式中 K 保冷层厚度修正系数 td 当地气象条件下最热月的露点温 度 根据G B 50264 97 8 规定 在 只防结露保冷层厚度计算中 保冷层 外表面温度tS应为露点温度 2 2 2 圆筒型单层防结露保冷层厚度计算公式 D1ln D1 Do 2 S td to ta td 5 2 3 最大允许冷损失下保冷层厚度计算公式 2 3 1 平面型最大允许冷损失下保冷层厚度计算 公式 to ta Q 1 S 6 式中 Q 以每m2保冷层外表面积为单位的 最大允许冷损失量 W m2 44 专业论坛 暖通空调HV b 设备和管道保冷设计导则G B T 15586 1995 5 c 设备及管道保冷技术通则G B T 11790 1996 4 d 工业设备及管道绝热工程设计规范G B 50264 97 9 e 管道及设备保冷98R419 2002 10 f 采暖通风与空气调节设计规范G B 50019 2003 58 g 旅游旅馆建筑热工与空气调节节能设计标 准G B 50189 93 59 下面分别说明前六部国家标准存在的主要问 题 并对导致这些问题产生的主要原因作详细的分 析和讨论 3 1 设备和管道保冷设计导则 G B T 15586 1995存在的问题 G B T 15586 1995规定的保冷层计算原则 是 5 5 1 1为减少冷量损失 热量侵入 并防止外表 面凝露的保冷 采用经济厚度法计算保冷层厚度 以 热平衡法校核其外表面温度 该温度应高于环境的 露点温度 否则加厚重新计算 直至满足要求 5 1 2为防止外表面凝露的保冷应采用表面 温度法计算保冷 防露 层厚度 5 1 3工艺上允许冷损失量的保冷 采用热平 衡法计算保冷层厚度 并校核其表面温度 该温度 应高于环境的露点温度 否则加厚重新核算 直至 满足要求 5 2 1保冷层经济厚度计算 采用本文式 1 3 5 2 2防止外表面凝露的保冷层厚度计算 采 用本文式 4 和式 5 5 2 3控制允许损失量的保冷层厚度计算 采 用本文式 6 和式 7 5 6 2表面温度法计算的数据 a 环境温度ta 取累年夏季空调室外干球 计算温度 b 露点温度td 应取累年室外最热月月平 均相对湿度与本条a项环境温度ta的取值相对应 的露点温度 c 保冷层外表面温度ts 取ts td 1 3 对于聚氨酯泡沫塑料 当 t t a td 2 时取下限 t 4 时取上限 以下分析G B T 15586 1995 5 的保冷层计算 方法存在的主要问题 3 1 1 问题一 经对国内绝热工程中用于绝热层厚度计算的 经济厚度法和控制允许损失量法所采用的数学模 型进行广泛的调查发现 a 采用的均为热平衡 法 4 9 63 65 b 由于规范编制者基本上都是化学 工程和电力部门的专业人士 因此绝热工程的对象 主要是化工和电力设备和管道 c 绝热工程的管 道和设备内部一般介质是水 油 蒸汽 加热或冷却 时内表面表面传热系数均较大 水的 n 200 12 000 W m2 油类的 n 60 1 800 W m2 因此内表面热阻均较小 另一方面 管道和设 备大多采用金属材料 金属壁面的厚度很小 导热 系数很大 因此为了简化计算 在热平衡计算中 均 省略了金属壁面热阻和内表面热阻 65 根据传热学的基本理论 单层平壁和单层圆筒壁 保冷层的传热过程可以分别用以下表达式表示 66 Q 1 n 1 S 1 t tf1 ttf2 8 Ql 1 Do n 1 2 ln D1 Do 1 D1 S 1 t tf1 ttf2 9 式中 Q 通过单位面积单层平壁的冷 热 量 W m2 Ql 通过单位长度单层圆筒壁的冷 热 量 W m n 内表面表面传热系数 W m S 外表面表面传热系数 W m ttf1 管道或设备内流体的温度 ttf2 管道或设备外流体的温度 当忽略金属壁面热阻和内表面热阻不计 式 8 和式 9 简化为 54 暖通空调HV A 热能换算常数 1 kWh 3 6 MJ 年分摊费用变为单位年费用 元 m2 a 可 以表示为 64 对设备 PT PT S 14 对管道 PT PT 4 D 2 1 D2o S 15 式中 PT 绝热的单位投资费用 元 m2 a 设备绝热的单位材料量 即绝热 层厚度 m 3 m2 4 D 2 1 D2o 管道绝热的单位材料量 m3 m2 S 投资的年分摊率 对于单位冷 热 损失的年费用 也同样有 对设备 PE 10 6 PEQ tA 16 式中 PE 冷 热 价 元 m2 a A 热能换算常数 1 kWh 3 6 MJ 对管道 PEl 10 6 PEQltA 17 将式 10 14 和 16 代入式 12 将式 11 15 和 17 代入式 12 可以得到设备和管道绝热 年总费用的基本式 对设备 元 m2 a P PT S 10 6A PEt to td 1 S 18 令 9P 9 0 可以得到设备的保冷经济厚度表示式 1 1 897 5 10 3 Pc t to ta PTS S 1 64 专业论坛 暖通空调HVb 露点温度td 应取累年室外最热月月平均相对湿度与本条a项 环境温度ta的取值相对应的露点温度 c 保 冷层外表面温度ts 取ts td 1 3 如前所述 文献 60 早在1991年就指出 保冷 厚度计算以控制绝热层表面温度为露点温度 1 2 的方法可能出现不合理现象 可是G B T 15586 95不但未注意到这点 反而将保冷层外表面温度提 高到露点温度 1 3 虽然对于聚氨酯泡沫塑 料 G B T 15586 95规定 当 t t a td 2 时 取下限 t 4 时取上限 可是 采暖通风与空气 调节设计规范 G BJ 19 1987 67 给出的国内主要城 市中 只有云南腾冲一个城市的 t t a td 2 同时 也未规定其他保冷材料如何处理 所以这 一规定实际上已经失去了意义 可参见表 2 表1给出了为保冷层外表面温度分别等于露 表1 保冷层厚度差异表 城 市北京西安上海温州成都腾冲广州 夏季大气压力 hPa998 6959 21 005 31 005 5947 7831 31 004 5 最热月平均相对湿度 78728384859083 夏季空调干球温度 33 235 23432 831 625 433 5 导热系数 W m K 10 040 40 040 50 040 40 040 30 040 30 040 00 040 4 20 035 10 035 30 035 20 035 10 035 00 034 40 035 1 30 029 60 029 70 029 70 029 60 029 60 029 30 029 6 露点温度 28 8429 3830 729 7328 7623 6430 21 保冷层厚度 m10 0200 0160 0300 0300 0310 0320 029 20 0160 0130 0240 0240 0250 0250 023 30 0150 0120 0220 0220 0230 0240 022 露点温度 1 29 8430 3831 730 7329 7624 6431 21 保冷层厚度 m10 0280 0200 0460 0480 0510 0820 045 20 0220 0160 0370 0380 0400 0650 036 30 0210 0150 0340 0350 0370 0600 033 露点温度 2 30 8431 3832 731 7330 7625 6432 21 保冷层厚度 m10 0420 0270 0860 0990 118 0 2860 084 20 0340 0220 0700 0790 096 0 2260 067 30 0310 0200 0630 0720 087 0 2090 062 露点温度 3 31 8432 3833 732 7331 7626 6433 21 保冷层厚度 m10 0780 0390 3911 591 0 659 0 0600 394 20 0620 0320 3121 268 0 534 0 0470 320 30 0570 0290 2871 168 0 484 0 0440 289 注 1 表中导热系数对应的保冷材料分别为 1 柔性泡沫橡塑材料 2 密度为48 kg m3的玻璃棉板 3 硬质聚氨酯 导热系数计算公式分别为 柔性泡沫橡塑 22 0 033 75 0 000 125tm 0 033 75 0 000 125 ta 14 2 玻璃棉板 17 0 031 0 000 17tm 0 031 0 000 17 ta 14 2 硬质聚氨酯 9 0 027 5 0 000 09 ta 14 2 2 保冷厚度修正系数K分别为 1 柔性泡沫橡塑材料K 1 2 2 密度为48 kg m3的玻璃棉板K 1 1 3 硬质聚氨酯K 1 2 74 暖通空调HV 玻璃棉板 0 031 0 000 17tm 0 031 0 000 17 t a 14 2 2 保冷层厚度计算以 设备及管道保冷设计导则 G B T 15586 1995的防凝露厚度计算为基础 采用ts等于周围环境的露点温度 1 和 3 分别计算 4 结论 本文指出了 采暖通风与空气调节设计规范 G B 50019 2003 管道及设备保冷 98R419 2002 工业设备及管道绝热工程设计规范 G B 50264 97 以及 设备及管道保冷设计导则 G B T 15586 1995 设备及管道保冷技术通则 G B 11790 1996 等国家标准和国家标准图集 有关设备 管道保冷 层厚度计算方法和厚度表中存在的问题 并通过详 细的计算分析 说明了导致这些问题产生的原因 以供讨论 本文未涉及到暖通空调专业保冷层厚 度的正确算法的讨论 有关这方面的讨论笔者将另 外撰文说明 笔者认为 a 国内绝热工程设计计算采用的经济厚度计算方 法和最大允许冷 热损失下绝热层厚度计算方法由 于忽略了内表面热阻 因此不适合于通风管道经济 厚度计算和最大允许冷 热损失下绝热层厚度计 算 b 采用表面温度法计算保冷 防露 层厚度时 环 境温度应取夏季空调计算室外干球温度 保冷层外 表面温度应取夏季空调计算室外干球温度和室外 最热月月平均相对湿度对应的露点温度 如果保冷 层外表面温度取露点温度 1 3 或 1 2 都将出现极不合理的结果 c 由于 设备及管道保冷设计导则 G B T 15586 1995存在一系列原则性问题 因此 采暖通风与空 气调节设计规范 G B 50019 2003有关 当供冷或 冷热共用时 按 设备和管道保冷设计导则 G B T 15586 中经济厚度或防止表面凝露保冷层厚度方 法计算确定 的规定是值得商榷的 d 采暖通风与空气调节设计规范 G B 50019 2003附录J给出的设备和管道最小保冷层厚度除 计算方法 保冷材料的导热系数存在问题之外 即 使按照新规范规定的计算方法计算 也存在明显偏 差 其准确性需要进一步验证 e 管道及设备保冷 98R419 2002国家标准图集 采用最大允许冷损失下保冷层厚度计算公式编制 的 推荐保冷厚度表 除了计算方法用于风道保冷 15 暖通空调HV f G B 50264 97采用的最大允许冷 热损失下绝 热层厚度计算方法所得到的保冷层厚度未能反映 其经济性 本文所提出的问题涉及到国内绝热工程主要 国家标准 同时与暖通空调设计新规范和有关标准 图集有关 且是一系列原则性问题 这些问题的提 出和原因分析仅代表笔者个人的观点 是否正确 是否合理 需要国内同行以及化工 电力行业的专 业人士指正 以便开展进一步深入的讨论 参考文献 1 G B 8175 87 设备及管道保温设计导则 2 G BJ 126 89 工业设备及管道绝热工程施工及验收 规范 3 G B 4272 92 设备及管道保温技术通则 4 G B 50185 93 工业设备及管道绝热工程质量检验评 定标准 5 G B T 15586 1995 设备及管道保冷设计导则 6 G B T 16617 1995 设备及管道保冷效果的测试与评 价 7 G B 11790 96 设备及管道保冷技术通则 8 G BJ 50264 97 工业设备及管道绝热工程设计规范 9 98T901 1999 管道及设备保温 10 98R419 2002 管道及设备保冷 11 G B 4132 1984 绝热材料名词术语 12 G B 10303 89 膨胀珍珠岩绝热制品 13 G B 10699 89 硅酸钙绝热制品 14 G B 10800 89 建筑物隔热用硬质聚氨酯泡沫塑料 15 G B 10801 89 隔热用聚苯乙烯泡沫塑料 16 G B 11835 89 绝热用岩棉 矿渣棉及其制品 17 G B T 13350 92 绝热用玻璃棉及其制品 18 G B T 16400 1996 绝热用硅酸铝棉及其制品 19 JC 209 96 膨胀珍珠岩 20 JC 442 96 膨胀蛭石制品 21 JC T 647 1996 泡沫玻璃绝热制品 22 G B T 17794 99 柔性泡沫橡塑绝热制品 23 G B 10294 88 绝热材料稳态热阻及有关特性的测定 防护热板法 24 G B 10295 88 绝热材料稳态热阻及有关特性的测定 热流计法 25 G B 10296 88 绝热层稳态热传递特性的测定 圆管 法 26 G B 10297 88 圆管法非金属固体材料导热系数的测 定 热线法 27 G B 11833 89 绝热材料稳态传热性质的测定 圆球 法 28 G B T 13475 92 建筑构件稳态热传递性质的测定 标定和防护热箱法 29 G B T 2406 93 塑料燃烧性能试验方法 氧指数法 30 G B 5464 85 建筑材料不燃性试验方法 31 G B 8333 87 硬泡沫塑料燃烧性能试验方法 垂直 燃烧法 32 G B 8624 1997 建筑材料燃烧性能分级方法 33 G B 8625 88 建筑材料难燃性试验方法 34 G B 8627 88 建筑材料燃烧或分解的烟密度试验方法 35 G B 3007 82 普通硅酸铝耐火纤维毡 含水量试验 方法 36 G B 5480 1 85 矿物棉及其制品试验方法总则 37 G B 5480 2 85 矿物棉板垂直度及平整度试验方法 38 G B 5480 3 85 矿物棉及其板 毡 带尺寸和容重试 验方法 39 G B 5480 4 85 矿物棉及其制品纤维平均直径试验 方法 40 G B 5480 5 85 矿物棉及其制品渣球含量试验方法 41 G B 5480 6 85 矿物棉及其制品酸度系数试验方法 42 G B 5480 7 87 矿物棉制品吸湿性试验方法 43 G B 5485 85 膨胀珍珠岩绝热制品抽样方案和抽样 方法 44 G B 5486 1 85 膨胀珍珠岩绝热制品试验方法 外 观质量 45 G B 5486 2 85 膨胀珍珠岩绝热制品试验方法 抗 压强度 46 G B 5486 3 85 膨胀珍珠岩绝热制品试验方法 密 度和含水率 47 G B 10299 88 保温材料憎水性试验方法 48 G B T 13480 92 矿物棉制品压缩性能试验方法 49 G B T 16401 1996 矿物棉制品吸水性试验方法 50 G B T 17146 1997 建筑材料水蒸气透过性能试验方 法 51 CD 42A18 84 保冷设计规定 52 DB 31264 91 设备及管道绝热工程材料及施工规范 53 JISA 9501 1995 保温保冷工程施工标准 54 BS5970 1992 Code of practice for thermal insulation of pipework and equipment 55 ISO 9346 1987 Thermal insulation mass transfer physical quantities and definitions 56 ISO 12570 2000 Hygrothermal performance of building 下转第87页 25 专业论坛 暖通空调HV 对设备采取减振 隔声等措施 以保证空调场所的 噪声符合要求 3 排风及排烟设计 3 1 排风设计 对于设备用房及公共厕所采用机械通风 其中 制冷机房 水泵房 柴油发电机房 配电房换气次数 采用6 h 1 变压器室采用10 h 1 门厅采用4 h 1 公共厕所及电梯机房采用15 h 1 比赛场地热量集中且空气污浊 大厅屋顶侧壁 处设有双速风机 平时低速开启任意4台进行场地 排风 以保证场地较好的空气环境 3 2 排烟设计 体育馆比赛场地属于大空间 其净高超过12 m 且人员密集 根据 建筑设计防火规范 3 要求 设置机械排烟 排烟量按每m2不小于60 m3 h计 算 在屋顶侧壁处设双速排烟风机 室温达280 时运行30 min后其防火阀关闭并联锁排烟风机停 止运转 选用的双速风机在低风速时 排除比赛大 厅的余热及余湿 起火时风机高速运行 进行排烟 柴油发电机房设有机械排风 发生火灾时 风 机停止运转并进行气体灭火 灭火完毕后 再打开 风机及电动密闭阀排除灭火后的有害气体 一般通风 空调系统的防火阀或防火调节阀熔 断温度为70 与排烟有关的防火阀为280 火 灾发生时 除有关的排烟风机外 其余的通风 空调 电源均需切断 4 设计体会