大管径热水直埋供热管道保温层厚度的计算

大管径热水直埋供热管道保温层厚度的计算

2007-10-10

摘要：根据热水直埋供热管道的传热原理，对大管径热水直埋供热管道的保温层厚度计算方法进行了探讨。提出保温层厚度的计算应采用控制热水直埋供热管道外表面温度和满足热网输送效率的综合计算方法。

关键词：大管径；直埋供热管道；保温层；热网输送效率

Calculation of Insulating Layer Thickness of

Directly Buried

Hot-water Heat-supply Pipeline with Large Diameter

YANG Liang-zhong1，ZHANG Lian-gang1，CAO Bao-jun2，XU

Shan-zhong3

(1．North China Municipal Engineering

Design&Research Institute，Tianjin 300074，China；2．Tianjin Construction Engineering College，Tianjin 300022，China；3．Ningxia Hui Autonomous Region’s Reform Office of Wall Materials，Yinchuan 750001，China)

Abstract：According to the heat transfer principle

of directly buried hot-water heat-supply pipeline，the calculation method of insulating layer thickness of directly buried hot-water heat-supply pipeline is discussed．It is put forward that a comprehensive calculation method should control the external sufface temperature of directly buried hot-water heat-supply pipeline and meet the transmission efficiency of heat-supply network．

Key words：large pipe diameter；directly buried

heat-supply pipeline；insulating layer；transmission efficiency of heat-supply network

目前，我国正处于高速发展时期，而能源紧张制约着经济发展，因此节能降耗是我国的长期基本国策。对于改善居住环境和提高人民生活水平的集中供热事业，实现热电联产集中供热是节能降耗的有效手段之一。随着城市化进程的进一步实施，采用大型供热机组实现热电联产的城市越来越普遍，供热普及率越来越高，供热面积、供热范围和供热距离也越来越大。高效低耗的预制直埋式保温管道应用日益广泛，但热网造价相应提高，这就使得对热网输送效率的要求也越来越高，保温层厚度及保温结构设计显得更加重要。

合理的保温结构设计与计算应综合考虑各种因素，首先应按文献[1]的要求控制保温管道外表面温度≤50℃，避免对地下其他市政设施及花草树木等植物的根系产生影响，其次要考虑整个热网的输送效率必须大于等于90％。鉴于目前国内生产保温管的主要厂家提供的保温层厚度在不同地区应用时并不满足以上规范要求，本文结合工程实践，对大管径直埋热水供热管道保温层厚度的计算方法进行探讨。

1 计算方法

根据传热学原理及文献[1、2]，将保温层厚度的计算方法分为经济厚度计算法、允许散热损失计算法、控制外表面温度计算法。

文献[1]规定供热管道外表面温度高于323K时必须进行保温，可以理解为供热管道的外表面温度必须低于323K。因此，在计算保温层厚度时应控制保温层外表面温度，使其低于323K，在满足此条件下再考虑是否满足允许最大热损失，是否满足热网的输送效率≥90％的要求，若不满足要求，须增大保温层厚度。

①保温层厚度的计算[3～5]

在保温层厚度计算过程中，关键问题是由于供热管道敷设于土壤中，尤其是大管径供热管道，埋深较深，管道四周的土壤热阻远大于架空或管沟敷设工艺，可能出现供热管道外表面温度过高的现象。因此，在确定保温层厚度的计算过程中，应采用控制外表面温度计算方法。

保温管道一般为单层聚氨酯保温结构，在不考虑外护套管热阻时，保温层厚度可按下式计算：

式中δ——保温层厚度，m

d in,o——保温层外径，m

d ste,o——工作钢管外径，m

λsol——土壤的热导率，W/(m·K)

t in,o——保温层外表面控制温度，℃，取50℃

λin——管道周边土壤温度，℃

t ste,o——保温材料在运行温度下的热导率，

W/(m·K)

t ste,o——工作钢管外表面温度，℃，取热水的温度 h1——管道的当量埋深，m

当h/d in,o＜2时，h。=h+(λsoi/α)，h为管道的中心埋深，单位为m，α为管道上方土壤的表面传热系数，单位为

W/(m2·K)，取10～15W/(m2·K)，t soi取地面大气温度。当

h/d in,o≥2时，h1=h，t soi取管道中心埋深度处的土壤自然温度。

②热损失的计算

土壤热阻的计算式为：

式中R soi——土壤的热阻，m·K/W

当h/d in,o≥2时，式(3)可简化为：

由于式(3)与(4)的计算结果相差不大，因此在实际应用中大多使用式(4)。

保温层热阻的计算式为：

式中R in——保温层的热阻，m·K/W

土壤中的单根管道单位长度热损失的计算式为：

式中 △q——管道单位长度热损失，W/m