热水系统管道热损失计算探讨

程建华 冯良武

【摘要】本文探讨了生活热水管道系统中热量损失的计算方法及过程，分别比较了不保温、按规范及标准图集中利用保温构造最大允许热损失量计算保温绝热层厚度、加厚保温厚度等三种情况的热量损失情况，强调了热损失计算的必要性，用计算示例指出了“经济厚度”法计算保温厚度的必要性。提出了热流量及热流量损失率的概念，在当前的节能大形势下有其现实意义。

【关键词】热水系统；管道；热损失；计算

[文章编号]1619-2737（2016）01-30-647

1. 引言

热水系统的热损失主要来源于三部分：热水管道向管道周围的环境的传热；储热水器或热交换设备向周围环境的传热；冷凝水排放。储热水器或热交换设备向周围环境的传热及冷凝水排放是各用热水用户看得见或容易感受得到的，很易引起重视；但热水管道大多处于看不见的隐蔽部位，其热损不易引起人们的重视。那么，热水管道热损到底怎样计算、保温厚度与热损有何关系？遗憾的是，广大设计人员往往只是凭经验选取保温方式与厚度，而未经严密的计算，殊不知，该计算对热水系统的节能有重要意义。

热水系统设计中，热水管的保温方式对热能损失有较大的影响，保温方式设计不当，不仅热量损失大，而且热水循环量要大，对循环泵的电能输入相应地也增加了。保温方式不能仅仅选用标准图集的做法，应根据规范、管内水温、管外环境温度、最大允许热损失量或温降进行精确计算，再结合后确定。

根据《建筑给水排水设计规范》GB50015-2003第5.5.5条规定，配水管道的热水温差一般取5～10℃，也就是说，生活热水的保温计算属于给定允许温度降的计算，一般设计时，根据工程所在地市场情况，计算前应选定当地综合性价比最合适的保温材料及管材，根据《工业设备及管道绝热工程设计规范》GB50264-97[1]（以下简称《绝热规范》）第4.3.14条规定，应先按《绝热规范》4.3.14.2条计算有分支（有结点）管道计算各结点处的介质温度，其中各干管首末绝热层厚度相等；在此基础上再将各结点处介质温度作为各分支管道介质起点温度，按《绝热规范》4.3.14.1计算各支管保温层外径。该计算的优点是准确、可靠；其缺点是模型过于复杂且受用户实际用水量变化的影响，不利于其在工程中应用推广。 所以有必要寻找工程设计中可行的计算方法及合理的保温厚度。为了方便讨论问题，本文以一个具体算例展开对比计算分析。

2. 计算设定条件

为了方便计算讨论，有必要先选取计算所需的设定条件：管内热水温度70℃，冷水补水水温5℃，管外环境温度10℃，平均热水，热水供水量40m3/h，热水供水管道长度100m（该供水干管不接支管，即该计算管段内无水流出），供水管径DN100，热水管材为镀锌钢管，采用泡沫橡塑保温，来计算不同保温材料厚度情况下的热损失，管道为架空敷设于支或吊架上。则热水供水管路总热流量（相对于5℃冷水补水水温而言）为：

对于本算例中，金属管道外表面温度等于介质温度70℃，此时，其保温构造单位面积最大允许热损失量用内插法，为：

4. 三种情况下管道总热损失计算

下面分别计算几种情况下的热损失：

4.1第一种情况：不保温。先计算保温材料的导热系数，管外壁无保温材料，对空气直接放热，其总热损失为：

可见，不保温时，其绝热层（实际上其厚度为0）热量损失大大超过《绝热规范》规定。

4.2第二种情况：利用保温构造最大允许热损失量来计算保温层厚度。

第二种情况：按《保温图集》总说明第8.2节的方法，利用保温构造最大允许热损失量计算保温绝热层厚度。

先计算保温材料的导热系数，管道绝热层表面温度取15℃，

可见，绝热层采用计算所得的35mm厚度时，其绝热层热量损失不超过《绝热规范》的规定。

4.3第三种情况：加厚保温层后计算其各项热损失。

第三种情况：按《保温图集》总说明第8.2节的方法，利用保温构造最大允许热损失量计算保温绝热层厚度，然后将绝热层比计算值加厚一倍，计算其各种热损失情况：

按第二种情况的计算结果，导热系数λb= 0.0431 （W / m·℃），绝热层计算厚度δ=0.035m，则其绝热层厚度加厚一倍为：δ=0.070m，则其绝热层外径dz=0.248 （m）。

总热量损失：

可见，绝热层采用计算所得的厚度再加厚一倍时，其绝热层热量损失略有减少。

5. 结语

对比第一、二种情况，可知，采用35厚泡沫橡塑保温可大大减少热损失率，其值从0.98%减少至0.064%，热媒温降从0.634℃减至0.042℃，保温效果明显。

对比第二、三种情况，可见，保温厚度由35厚加厚至70厚时，其实际减少的热损失不大，热流量损失率仅从0.064%减少至0.04%，热媒温降从0.042℃减至0.026℃，但保温材料的造价增加一倍还多，从理论上讲，无限加厚保温层厚度可使热流量损失率趋近于零，从工程角度来说，这是不现实的，应权衡其初投资与运行费用之间的最佳平衡点。故，《绝热规范》第4.1条规定，当无特殊工艺要求时，保温的应采用“经济厚度”法计算。

参考文献

[1]《工业设备及管道绝热工程设计规范》GB50264-97.

[2]《供热工程》，中国建筑工业出版社，1993年11月第三版，贺平等编著.

[3]《管道和设备保温、防结露及电伴热》（03S401）.