民用建筑空调冷凝水管橡塑保冷厚度分析计算

甘建红

奥雅纳工程咨询（上海）有限公司

0 引言

改革开放以来，我国经济迅速发展，人们对于空气品质的要求也越来越高，公共建筑设置空调已成为常态。空调冷凝水管外表面温度通常会低于管道外的环境温度，如保温设置不合理，会造成能源或经济上的浪费。同时，管道外表面结露而导致滴水，破坏建筑吊顶，严重的甚至会破坏相应区域的设备，将造成重大的财产损失。为减少空调冷热水系统在输送过程中的能耗损失，防止空调冷水管道及凝水管道结露而破坏建筑室内设施，有必要对空调冷热水管及冷凝水管道进行保温保冷。

橡塑保温材料具有导热系数低、防火阻燃、防潮阻湿、减振降噪、环保健康、使用寿命长等优点，加上施工简便，外观整洁美观，且产品不含纤维粉尘，不会滋生霉菌等有害物质，被广泛应用于中央空调中的相关冷热介质管道或容器。目前，民用建筑中，当空调水管介质温度≤60 ℃时，保温保冷材料采用柔性泡沫橡塑的做法最为常见。因此本文主要讨论采用柔性泡沫橡塑作为空调冷凝水管的保冷材料的厚度要求。

国家规范[1-2]将国内不同地区按照较干燥地区、较潮湿地区分区，同时给出不同气候区的室内空调冷、热水管的保温保冷层厚度。各设计单位在设计时基本按照上述规范提供的参考值执行。国家规范对空调冷凝水管的保冷层厚度未提供参考值，而不同设计单位、顾问公司对空调冷凝水管保冷层厚度的要求不同，且差别较大。根据笔者参与的众多项目，各设计单位提供的冷凝水管保温厚度通常在 10 mm～25 mm 不等。例如，上海某设计院在黄山某酒店项目设计说明中要求的空调冷凝水管采用橡塑保冷层最小厚度为13 mm。另一设计院提供的上海桃浦地区某项目空调冷凝水管采用柔性橡塑保冷的最小厚度要求为20 mm。苏州某设计院提供的苏州某公建项目采用柔性橡塑进行保冷的厚度要求为20 mm。苏州另一设计院提供的苏州某公建项目的保冷层厚度要求为25 mm。由此可见，不同的设计单位对同一气候区的保冷层厚度要求差异较大，从 13～25 mm不等。同时，由于出图或招标时间较紧，大部分设计人员或顾问公司工程师在施工图设计说明或招标技术文件中提供的空调冷凝水管道保冷层厚度基本均是按照本单位的常规要求统一提供，而没有按照实际项目所属区域进行区别设计。例如北京某设计院提供的长沙梅溪湖某公建项目的设计说明中给出的空调冷凝水管橡塑材料保冷层厚度为10 mm。上海某顾问公司在招标文件中给出的空调冷凝水管保冷层最小厚度要求为19 mm。这就导致了部分设计院在做跨区（指较干燥地区、较潮湿地区）的设计项目时，提出的冷凝水保冷层厚度要求与实际项目要求不符，出现偏大或偏小的情况，保冷层厚度要求偏大则造成经济上的浪费，偏小将导致保温层外表面结露滴水，对空调冷凝水管经过的区域造成积水，影响室内功能房间的使用。

为确保空调冷凝水管保冷层厚度既满足不结露要求，又不造成经济上的浪费，本文将对干燥地区、潮湿地区的空调冷凝水管保冷层厚度进行分析计算。

1 计算原则及方法

国家规范[3]对室内空调管道保温保冷层厚度计算提供了三种不同的方法，即经济厚度法，表面温度法及热平衡法。上述规范给出了管道的保冷层厚度计算原则，计算原则如下：

1）为减少冷损量损失并且防止外表面凝露时，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，否则应加厚重新核算，直至满足要求。

2）为防止外表面凝露时，采用表面温度法计算保冷层厚度。

3）对于工艺上需要控制冷量损失时，采用热平衡法计算保冷层厚度，并校核其外表面温度，该温度应高于环境的露点温度，否则加厚重新进行核算，直至满足要求。

民用建筑的空调冷凝水管通常不作冷凝热回收，直接排放，因此，其保冷层厚度仅需防止管道外表面结露，采用表面温度法计算即可。国家规范[1]中 8.5.23条文解释说明给出了空调冷凝水管坡度 1‰、3‰时，不同管径下空调冷凝水管承担的冷负。常规设计时，为了保证冷凝水顺利排除，冷凝水管道坡度一般取≥ 3‰。当冷凝水管道坡度为3‰时，不同管径冷凝水管道承担的负荷如表1：

表1 不同管径承担的空调冷负荷

根据表1可知，建筑的空调冷凝水管管径不大于DN150。因此，本文对空调冷凝水管管道按照DN20～DN150的进行保冷层厚度分析计算。

2 各参数确定及分析计算

通常情况下，建筑物的空调冷凝水管道由室内空调设备接至管井内再排至相应的给排水地漏，排水井或机房。冷凝水管敷设区域常规为室内空调区域，空调机房，管井或室内其他空调区域，经过室外的情况极少，而室内设置空调的区域在非运营时段的情况与室内非设置空调区域的情况相似，因此，室内设置空调区域的空调冷凝水管的保冷层厚度可参照室内非空调区域设置。因此，本文仅对敷设在室内非空调区域的空调冷凝水管保冷层厚度进行分析计算。而不同湿度条件对结露的影响较大，有必要对不同气候地区的空调冷凝水管保冷层厚度分别进行计算。国家规范[1-2]将气候区大致分为两类，即较干燥地区、较潮湿地区。根据上述规范定义，较干燥地区，是指室内机房环境温度不高于31 ℃、相对湿度不大于75%地区。较潮湿地区，是指室内机房环境温度不高于33℃、相对湿度不大于80%的地区。

按照前文所述，空调冷凝水管保冷对控制冷量损失无要求，满足防止管道外表面结露即可。空调冷凝水管的防结露采用表面温度法计算公称直径DN20～DN150 的保冷层厚度，参考国家规范[3]给出的圆筒面单层防止表面凝露的保冷层厚度计算，具体公式如下：

式中：D0为管道的外径，m ；D1为管道保冷层的外径，m；t为管道外表面温度，取介质的正常运行温度tf，℃ ；ta为环境温度，℃ ；td为露点温度，与环境温度对应的露点温度，℃ ；ts为保冷层外表面温度，取ts=td+(1～ 3)℃，℃，对于聚氨酯泡沫塑料，当 Δt=(ta-td)≤2 ℃时取下限制，当 Δt≥4 时取上限；as为表面换热系数，即保冷层外表面周围对周围空气的换热系数，一般取8.14 W/(m2K)；λ为保冷材料热导率，应按其使用温度修正。民用建筑中的空调冷凝水管多采用柔性橡塑材料进行保冷防结露。根据国家规范[1]中附录K.0.2-2表下注释：橡塑保温材料的导热系数公式：

其中，平均温度tm=(t+ts)/2。

综上所述，可得出较干燥地区、较潮湿地区的空调冷凝水管道保冷层厚度计算公式中各项参数如下：

1）t—— 管道外表面温度，取介质的正常运行温度tf。对于民用建筑，经冷盘管处理后的空调送风温度通常不低于15 ℃，冷凝水管外表面温度t则可按 15 ℃取值。

2）t a——对于较干燥地区，ta=31 ℃，对于较潮湿地区，ta=33 ℃。

3）t d—— 对于较干燥地区，按照ta=31 ℃，相对湿度 75%，得出露点温度为 26 ℃，对于较潮湿地区，ta=33 ℃，相对湿度80%，得出露点温度为29.1 ℃。

4）ts——基于橡塑材料的性能，外表面温度按高于露点温度1 ℃取值。对于较干燥地区，td=（26+1）= 27℃，对于较潮湿地区，td=（29.1+1）℃=30.1 ℃。

5）λ=0.034+0.00013t m，将 1、4 条的数据代入公式tm=(t+ts)/2，得出

对于较干燥地区，λ=0.034+0.00013(15+27)/2=0.03673。

对于较潮湿地区，λ=0.034+0.00013(15+30.1)/2=0.0369315。

6）as—— 表面换热系数，取 8.14W（/ m·2K）。

将上述参数代入式（1），利用excel表格中的数据模拟分析中的单变量求解方法，可求出较干燥地区、较潮湿地区在不同管径下的空调冷凝水管橡塑保冷层外径D1，并将D0及求解出的D1代入式（2）中，并将计算结果向上取整后，可求出不同管径下较干燥地区及较潮湿地区的空调冷凝水管橡塑保冷层厚度则如表2：

表2 较干燥地区的空调冷凝水管橡塑保冷层最小厚度

表3 较潮湿地区的空调冷凝水管橡塑保冷层最小厚度

根据计算结果可知，较干燥地区与较潮湿地区的空调冷凝水管橡塑保冷层的厚度差异较大，而空调冷凝水管道直径对保冷层厚度影响较小。较干燥地区的空调冷凝水管保冷层最小厚度为11 mm～13 mm，较潮湿地区的空调冷凝水管保冷层最小厚度为 17 mm～ 22 mm。

3 结论

民用建筑空调冷凝水管坡度通常≥3‰，空调冷凝水管管径在DN20～DN150范围可满足要求。空调冷凝水管保冷材料主要采用柔性泡沫橡塑，设置保冷层厚度主要是为了防止管道外表面结露。根据规范[3]采用表面温度法对空调冷凝水管防结露保冷层厚度进行计算，得出不同气候区的非低温送风（送风温度≥15℃）空调冷凝水管道管径在 DN20～DN150 范围内时，采用橡塑绝热材料保冷厚度要求如下：

1）较干燥地区，保冷层的最小厚度要求为 11～ 13 mm，具体为：公称直径 DN25 及以下的保冷层最小厚度为11 mm；公称直径≥DN32且≤65的保冷层最小厚度为 12 mm；公称直径≥DN80 的保冷层最小厚度为13 mm。

2）较潮湿地区，保冷层的最小厚度要求为 17～ 22 mm，具体为：公称直径 DN20 及以下的保冷层最小厚度为 17 mm；公称直径 DN25、DN32 的保冷层最小厚度为18 mm；公称直径 DN40、DN50 的保冷层最小厚度为19 mm；公称直径DN65、D N80的保冷层最小厚度为20 mm；公称直径DN100、D N125的保冷层最小厚度为21 mm；公称直径DN150的保冷层最小厚度为22 mm。

由此可见，相同气候分区范围内，尤其是较干燥地区，空调冷凝水管径规格对保冷层厚度的影响较小，而不同气候分区之间的空调冷凝水管最小保冷层厚度相差较大。因此，实际设计中需要按照较干燥区和较潮湿区分别设置保冷层最小厚度。当空调冷凝水管采用柔性橡塑材料保冷时，结合市场上主要厂家的橡塑绝热材料规格，可简化为：较干燥地区的保冷层最小厚度可按13 mm设置。较潮湿地区保冷层最小厚度可区分档位设置，D N50 及以下按 19 mm 设置，DN50以上保冷层厚度按22 mm设置。