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（山东鲁泰煤业有限公司太平煤矿，山东，济宁，273517）
【摘 要】保温材料的种类、性能和厚度直接影响系统运行费用和初期投资，为降低投资，减少运行费用，节约能源，文章给出了保温材料的选择和各种工况下保温层厚度的确定。
【关键词】保温材料；经济厚度；热损失控制法；表面温度控制法
保温隔热材料与制品是影响建筑节能一个重要的影响因素。建筑保温材料的研制与应用越来越受到世界各国的普遍重视。20世纪70年代后，国外普遍重视保温材料的生产和在建筑中的应用，力求大幅度减少能源的消耗量，从而减少环境污染和温室效应。国外保温材料工业已经有很长的历史，建筑节能用保温材料占绝大多数，而新型保温材料也正在不断地涌现。
1 保温材料的选择
暖通空调工程中的设备和管道，为使其经济合理、安全运行、节约能源、改善操作条件及保护环境，均应根据不同要求进行保温处理并附加保护层。
目前常用的保温材料多种多样，主要有：聚乙烯、聚苯乙烯、聚氨酯、玻璃棉等。其保温性能、经济性能也千差万别，因而在选择保温材料时要本着因地制宜，就地取材的原则，选取来源广泛，保温性能好，易于施工，敷设方便，经济耐用的材料，通过对各种材料进行综合比较后，确定最佳方案。选择保温材料时应着重注意以下几个方面的指标：
1.1 导热系数小、保温性能好，并应考虑保温性能随温度变化的特征是否适应具体的工作环境。
1.2 选用质轻疏松材料。一方面，能减轻保温管道的重量，减小管道支架的荷载；另一方面，可以增大保温材料的传热热阻。
1.3 具有抗蒸汽渗透性能，吸水率低且耐水性能好，且吸水后其保温性能不能发生很大变化。尤其是对直埋敷设或地沟内敷设管道。
1.4 保温材料不宜采用有机物以免在潮湿的环境中发生虫蛀、腐烂、生菌；也不宜采且易燃物，以免发生火灾。
2 保温层厚度的确定
对于不同的工作介质、不同的管材和工作环境的不同要求，保温层厚度的计算也应采用不同的方法，针对不同工况在查阅相关资料的基础上结合实际工作总结以下几种方法。
2.1 “经济厚度”计算法
所谓“经济厚度”是指在保温层的寿命期限内有“年工作费用”（E），它是包括维修费在内的保温材料年折旧费（E1）和能量损失量（E2）。保温材料的年折旧费随保温层厚度的增加而增加，其能量损失费随保温层厚度的增加而减少。故年工作费用有一最小值。与该值相对应的保温层厚度称为“经济厚度”，如图1所示。影响该厚度的因素主要有保温材料品质、价格、能量价格、运行时间等。下面以工程中常见的圆形管道为例阐述以经济厚度作为保温层厚度的计算方法。
假定周围环境温度tw[℃],保温层的厚度δ[m]，保温材料的导热系数λ[w/(m℃)],保温层外表温度t0[℃]，外表换热系数αw[w/（m2℃）],保温材料及施工维修费用在内的单位价格 y[元/m3]，管道外半径r1[m],保温材料的年折旧率b,全年输送热媒的工作时间T[s]，能量单价f[元/J]。设保温层外半径r2[m](为便于处理，均采用国际单位)。
则其单位长度的年工作费用E可表示为：
（1）
由 得到：
（2）
在通常情况下，因为保温材料大都满足
得
代入式（2）得到：
上式为一超越方程，手算很难求出，借助于计算机可求得保温层的外半径r2。
得保温层的经济厚度为δopt=r2-r1 （3）
2.2 热损失控制法
所谓“热损失控制法”就是控制保温材料表面单位面积（长度）的最大允许热损失量，使之在工艺允许的范围内。这类保温层的厚度计算可通过传热方程式求得保温层的最小厚度。设[q]为m2保温层外表面积的最大允许散热损失[w/m2],由传热方程式可导出（仍以圆形管道为例）：
（4）
得
（5）
2.3 表面温度控制法
所谓“表面温度控制法”是指在暖通空调和热能工程中，为了防止输送冷媒管道的外表面结露或输送高温介质管道的防烫伤等，必须限制保温层的外表面温度。
2.3.1 防结露保温层厚度计算
冷媒管道外表面结露是因为其表面温度低于周围环境空气的露点温度而引起的。防止结露的措施主要是合理确定保温层的厚度，使管道保温层的外表面温度高于环境空气的露点温度。高td为当地气象条件下最热月的平均露点温度[℃]，在实际计算中，取保温层外表面温度 比当地气象条件下空气露点温度高1—2℃。则：
（6）
由式（6）得：
借助于计算机可由上式求得保温层的外半径r2,则保温层厚度为：
2.3.2 防烫伤保温层厚度确定
与防止外表面结露的保温层厚度计算方法相同，只需用防烫伤保温层外表面温度ts代换t (一般取ts=60℃)即可。
3结论
3.1 根据不同的设计工艺要求，管道保温层厚度的计算方法见表1。
3.2 在实际工程计算中，为同时满足经济、节能及设计工艺要求，保温层厚度的确定往往是多种计算方法结合使用。通常的做法是先确定其“经济厚度”，然后进行校核，验证其经济厚度是否满足设计的工艺要求；若经济厚度不能满足设计的工艺要求，再按工艺要求应用“热损失控制法”或“表面温度控制法”确定保温层厚度。
4 结语
建筑节能是一项系统工程，保温材料的科学选择和精确施工对于节能有着重要的作用。随着新型保温材料的不断涌现，保温层设计与施工工艺也必然发生相应的变化，这就需要根据工程实际情况作出具有针对性的解决方案。
参考文献：
[1]袁宏伟 ,崔云伟,孔令新. 保温材料选择的经济性探讨[J]应用能源技术, 2003,(02) .
[2]王新震,黄剑锋,曹丽云. 我国硅酸盐保温节能涂层的研究进展[J]硅酸盐通报, 2008,(06) .
[3]刘显茜,陈君若,侯宏英,朱代根,陶翼飞. 保温材料管道保温性能分析[J]. 湖南科技大学学报(自然科学版), 2009, (01) .
[4]朱盈豹. 无机保温材料的应用和发展前景[J]. 辽宁建材, 2010, (02) .
[5]刘占福. 保温材料的创新与发展[J]. 黑龙江科技信息, 2009, (28) .
[6]董新法,易建峰. 保温设备与管道保温材料的选择准则[J]. 化工时刊, 1998, (02) .
作者简介：
刘岭（1968—），男，山东微山人，山东鲁泰煤业有限公司太平煤矿工程师，研究方向：供热通风与空气调节。
【摘 要】保温材料的种类、性能和厚度直接影响系统运行费用和初期投资，为降低投资，减少运行费用，节约能源，文章给出了保温材料的选择和各种工况下保温层厚度的确定。
【关键词】保温材料；经济厚度；热损失控制法；表面温度控制法
保温隔热材料与制品是影响建筑节能一个重要的影响因素。建筑保温材料的研制与应用越来越受到世界各国的普遍重视。20世纪70年代后，国外普遍重视保温材料的生产和在建筑中的应用，力求大幅度减少能源的消耗量，从而减少环境污染和温室效应。国外保温材料工业已经有很长的历史，建筑节能用保温材料占绝大多数，而新型保温材料也正在不断地涌现。
1 保温材料的选择
暖通空调工程中的设备和管道，为使其经济合理、安全运行、节约能源、改善操作条件及保护环境，均应根据不同要求进行保温处理并附加保护层。
目前常用的保温材料多种多样，主要有：聚乙烯、聚苯乙烯、聚氨酯、玻璃棉等。其保温性能、经济性能也千差万别，因而在选择保温材料时要本着因地制宜，就地取材的原则，选取来源广泛，保温性能好，易于施工，敷设方便，经济耐用的材料，通过对各种材料进行综合比较后，确定最佳方案。选择保温材料时应着重注意以下几个方面的指标：
1.1 导热系数小、保温性能好，并应考虑保温性能随温度变化的特征是否适应具体的工作环境。
1.2 选用质轻疏松材料。一方面，能减轻保温管道的重量，减小管道支架的荷载；另一方面，可以增大保温材料的传热热阻。
1.3 具有抗蒸汽渗透性能，吸水率低且耐水性能好，且吸水后其保温性能不能发生很大变化。尤其是对直埋敷设或地沟内敷设管道。
1.4 保温材料不宜采用有机物以免在潮湿的环境中发生虫蛀、腐烂、生菌；也不宜采且易燃物，以免发生火灾。
2 保温层厚度的确定
对于不同的工作介质、不同的管材和工作环境的不同要求，保温层厚度的计算也应采用不同的方法，针对不同工况在查阅相关资料的基础上结合实际工作总结以下几种方法。
2.1 “经济厚度”计算法
所谓“经济厚度”是指在保温层的寿命期限内有“年工作费用”（E），它是包括维修费在内的保温材料年折旧费（E1）和能量损失量（E2）。保温材料的年折旧费随保温层厚度的增加而增加，其能量损失费随保温层厚度的增加而减少。故年工作费用有一最小值。与该值相对应的保温层厚度称为“经济厚度”，如图1所示。影响该厚度的因素主要有保温材料品质、价格、能量价格、运行时间等。下面以工程中常见的圆形管道为例阐述以经济厚度作为保温层厚度的计算方法。
假定周围环境温度tw[℃],保温层的厚度δ[m]，保温材料的导热系数λ[w/(m℃)],保温层外表温度t0[℃]，外表换热系数αw[w/（m2℃）],保温材料及施工维修费用在内的单位价格 y[元/m3]，管道外半径r1[m],保温材料的年折旧率b,全年输送热媒的工作时间T[s]，能量单价f[元/J]。设保温层外半径r2[m](为便于处理，均采用国际单位)。
则其单位长度的年工作费用E可表示为：
（1）
由 得到：
（2）
在通常情况下，因为保温材料大都满足
得
代入式（2）得到：
上式为一超越方程，手算很难求出，借助于计算机可求得保温层的外半径r2。
得保温层的经济厚度为δopt=r2-r1 （3）
2.2 热损失控制法
所谓“热损失控制法”就是控制保温材料表面单位面积（长度）的最大允许热损失量，使之在工艺允许的范围内。这类保温层的厚度计算可通过传热方程式求得保温层的最小厚度。设[q]为m2保温层外表面积的最大允许散热损失[w/m2],由传热方程式可导出（仍以圆形管道为例）：
（4）
得
（5）
2.3 表面温度控制法
所谓“表面温度控制法”是指在暖通空调和热能工程中，为了防止输送冷媒管道的外表面结露或输送高温介质管道的防烫伤等，必须限制保温层的外表面温度。
2.3.1 防结露保温层厚度计算
冷媒管道外表面结露是因为其表面温度低于周围环境空气的露点温度而引起的。防止结露的措施主要是合理确定保温层的厚度，使管道保温层的外表面温度高于环境空气的露点温度。高td为当地气象条件下最热月的平均露点温度[℃]，在实际计算中，取保温层外表面温度 比当地气象条件下空气露点温度高1—2℃。则：
（6）
由式（6）得：
借助于计算机可由上式求得保温层的外半径r2,则保温层厚度为：
2.3.2 防烫伤保温层厚度确定
与防止外表面结露的保温层厚度计算方法相同，只需用防烫伤保温层外表面温度ts代换t (一般取ts=60℃)即可。
3结论
3.1 根据不同的设计工艺要求，管道保温层厚度的计算方法见表1。
3.2 在实际工程计算中，为同时满足经济、节能及设计工艺要求，保温层厚度的确定往往是多种计算方法结合使用。通常的做法是先确定其“经济厚度”，然后进行校核，验证其经济厚度是否满足设计的工艺要求；若经济厚度不能满足设计的工艺要求，再按工艺要求应用“热损失控制法”或“表面温度控制法”确定保温层厚度。
4 结语
建筑节能是一项系统工程，保温材料的科学选择和精确施工对于节能有着重要的作用。随着新型保温材料的不断涌现，保温层设计与施工工艺也必然发生相应的变化，这就需要根据工程实际情况作出具有针对性的解决方案。
参考文献：
[1]袁宏伟 ,崔云伟,孔令新. 保温材料选择的经济性探讨[J]应用能源技术, 2003,(02) .
[2]王新震,黄剑锋,曹丽云. 我国硅酸盐保温节能涂层的研究进展[J]硅酸盐通报, 2008,(06) .
[3]刘显茜,陈君若,侯宏英,朱代根,陶翼飞. 保温材料管道保温性能分析[J]. 湖南科技大学学报(自然科学版), 2009, (01) .
[4]朱盈豹. 无机保温材料的应用和发展前景[J]. 辽宁建材, 2010, (02) .
[5]刘占福. 保温材料的创新与发展[J]. 黑龙江科技信息, 2009, (28) .
[6]董新法,易建峰. 保温设备与管道保温材料的选择准则[J]. 化工时刊, 1998, (02) .
作者简介：
刘岭（1968—），男，山东微山人，山东鲁泰煤业有限公司太平煤矿工程师，研究方向：供热通风与空气调节。