管道余热防冻的设计计算

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1、TechnicalExchangeI技术交流管道余热防冻的设计计算包铁链，于天津，蔡朝刚《皇明太阳能集团有限公司技术部，山东德州253000)太阳能热水器冬季管路保温一般采用防冻带的形式，由二、管道余热防冻的设计计算于防冻带在长期使用过程中，由于本身质量及安装原因，易出现失火事故，因此进一步探讨改变防冻带保温形式的保温1．计算题目方式越来越引起太阳能行业的关注。利用管道将烟道口处的安装PVC管路保温装置后，通过烟道到达热水器上端开热空气收集，以此对太阳能热水器管路进行保温是较为安全口处的空气温度。的防冻方式。

2、2．采用的计算方法、公式来源和公式符号说明一、管道余热防冻的原理采用热力学计算公式：太阳能热水器在安装时，一般都是通过烟道将热水器的(11热压公式：=(pl—p2)gH上下水管路弓1入室内，由于室内温度较高，室内外形成较大沿程阻力系数．对粗糙度的温度差，烟道形成一个烟囱模型，热空气被输送到烟道口，在出烟道口处采用PVC管将热空气进行收集，以此保障管路(3)雷诺数公式：Re：v：速度r：运动粘度的防冻。Y(4)管径导热热阻：R：—Ln(d2／dI)—：导热系数2兀，热水器c5总热阻：Rz击枷十去(6)沿程阻力计

3、算公式h，：九．当量醯。=口十D摇遒(8)热量计算公式：Q=此种方案若要保证形成完整的烟囱效应，必须在PVC的3．计算过程和结果(从理论上论证)最远端(最高端)处形成开口，在冬季不出现管路冻堵，必在计算过程中，进行假设：须保证在PVC管路的开口处环境高于0。C，这样才能使整个(1)楼体内空气流经烟道过程中按绝热处理；上下水管路处于零度以上的环境中。考虑到冬季的风向，开(2)室外空气通道出口处冷风侵入按不影响整体计算；口方向一般朝向南方。对于侧置式热水器，可采用多台热水(3)空气流出管道的空气温度不低于5oc，

4、以免管路冻堵：器串联安装，公用一条管路，在公共管路上引出分支，分别(4)各楼层空气分配均一，楼体内烟道总阻力按总流量到单台热水器的出水口，每个出水口处都要有开口，距离最O．8计：近的开口应尽量的将开口缩小，以免热量的过度散失；对于(5)管路内流体传热影Ⅱ向忽略不计；下置式热水器，在出水端选择小孑L开口。(6)局部阻力修正系数取2：在热空气上升过程中，必须考虑到沿途的散热，必须在(7)整个空气流通过程无结露现象。PVC管路外面加装保温层。边界条件定为：另外，为了达到良好的保温效果，在安装时应使PVC管(1)烟道

5、空气温度按15cC计算；路内部通畅，并且从烟道出来的管路应采取顺坡的方式，不(2)室外环境温度按一30。C计算；能出现反坡现象，且高度不断增加，并要有良好的固定措施。(3)PVC空气通道按10m分别计算中75mm、中110mm管路：_囵中国'1．tE宅设施TechnicalExchangeI技术交流(4)保温层厚度按4Omm，导热系数按0．038W／(m·K)计算。为了计算出精确理论空气出口温度，可采用迭代法：由烟道按200×200mm计算，其当量直径应用公式(7)以上计算结果可知理论精确空气出口温度应高于5

6、qC，假设计算出口温度为10℃按以上过程进行迭代求出最终沿程阻力损失Dd：=—2x200x200为59Pa>44Pa，所以理论精确空气出口温度值应小于10℃，此—：=200(mm、200+200时采用二分迭代法分析，由以上理论分析可知在(5，10)℃必第一种情况，设定PVC管路直径为75mm：有一个解，取(10+5)／2可得最终沿程阻力损失为30Pa<44Pa，若烟气流经室外保温管道后温度恰为5℃，则整个管路分析可知在(7．5，1O)℃必有一个解，取8．75℃按以上迭代，热损可应用式(8)计算，其中h，=h=

7、18．7w／mK，结得出理论结果进行分析，以此迭代可得出精确理论值。合公式(4)、(5)、(8)可得如下结果：通过上述分析，在PVC管路的直径为75mm时，管口的温度应在875℃和1O℃之间，能够达到管路的保温要求。=l18．4W75+2X40)／75J1+--u-—-·-—-·-—··-—=!————第二种情况，PVC管路直径为中11Omm：7X3．14x0．075X102X3．14X0．038x1018．7X3．14xf0．075+2×0．041若烟气流经室外保温管道后温度恰为5oc，则整个管路根据能量守

8、恒定律，实际运行时烟道空气放出的热量应热损可应用式(8)计算，其中h=h=18．7w／mK，结等于保温层热损118．4W，则有烟道空气流速为：合公式(4)、(5)、(8)得如下结果：：!：兰：2，一￡．13，，z／，．Y(15+5}(一(一30)‘3．14X0．075X0．075／4X1．005X1．25×(15—5)二l——+ln—l(110+2x4L0)／l1—0／——[1w~,J+则管道雷诺数