管道余热防冻的设计计算

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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．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，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5qC，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=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+则管道雷诺数采用公式(3)计算，因烟道与管路直径18．7x3．14x0．1I×102x3．14x0．038x1018．7x3．14x(O．1l+2x0．041不同，其工作流程也有所不同：根据能量守恒定律，实际运行时烟道空气放出的热量应管路雷诺数为Re，=2．13X0．075／14．16X10：1．128X10等于保温层热损119．7W，则有烟道空气流速为：：!：1：管路雷诺数大于20O0属紊流区，沿程阻力系数按公式V，1=一=J．0UUnm／3．14X0．nX0．11／4X1．005X1．25X(15—5)(2)计算则管道雷诺数采用公式(3)计算，因烟道与管路直径：o．1lId+R]0．25=0．11／+旦：ol03l不同，其工作流程也有所不同；e／＼75l1280J管路雷诺数为Re，=1．00×0．11／14．16X10。=7．768X10烟道空气流速为：V2=75x75x2．13=0．3m／管路雷诺数大于20O0属紊流区，沿程阻力系数按公式(2)计算烟道雷诺数为Re，=0．3×0．2／14．16X10=4237：0．11＼d+盟R1o．2s=0．11(+旦：o．034烟道雷诺数大于2000属紊流区，沿程阻力系数按公式e＼1107768／(2)计算烟道空气流速为：1)2=ll0xll0x1．00=0．303m／，‘：0-11fI竺d+R]o．z5=0．11(+旦：o．054e＼2004237／烟道雷诺数为Re=0．303X0．2／14．16X10：4280理论计算总阻力损失为，局部阻力修正系数为2烟道雷诺数大于2000属紊流区，沿程阻力系数按公式^，：2(0．054：：0l03l!：：)：15(2)计算0-220．0752热压理论计算应用式(1)：‘o．1lfI墨d+R_0．1lf+旦_0．053e／＼2004280』可得：=(p。一p2)gH=(1．45-1．23)xlOx(6x3+2)=44理论计算总阻力损失为，局部阻力修正系数为2因为44Pa>15Pa，所以烟道与保温管道实际空气流量^，：2(0．053塑：：+o．o34：堡：：)：4_3O．22O．1】2比上述假设条件要大；实际上这种条件能够满足管道保温要热压理论计算应用公式(1)：求，但在实际运行保温过程烟道空气分流过程非纯理论假设可得：△9=(p1-p，)gH=(145—123)X10X(6X3+2)=44条件，而且烟道与保温材料接口处有较大的局部阻力，同时因为44Pa>43Pa，所以烟道与保温管道实际空气流量其接口处分流并非纯理论状态，因此理论计算仅作参考。转62页CHINAHOUSINGFACILITIES圄 TechnicalExchangeI技术交流的选取应考虑选用强度高、耐磨、有一定防潮能力、易于清的薄弱部位，若处理不当，板下潮气将从此乘虚而人。铺板洗、实用美观的地面材料，亦可用水泥砂浆作面层。时，板间应留有一定的缝隙。嵌缝前，应认真清扫干净，并予湿润。嵌缝时，用细石混凝土仔细嵌实，当板较厚时，应3．3重视细部施工分层嵌实。并应认真养护，达到强度后方能正常使用。应注意地面防潮同墙基防潮结合考虑。墙基应设防水砂(5)有条件时，铺板前应在板底刷一道热沥青，堵塞板浆防潮层，与地面接触的内墙面，亦应作防水砂浆抹面高度底毛细孔，能有效地提高架空地面防潮效果。2Omm。防潮地面的室内外高差不宜小于30Omm，室外应设总之，建筑物防潮关系到住户的家庭环境与健康。面对有散水坡，以及时排除雨雪积水，防止渗入室内，加大地基住宅中出现不同程度的返潮现象，设计师应根据场地、造价含水量。等因素选择适当的方法。建造师应精心施工，确保防潮工程3．4架空地面的施工要求质量。只有做好防潮工作，才真正体现了设计师与建造师的对于架空地面施工中应注意以下几个问题：以人为本的理念。雹珥(1)架空板下的地基土仍应夯实，尽量减少潮气向板下参考文献空间渗透。[1】沈显超建筑围护结构防潮性能研究【D】武汉理工大(2)架空板下应有足够的空间和通风条件。因为架空板学，2006下的地基土虽经夯实，仍会不断有潮气向上渗透淤积，并向【2】王正泽住宅地面返潮原因分析及处理方法山西板内渗透。可设通风洞，这对地面干燥是极为有利的。建筑，2005，(24)．(3)搁置架空板的地垅墙应用水泥砂浆砌筑，顶面应抹一层防水砂浆层。作者简介(4)重视架空板的拼缝质量，架空板的拼缝是地面防潮谭晓燕，讲师，研究方向：建筑与结构。接59页分析，这两种口径的保温管路都能达到设计要求，相比较而言，110mm的管路保温比75mm的管路保温的效果更比上述假设条件要大：实际上这种条件能够满足管道的保温好，出口温度也更高。要求，但在实际运行保温过程中烟道空气分流过程非纯理论假设条件，而且烟道与保温材料接口处有较大的局部阻力，同时三、结论其接口处分流并非纯理论状态，因此理论计算仅作参考。PVC管道保温是一种节能环保的保温方式，安装后不须为了计算出精确理论空气出口温度，可采用迭代法；由耗电，一次性投入，安全放心，无隐患。此种保温方式可以以上计算结果可知理论精确空气出口温度应高于5℃，假设在北方室内有暖气的地方使用，可以采用烟道口集中拉引的出口温度为1OoC按以上过程进行迭代求出最终沿程阻力损失方式进行，这样一些小型的热水工程和单机入户的工程都可为44Pa>16．4Pa，所以理论精确空气出口温度值应大于10oC，以使用。由于不用安装电加热带进行保温，更安全，用户比此时采用二分迭代法分析，由以上理论分析可知在(10，15)。C较容易接受。叵口必有一个解，取(10+15)／2按以上迭代，得出理论结果进行分析，以此迭代可得出精确理论值。作者简介通过上述分析，在PVC管路的直径为0110mm时，管包铁链，助理工程师，太阳能热水器配件开发。口的温度应在1O℃和15oC之间，能够达到管路的保温要求。于天津，工程师，太阳能热水器配件开发。通过对PVC管路的直径为75mm和11Omm的计算蔡朝刚，工程师，太阳能热水器配件开发。_囝中国住宅设施