李堃，趙青玲

(華北水利水電大學(xué)環(huán)境與市政工程學(xué)院，鄭州 450046)

近年來，隨著社會的高速發(fā)展，對于能源利用的話題逐漸成為人們關(guān)注的話題之一?！吨袊ㄖ芎难芯繄蟾?020》[1]顯示：2018年，建筑運行階段能耗占全國消費總量的21.7%。毛廣志[2]指出在建筑能耗中，采暖及空調(diào)設(shè)備所消耗的能源約占65%。提高板式換熱器能源利用率的途徑主要是強化傳熱和削弱傳熱[3]。保溫是通過削弱傳熱的方式起到節(jié)能的目的。

謝文丁[4]給出了一組數(shù)據(jù)，2020年時，建筑能耗已達到10.89 Gtce，當(dāng)采取保溫節(jié)能措施時，可減少近31%的能耗，其中暖通空調(diào)系統(tǒng)將減少8 000億kW·h，考慮到換熱器在采暖以及空調(diào)系統(tǒng)中的地位，對換熱器進行保溫節(jié)能措施可以節(jié)省大量能源。而在石油行業(yè)中，某油田熱電公司[5]對近百臺換熱器以及眾多站內(nèi)閥門添加了保溫措施，降低了2%的能耗，預(yù)計可為該公司每年能節(jié)省近百萬的運行成本。制作保溫外殼不僅能起到節(jié)能的作用，而且還可以起到保護換熱器及起到裝飾的作用。

本文對板式換熱器保溫外殼采取不同的保溫材料以及結(jié)構(gòu)對保溫性能的影響進行了試驗研究。

1 試驗設(shè)備、材料和方法

1.1 試驗設(shè)備

(1)換熱器。魯本斯換熱器，規(guī)格50片，設(shè)計溫度-195 ℃～220 ℃。

(2)恒溫水浴箱。控溫范圍：室溫～100 ℃；控溫精度：±1 ℃。

(3)熱水泵。產(chǎn)品型號為YL-135，使用電源：220 V/50 Hz。

(4)潛水泵。產(chǎn)品型號為AQ902，使用電源：220 V/50 Hz。

(5)熱電偶測溫儀。型號為HT9815，測溫范圍-200 ℃～1 372 ℃(僅主機)。

(6)熱電偶。K型，測溫范圍0 ℃～250 ℃。

(7)閥門、管件及管道若干。

1.2 試驗材料

本文將針對玻璃纖維、硅酸鋁針刺毯、納米氣凝膠、擠塑板(擠塑聚苯乙烯泡沫塑料)以及硬質(zhì)聚氨酯板[6-12]等5種保溫材料的保溫性能進行研究及分析。

委托相關(guān)測試單位對5種保溫材料的性能進行測定，5種保溫材料的物理性能比較測試結(jié)果見表1。

表1 5種保溫材料的物理性能比較

1.3 試驗裝置

設(shè)備按照順序鏈接，試驗系統(tǒng)圖如圖1所示。

圖1 試驗系統(tǒng)圖

2 不同結(jié)構(gòu)保溫外殼對保溫性能的影響

2.1 試驗過程及測點布置

(1)試驗過程。試驗中，利用恒溫水浴箱把水溫加熱到100 ℃來提供高溫?zé)崴?，通過高溫?zé)崴煤蜐撍檬篃崴c涼水采用逆流的方式流經(jīng)板式換熱器，把熱電偶安置在各個測點，利用數(shù)據(jù)接收裝置對測點溫度進行數(shù)據(jù)收集，對采用不同保溫材料種類、保溫層厚度以及軟質(zhì)保溫材料是否使用鋁箔紙反輻射層組成的保溫結(jié)構(gòu)的性能進行測試。

(2)保溫結(jié)構(gòu)及測點布置。試驗采取軟質(zhì)+硬質(zhì)的保溫結(jié)構(gòu)，保溫結(jié)構(gòu)由內(nèi)向外共分三層，第一層為軟質(zhì)保溫材料玻璃纖維、硅酸鋁針刺毯、納米氣凝膠三者之一，第二層為擠塑板，第三層為聚氨酯板，測點布置如圖2所示。

圖2 測點布置圖

2.2 不同保溫結(jié)構(gòu)對保溫性能的影響

暖通空調(diào)中的板式換熱器工作環(huán)境溫度最高為150 ℃，此試驗中熱源最高溫度為100 ℃，在此溫度下，三種軟質(zhì)保溫材料常被用作內(nèi)層保溫材料，使用厚度為10 mm較為合適，下面將通過對比各個測點的溫度研究分析不同保溫結(jié)構(gòu)的保溫性能。對不同保溫結(jié)構(gòu)進行標(biāo)號，保溫結(jié)構(gòu)見表2。

表2 保溫結(jié)構(gòu)

各個保溫結(jié)構(gòu)各測點溫度測量結(jié)果如下：

(1)玻璃纖維+擠塑板+聚氨酯板。保溫結(jié)構(gòu)各測點溫度結(jié)果匯總見表3。

表3 保溫結(jié)構(gòu)各測點溫度 ℃

(2)硅酸鋁針刺毯+擠塑板+聚氨酯板。保溫結(jié)構(gòu)各測點溫度結(jié)果匯總?cè)绫?。

表4 保溫結(jié)構(gòu)各測點溫度 ℃

(3)納米氣凝膠+擠塑板+聚氨酯板。保溫結(jié)構(gòu)各測點溫度見表5。

表5 保溫結(jié)構(gòu)各測點溫度 ℃

經(jīng)過對比各個測點的溫度變化以及保溫溫差的大小，針對3種不同軟質(zhì)保溫材料的保溫結(jié)構(gòu)各選取2種用材較少且保溫效果較優(yōu)的保溫結(jié)構(gòu)，并重新編號，最優(yōu)保溫結(jié)構(gòu)見表6。

表6 最優(yōu)保溫結(jié)構(gòu)

3 保溫結(jié)構(gòu)經(jīng)濟性分析

以表面積為50 m2的板式換熱器為例，對以上6種保溫結(jié)構(gòu)進行成本計算和經(jīng)濟性評價。結(jié)合實際工程經(jīng)驗，保溫材料在施工過程中會產(chǎn)生廢料，在計算用料時應(yīng)乘以1.4，以下成本計算只含材料的費用，不包含施工過程中的其它費用。

3.1 玻璃纖維+擠塑板+聚氨酯板

玻璃纖維最優(yōu)保溫結(jié)構(gòu)成本見表7。

表7 玻璃纖維最優(yōu)保溫結(jié)構(gòu)成本

3.2 硅酸鋁針刺毯+擠塑板+聚氨酯板

硅酸鋁針刺毯最優(yōu)保溫結(jié)構(gòu)成本見表8。

表8 硅酸鋁針刺毯最優(yōu)保溫結(jié)構(gòu)成本

3.3 納米氣凝膠+擠塑板+聚氨酯板

納米氣凝膠最優(yōu)保溫結(jié)構(gòu)成本見表9。

表9 納米氣凝膠最優(yōu)保溫結(jié)構(gòu)成本

保溫結(jié)構(gòu)成本匯總見表10。

表10 保溫結(jié)構(gòu)成本匯總

比較6種保溫結(jié)構(gòu)的成本可知第4種保溫結(jié)構(gòu)，即10 mm硅酸鋁針刺毯(帶鋁箔層)+50 mm擠塑板+20 mm聚氨酯板是最為經(jīng)濟的。

4 結(jié)語

本文針對100 ℃的熱源進行了試驗測試，研究了板式換熱器保溫外殼的保溫性能，得到如下結(jié)論：

(1)在使用不同的軟質(zhì)保溫材料時，10 mm玻璃纖維(帶鋁箔)+50 mm擠塑板+20 mm聚氨酯板、10 mm硅酸鋁針刺毯(帶鋁箔)+50 mm擠塑板+20 mm聚氨酯板、10 mm納米氣凝膠(帶鋁箔)+40 mm擠塑板+10 mm聚氨酯板是性價比較高的幾種保溫結(jié)構(gòu)。

(2)在這6種不同軟質(zhì)保溫材料的性價比較高的保溫結(jié)構(gòu)中，10 mm硅酸鋁針刺毯(帶鋁箔)+50 mm擠塑板+20 mm聚氨酯板是最為經(jīng)濟的。

在工程應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)熱源溫度的實際情況對各層保溫材料進行適當(dāng)調(diào)整，保證保溫結(jié)構(gòu)能夠正常使用。