[发明专利]棉类保温材料在供热管道上的布置方法

说明书

技术领域

本发明属于供热管道保温材料技术领域，主要涉及的是一种棉类保温材料在供热管道上的布置方法。

背景技术

    公知的保温材料大致分为棉类与非棉类两大类。目前广泛应用的棉类保温材料有岩棉、玻璃棉、硅酸铝棉、石棉、矿渣棉等；非棉类保温材料有微孔硅酸钙制品、聚氨脂泡沫塑料、橡塑制品、水泥珍珠岩制品、泡沫混凝土制品、聚苯乙烯泡沫塑料等。无论哪一种保温材料，其材料的自身导热系数都不小，譬如由玻璃纤维组成玻璃棉，其玻璃的导热系数约为1                                                ，玻璃棉的导热系数约为0.06，玻璃导热系数是玻璃棉导热系数的16倍；混凝土的导热系数约为0.93，而泡沫混凝土制品的导热系数约为0.16。原因是保温材料内部比较均匀的密布着空气，空气的导热系数很小。我们都知道，传热有传导、对流与辐射三种形式。纯传导是热量通过密实无空隙的固体传热；纯对流是热量通过流体携带热量的交换传热；纯辐射是通过真空以高频电磁波的方式将热量从一处传递到另一处。保温材料的导热被普遍、简单或宏观上认为是传导，保温材料给出的导热系数的含义是一般固体传导热量的一个常规系数。然而，保温材料并非密实无空隙的固体，也不是流体或真空，保温材料是由固体与空气组成的复合体，所以，保温材料的传热是传导、辐射与对流并存的综合传热。

在非棉类保温材料中，有一项 “闭孔率” 指标，而棉类保温材料没有此项指标，因为棉类保温材料的闭孔率为零。闭孔率指的是比较均匀的分布在保温材料内部的小空气团之间不相通，空气只能在一个气团的小范围内对流。气团的薄壁阻止保温材料内的空气大范围对流，小气团周边的薄壁形成对流传热的热阻，所以，闭孔率越高，保温材料的热阻越大，导热系数相对降低。非棉类闭孔保温材料除了上述所讲的对流传热之外，存在小气团内的辐射传热以及小空气团空气的传导和气团周边薄壁固体材料的传导传热。即是非棉类闭孔保温材料的传导、对流及辐射三种传热方式并存的简单阐释。非棉类不闭孔保温材料的一般特征是密度相对较大，例如微孔硅酸钙制品，最小密度为170kg/m³，最大密度达到270 kg/m³。由于非棉类不闭孔保温材料密度较大，其保温材料内部所含空气量较少，所以，一般非棉类不闭孔保温材料的导热系数较大。

棉类保温材料一般是由无机材料纤维组成，其特征是不闭孔、密度小、导热系数小。由于棉类保温材料内部所含空气量较大，而且不闭孔，所以，相对于非棉类保温材料，棉类保温材料以对流方式传热所占传热比例较大。

对流传热有强制对流和自然对流两种方式，强制对流是流体借助于外力进行强制热交换；自然对流是利用流体温度差造成的密度差所形成的热交换。既然棉类保温材料对流方式传热所占传热比例较大，所以，为了使棉类保温材料在供热管道上得到合理利用，有必要研究棉类保温材料的对流传热特征。由于流体的密度与温度成反比，所以，形成自然对流的必要条件是高温在下侧。也就是说，只有小密度流体向上漂浮、大密度流体向下沉降才会形成自然对流传热，反之，如果高温侧在上面，低温侧在下面，就不会形成自然对流传热。供热管道保温材料内的对流传热属于自然对流传热。如图1所示，由于高温侧1在保温材料的下侧(图1中的箭头方向为上)，热能由下向上传递，在小的闭孔保温材料的封闭空间2内形成对流传热。反之，如果高温侧在上面，热能由上向下传递，在小的封闭空间内不会形成对流传热，热能由上向下传递时，保温材料的传热只有传导与辐射。

图2是水平敷设的棉类保温材料保温供热管道的横断面图。X轴为水平方向，y轴的方向垂直向上。图2中的箭头为保温材料内空气的流动方向，即保温材料内部对流传热的图像表达。工作钢管3附近的高温空气沿管道外壁周围的保温材料4自下而上向上流动，保温材料外围相对低温的空气向下流动。由于棉类保温材料4的对流传导量较大，保温材料内部的热空气向上流动，所以不难想象，保温材料由传导、辐射、对流形成的综合导热系数与方向相关，即向上的综合导热系数较大，向下的综合导热系数较小。

图3所示为水平敷设供热管道的横断面图，x轴为水平方向，y轴垂直向上。设从x轴到任意角度θ方向上的导热系数为，假设其方向性导热系数方程式为

                                        （1）

式中——与水平方向夹角为θ方向的导热系数，；

——棉类保温材料在水平方向的基本导热系数，。例如上海欧文斯科宁超细玻璃棉（密度48kg/m3），理论上（由厂家给出，实际应用中有误差）：

           （2）