会员体验
专利管家（专利管理）
工作空间（专利管理）
风险监控（情报监控）
数据分析（专利分析）
侵权分析（诉讼无效）
联系我们
交流群
官方交流：
QQ群： 891211   
微信请扫码    >>>
现在联系顾问~
首页 / 专利库 / 绝缘 / 热损失 / 棉类保温材料在供热管道上的布置方法

棉类保温材料在供热管道上的布置方法

阅读：807发布：2021-03-03

IPRDB可以提供棉类保温材料在供热管道上的布置方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种棉类保温材料是在供热管道上的布置方法是上厚下薄的布置方式。所述棉类保温材料为上厚下薄的保温棉管壳结构。本发明由于把棉类保温材料做成不同心管壳，保温棉管壳上部较厚，下部较薄，这样可以在保温棉体积不变情况下达到较好的保温效果。例如上述Ф529、介质温度270℃、室外温度1℃，由分析可知，向上导热系数是水平方向导热系数的1.9倍；向下导热系数是水平方向导热系数的0.1倍。在不增加保温材料体积的情况下，可以最大限度的减少管道热损失，达到节能降耗的目的。，下面是棉类保温材料在供热管道上的布置方法专利的具体信息内容。

1.一种棉类保温材料在供热管道上的布置方法，其特征是：在供热管道上棉类保温材料的布置方法是上厚下薄的布置方式。

2.根据权利要求1所述的棉类保温材料在供热管道上的布置方法，其特征是：所述棉类保温材料为上厚下薄的保温棉管壳结构。

3.根据权利要求1或2所述的棉类保温材料在供热管道上的布置方法，其特征是：所述棉类保温材料上部比下部的厚度厚10%~50%。

4.根据权利要求1或2所述的棉类保温材料在供热管道上的布置方法，其特征是：所述棉类保温材料为不同心的保温棉管壳结构，即保温层的内圆心相对于保温层的外圆心向下降一个距离 。

说明书全文

棉类保温材料在供热管道上的布置方法

技术领域

[0001] 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

[0002] 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。
[0003] 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3
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/m，最大密度达到270
3
kg/m。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。
[0004] 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。
[0005] 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。
[0006] 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。
[0007] 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）
式中 ——导热时保温材料内的平均温度，℃；
——保温材料的基本导热系数， ；
——方向性附加导热系数， ，即相对于水平方向，垂直向上的导热系数增
量；
——供热管道棉类保温材料传热方向与水平方向的夹角， 。
[0008] 式（1）即为棉类保温材料在水平供热管道上的假设方向性导热系数方程式。
[0009] 用测温法验证玻璃棉在水平敷设供热管道上的假设方向性导热系数方程式的准确性。如图4所示：测温选择的管道为Ф529×8蒸汽供热，保温厚度为200mm，保温材料为上海欧文斯科宁超细玻璃棉，管道介质温度270℃，测温时的室外温度为1℃。为避免阳光照射和风力的影响，在风速几乎为零且阴天无太阳照射的情况下测温。
[0010] 按常规计算管道单位长度热损失：根据管道单位长度热损失的计算公式[1]
（3）
——管道单位长度热损失， ；
——介质温度，℃；
——室外温度，℃；
——保温材料的基本导热系数， ；
——保温层外表面直径， ；
——管道外径， ；
——从保温层外表面到空气间的放热系数， 。
[0011] 被测温供热管道的各种参数为：=270℃、 =1℃、 =0.0454 、=0.929 、 =0.529 、 =11.6 。
[0012] 分别对同一管径的垂直敷设供热管道和水平敷设供热管道两种情况进行测温，每个横断面侧12个点（如图4所示），12个测温点在圆周上对称均匀分布，测温点位于保温层外表面内20mm深处，所选择的测温断面保温材料比较均匀。测温数据见图8。在图4中，对于水平管道，点1´在最高点。对于垂直管道，12个测温点的温度平均值为37.18℃；对于水平管道，12个测温点的温度平均值为37.85℃。垂直管道12个测温点的平均温度与水平管道12个测温点的平均温度基本相等。但是，水平管道的上测温点1´的温度（42.4℃）比下测温点7´的温度（33.2℃）高9.2℃，说明棉类保温材料的导热系数有明显的方向性。
[0013] 对于图4和图8的水平管道，若假设管道的保温层导热系数与方向无关且等于管道圆心向测温点n的方向导热系数 ，则根据式（3），与能量守恒定律，以测温所在的园为分界线，测温点内圆保温层与测温点外圆保温层的热流量相等，对于供热管道单位长度热损失 ，可以写出方程式即 （4）
式中 ——保温层内测温点 的温度，℃；
——保温层内测温点 的方向性导热系数， ；
——保温层内测温点 所在的圆周直径（ ＞ ＞ ）， 。对于图4的测温点，
（5）
在式（4）中，假定了以测温点所在的园为分界线，分界线以内保温材料的导热系数（）与分界线以外的导热系数相等。其实，根据温度性导热系数方程式（2）和测温点平均温度约37℃、工作管介质温度270℃、室外温度1℃，根据式（2）可计算出



式中 ——所测定管道保温层的平均导热系数， ；
——所测定管道保温层测温点所在的园以内保温材料的平均导热系数， ；
——所测定管道保温层测温点所在的园以外保温材料的平均导热系数， 。
[0014] 由此可知，测温点以内的内圆保温层导热系数约为由式（2）计算的全部保温层导热系数的1.06370倍、测温点以外的外圆保温层导热系数约为由式（2）计算的全部保温层导热系数的0.67678倍，所以，还需要根据这两个倍数对式（4）进行修正，才会得到相对准确的方程式。将式（4）修正后，得（6）
把图4中已知数据代入式（6），得
（7）
把图8中水平管道的测温数据代入式（7），得
、 、 、 、
、 、 。
[0015] 由以上数据可知，方向性附加导热系数（8）
把式（8）和 =0.06848 代入式（1），可写出上海欧文斯科宁超细玻璃棉（密
度48kg/m3）的假设方向性导热系数方程
（9）
式（9）的函数图像见图5。把根据图8水平管道的测温点数据求出的 ~ 与图5对比，这些点都在函数曲线附近，说明对于上海欧文斯科宁式密度48kg/m3玻璃棉，在上述管径、保温厚度、介质温度、室外温度等特定条件下，式（9）可以作为方向性导热系数方程，假设的方向性导热系数方程（9）基本正确，可以用方程（9）分析描述棉类保温材料导热系数与方向的关系。
[0016] 目前，棉类保温材料在水平敷设供热管道上的布置方法基本是水平敷设，采用的是等厚度布置方法（如图3所示），即保温材料在管道的径向上等厚度布置。由于布置方法是基于保温材料的导热系数与方向无关，所以采用等厚度布置。由以上分析可知，棉类保温材料导热系数与方向密切相关，因此，传统的等厚度布置方法不仅管道的热损失大，影响保温效果，而且会增加使用成本。

发明内容

[0017] 本发明的目的由此产生，提出一种棉类保温材料在供热管道上的布置方法，在不增加保温材料体积的情况下，可以最大限度的减少管道热损失，达到节能降耗的目的。
[0018] 本发明实现上述目的采取的技术方案是：一种棉类保温材料在供热管道上的布置方法，在供热管道上棉类保温材料的布置方法是上厚下薄的布置方式。
[0019] 本发明所述棉类保温材料为上厚下薄的保温棉管壳结构。
[0020] 本发明所述棉类保温材料上部比下部的厚度厚10%~50%。
[0021] 本发明所述棉类保温材料为不同心的保温棉管壳结构，即保温层的内圆心相对于保温层的外圆心向下降一个距离 。
[0022] 本发明由于把棉类保温材料做成不同心管壳，保温棉管壳上部较厚，下部较薄，这样可以在保温棉体积不变情况下达到较好的保温效果。例如上述Ф529、介质温度270℃、室外温度1℃，由分析可知，向上导热系数是水平方向导热系数的1.9倍；向下导热系数是水平方向导热系数的0.1倍。应该将保温层的内圆心相对于保温层的圆心向下降一个距离，这样，在保温材料体积不变的情况下，达到较好的保温效果。
[0023] 设最佳保温层横断面形状的外曲线函数为 ，管道单位长度在圆周上的热流微元[2]为 ，则根据传热学 中的傅里叶定律可知
（10）
式中 ——管道单位长度在圆周上的热流微元， ；
——保温材料 内任意弧面到圆心的距离， ；
——保温材料 内 弧面的温差；
由边界条件： 时 、 时 ，可求得式（10）在微元 内的
解为
（11）
式中 ——保温材料外表面到管道中心的距离， 。
[0024] 显然，棉类保温材料在水平敷设供热管道上的合理利用问题，即 为何值时管道的热损失最小的问题。
[0025] δ的最佳值及效益分析：以上述Ф529钢管、介质温度270℃、上海欧文斯科宁超细玻璃棉200mm厚保温、室外温度1℃为例，分析棉类保温材料在水平敷设供热管道上合理利用的效益。
[0026] 所用的保温棉体积不变：由以上计算分析可知，采用等厚度保温层与采用较理想的不等厚度保温层的保温层横断面积不变，所以，采用等厚度保温层与采用较理想的不等厚度保温层所使用的保温材料体积不变，两种保温方法的投资相等。
[0027] 采用等厚度保温层管道单位长度热损失由式（11），得
（12）
把 和式（9）代入式（12），得
（13）
(14)
式中 ——采用等厚度保温层的管道单位长度热损失， 。
[0028] 采用上厚下薄保温层管道单位长度热损失采用较理想保温厚度时，
（15）
式中 ——保温层外圆半径， 。
[0029] 把 ，代入式（15），得（16）
把式（9）、（16）代入式（11），并求定积分，得
（17）
式中 ——采用上厚下薄偏心园保温层时管道的单位长度热损失， 。
[0030] 用数学计算机程序Matlab对式（17）计算可知，当δ=0.0921时 取得最小值（18）
式中 ——采用上厚下薄偏心园保温层时管道的单位长度最小热损失， 。
[0031] 即对于本课题研究的供热管道，δ的最佳值是0.0921米，最佳值δ是设计保温层厚度（200mm）的46%。
[0032] 将式（14）与式（18）比较可知，以说明书测定的管道为例，在投资不变的情况下，采用较理想的保温层厚度比采用常规等厚度保温层的管道热损失减少7.8%。
[0033] 本发明的有益效果如下：本发明根据保温材料（或称为绝热材料）中空气对流传热的特征，将空气对流传热所占比例较大的保温材料合理利用，依据棉类保温材料的导热系数有明显的方向性的特性，即向上传热时导热系数比向下传热时的导热系数大。所以，本发明给出的棉类保温材料在供热管道上的布置方法是上部比下部布置的较厚，根据测试和理论分析，在不增加保温材料体积的情况下，可以最大限度的减少管道热损失，达到节能降耗的目的。

附图说明

[0034] 图1为本发明闭孔保温材料传热方式示意图。
[0035] 图2是现有水平敷设的棉类保温材料保温供热管道的横断面图。
[0036] 图3现有水平敷设供热管道的横断面图。
[0037] 图4为本发明测温点位置图。
[0038] 图5为本发明导热系数方程特征曲线图。
[0039] 图6为本发明导热系数方程坐标图。
[0040] 图7为本发明热流微元坐标图。
[0041] 图8为本发明测温点温度表图。
[0042] 图中：1、高温侧，2、闭孔保温材料的封闭空间，3、工作钢管，4、棉类保温材料，5、保温层的外圆心，6、保温层的内圆心。

具体实施方式

[0043] 结合附图，给出本发明的实施例如下：如图6、图7所示：本发明所述的棉类保温材料在供热管道上的布置方法，是在现有水平敷设的棉类保温材料保温供热管道的结构基础上，将棉类保温材料4的布置方法按上部较厚，下部较薄的方式布置。上厚下薄的最科学布置方法可以依据本发明说明书的计算方法，也可以根据本发明的原理，将棉类保温材料在供热管道布置的上部比下部的厚度厚
10%-50%。这样可以在保温棉体积不变情况下达到较好的保温效果。
[0044] 可以将棉类保温材料4制作成不同心的保温棉管壳结构，即保温层的内圆心6相对于保温层的外圆心5向下降一个距离 ， 可由式（17）求最小值获得。
[0045] 本发明由于把棉类保温材料做成不同心管壳（如图6所示），保温棉管壳上部较厚，下部较薄，这样可以在保温棉体积不变情况下达到较好的保温效果。例如上述Ф529、介质温度270℃、室外温度1℃，由分析可知，向上导热系数是水平方向导热系数的1.9倍；向下导热系数是水平方向导热系数的0.1倍。应该将保温层的内圆心6相对于保温层的外圆心5向下降一个距离 ，这样，在保温材料体积不变的情况下，达到较好的保温效果。
[0046] 设最佳保温层横断面形状的外曲线函数为 （如图7所示），管道单位长度在圆周[2]上的热流微元为 ，则根据传热学 中的傅里叶定律可知
（10）
式中 ——管道单位长度在圆周上的热流微元， ；
——保温材料 （图7）内任意弧面到圆心的距离， ；
——保温材料 内 弧面的温差；
由边界条件： 时 、 时 ，可求得式（10）在微元 内的
解为
（11）
式中 ——保温材料外表面到管道中心的距离， 。
[0047] 显然，棉类保温材料在水平敷设供热管道上的合理利用问题，即在图6中 为何值时管道的热损失最小的问题。
[0048] δ的最佳值及效益分析：以上述Ф529钢管、介质温度270℃、上海欧文斯科宁超细玻璃棉200mm厚保温、室外温度1℃为例，分析棉类保温材料在水平敷设供热管道上合理利用的效益。由于采用图6所示的内、外两个偏心圆形状的棉类保温层比较现实，所以，效益分析按图3与图6相比较进行分析。
[0049] 所用的保温棉体积不变：由以上计算分析可知，采用等厚度保温层（图4所示）与采用较理想的不等厚度保温层（图6所示）的保温层横断面积不变，所以，采用等厚度保温层与采用较理想的不等厚度保温层所使用的保温材料体积不变，两种保温方法的投资相等。
[0050] 采用等厚度保温层管道单位长度热损失由式（11），得
（12）
把 和式（9）代入式（12），得
（13）
(14)
式中 ——采用等厚度保温层的管道单位长度热损失， 。
[0051] 采用上厚下薄（图6）保温层管道单位长度热损失在图6中，采用较理想保温厚度时，
（15）
式中 ——保温层外圆半径， 。
[0052] 把 ，代入式（15），得（16）
把式（9）、（16）代入式（11），并求定积分，得
（17）
式中 ——采用上厚下薄偏心园保温层时管道的单位长度热损失， 。
[0053] 用数学计算机程序Matlab对式（17）计算可知，当δ=0.0921时 取得最小值（18）
式中 ——采用上厚下薄偏心园保温层时管道的单位长度最小热损失， 。
[0054] 即对于本课题研究的供热管道，δ的最佳值是0.0921米，最佳值δ是设计保温层厚度（200mm）的46%。
[0055] 将式（14）与式（18）比较可知，以说明书测定的管道为例，在投资不变的情况下，采用较理想的保温层厚度比采用常规等厚度保温层的管道热损失减少7.8%。
相关专利内容
标题 发布/更新时间 阅读量
防止蒸发热损失透气织物-专利编号CN107696631A 2020-05-12 547
一种地热井热损失的计算方法-专利编号CN104376188B 2020-05-12 629
防止蒸发热损失十字波浪纹织物-专利编号CN106273716A 2020-05-13 1012
防止蒸发热损失防撕扯织物-专利编号CN107718743A 2020-05-11 677
间歇性热损失的回收-专利编号CN106164011A 2020-05-11 287
一种无热损失太阳能集热器及无热损失太阳能集热单元-专利编号CN1661299A 2020-05-11 110
防止蒸发热损失保温织物-专利编号CN107718788A 2020-05-11 527
防止蒸发热损失防静电织物-专利编号CN106273732A 2020-05-13 1011
防止蒸发热损失保暖抑菌织物-专利编号CN107685499A 2020-05-12 1005
槽式太阳能集热管热损失测试系统-专利编号CN106290459A 2020-05-13 297
高效检索全球专利

IPRDB是专利检索,专利查询,专利分析-国家发明专利查询检索分析平台，是提供专利分析，专利查询，专利检索等数据服务功能的知识产权数据服务商。

我们的产品包含105个国家的1.26亿组数据，专利查询、专利分析。

电话：13651749426

侵权分析

IPRDB的侵权分析产品是IPRDB结合多位一线专利维权律师和专利侵权分析师的智慧，开发出来的一款特色产品，也是市面上唯一一款帮助企业研发人员、科研工作者、专利律师、专利分析师快速定位侵权分析的产品，极大的减少了用户重复工作量，提升工作效率，降低无效或侵权分析的准入门槛。

立即试用

热损失热门专利
热门文章

IPRDB

最新中国发明专利 最新美国发明专利 技术领域 专利库 专利分类库 国际专利分类库

热门服务

会员版试用 API 数据接口 找代理 知嘟嘟专利交易 排行榜 大学排行榜 专利百科

关于我们

平台介绍 战略合作 网站地图

友情链接

知嘟嘟专利交易 国家知识产权局 中国商标网

联系方式


©2019-2023 上海吉码数字技术有限公司 版权所有，并保留所有权利 沪ICP备20016256号-6 沪公网安备31011702005475号