《由热传递速率谈供暖水管改造的必要性》
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摘 要：传统的水暖供热管道,是输送管道与回水管道各自独立,浪费能源及材料.改为输送管道与回水管合为外观一体.输送管道置于回水管道的轴心.利用输送管道的外壁与回水管道的内壁空间回水.这样降低输送管道水与外界温差,达到节能的目的.
关键词：热传递速率;供暖水管改造;温差值;回水管轴心;节能效率
DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.01.095
1 温差与热传递速率的关系
青山绿水是金山银山,要绿水青山,节能是比较有效的措施.从何入手节能?是应该研究的重要课题.本文就热传递速率与节能的关系,谈供暖水管改造的必要性.
先分析一个现象,中国北方,春季室内气温在16℃左右徘徊,但感觉不太冷;冬季,尽管室内温度达到16℃,但很不舒服.都是16℃,为何感觉不一样呢?
热传递能量的计算式之一是：Q等于cm△T或,其中C为物体吸热或放热的比热容,m为物体的质量,△T为物体升温或降温的温度变化量或称之为温差值.在升温（吸热）或降温（放热）过程中,其比热容及质量为常数,引起Q（函数）的自变量是△T,此式将cm改为常数tga,则Q等于tga△T,用图像表示.即热量的吸收释放多少由△T温差决定,而不是某时刻的即时温度决定.△T越小,Q吸或Q放越小.
假如人处于某一室内,春季室内温度为16℃,即T春室内等于16℃,室外由于是春季,基本也是16℃,即T春室外等于16℃,即室内与室外的温差是T春室内-T春室外等于16℃-16℃等于0,即△T春等于0,Q春等于cm△T等于0,可以說室内热量Q等于K△T春等于K0等于0,热能基本无耗散,室内温度基本不降低.而冬季由于室内温度也是16℃,T冬室内等于16℃,而室外则是-10℃,即T冬室外等于 -10℃,则室内与室外的温差值是△T冬等于T冬室内-T冬室外等于16℃-（-10℃）等于26度, Q冬等于K△T冬等于26K度,显然是△T冬>>△T春, Q冬>>Q春,冬季室内要向外放热,降低了室内热能,引起室内温度下降,使人感到不舒适.
2 减少热传递速率是节能保温的重要措施
再看一下,温差与热传递速率的关系.如果要节能保温,应该尽量降低热传递速率,这是为什么呢?我们先从经典力学上分析,经典力学中,在自由落体运动中,物体降落的平均速率的大小显然与物体落差有关,而高度差与势能差成正比,高度差越大,平均速率就越大,反之,平均速率越小.热传递也是能量的转移,即一种物体的热能传递到另一种物体上,传递的平均速率与两物体间的温差（也是能量差）有密切关系.温度是分子的平均动能的标志,即温差越大,平均动能差越大,平均动能差表示式是0.5mV2,显然,温差值越大,平均动能差就（0.5mv12-0.5mv22）越大,分子平均速率越大.
3 新型水暖输水管可节省能源
因此,能量差越大,温度差越大,热传递平均速率也越大.要节能保温,那就要想方设法采取有效措施降低热传递速率.减少两种物体间的温差值,例如提高吸收能量的物体的温度值,降低△T,从而降低热传递速率.目前供暖水管是送水管与回水管不同心,各自独立,送水管与回水管分两路放置,分别加保温层.无论送水管还是回水管,吸热的物体都受管外环境的温度影响,环境温度一般会低于送水管及回水管的温度值.这样对送水管来讲,其温差值是送水管温度值与环境温度值之差.若将送水管置于回水管内,两水管是同心,送水管置于回水管轴心,送水管相对回水管温差值即小于送水管与环境温度之差值,因回水管之水温值大于环境温度值,则△T回相对变小,能够节能.温差△T送回等于T输-T回;而回水管与环境的温差值是△T回等于T回-T环境,由于T回>T环,故△T输等于T输-T回,由于T回>T环境,显然△T/输环境等于T输-T环境,要大于△T输回等于T输-T回;这样送水管与回水管中只有回水管的温差值与环境温度有关系.输水管热损失相对小,节能效果好.其截面图如下,图中的3为回水管道,图中的2为输送水管道,图中的4为送水管中的热水,图中的1为回水管内的温水.图中的5为绝热材料,防止回水管内温水吸收送水管道内热水能量,图中的6是支架.这样,输送水管2的水不接触大气环境,接触的是回水管内的水,其水温相对大气环境要高,因此热损失相对变小,明显节省能量.
根据中国北方某地的数据,浅算一下节能情况.在冬季,北方某地的室外温度是-18℃,供热输水温度在58℃,回水温度40℃,其T输等于58℃,T回等于40℃,T环境等于-18℃,若采用同心输回水管,则是△T等于T输-T回等于58℃-40℃等于18度,若传统送回水管则T输环等于T输-T环等于58℃-（-18℃）等于76度.
节能效率：△T输环/△T输回等于76/18等于4,可见节能效果显著.
增大热传递障碍,也是降低热传递速率的方式.在上述例子中,若在输送水管外壁采用包温材料,像阻热塑料聚脂发泡,增加热传递障碍,或抽成真空使其传递速率更低,进一步节能.
另外,由于采用送回水管同心,这样只采用一套支架,不仅节能,还省工省料.
此输水管长度一般20米为单位,多条输水管连接可采用塑焊法.在分支、转向之前插入回水管之轴心中.也可以采用市售成品PP、PPR、PEX管,后套专用支架,节省投资.
至于分支或改向方式,另行设计.
因此可见,为节能保温,应尽量减少温差值,降低热传递速率,采用同心输送回水管供暖是比较节能的方案,是降低温差值,降低热传递速率理论的应用之一.改造传统的供暖水管,节省能源.
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