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空调客车送风管道的隔热与保温 |
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作者：西安公路交通大学 申福林 |
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摘 要：空调客车的设计好坏，除与空调系统的布置设计和车身的隔热保温密切相关外，还与送风管道的隔热保温有很大关系，这一点往往容易被忽视。对送风管道采取良好的隔热保温措施，可以减少热损失，提高运行经济性。
关键词：空调客车 管道 隔热保温
目前，空调设备已成为我国中高档客车的必备装备。客车采用空调技术后要达到理想的空调效果，除选用高性能的空调设备外，还与整车布置设计、设备安装、车身隔热保温、送风管道设计和送风管道的隔热保温等密切相关。其中，管道的隔热保温往往容易被忽视，从而导致热损失增加，空调效果下降，使用经济性变坏。
大中型空调客车的送风管道(包括冷风和暖风管道)一部分在车内，一部分在车外，不管是车内还是车外管道 ，都应采取隔热保温措施。对车外管道来说，采取这一措施是为了减少管道的热损失，达到既保温又增加密封的目的，而对车内管道，则主要是防止管道外表面析出冷凝水(结露)弄脏乘员衣服，避免内蒙皮装饰材料(装饰布料或人造革等)早期霉烂。同时，也为了使采暖管道的外表面温度不致过高，防止烫伤乘员和维修保养人员。
1 送风管道的保温结构
空调客车送风管道的保温结构一般由保温层和保护层两部分组成。保温结构的设计直接关系到保温效果、投资费用、使用寿命及外表面的整齐美观等，设计时应认真选择。
1.1 对保温结构的要求
(1)保证热损失较小，当已知被保温管道及内部介质温度时，其热损失主要取决于保温材料的导热系数。导热系数越小，保温层就越薄，反之保温层就越厚。
(2)保温结构应有足够的机械强度，因室外管道要受风、雨、水、泥砂等的作用，且室外温度变化较大，管道和保温材料的膨胀系数不同，伸缩量相差较大，很容易破坏保温结构。因此，对保温材料的机械强度要求坚固耐用。
(3)吸水率低，耐水性好。
(4)抗水蒸汽渗透性好。
(5)材料不易燃烧，不易霉烂。
(6)决定保温结构时要考虑管道及设备的振动情况，由于客车及空调设备在行驶过程中不停的振动，这些振动将传到管道上来，如果保温结构不牢靠，时间一长就会产生裂纹以致脱落。因此，要求保温结构必须紧固。
(7)施工方便。
1.2 空调客车送风管道的保温结构
根据不同的施工方法及使用不同的保温材料，空调客车送风管道的保温结构一般有如下四种：
(1)包扎结构。包扎结构是目前空调客车车外送风管道采用最多的一种保温结构。其特点是利用各种保温制品--毡、棉、布等保温材料，一层或几层包扎在管道上。常用的包扎结构见图1。
图 1 图 2
包扎结构具有适用于任何形状的管道、不怕振动和温度变化、施工简单、修补拆卸方便等优点。但由于保护层不坚固，存在容易产生裂纹使保温材料受潮，增大热损失等缺点。若使用石棉布包扎，则可大大改善，但价格较高。
(2)内置保温层结构。对于车内送风管道，当采用玻璃钢材料时，由于玻璃钢制造工艺的特殊性，可在风管合模前在其内表面预铺保温隔热材料，并用玻璃钢材料分段将隔热层紧固在风道内表面上，见图2。内置保温层结构维修性差，要求制作工艺必须合理、完善，如铺保温层前要彻底清洗、干燥内表面，玻璃钢紧固带必须均匀牢固等。此外，采用这种保温结构的管道由于内表面有紧固带，增大了气流阻力。
(3)包扎与涂刷结构。对车外送风管道，也可采用包扎与涂刷相结合的保温结构。其做法是在玻璃钢风管的外表面先包扎一层隔热材料，如聚胺酯泡沫或玻璃棉外缠纱布，然后再在纱布表面均匀地涂上一层玻璃钢材料，见图3。这种保温结构较好地利用了玻璃钢材料本身导热性差和防水性好的特点，适合于地板下送风管道采用。
图 3 图 4
(4)粘贴结构。粘贴结构也是空调客车车内送风管道采用较多的一种保温结构。其做法是在管道内表面粘贴一层5～10mm厚，且表面覆有一层铝箔的泡沫海棉隔热层，在管道外表面，则粘贴一层与客车内饰材料相同的软化层，见图4 。或仅在管道外表面粘贴一层厚5～10mm、表面带人造革(颜色与内饰相同)的复合材料隔热软化层，以此达到防止结露的目的。采用这种结构需要注意的是管内隔热层一定要粘贴牢固，且表面的铝箔层应光滑平整。否则，若铝箔表面不平整，将增大气流阻力，而隔热层一旦剥落，则将直接影响送风。
1.3 保温结构的保护层
1.3.1 使用目的及要求
空调客车送风管道保温结构采用保护层的目的是：
(1)延长保温结构的使用寿命。对保温材料来说，不论其材料质量多好，强度多高，都有可能在外力或内力作用下遭到破坏。为避免破坏和延长使用寿命，在保温层外面增加保护层是必要的。
(2)防止雨水及潮湿空气的浸蚀，避免保温层吸水后降低保温性能。
(3)使管道外表平整、美观，便于涂刷各种保护涂料。
对保护层的要求是：
(1)要有良好的防水作用；
(2)不易燃烧，化学稳定性好；
(3)耐压强度高；
(4)在温度变化或振动的情况下不易开裂或脱皮；
(5)容重小，导热系数小；
(6)使用寿命长，投资省，施工方便。
1.3.2 常用的几种保护层
(1)玻璃布保护层。
玻璃布是一种新型材料，因其造价低廉、重量轻、施工方便、材料来源多而被广泛用作空调客车的车外送风管道保护层。其缺点是容易松动、脱落；如外表刷漆或其它涂料后强度会大大降低而变脆；使用寿命短，用于室外一般是3～5年。若采用玻璃布包扎保温层后，用铁丝捆住，刷两道沥青，再缠第二层玻璃布的方法，可使寿命大大提高。
用作保护层的玻璃布，应选质地厚实、密度大的产品。可采用75支纱、经纬密度每平方厘米为16×16的平纹或斜纹玻璃布。在施工时要拉紧，边卷边整平，不得有折皱、翻边等现象。一般应搭接其幅宽的一半，实际上是两层玻璃布。末端一定要处理好，否则容易松动、脱落。
(2)塑料布保护层。
这种保护层受气候的冷热交替作用，容易变脆和老化，使用年限较短。
(3)帆布、棉布保护层。
在采用这类保护层时，其外表应刷桐油或沥青，否则防水性能很差。由于这种材料施工麻烦，且成本较高，采用较少。
2 料的选择原则
保温材料的选择原则是：
(1)保温性能好。导热系数是评价保温性能最重要的指标。作为保温材料要求其导热系数越小越好。保温材料的导热系数主要取决于材料内所含空气泡或空气层的大小及其分布状态，与构成保温材料的固体性质的关系较小。静止空气的导热系数很低，约为0.025W/(m·K)，因此保温材料中所含不流动的单独小气泡或气层越多，其导热系数就越低。保温材料的导热系数还与温度和湿度有关。一般容重增加，导热系数增加；水分增加，导热系数也增高；温度增高，导热系数则成线性增加。
(2)具有较高的耐热性，不致于因温度变化而丧失其原来的特性，且能长期使用。不同的保温材料具有不同的使用温度范围，对于空调客车送风管道的保温材料，其安全使用温度范围应在-60～100°C之间。
(3)容重小。一般容重小，导热系数低，并可减轻整个空调系统的重量。
(4)无毒，对金属材料无腐蚀作用。
(5)具有一定的机械强度，能满足施工要求。
(6)可燃物和水分含量少，吸水率低。
(7)成本低廉。
2.2 空调客车送风管道常用的隔热保温材料
空调客车送风管道常用的隔热保温材料有：玻璃棉、聚苯乙烯泡沫塑料、轻质聚氯乙烯泡沫塑料、轻质聚氨酯泡沫塑料、泡沫石棉和石棉毡等。这些材料的物理参数见表1 。设计时，可根据要求和材料的供给情况合理选用。几种常用的管道隔热保温材料的物理特性 表1
| 材料名称 | 密 度
(kg/m2) | 导热系数
(W/(m·k)］ | 使用温度
(°C) | 特 点 | | 普通玻璃棉 | 100～170 | 0.040～0.058 | -35～300 | 耐酸、抗腐、不烂、不蛀、吸水率小、化学稳定性好、无毒无味、价廉、寿命长、导热系数小、施工方便，但剌激皮肤 | | 超细玻璃棉 | 18～80 | 0.035～0.041 | -100～600 | 密度小、导热系数小，特点同普通玻璃棉 | 聚苯乙烯
泡沫塑料 | 20～50 | 0.031～0.047 | -80～75 | 密度小、导热系数小、施工方便；但不耐高温，适用于60°C以下的管道保温 | 软质聚氨酯
泡沫塑料 | 30～42 | 0.023 | -50～100 | 密度小、导热系数小，可现场发泡浇注成型、强度高、成本高 | 轻质聚氨乙
稀烯泡沫塑料 | 27 | 0.052 | -60～60 | 密度小、导热系数低，但使用温度范围小、可燃、防火性差。有自熄型和非自熄型两种，使用时应注意 | | 泡沫石棉 | 40～50 | 0.041～0.056 | ＜500 | 耐火、耐酸碱、导热系数较小，适用温度广、施工方便 | | 泡沫石棉毡 | 50～70 | 0.041～0.056 | ＜500 |
3 保温层厚度的计算
空调客车送风管道保温层厚度的计算方法目前主要有两种，即经济保温层厚度计算法和防止管道外表面结露的最小保温层厚度计算法。前者从投资最少收效最大出发计算保温层的厚度，后者则主要考虑防止管道外表面结露。对于单纯的制冷送风管道 ，应在两种计算结果中选择较大的一种。
3.1 经济保温层厚度的确定
①平壁的经济保温层厚度计算
②管道保温层的经济厚度计算
式中：δ--保温层厚度，m；
d--送风管道外经，m；
d1--送风管道保温层外径，m；
m--年运行小时数。全年运行，m=8000h；季节运行，m=3000h；
b--热价，一般取45元/1.163×106(W)；
tf--管道外表面温度，°C。可近似按热介质温度计算；
tk--保温层周围温度，°C，对车外管道，可近似取制冷或采暖季节最热或最冷月份的历年平均温度；
λ--保温材料导热系数，W(m·K)
P--保温层的折旧、运行和维修费用的年分摊率，可取P=0.11(即11%)；
T0--保温结构投资的偿还年限，取T0=7年；
S1--保温材料的价格，元/m3
S2--保护层价格，元/m3；
S0--保温结构的投资，元/m。按下式计算：
S0=S1V+S2F
V--保温材料的体积，m3
F--保温层的表面积，m2；
α--保温层外表面换热系数，W/(m2·K)；
一般：
室内 平壁：α=9.77+0.07(twf-tk)
管道 α=9.42+0.052(twf-tk)
也可近似取 α=10.47～11.63 W/(m2·K)
室外 α=11.63+6.98 W/(m2·K)
twf--保温层外表面温度，°C；
W--风速，m/s。
经济保温层厚度的确定也可采用图解法，即先决定在各种不同的保温层厚度时，保温结构投资年折旧、检修费用和年热损失的费用，将所得数据绘制成两条曲线，如图5所示。图中曲线〖WT5BX〗A为保温结构的投资折旧检修费用，曲线B为送风管道年热损失费用，曲线C为曲线A、B叠加后的总费用。曲线C〖WT5BZ〗弯折点的横坐标，即为所求保温层的经济厚度。
图 5
3.2 防止管道外表面结露的最小保温层厚度的确定
(1)对矩形送风管可按平面保温考虑，其最小保温层厚度：
(2)对圆形送风管道的保温层最小厚度
式中：tf1--管道内介质温度，°C；
tL--保温层外空气的露点温度，°C。
对车外管道，按tk和最热或最冷月份历年平均相对湿度确定。若缺乏当地气象资料时，可近似取tk=3°C、相对湿度=85%所对应露点温度tL=27.4°C来计算制冷送风管道防止表面结露的最小保湿层厚度。
其它符号的意义与经济保温层厚度的计算公式相同。
圆形送风管道防结露保温层计算公式是一有关δ的超越方程，计算较麻烦，设计时可利用图6上的线算图直接查取δ值。实际选用的保温厚度通常是计算值圆整后的数值。
4 结束语
本文所介绍的设计方法，目前已在部分国产空调客车送风管的隔热保温设计中得到采用。实践证明，空调客车送风管道采取良好的隔热保温措施，是减少热损失、节约能源、提高运行经济性和空调效果的有效途径，受到了用户欢迎和好评。
参 考 文 献
1 申福林编著.客车空调技术.西安公路交通大学，1994.5
2 黄素逸等编著.采暖空调制冷手册.北京：机械工业出版社，1996.1
3 赵伯英编.供热工程.北京：冶金工业出版社，1988.11(end)
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(3/4/2005) |
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