由热传递速率谈供暖水管改造的必要性

庄绍林

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=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=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=16℃，室外由于是春季，基本也是16℃，即T春室外=16℃，即室内与室外的温差是T春室内-T春室外=16℃-16℃=0，即△T春=0，Q春=cm△T=0，可以說室内热量Q=K△T春=K0=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=16℃，而室外则是-10℃，即T冬室外= -10℃，则室内与室外的温差值是△T冬=T冬室内-T冬室外=16℃-（-10℃）=26度， Q冬=K△T冬=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=T输-T回;而回水管与环境的温差值是△T回=T回-T环境，由于T回>T环，故△T输=T输-T回，由于T回>T环境，显然△T/输环境=T输-T环境，要大于△T输回=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=58℃，T回=40℃，T环境=-18℃，若采用同心输回水管，则是△T=T输-T回=58℃-40℃=18度，若传统送回水管则T输环=T输-T环=58℃-（-18℃）=76度。

节能效率：△T输环/△T输回=76/18=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。