区域供冷供热直埋保温技术

1、前言

　　随着人们生活水平的日益提高，医院、办公楼、区民小区等使用区域供热供冷工程和集中供生活热水的工程逐渐增多。尤其随着国内房地产迅猛发展，高档、精品住宅小区也不断出现，配套设施齐备的小区正越来越迎合人们的消费需求。即使是普通小区，使用集中供生活热水也渐成时尚。小区内室外管道相当复杂，尽可能把纵横交错的管网排列得经济紧凑是值得讨探的。其中供冷热水工程的室外保温管道的做法相当重要，做法不当将直接带来造价较高或日常损耗较高。一般讲室外保温管道敷设有架空敷设，地沟敷设，直埋敷设这三种，其中架空敷设在工厂企业工程上常有应用，但在民用建筑群中用架空敷设对整体效果有影响而应用较少。应用在民用建筑工程上较多的室外保温管敷设方式为地沟、直埋敷设方式。
　　事实上，区域供热供冷工程常因室外地下管道交错而难以设置，常用的地下管道有强、弱电、给排水、煤气等，国家规范对种管道设置间距有具体要求，各种室外管道应尽可能减少各自地下占有空间并将各自关系理顺，区域地下管网方可有效实施，这方面直埋比地沟敷设优越。现就工程做法简单且工艺成熟的聚氨酯直埋管道的应用进行分析比较。
2、保温直埋管道的结构与施工工艺

　　聚氨酯直埋管道经水压试验无渗漏后，进行除锈、脱脂，再裹覆氰凝(以聚氨酯为基材与部分添加助剂合成的高分子化学浆液)，硬质聚氨酯泡沫塑料和玻璃钢而成的保温管道。因为管道直埋，保温管道直接承受土壤及地面活荷载，同时又受到地下潮气及地下水侵蚀，因此，保温直埋管在防水、防腐及机械强度等方面性能都要求较高，因此，仅管道一项直埋管工程造价较高。但因其工程综合造价较低，且保温性能优越，施工工艺简单有效，质量易控制等各方面优势，使这种做法在我国北方应用广泛。
　　现将保温直埋管与地沟敷设工程做法比较如下表（一）。
　　由此表可见，保温直埋管施工工艺比砖砌地沟施工工艺简化很多。一般情况，土方工程量约减少50%，砖砌和混凝土的工程量减少90%，施工工期缩短一半以上，而且施工质量容易保证。在地下条件许可时，管内介质工作温度不高，尤其是热水管道工程使用的经济性明显。

3、保温直埋管道施工注意事项及受力情况

　　（一）因本文仅涉及热水管道，其中水温较高的是供暖热水为95℃，空调用热水、生活热水在55℃-65℃即可，因此决定了直埋管道承受的热应力不会太大，具体到实际工程必须区分是采用无补偿直埋敷设，还是有补偿直埋敷设；
　　（二）无补偿直埋敷设是利用土壤与外套管之间的摩擦力固定管道。管道敷设完覆土前应预热管道，管线上无需设补偿器，通常也无需设固定支架。为减小工程费用，可在预热的同时进行水压试验、管道接头处的保温发泡；
　　（三）有补偿直埋敷设时，土壤与外套管之间的摩擦力仅对预制保温管起约束作用。管线补偿器与固定支架间的距离应小于摩擦长度Lf, 摩擦长度为温差引起的钢管轴向力和摩擦力相等时的直钢管长度。补偿器根据补偿方式的不同而不同，一次性直埋波纹补偿器设在两个固定支座中间；自由补偿直埋波纹补偿器应靠近其中一个固定支座（原理类似地沟、架空做法）；
　　（四）区域供冷供热的管线特点是管内介质温度不高（<100℃），工作压力<1.0MPa，但管线较长，直管段经常长达几百米。土壤摩擦力远大于温度应力，在直管段中间出现“锚固段”， 锚固端为危险断面，要应力验算使之满足钢材许用应力。直埋敷设供热管道应力验算条件为[3]：
　　对于连续供热的热力管网，f取2500次足够，而对于江苏许多非供暖地区的间歇供暖或生活热水系统是不够的，应取5000次以上。一般直埋管道材料为20号无缝钢管或Q235管材，在15℃以上的温度下安装时，直埋敷设供热管道（<100℃）不用采取任何措施，按无补偿安装形式将管道直接埋设地下（无固定支座、无补偿器），管道就可达到安全运行。因此对于区域供冷供热（<100℃的水系统）使用无补偿安装形式将是便捷、安全和经济的。
　　（五）使用无补偿安装形式的直埋敷设供热管道的水平弯头、三通处应力集中。实际工程中对本文论及的工程类型，弯头可使用p=2.5MPa的热压弯头，
　　三通可选用p=2.5MPa的加强型三通，三通主支管均为20号无缝钢管，做法如下[3]：
　　实际工程中在合理的地质条件下，及直埋深度，管道周边处理等正确前提下，直埋敷设供热管道的安全经济运行时有保障的。某一居民小区用直埋保温热水管道，2000年12月底安装完试热水时有17处三通，15处弯头裂坏，地面冒热气，经查，其所有三通、弯头均为普通型，壁厚小且非热压处理，也无加强措施。更换所有三通，弯头后再无类似事故发生。
　　（六）直埋热力管道工程对地质条件的要求比较多，对土壤腐蚀性强的地区（土壤电阻率低于是20Ω/cm），回填土区，土壤下沉性> 二级的地区，> 八级的地震区等区域需慎用直埋方式或对土壤进行处理后达标后方可使用直埋方式。沿海地区需测土壤腐蚀性。
4、工程实例

　　某新建居民小区，建筑面积55000m2，经热电能源有限公司建议，开发商在进行了可能性研究后，增设全小区65℃生活热水集中供应，并且经过经济比较后决定采用直埋保温管技术。
　　下面是该工程保温直埋管与地沟敷设概算比较：

　　工程完工后实测机房出水至每幢楼入口接管处水温降均不超过1℃，因管道热损失很少，运行费用也控制得较低，开发建设单位和物业都相当满意。
　　实际直埋保温管道不仅保温效果好，综合造价低，而且在严格按要求施工的情况下，保温管经六年实物解剖分析和人工老化试验证实使用寿命在15年以上，而地沟敷设保温管保温材料为岩棉或离心棉一般3-5年需更换一次。
5、结论

　　综上所述，无补偿直埋保温管道在保温性能，初投资，施工条件，维护工作量及日常运行费上均有较大优势，随着这项工程技术的不断发展，势必为区域供冷供热工程提供一个较有前景的选择。
参考文献
　　1. 城镇直埋管道工程技术规程（CJJ/T81-98） , 北京： 中国建筑工业出版社 (1998)
　　2. 城市冷暖汽三联供手册，中国建筑工业出版社 (1995)
　　3. 集中供热设计手册，中国电力出版社 (1996)