管道保温计算有两个目的：一是计算所需保温材料的厚度；二是计算每米管道的热损失或核算保温材料的外表面温度。

1.基本公式

如图4-2所示，为简单起见，假设：只包一层保温材料，其厚度为δ；管子内直径为d1，外直径为d2，管内热介质的温度为tfl，周围环境的温度为tf2；管内壁的温度为tw1，管外壁的温度为tw2，保温层外表面的温度为tw，天空的温度为ts。该图还给出了这个系统的串联热阻图。

假设管道各部分的分热阻为Ri，则通过每米管道的径向热损失（不包括管道附件的热损失）为

其中各部分的分热阻如下。

1）热介质与管内壁之间的对流换热热阻R1

式中，α1为热介质对管壁的对流换热系数，W/（m2·K）。

2）管壁的热阻R2

式中，λp为金属管壁的导热系数，W/（m·K）。

3）保温层的热阻R3

式中，λi为保温材料的导热系数，W/（m·K）。

图4-2　管道保温计算示意图

4）保温层外表面对周围环境的对流换热热阻R4

式中，α2为保温层外表面对周围环境的对流换热系数，W/（m2·K）。

5）保温层外表面对天空的辐射热阻R5

式中，α3为保温层外表面对天空的辐射换热系数，W/（m2·K）。

在应用上述基本公式时，有两点要注意：

（1）保温材料的导热系数λi与温度有关，大多数情况下λi与温度呈直线关系，即

对于不同的保温材料，λ0和比例系数b可由有关手册查到。

（2）如采用多层保温材料，则保温层的热阻R3为各层保温材料的热阻之和。

2.基本公式的简化

为计算简单起见，从工程应用出发，常对基本公式进行如下的简化。

（1）因为包上保温材料后，管内对流换热的热阻R1、金属管壁的导热热阻R2，相对于R3、R4和R5而言常小到可以忽略不计，这样就可以认为保温层内表面的温度tw2近似等于热介质的温度tf1。

（2）一般保温层外表面的温度均不高，这时保温层外表面的对流换热系数α2和辐射换热系数α3之和，即保温层外表面的总换热系数α，可以用下面的简化公式进行计算。

室内管道：

室外管道：(www.daowen.com)

式中，w为风速，m/s。

由于采用总换热系数α，R4和R5可以合并为R6，即

由此得简化公式

或

上述简化给保温计算带来很大的方便。

3.容许热损失的确定

为使容许热损失满足工艺要求，一般需要计算；对于其他情况，容许热损失可参考表4-3和表4-4。

表4-3　室内保温管道表面容许的热损失（保温表面和周围空气的温差为20℃）

续表

表4-4　室外保温管道表面容许的热损失（周围空气的计算温度为5℃）

续表

4.保温层厚度的计算方法

保温层厚度的计算很复杂。要由上述一组基本公式或简化公式计算出保温层的厚度，首先必须确定每米管道所容许的热损失QL。QL确定以后，还不能由基本公式算出所需的保温层的厚度δ，因为计算中涉及保温层外表面的温度tw，而tw又与保温层的厚度δ有关。δ越大，tw越小。故只能采用试算法，其步骤如下：

（1）根据算出或选定的容许热损失QL，设定保温层的外表面温度tw'。

（2）根据假定的tw'，由基本公式算出所需的保温层的厚度δ'。

（3）根据δ'，再由基本公式核算出保温层的外表面温度tw。

（4）若tw与tw'相差很小，则算出的δ'即为所求的保温层的厚度；若相差很大，则必须重新设定tw'进行计算，直至结果满意为止。

根据上述步骤和基本公式，可以编计算程序，利用计算机就可以很快地得到计算结果。

5.经济厚度

保温层在经济厚度条件下其年总费用最低。每年每米管道的投资、运行和维修的总费用C（元/（m·y））为

式中，Q为每米管道的热损失，108 kJ/（m·y）；b为热量价格，元/108 kJ；P为保温结构的年折旧率，y-1；c0为每米管道保温材料的投资费（包括材料、运输、安装费等），元/（m3·m）；V为每米管道保温层体积，m3；cb为每米管道防护层的投资费，元/（m2·m）；F为每米管道保护层的面积，m2。显然上式与防护层的厚度有关。对上式两边求导并令其等于零，即可求得最经济厚度。但为简化起见，常用下式来计算经济厚度：

对满足工艺要求的保温，若计算出的经济厚度δ0大于所需保温层的厚度δ，可采用经济厚度；若小于所需厚度，则仍应取计算的所需厚度，以保证工艺要求。

6.保温管导热损失及壁温的计算

热力管道包上保温后，由于δ已知，由式（4-13）和式（4-14），很容易算出管道的热损失和保温层外表面的壁温。