段義偉

摘 要：介紹了大連地鐵工程給水管道自調(diào)控電保溫技術(shù)的應(yīng)用，闡述了自限溫電纜結(jié)構(gòu)和功能，并在節(jié)能、安全、安裝、維修方面的突出優(yōu)點(diǎn)。實(shí)踐證明，采用電伴熱保溫是一種最有效的防凍保溫措施。

關(guān)鍵詞：地鐵；自調(diào)控電保溫系統(tǒng)；節(jié)能

1 引言

大連地鐵1號(hào)、2號(hào)線建設(shè)總里程65公里，下設(shè)車(chē)站49座，概算總投資350億元，2010年3月5日全面開(kāi)工建設(shè)，2015年5月陸續(xù)投入試運(yùn)營(yíng)。大連市年平均氣溫10.5℃，極端氣溫最低-19.13℃。地車(chē)站風(fēng)井、出入口、區(qū)間端頭及出入段線部位消防給水管、生活給水管極易受凍，而傳統(tǒng)恒功率發(fā)熱電纜發(fā)熱恒定、不可交叉、不宜截?cái)?、截?cái)嗪蠊β试龃螅跓龎碾娎|、節(jié)能上有一定的弊端。經(jīng)過(guò)調(diào)研，最終采用自調(diào)控電保溫系統(tǒng)用于地鐵管道的防凍。

2 自調(diào)控電伴熱保溫技術(shù)

2.1 工作原理

電伴熱保溫是通過(guò)伴熱媒體散發(fā)一定的熱量，通過(guò)直接或間接的熱交換補(bǔ)充被伴熱管道的熱損失，以達(dá)到升溫、保溫或防凍的正常工作要求[1]。自限溫電伴熱電纜是近年來(lái)在國(guó)際上發(fā)展很快的高科技產(chǎn)品，是電纜狀的電加熱器，其功能不是導(dǎo)通電流而是發(fā)熱。它的電熱元件是具有智能溫控的高分子材料，即半晶高聚物與導(dǎo)電粒子共混而成的復(fù)合物，其電阻具有正溫度系數(shù)效應(yīng)（Positive Temperature Coeffi—cient）。在兩根平行金屬導(dǎo)線之間均勻地?cái)D包一層PTC材料制成的芯帶，當(dāng)電纜一端的兩根導(dǎo)線與電源接通時(shí)，電流從一根導(dǎo)線橫向流過(guò)PTC材料層達(dá)到另一根導(dǎo)線，PTC層就是連續(xù)并聯(lián)在兩根導(dǎo)線之間的電阻發(fā)熱體，將電能轉(zhuǎn)化為熱能。伴熱電纜的電阻率隨溫度升高而逐漸增大，到了某一溫區(qū)可陡增幾個(gè)數(shù)量級(jí)，這種PTC效應(yīng)能限制電流通過(guò)，具有溫控性能[2]。自調(diào)控電保溫系統(tǒng)包括自限溫發(fā)熱電纜、控制箱、溫控系統(tǒng)、溫度采集裝置、溫度傳感器、管道外保溫、防護(hù)層及標(biāo)識(shí)等組成，系統(tǒng)核心部件為自限溫發(fā)熱電纜。

在管道適當(dāng)位置放置溫度傳感器，控制箱內(nèi)設(shè)有溫度控制模塊。通電瞬間電纜發(fā)熱功率最大隨著溫度升高，電纜中記憶材料電阻逐漸增大，因而工作電流和電熱功率也逐漸減小，直至發(fā)熱功率初償系統(tǒng)的熱損失，使系統(tǒng)溫度處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)止。當(dāng)環(huán)境溫度降低使系統(tǒng)溫度有降低趨勢(shì)的時(shí)候，電纜功率自動(dòng)增大，自動(dòng)補(bǔ)償熱損失，使系統(tǒng)在新的溫度下處于平衡。這種補(bǔ)償加熱方式是高效節(jié)能的。此伴熱程序周而復(fù)始地進(jìn)行，使管道溫度始終保持恒定，從而起到主動(dòng)為管道伴熱保溫的作用，保證管道系統(tǒng)冬季正常運(yùn)行。

2.2 自限溫發(fā)熱電纜結(jié)構(gòu)

自限溫發(fā)熱電纜結(jié)構(gòu)也稱(chēng)自調(diào)控發(fā)熱電纜，輸出功率隨環(huán)境溫度變化自動(dòng)調(diào)節(jié)，在安裝時(shí)可隨意交叉重疊、隨意截?cái)喽挥绊懝β瘦敵觯瑫r(shí)根據(jù)環(huán)境溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)輸出功率。

2.3 保溫結(jié)構(gòu)

保溫結(jié)構(gòu)與常規(guī)保溫一樣，包括絕熱層、防潮層、保護(hù)層。絕熱層的材質(zhì)、厚度和結(jié)構(gòu)的選擇應(yīng)按照熱水保溫和冷水防結(jié)露要求的絕熱層厚度計(jì)算和選擇電熱帶功率，當(dāng)功率過(guò)大時(shí)再增加絕熱層厚度。用于保溫為目的的絕熱層可不設(shè)防潮層，但用于防凍為目的的絕熱層則一般應(yīng)設(shè)防潮層。保護(hù)層的設(shè)置要求與非電伴熱保護(hù)層的設(shè)置要求相同[3]。根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，并結(jié)合保溫材料的保溫性能、經(jīng)濟(jì)成本等各方面考慮，大連地鐵1、2號(hào)線電伴熱保溫防潮層選用帶有不燃性復(fù)合玻璃布鋁箔防潮層的絕熱材料；絕熱層采 50 mm厚復(fù)合硅酸鎂材料，導(dǎo)熱系數(shù)≤0.045W/m[?]K（常溫）、容重為80±2kg/m3，防火性能等級(jí)為A級(jí)；保護(hù)層選用PAP鋁塑復(fù)合卷材。

2.4 專(zhuān)業(yè)接口

向車(chē)站環(huán)境監(jiān)控BAS（Building Automation System）系統(tǒng)提供系統(tǒng)啟、停狀態(tài)，啟動(dòng)故障、超高溫、超低溫、漏電、斷纜報(bào)警信號(hào)。

3 地鐵電伴熱保溫設(shè)計(jì)原則

（1）在車(chē)站風(fēng)道、出入口內(nèi)的消防給水管道、生活給水管道設(shè)自限溫電保溫系統(tǒng)，電保溫管道采用雙電源供電。

（2）電源供電系統(tǒng)由低壓配電盤(pán)電源開(kāi)關(guān)、輸配電橋架線管、電伴熱控制箱。對(duì)應(yīng)每個(gè)電伴熱電纜加熱回路，電伴熱控制箱內(nèi)均應(yīng)配置空氣開(kāi)關(guān)、漏電開(kāi)關(guān)、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)或智能控制系統(tǒng)等裝置。其中，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)用于檢測(cè)被伴熱管道的工作溫度，當(dāng)溫度傳感器探測(cè)的管道溫度低于監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)定溫度時(shí)（一般為5℃），通過(guò)控制系統(tǒng)發(fā)熱電纜自動(dòng)通電伴熱，反之自動(dòng)斷電停止伴熱。

（3）每個(gè)電伴熱控制箱內(nèi)均設(shè)有事故自動(dòng)報(bào)警控制器，根據(jù)具體情況對(duì)該箱內(nèi)每個(gè)電纜加熱回路實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，包括超高溫報(bào)警、超低溫報(bào)警、測(cè)溫故障報(bào)警、傳感器故障報(bào)警、發(fā)熱電纜斷線、漏電報(bào)警信號(hào)，過(guò)流以及管道電伴熱的工作狀態(tài)。

（4）溫度控制模塊同時(shí)控制4～6根管道：溫度傳感器的設(shè)置原則為：每套控制箱設(shè)1個(gè)環(huán)境溫度傳感器，每根管道設(shè)置2個(gè)溫度傳感器，放置于整個(gè)管道的相對(duì)不利點(diǎn)。

4 系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

4.1 節(jié)能

在地鐵管道電保溫中，同一根被保溫管道穿過(guò)不同溫度的區(qū)域，各個(gè)溫度區(qū)域環(huán)境溫度相差較大，自限溫發(fā)熱電纜可以根據(jù)管道環(huán)境溫度按需補(bǔ)償熱量，保證熱量不浪費(fèi)。

自限溫發(fā)熱電纜配有專(zhuān)用的兩通、三通、尾端等附件，根據(jù)管道長(zhǎng)度隨意裁剪、隨意搭接，不會(huì)因?yàn)榇罱舆^(guò)熱而斷纜，客服材料上的浪費(fèi)；所有附件的安全防護(hù)等級(jí)IP55-IP68，可以根據(jù)使用工況環(huán)境的要求選用，不會(huì)增加故障點(diǎn)。

4.2 安全

根據(jù)規(guī)范03S401發(fā)熱電纜在管件處需預(yù)留，而預(yù)留處極易交叉重疊，自限溫纏繞交叉、重疊不會(huì)過(guò)熱，恒功率交叉重疊會(huì)因過(guò)熱燒壞電纜，管道凍裂影響運(yùn)營(yíng)安全。

在外保溫保溫效果不好的位置，自限溫因發(fā)熱的功率發(fā)熱量會(huì)自動(dòng)增大，所以不會(huì)凍裂；而恒功率會(huì)因補(bǔ)償熱量不夠而凍裂。

4.3 便于安裝、維修簡(jiǎn)單

備件少，維修不需拆換整根電纜。即使發(fā)生故障的情況下，自限溫也能快速找到電纜故障點(diǎn)，僅需快速更換故障部分，維修快捷、成本低；而恒功率電纜需要更換整根電纜，維修慢，成本高。

維修快捷，不會(huì)給運(yùn)營(yíng)增加影響，只需在故障點(diǎn)拆卸1米左右的外保溫更換維修，然后采用二通直接連接發(fā)熱電纜即可，不用更換和拆卸整根管道的外保溫、發(fā)熱電纜。

5 結(jié)語(yǔ)

對(duì)于地鐵車(chē)站的重要的公共場(chǎng)所，消防給水管道系統(tǒng)必須保證在任何時(shí)候都能正常運(yùn)行。自調(diào)控電保溫系統(tǒng)是一種主動(dòng)加熱以補(bǔ)償熱量損失的保溫措施，是一種目前最有效的防凍保溫措施的應(yīng)用，有效的解決大連地鐵出人口、風(fēng)道及洞口、地面站和高架站站廳層和夾層的消防給水管道和部分生活給水管道冬季防凍問(wèn)題。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李景田，趙延元.管道與設(shè)備保溫[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1982：419～420.

[2] 羅延齡.自限溫型PTC電熱帶的性能評(píng)價(jià)[J].電線電纜，2001（6）.