陳金山

（中鐵十九局集團(tuán)第六工程有限公司，江蘇 無錫 214028）

［關(guān)鍵字］瀝青混合料；運(yùn)輸過程；熱量散失；保溫材料

熱拌瀝青混合料從攪拌站運(yùn)輸?shù)綌備伂F(xiàn)場，熱量通過運(yùn)輸車的車廂向外界持續(xù)散失。若散熱過大，不僅會(huì)造成大量能源浪費(fèi)，還會(huì)使瀝青混合料產(chǎn)生溫度離析，影響攤鋪和壓實(shí)質(zhì)量［1-2］。為了解決熱拌瀝青混合料在運(yùn)輸過程中產(chǎn)生的能源浪費(fèi)和溫度離析問題，許多學(xué)者對(duì)運(yùn)輸過程中的溫度場和保溫措施進(jìn)行了研究。鄭鐘名建立了瀝青混合料在運(yùn)輸過程中的溫度場數(shù)學(xué)模型［3］；史春雪對(duì)瀝青混合料在運(yùn)輸過程中的溫度場進(jìn)行了仿真并建立了降溫函數(shù)［4］；姚林寧研究了從運(yùn)輸?shù)綌備伳雺哼^程熱拌瀝青混合料溫度場的變化規(guī)律［5］；姚澤光比較分析了保溫運(yùn)輸車液化石油氣加熱和電加熱兩種加熱方式的特點(diǎn)和經(jīng)濟(jì)性［6-7］。本文在已有研究的基礎(chǔ)上依據(jù)熱量損失計(jì)算模型，計(jì)算了保溫材料的合理厚度；對(duì)比幾種常見保溫材料的性能及造價(jià)，確定了性能價(jià)格比較優(yōu)的保溫材料；并對(duì)瀝青混合料運(yùn)輸過程中運(yùn)輸車車廂保溫前后的散熱情況進(jìn)行檢測，分析了保溫車廂的節(jié)能效果。

1 運(yùn)輸車保溫層設(shè)計(jì)

1.1 保溫材料類型

保溫材料是指在平均溫度25℃時(shí)，導(dǎo)熱系數(shù)不大于0.08W/（m·℃）和密度不大于300kg/m3的材料。保溫材料種類較多，性能有差異，不同保溫材料適用于不同的場合。根據(jù)工作溫度和工況條件，混合料運(yùn)輸過程常用巖棉、礦渣棉和氣凝膠絕熱氈等保溫材料，這幾種保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)與單位造價(jià)見表1。由表1可知，保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)越小，該保溫材料的保溫性能越好，但材料的造價(jià)也越高。為了選取合適的保溫材料，應(yīng)對(duì)其性能和價(jià)格進(jìn)行綜合分析。

表1 常用保溫材料導(dǎo)熱系數(shù)與單位造價(jià)

1.2 保溫層厚度設(shè)計(jì)及材料選擇

在進(jìn)行保溫層厚度設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)以設(shè)備與管道絕熱技術(shù)通則中規(guī)定的最大允許散熱損失為依據(jù)，并遵循減少熱量損失、節(jié)能減排、提高經(jīng)濟(jì)效益等原則［8］。最大允許散熱損失如表2所示。

表2 最大允許散熱損失（GB/T 4272-2008）

按照我國設(shè)備及管道絕熱設(shè)計(jì)導(dǎo)則，瀝青混合料運(yùn)輸車保溫層表面散熱損失表達(dá)式為

表3 保溫材料的計(jì)算厚度及造價(jià)

由表3可知，使用不同保溫材料達(dá)到相同保溫效果時(shí)，保溫層的設(shè)計(jì)厚度和造價(jià)有較大差異。礦渣棉的保溫層厚度最厚，其厚度是氣凝膠絕熱氈保溫材料的3.2倍；氣凝膠絕熱氈保溫材料造價(jià)最高，是礦渣棉的18.75倍，是巖棉的13.6倍，巖棉和礦渣棉的造價(jià)相差較小。由于巖棉具有較好的透氣性、穩(wěn)定性、耐久性等性能，并且通過表3可知，巖棉作為保溫層厚度比較合適且價(jià)格較低。因此，綜合考慮適用工況和經(jīng)濟(jì)效益，本工程的瀝青混合料運(yùn)輸車的保溫材料選用巖棉，并且保溫層設(shè)計(jì)厚度為11mm。

2 瀝青混合料在運(yùn)輸過程中的溫度檢測

2.1 測溫方式的選擇

為了研究瀝青混合料在運(yùn)輸過程中的散熱情況，需要在瀝青混合料運(yùn)輸過程中對(duì)溫度進(jìn)行檢測。溫度檢測的方式有多種，通常分為接觸式測溫和非接觸式測溫。接觸式測溫具有測溫簡單、精度和可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也有測量面積小、響應(yīng)時(shí)間長、對(duì)測溫材料要求高等缺點(diǎn)；非接觸式測溫在進(jìn)行測溫時(shí)測溫儀器不直接與被測材料接觸，這種測溫方式具有測量面積大、響應(yīng)時(shí)間短、可移動(dòng)測量的優(yōu)點(diǎn)，但也存在測量精度不高、測量易受環(huán)境影響等缺點(diǎn)［9］。由于本次需要對(duì)瀝青混合料的側(cè)板進(jìn)行測量，測溫面積較大，且需要顯示被測物體表面的溫度分布情況，非接觸式測溫中的紅外熱成像測溫能夠滿足試驗(yàn)要求，因此選擇紅外熱成像儀進(jìn)行溫度測量。試驗(yàn)使用NEC-G120紅外熱成像儀。

2.2 紅外熱成像儀測溫原理

式中A0為可視面積，m2；D為紅外熱成像儀鏡頭與被測物體間的距離，m；Lbλ為黑體輻射；T0為被測物體表面溫度，℃；Tu為環(huán)境溫度，℃；Ta為大氣溫度，℃；ελ為表面輻射率；αλ為表面對(duì)環(huán)境的吸收率；εaλ為大氣輻射率；τaλ為大氣光譜透射率。

2.3 紅外熱成像儀標(biāo)定

紅外熱成像儀進(jìn)行溫度檢測時(shí)，不僅接收被測物體表面的輻射，還接收環(huán)境輻射和大氣輻射。為了保證測量溫度的準(zhǔn)確性，紅外熱成像儀使用之前需要進(jìn)行標(biāo)定。紅外熱成像儀的標(biāo)定應(yīng)在標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行，其環(huán)境溫度為（23±5）℃，濕度不大于85%RH，且室內(nèi)無強(qiáng)的環(huán)境熱輻射，采用面輻射源校準(zhǔn)其測溫準(zhǔn)確性。

紅外熱成像儀對(duì)黑體進(jìn)行測溫，要保證黑體在熱成像儀中成像清晰。將熱成像儀測量模式設(shè)置為點(diǎn)溫度測量，測量黑體輻射源中心溫度，并保證在每個(gè)校準(zhǔn)溫度點(diǎn)不少于4次測量。當(dāng)t2＜100℃，熱成像儀示值誤差θ計(jì)算如式（4）所示；當(dāng)t2≥100℃時(shí)，熱成像儀的示值誤差θ計(jì)算如式（5）所示。

式中t1為黑體輻射源參考溫度測量值，℃；t2為熱成像儀示值，℃。

3 運(yùn)輸車保溫效果檢測與節(jié)能效果分析

按照上文對(duì)運(yùn)輸車保溫技術(shù)分析，選擇保溫材料為巖棉，保溫層厚度為11mm。在運(yùn)輸車車廂側(cè)面設(shè)置保溫層，車廂后面不設(shè)置保溫層。同時(shí)檢測裝滿熱拌瀝青混合料的運(yùn)輸車車廂側(cè)面和后面的溫度。運(yùn)輸車車廂覆蓋和未覆蓋處紅外熱像圖如圖1所示，熱圖像的不同顏色代表被測物體的不同溫度。

圖1 運(yùn)輸車紅外熱圖

在環(huán)境溫度22.3℃～25.2℃（平均溫度23.8℃），風(fēng)力小于3級(jí)條件下，運(yùn)輸159℃瀝青混合料，運(yùn)輸車的車速在25～30km/h之間。采用經(jīng)過校準(zhǔn)的NEC-G120紅外熱成像儀，在不同時(shí)刻同時(shí)檢測運(yùn)輸車車廂表面設(shè)置保溫層和未設(shè)置保溫層區(qū)域的溫度。檢測結(jié)果如表4和圖2所示。

表4 車廂設(shè)置和未設(shè)置保溫層處溫度

圖2 車廂覆蓋和未覆蓋處溫度變化曲線

式中T為平均溫度，℃；t為積分時(shí)段，min；Y為溫降函數(shù)。

運(yùn)輸混合料時(shí)熱量通過車廂側(cè)板與外界環(huán)境進(jìn)行交換，屬于對(duì)流換熱范疇，故在單位時(shí)間內(nèi)通過單位面積的散熱公式如式（7）所示。由式（7）計(jì)算可知，采取保溫措施后，單位面積散熱量為20.2h；而未采取保溫措施時(shí)，單位面積散熱量為55.3h。由此可知，采取保溫措施后，運(yùn)輸車單位面積熱量散失可減少63.5%，節(jié)能效果顯著。

式中h為保溫材料的換熱系數(shù)，W/（m2·℃）；Tw為運(yùn)輸車溫度，℃；Tf為外界環(huán)境溫度，℃。

4 結(jié)論

通過對(duì)瀝青混合料運(yùn)輸過程中車廂保溫前后散熱情況理論分析和試驗(yàn)研究，得出如下結(jié)論：

（1）對(duì)瀝青混合料運(yùn)輸車進(jìn)行保溫設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)以設(shè)備絕熱技術(shù)通則中規(guī)定的允許散熱損失為依據(jù)；根據(jù)施工的外界條件和保溫材料的性能參數(shù)，采用設(shè)備絕熱設(shè)計(jì)計(jì)算模型確定保溫材料的合理厚度。

（2）試驗(yàn)結(jié)果表明，采取保溫措施后，單位面積散熱量為20.2h；而未采取保溫措施前，單位面積散熱量為55.3h。由此可知，采取保溫措施后，運(yùn)輸車單位面積熱量散失可減少63.5%，節(jié)能效果顯著。