Comparison and Analysis of Domestic and Foreign Standards for Thermal Insulation of Equipment and Pipes

HAO Yunan

（Institute of Technical Supervision and Research for Building Materials Industry of China）

Abstract：The thermal insulationof equipment and pipes playsacrucialrole in ensuring safeand stable operation，meeting process requirements，reducing heat （orcold）los，conservingenergy，andimproving economicefiency.There arestadards forthe design，construction，inspection，testing，and evaluationofequipmentand pipelineinsulationathomeandabroad.This papercompares British，Russan，Japanese and Chinesestandardsintermsofscope，insulationtypes，materialrequirements， insulationthicknesscalculation，andconstructionrequrements.Itanalyzesthedierences intechnicalrequirementsbetween Chinese and foreign standards and their underlying reasons，witha particular focus onthe allwable maximum heatlossAs a keyindicatorforevaluatinginsulatioefectivenessthealowable maximumheatlossisof greatsgnificance inachieving enrgy conservationandcarbonreductiongoals for equipmentand pipelines.Throughanalysis，thispaperaims toprovide insights for thedevelopmentofrelevanttandardsandpolicies，therebycontributing totherealizationofthecarbonpeakandneutralitygoals. Keywords： equipment and pipes; thermal insulation; standards comparison and analysis

0 引言

建筑中，大部分設(shè)備及管道都需要進行絕熱處理，絕熱效果關(guān)乎工藝安全穩(wěn)定運行又對節(jié)能效果有重要影響。因此，國內(nèi)外均制定了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范設(shè)備及管道廣泛存在于我國工業(yè)領(lǐng)域和民用材料選用、絕熱設(shè)計、絕熱施工等環(huán)節(jié)，以保障絕熱效果。我國現(xiàn)行設(shè)備及管道絕熱標(biāo)準(zhǔn)中，GB/T4272《設(shè)備及管道絕熱技術(shù)導(dǎo)則》是設(shè)備及管道絕熱領(lǐng)域的重要基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定了設(shè)備管道絕熱的基礎(chǔ)通用要求，包括絕熱設(shè)計、絕熱厚度計算，材料的選擇和性能要求、絕熱結(jié)構(gòu)的設(shè)計和施工、驗收等與全流程內(nèi)容。該標(biāo)準(zhǔn)被國內(nèi)60余項國家、行業(yè)、地方和團體標(biāo)準(zhǔn)所引用，尤其是標(biāo)準(zhǔn)給出的允許最大散熱損失量被引用最多，是最重要的一項技術(shù)指標(biāo)，對絕熱工程的設(shè)計和其節(jié)能效果評價有重要影響。

國外與設(shè)備及管道絕熱相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)較多，本文選擇其中5項涉及絕熱工程多流程內(nèi)容并明確給出允許最大散熱損失量的標(biāo)準(zhǔn)進行對比，包括歐洲標(biāo)準(zhǔn)BS 5422：2023《Thermal insulatingmaterialsforpipes，tanks，vessels，ductworkandequipment operating within the temperature range-40^°C to +700^°C ——Method for specifying》、BS 5970：2012《Thermal insulation of pipework，ductwork，associated equipment and other industrialinstallations in the temperature range of - 100^°C to +870^°C-Code ofpractice》、日本標(biāo)準(zhǔn)JISA9501：2019《保溫保冷工程施工規(guī)范》、俄羅斯標(biāo)準(zhǔn)CII61.13330.2012（CHnII 41—03—2003）《設(shè)備和管道的隔熱設(shè)計》。下文將就標(biāo)準(zhǔn)范圍、絕熱類型、絕熱材料、絕熱設(shè)計、允許最大散熱損失量等方面分析國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)要求的差異，希望為相關(guān)從業(yè)人員進行國內(nèi)外工程設(shè)計、施工、驗收或效果評價提供幫助。

1 標(biāo)準(zhǔn)范圍

隨著絕熱材料質(zhì)量提升和新材料、新結(jié)構(gòu)在工程的應(yīng)用推廣，絕熱工程溫度范圍擴大，國內(nèi)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范適用的絕熱工程的溫度范圍均已體現(xiàn)該變化（見表1），調(diào)整了標(biāo)準(zhǔn)適用的設(shè)備、管道的溫度范圍。其中，國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)的“設(shè)備”即指各類反應(yīng)設(shè)備也包括儲罐、容器等儲存設(shè)備，國外標(biāo)準(zhǔn)中通常分開列示。

表1中還列示了國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)不適用的范圍，多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)明確提及不包括建筑結(jié)構(gòu)或冷庫的絕熱，建筑和冷庫的絕熱主要針對其外圍護結(jié)構(gòu)，與設(shè)備及管道絕熱在設(shè)計上差異較大。國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)中均明確不適用核能、航空航天系統(tǒng)中有特殊要求的設(shè)備和管道，主要考慮工藝的特殊要求和該類應(yīng)用中對安全的特殊要求。

2 絕熱類型

絕熱類型影響絕熱材料的選用、絕熱厚度計算、絕熱結(jié)構(gòu)設(shè)計等，國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)中均明確對絕熱工程進行分類，其中保溫、保冷是最常見的兩大類。隨著工藝要求的提高和對人員安全重視程度的提升，國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)和工程設(shè)計文件中均將人身防護、隔聲、防火等的工況要求單獨作為一種絕熱類型。經(jīng)過梳理，目前常見的絕熱類型見圖1。

其他性能要求需符合標(biāo)準(zhǔn)列示的材料標(biāo)準(zhǔn)。

CII61.13330.2012和BS5970：2012均列表給出了巖棉、玻璃棉、泡沫玻璃、膨脹珍珠巖等多種材料的密度、推薦使用溫度和其給種材料應(yīng)符合的標(biāo)準(zhǔn)，CII61.13330.2012還給出了不同溫度下的導(dǎo)熱系數(shù)或?qū)嵯禂?shù)方程。

GB/T4272作為技術(shù)通則，未列示各類材料性能要求，僅規(guī)定了平均溫度為 70% 的保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)和密度以及 25°C 的保冷材料的導(dǎo)熱系數(shù)和密度。由于其他標(biāo)準(zhǔn)中尚未給出氣凝膠絕熱制品的導(dǎo)熱系數(shù)方程，現(xiàn)行的2024版基于新材料推廣應(yīng)用的考慮，在附錄A中給出了導(dǎo)熱系數(shù)方程，起到引導(dǎo)行業(yè)的作用。常見的絕熱材料的主要性能指標(biāo)已在國內(nèi)絕熱設(shè)計主要執(zhí)行的GB50264《工業(yè)設(shè)備及管道絕熱工程設(shè)計規(guī)范》2中給出。

此外，針對絕熱材料的選用，國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)均提及了腐蝕性和耐腐蝕性、燃燒性能、材料壽命、高溫變形、對安裝的影響等考慮因素。

3 絕熱材料

根據(jù)JISA95001，日本絕熱工程中使用的絕熱材料分為三大類：人造纖維礦物纖維保溫材料、無機多孔保溫材料和發(fā)泡塑料類，標(biāo)準(zhǔn)中給出了每類材料的密度、推薦使用溫度、導(dǎo)熱系數(shù)及其方程，

4絕熱設(shè)計

對比國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)采用的絕熱厚度計算原則與方法，除CII61.13330.2012外，其他標(biāo)準(zhǔn)均明確以“經(jīng)濟厚度”作為保溫和保冷設(shè)計的基本原則，當(dāng)無法采用經(jīng)濟厚度法，或其設(shè)計厚度不滿足各標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的最大允許散熱損失量時，應(yīng)以規(guī)定的最大允許散熱損失量進行設(shè)計計算，有其他工藝工況要求的，例如，規(guī)定了表面溫度、溫度降等，根據(jù)給定的設(shè)計條件進行絕熱設(shè)計計算。在GB/T4272中已將降噪隔聲作為一類設(shè)計要求寫入了標(biāo)準(zhǔn)，具體的計算原則在同系列標(biāo)準(zhǔn)GB/T8175《設(shè)備及管道絕熱設(shè)計導(dǎo)則》（已完成修訂工作）的最新版本中將給出。

在絕熱設(shè)計中，最為核心的是絕熱厚度的計算，對比國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)的厚度計算公式，遵循的原理相同，基本沒有差異。但在公式各參數(shù)的取值上不同標(biāo)準(zhǔn)由于氣象條件、絕熱材料性能等的不同，有一定差異。例如環(huán)境溫度的取值，GB50264的附錄C中給出了國內(nèi)主要城市的氣象參數(shù)，在JISA9501的附錄中，假設(shè)環(huán)境溫度為 20% 進行了厚度計算。

環(huán)境溫度的取值還影響另一個重要的參數(shù)一一換熱系數(shù)的計算，該參數(shù)計算方式在各標(biāo)準(zhǔn)中也不一樣，且我國各標(biāo)準(zhǔn)中對該系數(shù)的計算公式也有一定的差異。兩項BS標(biāo)準(zhǔn)和修訂后的GB/T8175均采用ISO 12241^[3] 的計算方法，JISA9501和GB50264中，雖然計算公式與IS012241不同，但原理基本一致，由于換熱系數(shù)計算都是使用經(jīng)驗公式，為了比較不同換熱系數(shù)對厚度和熱損值的影響，進行了模擬測算，假設(shè)其他計算參數(shù)相同，當(dāng)換熱系數(shù)為12W/ χ_m²?K） 、23W/ χ_m²?K） 和35W/ （m²?K） 時，采用經(jīng)濟厚度法計算的絕熱厚度和以厚度反算的散熱損失量結(jié)果見表2和表3，以換熱系數(shù)為 12W/（m²?K） 時的計算值作為基準(zhǔn)，可以看出無論采用那種方法，僅換熱系數(shù)不同，不會產(chǎn)生較大影響。

CII61.13330.2012中基于俄羅斯歐洲部分的氣候條件，分為室內(nèi)室外、水平管道和垂直管道、設(shè)備和平壁幾類，以表格的形式直接給出了換熱系數(shù)的取值。

5允許最大散熱損失值

熱價、投資分?jǐn)偮实葏?shù)。由于我國絕熱材料種類、品牌、地區(qū)等因素對材料價格的影響較大，施工價格的波動也較大，絕熱結(jié)構(gòu)造價難以統(tǒng)一計算口徑。我國能源價格也“因省而異”，電、煤、天然氣、蒸汽等能源的價格也相差較大。例如，電價經(jīng)濟厚度法計算中，需要絕熱結(jié)構(gòu)單位造價、與實際用電量有關(guān)，且與各地不同的補貼或優(yōu)惠政策有關(guān)。在工程中，熱價還隨行業(yè)的不同而不同。若涉及能源的再利用，則導(dǎo)致核算出的熱價偏低。故標(biāo)準(zhǔn)無法給出一個統(tǒng)一的、行業(yè)認可的計算口徑，經(jīng)濟厚度法缺失必要的計算條件。此種情況下，保溫多使用允許最大散熱損失量進行厚度計算。BS標(biāo)準(zhǔn)按照ISO12241的計算方法，給出了不同情況下，不同管徑的允許最大散熱損失值，但其最大管徑僅到 273mm ，與其他標(biāo)準(zhǔn)對比性較差，所以下文主要對比我國、日本、俄羅斯標(biāo)準(zhǔn)給出的允許最大散熱損失量。

日本工程中材料種類較少，且規(guī)定了統(tǒng)一的熱價，材料價格、施工價格等也較為統(tǒng)一，故JISA9501的附錄中，給出了各類絕熱材料的經(jīng)濟厚度和以該厚度計算的允許最大散熱損失值。

CII61.13330.2012中則基于俄羅斯歐洲部分的氣候條件，根據(jù)管道的敷設(shè)方式、年運行時間的不同給出了11個工況條件下的允許最大散熱損失值。同時還給出了多種系數(shù)，例如，區(qū)域系數(shù)、土壤條件系數(shù)等，用來協(xié)調(diào)因各類因素導(dǎo)致的設(shè)計差異。

GB/T4272中區(qū)分常年運行和季節(jié)運行，給出了全國統(tǒng)一的允許最大散熱損失量。主要由于我國各類材料價格差異較大，熱價也無法參照日本統(tǒng)一要求，加上我國幅員遼闊，跨越多種氣候帶，氣象參數(shù)無法統(tǒng)一取值，因此不能按照不同材料給出不同管徑的允許最大散熱損失量4。GB/T4272作為技術(shù)通則也不適宜參考俄羅斯工程規(guī)范給出各類調(diào)整系數(shù)。

以巖棉板為例，分別計算平面和管道的保溫厚度，不同介質(zhì)溫度，不同管徑的保溫厚度和平面的比值見表4。相同溫度下，平壁的保溫厚度大于圓筒的保溫厚度，故僅給出平面的允許最大散熱損失值是可行的，該控制值在圓筒面計算中求出的保溫厚度是安全的。

JISA9501中，巖棉、硅酸鋁兩種材料與我國工程使用的兩種材料的性能較為接近，因此將兩種材料的允許最大散熱損失量納人比較范圍。CII61.13330.2012中以露天敷設(shè)的、常年運行的允許最大散熱損失量作為比較對象，上述兩個標(biāo)準(zhǔn)與GB/T4272現(xiàn)行版本指標(biāo)值和舊版2008版指標(biāo)值的對比見圖2。

6 其他差異

GB/T4272作為國內(nèi)第一個設(shè)備及管道絕熱標(biāo)準(zhǔn)涵蓋了多環(huán)節(jié)全流程的要求，除上述主要要求外，還規(guī)定了施工、驗收、測試評價、運營維護和安全等要求。BS5970中的內(nèi)容與GB/T4272接近，包括絕熱工程施工、驗收、運營維護和安全等內(nèi)容，但不含測試評價；JISA9501較GB/T4272和BS5970給出了更為詳細的施工要求并附相應(yīng)的圖示，其他內(nèi)容并未提及。CII61.13330.2012主要用于絕熱設(shè)計，不包括上述內(nèi)容。

7結(jié)語

隨著國家節(jié)能減排、綠色環(huán)保、工程安全等要求不斷提高和質(zhì)量提升工作的開展，在目前工程情況趨于復(fù)雜化和多樣化的現(xiàn)狀下，除保溫、保冷外，防火絕熱、隔聲絕熱等多重工況要求使得絕熱設(shè)計考慮因素增多，我國標(biāo)準(zhǔn)陸續(xù)開始修訂，GB/T4272已于2024年完成修訂工作，自2025年4月1日起實施，其同系列標(biāo)準(zhǔn)GB/T8175和另一項GB/T8174《設(shè)備及管道絕熱效果的測試與評價》也于2025年4月完成修訂工作，GB50264將于2026年完成修訂工作。BS5422也在2023年發(fā)布了更新版本。GB/T4272與其他國外標(biāo)準(zhǔn)相比，在適用范圍、絕熱材料要求、設(shè)計原則、計算方法上基本一致，但GB/T4272結(jié)合工程實際中不同工況的絕熱設(shè)計要求，提出了防火、隔聲、耐腐蝕等新的絕熱類型的原則性要求；涵蓋了施工驗收、絕熱效果測試等內(nèi)容；給出了全國統(tǒng)一的允許最大散熱損失量要求，是國內(nèi)外首個覆蓋絕熱工程全流程、多環(huán)節(jié)的標(biāo)準(zhǔn)，具有國際先進性。

參考文獻

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