#建筑工程#在供热工程的设计与施工中，经常遇到直埋热水管道固定节绝热问题。通常采用非绝热固定节，具体做法是，固定节与直埋热水管道焊接在一起，然后浇筑于钢筋混凝土里而共同组成固定墩。往往固定节不采取绝热措施而形成热桥，那么，直埋热水管道内高温水（温度≤℃）的热量直接传至固定墩，造成固定墩的混凝土变酥、干裂。在地下水位较高、腐蚀性较强的地区，地下水很容易通过裂缝渗透进固定墩，进而腐蚀固定节处管道的焊缝，造成管道泄漏，影响固定墩及直埋热水管道的使用寿命，且维护难度较大。

为了保障固定墩安全、稳定、长期运行，避免产生热桥，近年来，人们以直埋热水管道的固定墩为研究对象，不断寻求更加合理的设计、施工方案，以减少直埋热水管道固定墩的散热损失［1-3］。本文对直埋热水管道固定节绝热问题进行探讨，给出一种能够阻断热桥的设计方案。

2固定节处热桥产生的原因

2.1热桥

热桥是指建筑外围护结构中材料组成或形状与正常部位相比有所不同的部位，例如嵌入墙体的混凝土、柱、墙体和屋面板内的混凝土肋，装配式建筑中板材接缝以及窗口、墙角、屋顶檐口、墙体勒脚等［4］。这些部位由于传热系数比周围的材料传热系数大，在室内外温差的作用下，形成较大热流密度的区域，成为传热较多的桥梁，故称为热桥。由于热桥存在而产生的各种冷热不均匀现象，称为热桥效应。

2.2非绝热固定节结构

直埋热水管道结构主要由钢管、保温层（聚氨酯）、外护管（高密度聚乙烯）组成。非绝热固定节结构见图1。

图1非绝热固定节结构

固定节在生产厂家预制而成，长度为2~3m，主要由保温管、固定钢板、加强肋板组成。管道两端预留一段不做保温层，通过焊接与直埋热水管道连接在一起。

2.3非绝热固定节热桥产生的原因

固定钢板直接焊接到直埋热水管道的钢管上，钢管内是温度≤℃的热水，热水与钢管、固定钢板接触传热，其传热系数比周围保温层（聚氨酯）的传热系数大，在直埋热水管道内热水与管道外环境（一般按10℃考虑）的温差（约℃）作用下，形成固定钢板处较大的热流密度，固定钢板成为热桥。由此而形成直埋热水管道热量损失较大的关键部位，产生固定节热桥效应，影响固定墩以及直埋热水管道的长期稳定运行。需要指出的是，加强肋板不是热桥，因为肋板是埋在保温层（聚氨酯）内，保温层阻断了热量的传递，可以保证加强肋板不形成热桥。

固定墩由钢筋混凝土浇筑而成，钢筋混凝土的热导率一般为1.28W/（m·K）；直埋热水管道所用的保温层（聚氨酯）的热导率在0.~0.W/（m·K）范围；不同钢材的热导率在13.7~43.6W/（m·K）范围。可见，钢筋混凝土的热导率与聚氨酯的热导率相差两个数量级，较多的热量从固定节的固定钢板处传至固定墩，增加了直埋热水管道的散热损失。

3阻断固定节热桥的基本要求

根据文献中的混凝土热导率计算公式［5-6］，采用CFD软件进行建模并数值求解，得到固定墩及其周围土壤的温度场分布情况。结果是：固定墩处的散热量较大，热桥效应比较明显。一个固定墩的散热量约为13.5m直埋热水管道的散热量［7］。因此，需要进一步研究阻断热桥的方法。

为了阻断热桥，需要对固定节采取绝热措施，需要考虑如下问题：

①所选用的方法必须具有良好的绝热性能，有效地阻断热桥。

②固定节整体结构设计应符合直埋热水管道轴向推力要求，即所选用的绝热材料的抗压强度必须满足固定墩稳定运行的抗压强度要求。

4绝热固定节

4.1绝热固定节做法

固定节绝热的基本方法就是在固定钢板外加绝热材料，以阻断固定钢板成为热桥。目前所用的固定节绝热做法主要由两部分组成。第一部分：在固定钢板外加一层10mm厚的石棉绝热板，石棉绝热板要做成和固定钢板相同的形状（方形或者圆形），套在固定钢板上。第二部分：在石棉绝热板外加紧固层，本文采用钢制紧固层，钢制紧固层要紧密排列在石棉绝热板的四周，根据固定钢板和石棉绝热板（方形或者圆形，厚度为30~60mm）的大小设计钢制紧固层的大小，使其包围石棉绝热板，接缝采用焊接。最后将绝热固定节浇筑到钢筋混凝土里，使其成为一个整体（即固定墩）。绝热固定节结构见图2。

图2绝热固定节结构

4.2绝热固定节特性分析

固定节整体结构设计应符合直埋热水管道轴向推力的要求。固定墩抗压强度设计要满足管道的最大轴向推力的要求。因此，固定节绝热结构整体的抗压强度也要满足固定墩稳定运行抗压强度的要求。

4.2.1石棉绝热板特性

石棉绝热板是以石棉为主要材料，掺入一定的粘结填充材料而制成的板状材料，其密度为80~kg/m3。

石棉绝热板具有如下特性：

①低热导率。使用温度≤℃时，热导率仅为0.13~0.15W/（m·K）。

②石棉绝热板抗压强度高，并具有良好的韧性。

③优良的抗震性及热稳定性。

④具有良好的防腐蚀性，且价格低廉［8］。

石棉绝热板的热导率低，有效地阻断了热桥，能更好地发挥绝热作用。直埋热水管道穿越固定节处，固定钢板对固定墩产生局部压应力［9］，与固定钢板紧密接触的石棉绝热板及紧固层钢板也受到局部压应力。固定墩的抗压强度设计值由GB—《混凝土结构设计规范》规定为14.3MPa。工程实践中，预制绝热固定节满足该抗压强度要求，即能满足固定墩的抗压要求。

4.2.2紧固层材料

固定节绝热结构的紧固层的作用就是将石棉绝热板紧紧地固定在固定钢板上。目前探讨的可以作为紧固层的材料有3种。第1种是聚乙烯，将聚乙烯制作成一个同固定钢板形状相同的圆形或者方形的紧固套，将其紧紧地套在石棉绝热板外，然后浇筑到钢筋混凝土里，使其成为一个整体。但是，聚乙烯的抗压强度只有4MPa，将其埋在固定墩里，可能会被压坏。第2种是聚四氟乙烯，做法同聚乙烯类似。虽然聚四氟乙烯具有良好的抗压强度（约25MPa），但是，其价格昂贵。另外，聚四氟乙烯本身就是绝热材料，如果使用聚四氟乙烯作为绝热材料，就可以省去石棉绝热板。第3种就是本文所用的钢制紧固层，其抗压强度大，制作简单，价格也较为合理，已逐步应用于供热工程实践。

4.3绝热固定节的运行效果

天津塘沽某一级直埋热水管网改造工程自年以来，就不断用绝热固定节替代非绝热固定节，作为固定墩设计的关键环节。

由于天津塘沽地区地下水位较高，氯离子含量高，地下水腐蚀性强，以前固定墩损坏严重，造成直埋热水管道泄漏。分析其原因为，直埋热水管网采用非绝热固定节，产生了热桥效应，使固定墩开裂、变酥，地下水腐蚀钢筋混凝土而造成固定墩失去稳定性，进而产生管道泄漏。设计人员改用绝热固定节后，根据管网近5年运行情况，没有再出现固定墩变酥、干裂以致管道泄漏的现象。从管网实际运行的效果看，绝热固定节能够提高管网的安全稳定性。

4.4方案的优点

①从结构力学上看，绝热固定节能够满足固定墩的稳定性要求，且抗压强度高，绝热性能好，防腐性能好，韧性良好且价格低廉。

②绝热固定节能够有效地阻断热桥，既减少了对固定墩的损坏，增加了固定墩的使用寿命，又减少了直埋热水管道的散热损失，从而降低了整个直埋热水管道的输送能耗，对直埋供热管道的长期稳定运行起到积极的作用。

5结论

①本文给出了阻断固定节处热桥的一种方法，并分析了该方法阻断热桥的机理。

②通过直埋热水管道运行效果分析，得到该绝热固定节方案能够阻断热桥，延长固定墩的使用寿命。