在我国的广大北方地区，随着大量车辆停车场的建设将会导致露天管网的增多．在不使用工况下，给水管道、消防管道内介质流速为零，为了保证各管网在冬季正常运行，要求各种管道不发生冻结以备随时使用，必须对管道进行防冻处理．目前实施管道防冻的方法比较多，但基本上同一工程只采用某一单个方案，没有对不同方案进行系统的分析比较．本研究的主要目的在于分析目前主要防冻方案的可行性和经济性，以便针对实际工程选择出合理经济的防冻方案．
1 工程主要防冻方案
目前工程实施的露天管网防冻的具体方法有：利用自来水温绝热防冻法、利用供暖系统供、回水绝热伴暖防冻法、充填防冻液防冻法、绝热电热器件伴暖防冻法以及混台防冻方法．
1．1 利用自来水温进行绝热防冻方案
该方法主要用于给水管网的防冻．依北京地区为例，目前北京市自来水温度在12E：左右，故可利用自来水温加以绝热保温达到防冻目的． 自来水以地下水和水库地表水为来源，依两种水混台比例使自来水温在12～15E：之间．该方案优点可节省伴暖投资(相对于电伴暖方法)，但在低温气候下该方案管内存水停留可能发生冻结，依据传热学原理计算冻结时间结果如表1所示，居民楼从夜间24：00到凌晨5：00
停用较多，该时段为流速是零的高概率时间段，由表可见，小管径(DN40～DN70)在日均温度在一5℃ 以下时，本方案具有很大的风险，但大管径如DN100以上管道应用本方案可以节省大量运行费用．
1．2 利用供暖系统供、回水绝热伴暖防冻方案
该方案将给水管、消防水管中可与供暖系统供、回水管平行布置的管道共同保温，借助供暖管水温伴暖给水管、消防水管，达到防冻目的．根据文献[2]提供的传热学原理，用计算机模拟计算，在环境温度为一l0E：，一根DN150、温度为70℃的回水管经伴暖同直径的一根自来水管，l00 m后该回水管的温降仅3℃左右，说明采用奉方案在热力理论上可行．但在管道的布置上对设计施工相当繁难．
1．3 利用防冻液充填消防管(含喷洒管)的防冻方案
防冻液在冻结点以上温度时流动性好．可以管道输送．该防冻方案免除了绝热保温和伴暖的初投资费及运行费，故投资小．但该方案存在的技术难点为：① 防冻液与生活水管相连时，应保证无毒，另外不能具有助燃性和可燃性 ② 喷洒管头部的设 十应考虑防冻液与自来水的密度不同会对喷洒面积有影响．另外，需要解决在升温时吸纳防冻液的膨胀量、降温时填补防冻液的收缩量，这在技术上有些难度．
1．4 绝热电热器件伴暖防冻方案
该方案以加热电缆为土，产品商品化程度高、柔韧灵活、安全可靠、施工快捷、经济并符合环保要求．方案对电热器件及相应配套没施要求较高，并且整个伴暖系统工作必须在线监测控制，在电伴暖意外失效的情况下，能够及时发现和抢修．该方案具有普遍的适用性，能够满足不同管道的防冻要求．
1．5 混合防冻方案
结合工程的实际情况，将以上4种方案组合采用两种以上就构成了混合防冻方案．例如DN100以上管道采用自来水温绝热防冻方案，DN80以下管道采用电缆伴暖绝热保温防冻方案；消防管网的喷洒管采用了无保温防冻液防冻方案；而其它消防管道采用电缆伴暖绝热保温防冻方案．技术经济性都会好．
2 各种方案的比较及选择
表2绐出了北京地区某车辆段露天管网工程中各种管道的规格及长度，本文对以上4种方案在该工程的应用进行系统的比较分析．
1)管道绝热电热伴暖运行费用估算：
在环境温度T。为一5℃，管道的外管壁温度T1 保持为5℃，管道材料导热系数λ1= 52 w／(m ·K)，
保温材料的导热系数λ2=0,041 w／(m·K)，依据一维长圆柱散热计算公式，得到维持表面温度在5℃时管道的散热损失，再乘上电价，即为电热伴暖所需费用．为保证应用安全，采用最大散热条件(保温层外部温度等于环境温度)计算散热量公式为
式中d1、d2 、d3，分别为管道内壁、外壁、保温层外部的直径．计算结果如下：
电热伴暖年运行费=运行功率×年伴暖小时数×电费单价=
说明：伴暖期l25 d，日均温度< 一5℃的天数随气候各年不同，但一定少于l25 d，约l／2～2／3．该工程大平台3O万㎡住宅采暖年运行费用为住宅建筑面积乘上热力公司的供暖销售价格，北京地区为2O元／㎡，如果将电伴暖费用与住宅采暖费用相比，可以得到此值为：
而分摊到住户单位建筑面积的费用约为O 7～1．16元／㎡ ．
在绝热电伴暖方案中，各种材料的初投资费用确定如下：绝热保温管道外壁面温度取5℃，为安全可靠，依据中国气象局档案资料，北京市区1951年1月一1999年3月最低温度取值为一25℃，玻璃纤维保温层导热系数λ =O．041 w／(m．K)．对于消防水管内存水的温度全年将依季节作变化：夏季变暖，冬季变冷．这样在夏季不会发生结露现象．故按考虑初投资费用与长年运行费用的经济性计算来选择保温厚度．又以北京市为例，因给水管中的自来水在使用中不停的流动．管壁温度也在l2～l 5℃范围内．因此还出现了夏季防结露的保温层厚度的选择问题．依设计手册表明，北京市防结露管道保温层厚度，不分管径大小均采取30mm．电伴暖器件以DTIP-8型电缆为例，实际运行环境温度为一lO℃，初投资费用为：玻璃纤维瓦l 433 0l元／m³ ；缠玻璃丝布8．29元／㎡；刷二道防火漆27 .Ol元／㎡(其他直接费、管理费、利润、税金，劳保统筹基金一概没计人)，电缆功率8 W／m，价格为32元／m，北京电价O 393元／度，投资年限为5年，利率5％，依据[4] 提供的保温厚度计算方法得到保温经济厚度计算结果如表2中第5行
所示 根据以上各种费用计算得到该方案初投资费用共计267．38万元(见表3)．
2)对于喷洒管道的消防系统充填乙二醇防冻液费用计算如表4所示．
另外，考虑防冻液膨胀和收缩面须吸纳和补充防冻液的装置费30万元
3)棍台防冻方案的费用
若对DN100以下的水管使用电伴暖方案，而大DN1O0给水管仅靠自来水温绝热保温防冻的方案(须注意给水使用的当年住宅入住率)，消防管道充填防冻液，所需费用如表5所示，分析得知：生活水管可节省初投资194．1万元，节省年运行费用48万元；消防水管可节省保温和运行费用55．08万元．因此该混合方案充分发挥了经济性．
通过对各种防冻方案的应用比较，可以发现，单一方案如绝热电伴暖方案、利用自来水温进行绝热防冻方案和利用供暖系统供、回水绝热伴暖防冻方案、用于消防管道的防冻液方案，都有某种程度的不足和局限性；而混合方案综合了各种方案的特点，充分发挥了经济性．
3 结论
1)利用自来水绝热防冻方案适合于大直径的给水管，工程中采用该方案必须保证给水的住宅有相当的入住率才能保证其安全性．利用供暖系统供，回水伴暖方案对管网布置有繁难要求，实际应用有很大的
局限性．
2)绝热伴暖方案是一种具有普遍适用性的防冻方案，但需要较大的投资和运行费用，而混合防冻方案综合了不同方案的优点，具有很好的经济性，可以作为工程设计的优选方案．
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