李俄鋒，劉 益，李軍峰

（中民筑友智能裝備科技有限公司，湖南長沙 410000）

1 養(yǎng)護庫及養(yǎng)護工藝

目前，國內(nèi)裝配式建筑混凝土預制構件生產(chǎn)線普遍采用立體養(yǎng)護庫的方式進行養(yǎng)護作業(yè)，在流水線完成支模、鋼筋、澆筑、振搗等工藝后，由人工操作碼垛機設備將構件放入立體養(yǎng)護庫進行升溫加速養(yǎng)護，以提高生產(chǎn)效率。

1.1 立體養(yǎng)護庫

立體養(yǎng)護庫通常是4 或5 列腔體組成，每列可容納分層布置的PC 構件模臺若干，由鋼結構制作框架，外層用保溫材料密封而成，模臺和構件在窯體內(nèi)的放置和取出由一套碼垛系統(tǒng)來完成。利用加熱系統(tǒng)對窯內(nèi)溫度進行控制，構件經(jīng)過一系列的靜置、升溫、恒溫、降溫，通過加速養(yǎng)護達到一定強度后進行出庫。圖1 為國內(nèi)外主流的立體養(yǎng)護庫。

圖1 立體養(yǎng)護庫結構

1.2 養(yǎng)護工藝

當混凝土構件的外形尺寸、原料性能、混凝土配合比及其他工藝條件一定，養(yǎng)護工藝的確定是決定混凝土性能和構件質(zhì)量的重要因素。圖2 為混凝土構件養(yǎng)護工藝過程，通常包括靜置期，根據(jù)材料確定靜置時間；升溫期，可分多次、多段進行升溫；恒溫期和降溫期。每個養(yǎng)護期主要控制參數(shù)包括，靜置時間、升溫速度、恒溫時間、降溫速度。

非常壓下及高原區(qū)混凝土的養(yǎng)護工藝通過實驗確定溫度和時間參數(shù)。

為滿足流水生產(chǎn)線工藝要求，綜合考慮節(jié)能，養(yǎng)護庫以疊放的一列單元室為養(yǎng)護單元，按照確定養(yǎng)護工藝，控溫控濕，嚴格執(zhí)行養(yǎng)護曲線，以達到較好的養(yǎng)護效果。

2 供熱需求及相關參數(shù)

根據(jù)養(yǎng)護工藝過程，對于每個獨立的養(yǎng)護單元來說，升溫過程對熱能需求量是最大也是單位時間需求量最大的過程，基于立體庫單元室（構件疊放層數(shù)n）的升溫過程熱量分析如下：

2.1 組成分析

加熱混凝土制品所消耗的熱量：Q1；

混凝土制品中蒸發(fā)水分所消耗的熱量Q2；

熱鋼模、構件中的鋼筋及其他鋼結構所消耗的熱量Q3；

充滿養(yǎng)護室自由空間的耗熱量Q4；

養(yǎng)護室蓄熱和散失的熱量、冷凝水帶走的熱量、逸失介質(zhì)的耗熱量等為升溫階段總支出的30%即Q5；

水泥的水化熱：Q6；

升溫期的熱量單位時間消耗量為：Qs=（Q1+Q2+Q3+Q4+Q5-Q6/2）/Tb。

表1 參數(shù)賦值

2.2 參數(shù)分析

模臺重量：m1kg/臺；養(yǎng)護室的尺寸：a×b×h；

養(yǎng)護室的參數(shù)：m 列n 層，共w 養(yǎng)護倉位；恒溫階段溫度t2；養(yǎng)護前混凝土制品的溫度t1；混凝土制品的平均比熱：CC=0.84kJ/（kg·℃）；

建筑鋼的比熱：Cm=0.48kJ/（kg·℃）；水的比熱：4.2kJ/（kg·℃）；

蒸汽的比熱：2.1kJ/（kg·℃）；飽和汽比焓：639.2kcar/kg；

構件的混凝土重量：m2；構件的鋼筋及模具重量：m3；

未養(yǎng)護前構件中的水含量：m4；養(yǎng)護庫鋼結構重量m5t/單元。

3 升溫過程熱量需求分析及通用化公式

根據(jù)上述分析，升溫過程中熱量消耗主要包括加熱混凝土制品、混凝土制品中蒸發(fā)水分、熱鋼模、構件中的鋼筋及其他鋼結構所消耗、充滿養(yǎng)護室自由空間、養(yǎng)護室蓄熱和散失的熱量、等五個熱能消耗組成，及水泥的水化熱（供熱）。對其進行計算，結合傳熱學相關原理，給出每個熱能組成部分的通用公式：

3.1 加熱混凝土制品所消耗的熱量Q1

3.2 混凝土制品中蒸發(fā)水分所消耗的熱量Q2

取混凝土中水分的含量為總的混凝土制品的質(zhì)量的1%，則水分蒸發(fā)的計算公式及結果如下：

水的汽化潛熱rC1，?t=（t2-t1）

3.3 熱鋼模、 構件中的鋼筋及其他鋼結構所消耗的熱量Q3

鋼結構由庫結構、模臺和模具等組成，單列鋼結構的質(zhì)量為：

3.4 充滿養(yǎng)護室自由空間的耗熱量Q4

首先要加熱養(yǎng)護罩內(nèi)的空氣，這部分耗熱量的計算公式如下：

Q4=Cp×m空×△t其中：Cp-空氣的定壓比熱；m空-空氣的質(zhì)量，kg；VE-空氣的體積，m3；△t-空氣的溫度變化，K；ρ-空氣密度。

按上述參數(shù)計算，得：

Q4=Cp×ρ×VE×△t

3.5 養(yǎng)護室蓄熱和散失的熱量、冷凝水帶走的熱量、逸失介質(zhì)的耗熱量等為升溫階段總支出的30%

則升溫階段的熱量總支出：

3.6 水泥的水化熱

關于水化熱的計算，可以采用沃氏經(jīng)驗公式。

沃氏經(jīng)驗公式為：

式中：qc-單位重量水泥放出的水化熱，kJ/kg；M-普通水泥計算標號；W/C-水灰比；ε-度時系數(shù)。

計算公式如下：

ε=thτ

式中：th-混凝土的平均溫度，℃；τ-混凝土養(yǎng)護時間，h；β-輔助系數(shù)。

當ε≤290 時，β=0.32+0.002ε；ε＞290 時，β=0.84+0.0002ε。

水泥的總的水化熱為Q6=qc×m水泥。

考慮升溫階段按50%的水化反應。

升溫期的熱量消耗為：Qs=Q5-Q6/2。

升溫階段平均每小時需要的熱量為：Qs=（Qs-Q6/2）/Tb。

4 實例計算

4.1 賦值計算

針對pc生產(chǎn)線使用的主流立體養(yǎng)護庫（五列十層），選擇相關的參數(shù)數(shù)值，對升溫過程按上述分析計算，具體結果如下：

對于部分參數(shù)的選取，要根據(jù)具體的養(yǎng)護庫設計尺寸和結構特點。上述參數(shù)主要根據(jù)樣本生產(chǎn)工廠的立體養(yǎng)護庫的詳細設計參數(shù)所選取，具有一定針對性。

4.2 進一步分析

對于給定具體參數(shù)的立體庫，根據(jù)計算結果可以進一步的分析，包括換熱器功率計算（直接得出）、蒸汽流量計算、熱水供應量計算、蒸汽鍋爐選擇等，這里給出蒸汽換熱中一種，即蒸汽流量的計算：

這里給定一定狀態(tài)的飽和水蒸氣：0.9MP，t1=180℃，t2=85℃，密度：5.16kg/m3；

1kg 飽和蒸汽凝結放熱：2257.2+（180-100）×2.1+（100-85）×4.2=2488（kJ）；

每小時共需飽和蒸汽：4160116/2488/5.16=324（m3）。

4.3 恒溫期和降溫期

恒溫階段的熱量消耗主要是用來維持混凝土構件的養(yǎng)護溫度，這部分熱量相對升溫階段的熱量消耗要小的多。恒溫階段所消耗的熱量主要有散失于周圍介質(zhì)的熱量、漏失蒸汽損失的熱量兩部分。其熱量計算參考經(jīng)驗公式，結合實際測試，可以取升溫期熱量的15%，在本例中即：

Qh=Q5×15%=1872052kJ

降溫期相關熱量分析主要是散熱，本文不再詳細闡述。

5 相關結論

（1）采用立體庫混凝土預制構件養(yǎng)護，其層狀疊放對節(jié)約生產(chǎn)線空間具有重要的作用，同時單元室養(yǎng)護具有節(jié)能環(huán)保，無污染、智能化、自動化控溫控濕，是市場主流產(chǎn)品，代表技術發(fā)展的方向。

（2）養(yǎng)護過程熱能使用是后續(xù)生產(chǎn)成本的重要組成部分，理論計算對使用者選擇供熱設備的規(guī)格參數(shù)提供重要的依據(jù)。

（3）升溫過程是能耗使用量最大的過程，在整體設計時必須滿足的。

（4）本文詳述具體的養(yǎng)護庫升溫過程熱量計算，給出恒溫過程的經(jīng)驗公式，為行業(yè)養(yǎng)護系統(tǒng)設計開發(fā)提供參考。