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摘要：为了保证铁路客车在高寒环境下供水管路不被冻结，满足乘客及车辆的正常用水需求。高寒环境下运用的铁路客车给水管路均铺设电伴热带，本文通过对铁路客车给水管路伴热带工作原理介绍及伴热系统的热力学计算，验证了铁路车辆给水管路伴热系统设计的适用性及经济性。 关键词：铁路客车；给水管路；伴热系统；适用性
1概述
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铁路客车给水管路均采用电伴热带进行保温，一般常用的方案为水管缠绕电伴热带并且包裹保温管进行保温，1m的水管缠绕1.5伴热带，伴热带为26m/m的自控温电伴热带，保温管为厚10mm的闭孔橡塑海绵，最外层包裹锡箔纸胶带，防止热量通过辐射形式流失。
2自控温电伴热带的工作原理
自控温电伴热带电缆是由导电高分子复合材料（塑料）和两根平行金属导线及绝缘护套构成的扁形带状电缆。其特性是导电高分子复合材料具有正温度系数“PTC”特性，且相互并联，能随被加热体系的温度变化自动调节输出功率，自动限制加热的温度。 “PTC”特性即正温度系数效应，是指材料电阻率随着温度升高而增大，并在一定温度区间电阻率急剧增大的特性。自控温电伴热带优点是：温控电伴热带电缆相应被伴热体系具有自动调节输出功率。低温状态快速启动，温度均匀，每一局部皆可因其被伴热处的温度变化自动调节。安装简便，维护简单，自动化水平高，运行及维护费用低。安全可靠，用途广，不污染环境，寿命长。
温控电伴热带电缆的电热元件，是在两根平行金属母线之间均匀地挤包一层PTC材料制成的芯带。PTC材料经熔融挤出、冷却定型之后，分散其中的碳微粒形成无数纤细的导电炭网络。当它们跨接在两根平行母线上时，就构成芯带的PTC并联回路。电缆一端的两根母线与电源接通时，电流从一根母线横向流过PTC材料层到达另一根母线形成并联回路。PTC层就是连续并联在母线之间的电阻发热体，将电能转化成热能，对操作系统进行伴热
保温。当芯带温度升到相应的高阻区时，电阻增大到几乎阻断电流的程度，芯带的温度将达到高限不再升高（即自动限温）。与此同时，芯带通过护套向温度较低的被加热体系传热，达到稳态时单位时间传递的热量等于电缆的电功率。
3给水管路伴热系统的热力学计算
3.1计算模型的建立
铁路客车常用水管材料为DN32、25、20、15的标准无缝钢管进行供水，水管伴热系统的基本结构模型参见附图1，每单位长度水管缠绕1.5倍长度伴热带。
附图1 ：伴热系统的基本结构模型
3.2管道热量损失计算
从上述管路伴热系统模型可以分析得出管路伴热带产生的热量必须补偿管路散失到环境中的热量，才能维持管路的温度。因此需要计算管路散失到环境中的热量，计算过程如下：
根据GB/T 8175-2008《设备及管道绝热设计导则》中5.2.2给出的圆筒面的计算公式计算单位长度管路的散热损失。
Q=
其中：
Q保温管路单位长度散热损失，W/m；
T1管路中流体所需维持的温度，K；
T2保温管路所处的环境温度，K；
λ保温管导热系数，W/(m·K)；
D0保温层外径，m；
Di保温层内径，m；
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α保温层外表面与大气层的换热系数，W/(m2·K)；
表1：不同规格供水管路单位长度热量损失数值
保温管路规格 | DN32 | DN25 | DN20 | DN15 |
D0(m) | 0.064 | 0.054 | 0.047 | 0.042 |
Di(m) | 0.044 | 0.034 | 0.027 | 变电站模型0.022 |
Q(W/m)（T1=0℃） | 20.627 | 16.838 | 14.163 51ra | 12.233 |
Q(W/m)（T1=4℃） | 22.460 | 18.335 | 15.422 | 13.320 |
Q(W/m)（T1=10℃） | 25.210 | 20.580 | 17.311 | 14.951 |
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注：中国铁路客车最低运行环境温度T2一般取－45℃；经查阅厂商福乐斯保温管材导热系数（0℃左右）λ=0.034W/(m·K)；在经济厚度及热损失计算中，管道的保温结构外表面放热系数αmiankongqu一般取为11.63W/(m2·K)。
3.3自控温电伴热带的选型
根据设计选型电伴热带选用瑞侃8BTV2-CT型伴热带，其功率参数为26W/m（10℃时发热量），最高维持温度65℃，最高暴露温度85℃，自控系数为0.45(W/m)/℃（10℃至40℃之间）。通过管道热量损失计算结果得知管道的散热损失随管径的增加而逐渐增大，以下将通过对DN32及DN15的伴热管路散热量及伴热带补偿功率进行计算与比较。
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