Расчет толщины изоляции трубопроводов: формулы

Расчет толщины тепловой изоляции

В конструкциях теплоизоляции оборудования и трубопроводов с температурой содержащихся в них веществ в диапазоне от 20°С до 300°С для всех способов прокладки, кроме бесканальной, следует применять теплоизоляционные материалы и изделия с плотностью не более 200 кг/м 3 и коэффициентом теплопроводности в сухом состоянии не более 0,06 Вт/(м·К).

Для теплоизоляционного слоя трубопроводов при бесканальной прокладке следует применять материалы с плотностью не более 400 кг/м 3 и коэффициентом теплопроводности не более 0,07 Вт/(м · К).

При бесканальной прокладке тепловых сетей следует преимущественно применять предварительно изолированные в заводских условиях трубы с изоляцией из пенополиуретана в полиэтиленовой оболочке или армопенобетона с учетом допустимой температуры применения материалов и температурного графика работы тепловых сетей. Трубопроводы с изоляцией из пенополиуретана в полиэтиленовой оболочке должны быть снабжены системой дистанционного контроля влажности изоляции.

Расчет толщины тепловой изоляции трубопроводов dк по нормированной плотности теплового потока выполняют по формуле

где d – наружный диаметр трубопровода, м;

В – отношение наружного диаметра изоляционного слоя к диаметру трубопровода d. ( );

Величину В определяют по формуле:

где е – основание натурального логарифма;

lк – коэффициент теплопроводности теплоизоляционного слоя, Вт/(м ·°С);

Rк – термическое сопротивление слоя изоляции, м ·°С/Вт, величину которого определяют из следующего выражения

где – суммарное термическое сопротивление слоя изоляции и других дополнительных термических сопротивлений на пути теплового потока определяемое по формуле

где – нормированная линейная плотность теплового потока, Вт/м;

– средняя за период эксплуатации температура теплоносителя;

– среднегодовая температура окружающей среды;

При подземной прокладке – среднегодовая температура грунта, которая для большинства городов находится в пределах от +1 до +5 .

При прокладке в тоннелях, в помещениях, в неотапливаемых техподопольях,

при надземной прокладке на открытом воздухе – средняя за период эксплуатации температура окружающего воздуха, которая принимается:

при прокладке в тоннелях = 40 ; при прокладке в помещениях = 20 ;

в неотапливаемых техподопольях = 5 ; при надземной прокладке на открытом воздухе – средняя за период эксплуатации температура окружающего воздуха;

Виды дополнительных термических сопротивлений зависят от способа прокладки тепловых сетей.

При надземной прокладке, а также прокладке в тоннелях и техподпольях

При подземной канальной прокладке

При подземной бесканальной прокладке

где – термическое сопротивление поверхности изоляционного слоя, м·°С /Вт, определяемое по формуле

где – коэффициент теплоотдачи с поверхности тепловой изоляции в окружающий воздух, Вт/(м² ·°С) который принимается:

при прокладке в каналах = 8 Вт/(м² ·°С);

при прокладке в техподпольях, закрытых помещениях и на открытом воздухе по табл. 5.1;

d – наружный диаметр трубопровода, м;

Таблица 5.1 Значения коэффициента теплоотдачи a, Вт/(м 2 ×°С)

Изолированный объектВ закрытом помещенииНа открытом воздухе при скорости ветра 3 , м/с
Покрытия с малым коэффициентом излучения 1Покрытия с высоким коэффициентом излучения 2
Горизонтальные трубопроводы
1 К ним относятся кожухи из оцинкованной стали, листов алюминиевых сплавов и алюминия с оксидной пленкой.
2 К ним относятся штукатурки, асбестоцементные покрытия, стеклопластики, различные окраски (кроме краски с алюминиевой пудрой).
3 При отсутствии сведений о скорости ветра принимают значения, соответствующие скорости 10 м/с.

– термическое сопротивление поверхности канала, определяемое по формуле

Читайте также:
Синяя плитка: керамическая настенная темно-синяя плитка с рисунком в современном дизайне

где – коэффициент теплоотдачи от воздуха к внутренней поверхности канала; = 8 Вт/(м² ·°С);

– внутренний эквивалентный диаметр канала, м, определяемый по формуле

где F – внутреннее сечение канала, м 2 ;

P – периметр сторон по внутренним размерам, м;

– термическое сопротивление стенки канала определяемое по формуле

где – теплопроводность стенки канала; для железобетона

– наружный эквивалентный диаметр канала, определяемый по наружным размерам канала, м;

– термическое сопротивление грунта определяемое по формуле

где – теплопроводность грунта, зависящая от его структуры и влажности. При отсутствии данных его значение можно принимать для влажных грунтов = 2-2.5 Вт/(м·°С), для сухих грунтов

h – глубина заложения оси теплопровода от поверхности земли, м;

– добавочное термическое сопротивление, учитывающее взаимное влияние труб при бесканальной прокладке, величину которого определяют по формулам:

· для подающего трубопровода

· для обратного трубопровода

где h – глубина заложения осей трубопроводов, м;

b – расстояние между осями трубопроводов, м, принимаемое в зависимости от их диаметров условного прохода по табл. 5.2

Таблица 5.2 Расстояние между осями трубопроводов.

dу, мм50-80125-150
b, мм

, – коэффициенты, учитывающие взаимное влияние температурных полей соседних теплопроводов, определяемые по формулам:

где , – нормированные линейные плотности тепловых потоков соответственно для подающего и обратного трубопроводов, Вт/м.

Расчетную толщину теплоизоляционного слоя в конструкциях тепловой изоляции на основе волокнистых материалов и изделий (матов, плит, холстов) следует округлять до значений, кратных 10 мм.

В конструкциях на основе минераловатных цилиндров, жестких ячеистых материалов, материалов из вспененного синтетического каучука, пенополиэтилена и пенопластов следует принимать ближайшую к расчетной толщину изделий по нормативным документам на соответствующие материалы.

Допускается принимать ближайшую более низкую толщину теплоизоляционного слоя в случаях расчета по температуре на поверхности изоляции и нормам плотности теплового потока, если разница между расчетной и номенклатурной толщиной не превышает 3 мм.

Предельная толщина теплоизоляционного слоя в конструкциях тепловой изоляции оборудования и трубопроводов приведена в таблице 5.3.

Таблица 5.3 Предельные толщины теплоизоляционных конструкций для оборудовании и трубопроводов.

Наружный диаметр, ммСпособ прокладки трубопровода
НадземныйВ тоннелеВ непроходном канале
Предельная толщина теплоизоляционного слоя, мм, при температуре, °С
20 и более20 и болеедо 150 вкл.
1020 и более

В случае если расчетная толщина изоляции больше предельной, следует принимать более эффективный теплоизоляционный материал и ограничиться предельной толщиной тепловой изоляции, если это допустимо по условиям технологического процесса.

Минимальную толщину теплоизоляционного слоя следует принимать:

– при изоляции цилиндрами из волокнистых материалов – равной минимальной толщине, предусматриваемой государственными стандартами или техническими условиями;

– при изоляции тканями, полотном стекловолокнистым, шнурами – 20 мм.

– при изоляции изделиями из волокнистых уплотняющихся материалов – 20 мм;

– при изоляции жесткими материалами, изделиями из вспененных полимеров – равной минимальной толщине, предусматриваемой государственными стандартами или техническими условиями.

Список литературы:

1. Беляйкина И.В. Водяные тепловые сети: Справочное пособие по проектированию – М.: Энергоатомиздат, 1988. – 376 с.

2. Соколов Е.Я. Теплофикация и тепловые сети. – М.: МЭИ, 2001. – 472 с.

Читайте также:
Перила бетонной лестницы: виды, материалы и установка

3. Ионин А.А. Теплоснабжение. – М.: Стройиздат, 1982. – 336 с.

4. Тихомиров А.К. Теплоснабжение района города. – Хабаровск: ТГТУ, 2006. – 126 с

Расчет толщины теплоизоляции трубопроводов

С целью обеспечения оптимальной транспортировки по трубопроводам различных сред цилиндрические конструкции принято изолировать. Нормативными документами установлены определенные требования к толщине теплоизоляции.

Процесс вычисления толщины теплоизоляционного слоя трубопроводов является сложным и трудоемким. Наиболее распространенной методикой является определение данного параметра по нормируемым показателям теплопотерь. Величины потерь установлены СНиПом и зависят от способов прокладки трубопроводов разного диаметра:

  • открыто на улице;
  • открыто в помещении;
  • бесканальным путем;
  • в непроходных каналах.

Суть расчета сводится к подбору такой толщины теплоизоляционного материала, чтобы значение фактических теплопотерь не превышало установленных в СНиПе показателей.

Вычисление толщины однослойной изоляции конструкции

Главная формула для расчета изоляции трубопровода представлена в следующем виде:

  • λ — коэффициент теплопроводности изоляции (справочный);
  • К — коэффициент дополнительных теплопотерь через крепления или опоры;
  • tT — температура транспортируемой среды (среднегодовая);
  • to — температура наружного воздуха (среднегодовая);
  • qL — величина теплового потока;
  • RH — сопротивление теплопередаче на наружной поверхности утеплителя (табличное значение).

Значение показателя В определяется отдельно:

  • δ — толщина изоляционной конструкции;
  • dиз — наружный диаметр трубопровода;
  • dтр — наружный диаметр изолируемой трубы.

Параметр ln находят по таблице логарифмов. В итоге толщина изоляции должна быть такой, при которой будет соблюдено условие тождественности левой и правой частей уравнения.

Вычисление толщины многослойной теплоизоляции

В случае перемещения по трубопроводу теплоносителя с высокой температурой (500-600 ℃) поверхность объекта изолируется двумя слоями из разных материалов. Один из слоев выступает в качестве ограждения горячей поверхности от второго, который, в свою очередь, служит для защиты трубопровода от низкой температуры воздуха снаружи. При этом важно, чтобы температура на границе слоев t1,2 была допустимой для материала наружного слоя изоляции.

Чтобы рассчитать толщину теплоизоляции первого слоя, используется уже знакомая нам формула:

Для определения толщины второго слоя вместо значения температуры поверхности трубопровода tT принимают температуру на границе двух изоляционных слоев t1,2.

Если диаметр трубопровода меньше 2 м, формула имеет следующий вид:

Довольно громоздкие расчеты толщины теплоизоляции трудно вести вручную. Поэтому с целью упрощения процесса и быстрого получения результата алгоритм рекомендуется внести в программу Microsoft Excel.

Расчет изоляции трубопроводов по заданной величине снижения температуры теплоносителя

В отдельных случаях требуется, чтобы теплоноситель был доставлен по трубопроводу в конечный пункт назначения с определенной температурой. Согласно этому условию и должен быть выполнен расчет толщины теплоизоляции.

Сначала находится полное тепловое сопротивление изоляции RП :

  • К — коэффициент дополнительных теплопотерь через крепления или опоры;
  • tт.нач — начальная температура теплоносителя;
  • tо — температура окружающей среды;
  • tт.нач — конечная температура теплоносителя;
  • l — длина трубопровода;
  • G — расход теплоносителя;
  • C — удельная теплоемкость транспортируемой среды.

Далее значение толщины теплоизоляции рассчитывается по знакомой формуле:

Расчет изоляции трубопроводов по заданной температуре поверхности утепляющего слоя

На многих промышленных предприятиях трубопроводы проложены внутри рабочих помещений, в которых находятся люди. В этой связи правила охраны труда диктуют повышенные требования к температуре труб. Вычисление толщины теплоизоляционного слоя для труб диаметром более 2 м по заданной температуре поверхности утеплителя выполняется по формуле:

  • α — коэффициент теплоотдачи (справочный);
  • tП — нормируемая температура поверхности утеплителя;
  • остальные параметры — из предыдущих формул.
Читайте также:
Распашной двухстворчатый шкаф в дизайне интерьера

Несмотря на то, что данная методика имеют незначительную погрешность, она применяется в настоящее время для вычисления показателей изолирующего слоя. Для получения более точных расчетов лучше воспользоваться специализированным программным обеспечением.

Расчет толщины изоляции трубопроводов: формулы

СВОД ПРАВИЛ ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ И СТРОИТЕЛЬСТВУ

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТЕПЛОВОЙ ИЗОЛЯЦИИ ОБОРУДОВАНИЯ И ТРУБОПРОВОДОВ

Designing of thermal insulation of equipment and pipe lines

1 РАЗРАБОТАН ГУП НИИмосстрой при участии Государственного предприятия – Центр методологии нормирования и стандартизации в строительстве (ГП ЦНС) и группы специалистов

2 ОДОБРЕН И РЕКОМЕНДОВАН к применению в качестве нормативного документа Системы нормативных документов в строительстве постановлением Госстроя России от 16.08.2000 г. N 81

ОДОБРЕН для применения в странах СНГ протоколом N 16 от 02.12.99 г. Межгосударственной научно-технической комиссии по стандартизации, техническому нормированию и сертификации в строительстве (МНТКС)

ВВЕДЕНИЕ

Настоящий Свод правил содержит указания по проектированию тепловой изоляции наружной поверхности оборудования и трубопроводов, выполнение которых обеспечит соблюдение обязательных требований к теплозащите тепловых сетей, технологических трубопроводов при строительстве, капитальном ремонте и эксплуатации теплоизоляционной конструкции, установленных действующим СНиП 2.04.14-88* “Тепловая изоляция оборудования трубопроводов”.

Решение вопроса о применении данного документа при проектировании и строительстве конкретных зданий и сооружений относится к компетенции проектной или строительной организации. В случае если принято решение о применении настоящего документа, все установленные в нем правила являются обязательными. Частичное использование требований и правил, приведенных в настоящем документе, не допускается.

В данный Свод правил включены методы расчета тепловой изоляции оборудования, технологических трубопроводов и трубопроводов надземных и подземных тепловых сетей, приведены таблицы толщины изоляции, составленные с ориентацией на применение высокоэффективных утеплителей на основе новых норм плотности теплового потока через изолированную поверхность оборудования и трубопроводов, введенных постановлением Госстроя России от 31.12.97 г. N 18-80.

В разработке Свода правил принимали участие: В.Г.Петров-Денисов (руководитель работы), Б.М.Шойхет, Л.В.Ставрицкая, Ю.В.Матвеев (АО “Теплопроект”), А.В.Сладков (НИИмосстрой), В.А.Глухарев (Госстрой России), Л.С.Васильева (ГП ЦНС).

1 ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

Настоящий Свод правил следует применять при проектировании и монтаже тепловой изоляции наружной поверхности оборудования и трубопроводов с температурой содержащихся в них веществ от 50 до 600 °С и расположенных в зданиях, сооружениях и на открытом воздухе, а также трубопроводов тепловых сетей при надземной прокладке и подземной, выполненной в каналах и бесканально.

2 РАСЧЕТ ТЕПЛОВОЙ ИЗОЛЯЦИИ ПРОМЫШЛЕННОГО ОБОРУДОВАНИЯ, ТРУБОПРОВОДОВ И ТЕПЛОВЫХ СЕТЕЙ

2.1 Основные расчетные зависимости для определения теплозащитных свойств теплоизоляционных конструкций

Для теплового расчета изоляции используются уравнения стационарной теплопередачи через плоские и криволинейные поверхности.

Теплопередача плоской теплоизоляционной конструкции рассчитывается по формулам:

состоящей из слоев изоляции

где – поверхностная плотность теплового потока через плоскую теплоизоляционную конструкцию, Вт/м;

– температура среды внутри изолируемого оборудования, °С;

– температура окружающей среды, °С;

– термическое сопротивление теплоотдаче на внутренней поверхности стенки изолируемого объекта, м·°С/Вт;

– то же, на наружной поверхности теплоизоляции, м·°С/Вт;

– термическое сопротивление кондуктивному переносу теплоты стенки изолируемого объекта, м·°С/Вт;

Читайте также:
Обустройство лоджии : как обустроить 6, 3 кв. м. своими руками

– то же, плоского слоя изоляции, м·°С/Вт;

– полное термическое сопротивление кондуктивному переносу теплоты -слойной плоской изоляции;

– термическое сопротивление -го слоя, м·°С/Вт;

– линейная плотность теплового потока через цилиндрическую теплоизоляционную конструкцию, Вт/м;

– линейное термическое сопротивление теплоотдаче внутренней стенки изолируемого объекта, м·°С/Вт;

– то же, наружной изоляции м·°С/Вт;

– линейное термическое сопротивление кондуктивному переносу теплоты цилиндрической стенки изолируемого объекта, м·°С/Вт;

– то же, цилиндрического слоя изоляции, м·°С/Вт;

– полное линейное термическое сопротивление кондуктивному переносу теплоты -слойной цилиндрической изоляции;

– линейное термическое сопротивление -го слоя, м·°С/Вт;

В уравнениях (1)-(4) термические сопротивления теплоотдаче и кондуктивному переносу теплоты определяются по формулам:

где , – коэффициенты теплоотдачи внутренней поверхности стенки изолируемого объекта и наружной поверхности изоляции, Вт/(м·°С);

, , – коэффициенты теплопроводности соответственно материала стенки изолируемого объекта однослойной изоляции, изоляции -го слоя -слойной изоляции, Вт/(м·°С);

, , – толщина соответственно стенки изолируемого объекта, однослойной изоляции -го слоя -слойной изоляции, м;

, – внутренний и наружный диаметры стенки изолируемого объекта, м;

– наружный диаметр изоляции, м;

, – наружный и внутренний диаметры -го слоя -слойной изоляции, м.

Распределение температур в многослойной изоляции рассчитывается по формулам:

температуры на внутренней и наружной поверхностях стенки изолируемого объекта плоской формы:

температура на наружной поверхности первого слоя изоляции, на границе 1-го и 2-го слоев

и далее, начиная со 2-го слоя, на границах ()-го и -го слоев

температура на наружной поверхности -слоя -слойной стенки:

Для цилиндрических многослойных изоляционных конструкций структура формул для расчета распределения температур имеет вид:

Значения поверхностной и линейной плотности тепловых потоков, входящих в формулы (8)-(15), определяются по (1)-(3), а термические сопротивления – по (5)-(7).

Расчет толщины тепловой изоляции трубопроводов

и коэффициентом теплопроводности в сухом состоянии не более 0,06

Для теплоизоляционного слоя трубопроводов при бесканальной

прокладке следует применять материалы с плотностью не более 400 кг/м 3 и коэффициентом теплопроводности не более 0,07 Вт/(м · К).

Расчет толщины тепловой изоляции трубопроводов δk , м по нормированной плотности теплового потока выполняют по формуле:

где – наружный диаметр трубопровода, м;

отношение наружного диаметра изоляционного слоя к диаметру трубопровода .

Величину определяют по формуле:

основание натурального логарифма;

теплопроводность теплоизоляционного слоя Вт/(м· o С) определяемый по приложению 14.

Rк– термическое сопротивление слоя изоляции, м·°С/Вт, величину которого определяют при подземной канальной прокладке трубопровода по формуле:

где суммарное термическое сопротивление слоя изоляции и других дополнительных термических сопротивлений на пути теплового

потока, м·°С/Вт определяемое по формуле:

где средняя за период эксплуатации температура теплоносителя, о С. В соответствии с [6] её следует принимать при различных температурных режимах по таблице 6:

Таблица 6 – Температура теплоносителя при различных режимах

Температурные режимы водяных тепловых сетей, o C

Расчетная температура теплоносителя, o C

среднегодовая температура грунта, для различных городов указана в [ 9, c 360 ]

нормированная линейная плотность теплового потока, Вт/м (принимается по приложению15);

коэффициент, принимаемый по приложению 16;

коэффициент взаимного влияния температурных полей соседних трубопроводов;

термическое сопротивление поверхности теплоизоляционного слоя, м· o С /Вт, определяемое по формуле:

Читайте также:
Песчаная подготовка под фундамент СНИП

где коэффициент теплоотдачи с поверхности тепловой изоляции в

окружающий воздух, Вт/(м. · °С) который, согласно [6], принимается при прокладке в каналах , Вт/(м · °С);

d – наружный диаметр трубопровода, м;

термическое сопротивление внутренней поверхности канала, м· o С/Вт,определяемое по формуле:

где коэффициент теплоотдачи от воздуха к внутренней поверхности канала, αe = 8 Вт/(м. · °С);

внутренний эквивалентный диаметр канала, м, определяемый

периметр сторон по внутренним размерам канала, м; (размеры каналов приведены в приложении 17)

внутреннее сечение канала, м 2 ;

термическое сопротивление стенки канала, м· o С/Вт определяемое по формуле:

где теплопроводность стенки канала, для железобетона

наружный эквивалентный диаметр канала, определяемый по наружным размерам канала, м;

термическое сопротивление грунта,м· o С/Вт определяемое по формуле:

где коэффициент теплопроводности грунта, зависящий от его

структуры и влажности. При отсутствии данных значение можно принимать для влажных грунтов 2,0–2,5 Вт/(м · °С), для сухих грунтов 1,0–1,5 Вт/(м · °С);

глубина заложения оси теплопровода от поверхности земли, м.

Расчетную толщину теплоизоляционного слоя в конструкциях тепловой изоляции на основе волокнистых материалов и изделий (матов, плит, холстов) следует округлять до значений, кратных 10 мм. В конструкциях на основе минераловатных полуцилиндров, жестких ячеистых материалов, материалов из вспененного синтетического каучука, пенополиэтилена и пенопластов следует принимать ближайшую к расчетной толщину изделий по нормативным документам на соответствующие материалы.

Если расчетная толщина теплоизоляционного слоя не совпадает с номенклатурной толщиной выбранного материала, следует принимать по

действующей номенклатуре ближайшую более высокую толщину

теплоизоляционного материала. Допускается принимать ближайшую более низкую толщину теплоизоляционного слоя в случаях расчета по температуре на поверхности изоляции и нормам плотности теплового потока, если разница между расчетной и номенклатурной толщиной не превышает 3 мм.

ПРИМЕР 8. Определить толщину тепловой изоляции по нормируемой плотности теплового потока для двухтрубной тепловой сети с dн = 325 мм, проложенной в канале типа КЛ 120×60. Глубина заложения канала hк=0,8 м,

Среднегодовая температура грунта на глубине заложения оси трубопроводов tгр= 5,5 o C, теплопроводность грунта λгр=2,0 Вт/(м· o C), тепловая изоляция – маты теплоизоляционные из минеральной ваты на синтетическом связующем. Температурный режим тепловой сети 150-70 o C.

По формуле (51) определим внутренний и наружный эквивалентный диаметр канала по внутренним и наружным размерам его поперечного сечения:

Определим по формуле (50) термическое сопротивление внутренней поверхности канала

По формуле (52) рассчитаем термическое сопротивление стенки канала:

По формуле (49) определим термическое сопротивление грунта:

Приняв температуру поверхности теплоизоляции , (приложение) определим средние температуры теплоизоляционных слоев подающего и обратного трубопроводов:

Используя приложение, определим также коэффициенты теплопроводности тепловой изоляции (матов теплоизоляционных из минеральной ваты на синтетическом связующем):

По формуле (49) определим термическое сопротивление поверхности теплоизоляционного слоя

По формуле (48) определим суммарные термические сопротивления для подающего и обратного трубопроводов:

Определим коэффициенты взаимного влияния температурных полей подающего и обратного трубопроводов:

Определим требуемые термические сопротивления слоёв для подающего и обратного трубопроводов по формуле (47):

x

x= 1,192

x

x= 1,368

Величину B для подающего и обратного трубопроводов определим по формуле (46):

Определим толщину тепловой изоляции для подающего и обратного трубопроводов по формуле (45):

Читайте также:
Ремонтируем канализацию в частном доме самостоятельно

Принимаем толщину основного слоя изоляции для подающего и обратного трубопроводов одинаковой и равной 100 мм.

Министерство образования и науки РФ высшего профессионального образования Российский государственный профессионально-педагогический университет Институт электроэнергетики и информатики Кафедра автоматизированных систем электроснабжения

Расчет теплоизоляции трубопроводов. Инженерный расчет при помощи формул. Варианты изоляции трубопровода

Те, кому пришлось однажды столкнуться с промерзанием труб, знают, что это за напасть. И на всю оставшуюся жизнь запомнили важное правило – необходимо заранее утеплять водопроводные системы! Конечно же, учиться лучше на чужих ошибках.

Именно поэтому в нашей статье мы рассмотрим такой вопрос, как правильный расчет теплоизоляции трубопроводов.

Работы по сооружению и утеплению трубопровода

Работы по сооружению и утеплению трубопровода

Способы расчета

Для того чтобы определиться с выбором подходящего утеплителя, необходимо рассчитать оптимальную толщину и плотность материала для конкретного случая. Такой расчет позволяет не только уменьшить потери тепла, но и снизить саму температуру труб, с целью их безопасного использования.

Какие факторы нужно учитывать при расчете?

  • Температуру утепляемой поверхности;
  • Температурные перепады окружающей среды;
  • Наличие механических воздействий (например, вибрации и т.д.);
  • Допустимые нагрузки на трубы;
  • Нагрузки от вышележащего грунта и транспортных средств;
  • Коэффициент теплопроводности, которой обладает выбранный утеплитель;
  • Стойкость изолирующего материала к деформации.

Изоляция трубопровода минеральной ватой

Изоляция трубопровода минеральной ватой

Важно!
В СНиП 41-03-2003 четко прописано, какими должны быть характеристики утеплительных материалов для различных типов трубопроводов и условий эксплуатации.
К примеру, для утепляемых труб температурой ниже 12º C , по требованиям СНиП, в теплоизоляции должно предусматриваться наличие пароизоляционного слоя.

Сейчас мы рассмотрим расчет теплоизоляции трубопровода – два проверенных способа, каждый из которых по-своему удобен и надежен.

Инженерный расчет при помощи формул

Оптимальную толщину слоя утеплителя находят путем технико-экономического расчета: толщина материала определяется исходя из его сопротивления температурам – не менее 0,86 (ºC м²/Вт) для труб с диаметром меньше или равным 25 мм, и 1,22 (ºC м²/Вт) для труб с диаметром больше 25 мм.

Приведенная ниже информация будет полезна при проведении инженерных расчетов теплоизоляции для различных трубопроводов. В качестве примера мы рассчитаем необходимую толщину утеплителя для выпускного коллектора высокофорсированного дизеля.

Полное температурное сопротивление утеплительной конструкции для цилиндрической трубы находится по следующей формуле:

Формула нахождения температурного сопротивления утеплителя

Формула нахождения температурного сопротивления утеплителя

  • dиз – наружный диаметр утеплителя для трубы;
  • dн – наружный диаметр трубы;
  • из – коэффициент теплопроводности утеплительного материала;
  • в – коэффициент теплоотдачи от утеплителя к воздуху.

Линейная плотность потока тепла:

Нахождение линейной плотности теплового потока

Нахождение линейной плотности теплового потока

  • tн – температура наружной стенки трубы;
  • tиз – температура поверхности утеплительного слоя.

Температура внутренней стенки утеплителя трубы:

Нахождение температуры внутренней стенки утеплителя трубопровода

Нахождение температуры внутренней стенки утеплителя трубопровода

  • dв – внутренний диаметр трубы;
  • г – коэффициент отдачи тепла от газа к стенке;
  • т – коэффициент теплопроводности материала, из которого сделана труба.

Формула нахождения теплового баланса:

Нахождение теплового баланса

Нахождение теплового баланса

С ее помощью определяется необходимый наружный диаметр утеплителя для трубы (dиз). Затем вычисляется расчет толщины теплоизоляции трубопроводов по формуле:

Нахождение толщины утеплителя

Пример расчета: поставлена задача – рассчитать теплоизоляцию для трубопровода высокофорсированного дизеля.

Читайте также:
Самые эффективные способы расщепления жира в выгребной яме

Имеются следующие значения:

  • наружный диаметр трубопровода – 0,6 м;
  • его внутренний диаметр – 0,594 м;
  • температура наружной стенки трубопровода – 725 K;
  • температура наружной поверхности утеплителя – 333 K;
  • коэффициент теплопроводности утеплителя – 0,11 Вт/(м K).

Подставив все значения в формулы, данные выше, мы получаем необходимую толщину утеплителя для трубопровода – не менее 0,1 м.

Совет!
Если вы считаете, что у вас не получится правильно воспользоваться вышеприведенными формулами, то обратитесь за помощью к инженерам.
Они произведут профессиональный расчет, что позволит вам быть уверенным – теплоизоляция получится действительно качественной.
Цена на услуги специалиста вполне приемлема и доступна каждому.

Если вы все же решили самостоятельно проделать всю работу, то помните, расчет толщины утеплителя для трубопровода должен осуществляться под конкретные условия – от утеплительного материала, до сезонных температурных перепадов на улице и влажности воздуха. Кстати, влажность значительно ускоряет теплообмен и снижает эффективность некоторых утеплителей (например, минеральной ваты).

Онлайн калькулятор – незаменимый помощник в расчетах теплоизоляции

Помимо услуг квалифицированного инженера есть вариант воспользоваться онлайн помощником. Калькулятор расчета теплоизоляции трубопроводов абсолютно бесплатная программа, не требующая инсталляции и какой-либо оплаты. С ее помощью можно своими руками, да к тому же за считанные минуты произвести точное вычисление.

Вот, собственно, так выглядит онлайн помощник

Вот, собственно, так выглядит онлайн помощник

Пользоваться калькулятором достаточно просто.

Сначала предлагается выбрать одну из четырех задач:

  • утепление трубопровода с целью обеспечить заданную температуру на поверхности изоляции;
  • утепление трубопровода с целью предотвратить замерзание содержащейся в нем жидкости;
  • утепление трубопровода с целью предотвратить конденсацию влаги на поверхности изоляции;
  • утепление трубопровода водяной тепловой сети двухтрубной подземной канальной прокладки.

Далее вам будет предложено ввести некоторые данные, необходимые для расчета:

  • утеплительный материал (в предложенном списке вы непременно найдете тот утеплитель, который предпочли);
  • наружный диаметр трубопровода (мм);
  • температура утепляемой поверхности (ºC);
  • сколько времени проходит до замерзания воды в состоянии инерции;
  • наличие защитного покрытия (металлическое или же неметаллическое);
  • средняя температура теплоносителя (воды и т.д.).

Вводим все необходимые параметры

Вводим все необходимые параметры

Теперь останется лишь нажать кнопку «рассчитать» и получить максимально точный результат.

Примерно в такой форме будет выдан результат

Примерно в такой форме будет выдан результат

Выбираем утеплитель

Главная причина замерзания трубопроводов – недостаточная скорость циркуляции энергоносителя. В таком случае, при минусовой температуре воздуха может начаться процесс кристаллизации жидкости. Так что качественная теплоизоляция труб – жизненно необходима.

Внимание!
Особенно это касается тех трубопроводов, которые работают непостоянно (например, водяная система отопления на даче).
Поэтому, дабы не пришлось размораживать и восстанавливать систему, нужно заранее позаботиться о ее тепловой изоляции.

Благо нашему поколению несказанно повезло. В недалеком прошлом утепление трубопроводов производилось по одной лишь технологии, так как утеплитель был один – стекловата. Современные производители теплоизоляционных материалов предлагаю просто широчайший выбор утеплителей для труб, отличающихся по составу, характеристикам и способу применения.

Сравнивать их между собой не совсем правильно, а уж тем более утверждать, что один из них является самым лучшим. Поэтому давайте просто рассмотрим виды изоляционных материалов для труб.

По сфере применения:

  • для трубопроводов холодного и горячего водоснабжения, паропроводов систем центрального отопления, различных технических оборудований;
  • для канализационных систем и систем водоотвода;
  • для труб вентиляционных систем и морозильного оборудования.
Читайте также:
Рейтинг лучших кухонных комбайнов для дома

По внешнему виду, который, в принципе, сразу же объясняет и технологию применения утеплителей:

  • рулонные;
  • листовые;
  • кожуховые;
  • заливочные;
  • комбинированные (это скорее уже относится к способу изоляции трубопровода).

Основные требования к материалам, из которых изготавливаются утеплители для труб – это низкая теплопроводность и хорошая устойчивость к огню.

Под эти важные критерии подходят следующие материалы:

  • Минеральная вата. Чаще всего продается в виде рулонов. Подходит для утепления трубопроводов с теплоносителем высокой температуры.
    Однако если использовать минвату для изоляции труб в больших объемах, то такой вариант окажется не очень-то выгодным с точки зрения экономии.
    Тепловая изоляция с помощью минваты производится методом намотки, с последующим ее закреплением синтетической бечевкой или нержавеющей проволокой.

На фото трубопровод, утепленный минватой

На фото трубопровод, утепленный минватой

Обратите внимание!
Данный вид утеплителя дополнительно необходимо покрывать слоем гидроизолирующего материала.

  • Пенополистирол. В народе его прозвали «скорлупой». Такой утеплитель удачно сочетает в себе качество, все необходимые свойства и удобство при монтаже.
    Пожаростойкость, низкая теплопроводность и низкое влагопоглощение делают пенополистирол незаменимым материалом для изоляции труб водоснабжения и отопления.

Пенополистироловые «скорлупы»

Пеноизол в деле

Пеноизол в деле

Внимание!
Стоит заметить, что пеноизол – далеко не дешевый материал для утепления трубопроводов.

  • Вспененный полиэтилен. Довольно-таки распространенный утеплитель, который чаще всего можно встретить на водопроводных линиях. Примечателен он легкостью монтажа: отрезали полосу необходимой длины, обмотали трубу, закрепили скотчем.
    Более того, сегодня вспененный полиэтилен производят в виде разрезанных по одной стороне труб – нужно будет лишь надеть его и все.

Вспененный полиэтилен

  • Фольгированный пенофол. Самая последняя разработка в сфере утеплительных материалов, но уже завоевавшая своих поклонников среди российских граждан. Пенофол состоит из полированной алюминиевой фольги и слоя вспененного полиэтилена.

Фольгированный пенофол

Такая двухслойная конструкция не просто сохраняет тепло, а даже является неким обогревателем! Как известно, фольга обладает теплоотражающими свойствами, что позволяет накапливать и отражать тепло к изолируемой поверхности (в нашем случае это трубопровод).

Кроме того, фольгированный пенофол экологичен, слабогорюч, устойчив к температурным перепадам и повышенной влажности.

К сведенью!
Если у вас в планах провести теплоизоляцию трубопровода, то знайте – для всех видов утеплителей (кроме пеноизола) вам потребуется всего лишь гидроизолирующий слой и скотч.

Как вы сами видите, материалов предостаточно! Выбирать, чем утеплять трубы, есть из чего. Но при выборе не забывайте учитывать особенности окружающей среды, характеристики утеплителя и его простоту монтажа. Ну и не помешало бы произвести расчет теплоизоляции труб, дабы сделать все грамотно и надежно.

Варианты изоляции трубопровода

Напоследок рассмотрим три эффективных способа теплоизоляции трубопроводов.

Возможно, какой-то из них вам приглянется:

  1. Утепление с применением обогревающего кабеля. Помимо традиционных методов изоляции, есть и такой альтернативный способ. Использование кабеля весьма удобно и продуктивно, если учитывать, что защищать трубопровод от замерзания нужно всего лишь полгода.
    В случае обогрева труб кабелем происходит значительная экономия сил и денежных средств, которые пришлось бы потратить на земельные работы, утеплительный материал и прочие моменты. Инструкция по эксплуатации допускает нахождение кабеля как снаружи труб, так и внутри них.
Читайте также:
Мраморная крошка для стен: особенности использования

Дополнительная теплоизоляция греющим кабелем

Дополнительная теплоизоляция греющим кабелем

  1. Утепление воздухом. Ошибка современных систем теплоизоляции заключается вот в чем: зачастую не учитывается то, что промерзание грунта происходит по принципу «сверху вниз».
    Навстречу же процессу промерзания стремится поток тепла, исходящий из глубины земли. Но так как утепление производят со всех сторон трубопровода, получается, также изолирую его и от восходящего тепла.
    Поэтому рациональнее монтировать утеплитель в виде зонтика над трубами. В таком случае воздушная прослойка будет являться своеобразным теплоаккумулятором.
  2. «Труба в трубе». Здесь в трубах из полипропилена прокладываются еще одни трубы. Какие преимущества есть у этого способа? В первую очередь к плюсам относится то, что трубопровод можно будет отогреть в любом случае.
    Кроме того, возможен обогрев при помощи устройства по всасыванию теплого воздуха. А в аварийных ситуациях можно быстро протянуть аварийный шланг, тем самым предотвратив все отрицательные моменты.

Изоляция по принципу «труба в трубе»

Изоляция по принципу «труба в трубе»

Вывод

Вот мы и обговорили все самые важные моменты касательно утепления трубопроводов. Вне зависимости от того, какой материал и способ вы выберете для этой цели – перед тем как приступать к монтажу теплоизоляции, желательно рассчитать количество необходимого утеплителя и его стоимость.

Так в дальнейшем вы сэкономите силы и финансовые затраты. Удачи всем строителям своего теплого настоящего и будущего! В представленном видео в этой статье вы найдете дополнительную информацию по данной теме.

Расчет толщины тепловой изоляции трубопроводов

и коэффициентом теплопроводности в сухом состоянии не более 0,06

Для теплоизоляционного слоя трубопроводов при бесканальной

прокладке следует применять материалы с плотностью не более 400 кг/м 3 и коэффициентом теплопроводности не более 0,07 Вт/(м · К).

Расчет толщины тепловой изоляции трубопроводов δk , м по нормированной плотности теплового потока выполняют по формуле:

где – наружный диаметр трубопровода, м;

отношение наружного диаметра изоляционного слоя к диаметру трубопровода .

Величину определяют по формуле:

основание натурального логарифма;

теплопроводность теплоизоляционного слоя Вт/(м· o С) определяемый по приложению 14.

Rк– термическое сопротивление слоя изоляции, м·°С/Вт, величину которого определяют при подземной канальной прокладке трубопровода по формуле:

где суммарное термическое сопротивление слоя изоляции и других дополнительных термических сопротивлений на пути теплового

потока, м·°С/Вт определяемое по формуле:

где средняя за период эксплуатации температура теплоносителя, о С. В соответствии с [6] её следует принимать при различных температурных режимах по таблице 6:

Таблица 6 – Температура теплоносителя при различных режимах

Температурные режимы водяных тепловых сетей, o C

Расчетная температура теплоносителя, o C

среднегодовая температура грунта, для различных городов указана в [ 9, c 360 ]

нормированная линейная плотность теплового потока, Вт/м (принимается по приложению15);

коэффициент, принимаемый по приложению 16;

коэффициент взаимного влияния температурных полей соседних трубопроводов;

термическое сопротивление поверхности теплоизоляционного слоя, м· o С /Вт, определяемое по формуле:

где коэффициент теплоотдачи с поверхности тепловой изоляции в

окружающий воздух, Вт/(м. · °С) который, согласно [6], принимается при прокладке в каналах , Вт/(м · °С);

d – наружный диаметр трубопровода, м;

термическое сопротивление внутренней поверхности канала, м· o С/Вт,определяемое по формуле:

Читайте также:
Мраморная крошка для стен: особенности использования

где коэффициент теплоотдачи от воздуха к внутренней поверхности канала, αe = 8 Вт/(м. · °С);

внутренний эквивалентный диаметр канала, м, определяемый

периметр сторон по внутренним размерам канала, м; (размеры каналов приведены в приложении 17)

внутреннее сечение канала, м 2 ;

термическое сопротивление стенки канала, м· o С/Вт определяемое по формуле:

где теплопроводность стенки канала, для железобетона

наружный эквивалентный диаметр канала, определяемый по наружным размерам канала, м;

термическое сопротивление грунта,м· o С/Вт определяемое по формуле:

где коэффициент теплопроводности грунта, зависящий от его

структуры и влажности. При отсутствии данных значение можно принимать для влажных грунтов 2,0–2,5 Вт/(м · °С), для сухих грунтов 1,0–1,5 Вт/(м · °С);

глубина заложения оси теплопровода от поверхности земли, м.

Расчетную толщину теплоизоляционного слоя в конструкциях тепловой изоляции на основе волокнистых материалов и изделий (матов, плит, холстов) следует округлять до значений, кратных 10 мм. В конструкциях на основе минераловатных полуцилиндров, жестких ячеистых материалов, материалов из вспененного синтетического каучука, пенополиэтилена и пенопластов следует принимать ближайшую к расчетной толщину изделий по нормативным документам на соответствующие материалы.

Если расчетная толщина теплоизоляционного слоя не совпадает с номенклатурной толщиной выбранного материала, следует принимать по

действующей номенклатуре ближайшую более высокую толщину

теплоизоляционного материала. Допускается принимать ближайшую более низкую толщину теплоизоляционного слоя в случаях расчета по температуре на поверхности изоляции и нормам плотности теплового потока, если разница между расчетной и номенклатурной толщиной не превышает 3 мм.

ПРИМЕР 8. Определить толщину тепловой изоляции по нормируемой плотности теплового потока для двухтрубной тепловой сети с dн = 325 мм, проложенной в канале типа КЛ 120×60. Глубина заложения канала hк=0,8 м,

Среднегодовая температура грунта на глубине заложения оси трубопроводов tгр= 5,5 o C, теплопроводность грунта λгр=2,0 Вт/(м· o C), тепловая изоляция – маты теплоизоляционные из минеральной ваты на синтетическом связующем. Температурный режим тепловой сети 150-70 o C.

По формуле (51) определим внутренний и наружный эквивалентный диаметр канала по внутренним и наружным размерам его поперечного сечения:

Определим по формуле (50) термическое сопротивление внутренней поверхности канала

По формуле (52) рассчитаем термическое сопротивление стенки канала:

По формуле (49) определим термическое сопротивление грунта:

Приняв температуру поверхности теплоизоляции , (приложение) определим средние температуры теплоизоляционных слоев подающего и обратного трубопроводов:

Используя приложение, определим также коэффициенты теплопроводности тепловой изоляции (матов теплоизоляционных из минеральной ваты на синтетическом связующем):

По формуле (49) определим термическое сопротивление поверхности теплоизоляционного слоя

По формуле (48) определим суммарные термические сопротивления для подающего и обратного трубопроводов:

Определим коэффициенты взаимного влияния температурных полей подающего и обратного трубопроводов:

Определим требуемые термические сопротивления слоёв для подающего и обратного трубопроводов по формуле (47):

x

x= 1,192

x

x= 1,368

Величину B для подающего и обратного трубопроводов определим по формуле (46):

Определим толщину тепловой изоляции для подающего и обратного трубопроводов по формуле (45):

Принимаем толщину основного слоя изоляции для подающего и обратного трубопроводов одинаковой и равной 100 мм.

Министерство образования и науки РФ высшего профессионального образования Российский государственный профессионально-педагогический университет Институт электроэнергетики и информатики Кафедра автоматизированных систем электроснабжения

Ссылка на основную публикацию