Расчёт толщины изоляционного слоя

Проводим расчёт участка И-ТК

Задаемся предварительной толщиной изоляционного слоя: 50 мм.

Расчет толщины теплоизоляционного слоя производится по нормированной удельной плотности теплового потока через изолированную поверхность. Определяем суммарное термическое сопротивление теплопередаче теплоизоляционной конструкции:

                                (8.1)

где  – температура теплоносителя, ºС;

R – линейное термическое сопротивление теплопередаче, (м·ºС)/Вт;

t_ОС – температура окружающей среды, ºС;

q_Н – нормативные линейные потери, Вт/м;

k – коэффициент, учитывающий изменение стоимости теплоты и теплоизоляционной конструкции в зависимости от района строительства и способа прокладки трубопровода. Для подземной канальной k = 0,95;

(м·К)/Вт

Полное термическое сопротивление изоляционной конструкции теплопередаче зависит от способа прокладки и в общем случае состоит из следующих величин, (м·К)/Вт:

, (8.2)

Здесь R_в – сопротивление теплопередаче от теплоносителя к стенке трубы. При расчётах им пренебрегают ввиду относительной малости;

R_тр – сопротивление стенки трубы;

R_г.и – сопротивление слоя гидроизоляции. Отсутствует в нашем случае, поскольку выбранный материал и является гидроизолятором;

R_из – сопротивление изоляционного слоя;

R_п.с – сопротивление покровного слоя. Этот слой также интегрирован в изолирующий;

R_н – сопротивление теплопередаче к окружающей среде;

R_с.к – сопротивление теплопередаче от воздуха в канале к стенке канала. Отсутствует – у нас бесканальная прокладка;

R_к – сопротивление стенки канала;

R_гр – сопротивление грунта.

Таким образом получаем следующее уравнения для подземной прокладки:

R = R_тр + R_из + R_гр + R_н          (8.3)

Расчётные уравнения для термических сопротивлений на погонный метр:

Термическое сопротивлении теплоотдаче в окружающую среду , , определяется по формуле

 , (8.4)

где  – наружный диаметр заизолированного теплопровода, м

 – теплоотдача наружной стенки теплопровода воздуху, Вт/(м²·⁰С). Принимается по [11] таблица 8.3. Принимаем для подземной канальной прокладки при горизонтальном расположении трубопроводов =10 Вт/(м²·⁰С).

Термическое сопротивлении грунта при прокладке в непроходных каналах , , определяется по формуле

 (8.5)

где Н – глубина заложения теплопровода, принимаем Н = 1,5 м;

 – теплопроводность грунта, для влажного, глинистого грунта расчётный коэффициент теплопроводности  = 2 ккал/(м·ч·ºС) = 2,326 Вт/(м·ºС);

h_к, b_к – соответственно высота и ширина непроходного канала, м. Принимается по диаметру теплопровода [7].

Для участка И-ТК h_к=0,905 м, b_к=1,92 для прямого и обратного трубопровода

Термическое сопротивлении теплопередаче от воздуха в канале к стенке канала , , определяется по формуле

 (8.6)

где  – эквивалентный диаметр канала, м;

 – теплоотдача от воздуха в канале к стенке канала, Вт/(м²·⁰С).

Принимается от 5 до 10 Вт/(м²·⁰С). Принимаем =10 Вт/(м²·⁰С)

Эквивалентный диаметр канала , м, определяется по формуле

, (8.7)

Из уравнения (8.3) находим термическое сопротивление изоляции

R_из = R- (R_тр + R_гр + R_н) (8.8)

R_из = 0,851 – (0,075+0,106+0,026) = 0,644 (м·С)/Вт

Толщина изоляции , м, определяется по формуле

 (8.9)

Расчетную толщину для жестких, ячеистых материалов из неуплотняющихся материалов и пенопластов следует принимать ближайшую по соответствующим государственным стандартам и техническим условиям.

Для изолируемых трубопроводов с положительными температурами рабочих сред толщина теплоизоляционного слоя должна быть проверена по допустимой температуре на поверхности изоляции [6]. Температура на поверхности тепловой изоляции трубопроводов, расположенных за пределами рабочей или обслуживаемой зоны, не должна превышать температурных пределов применения материалов покровного слоя, но не выше t^нп= 75 °С [5].

Определение действительной температуры на наружной поверхности изоляции осуществляется на основании решения уравнения плотности тепловых потоков: теплопроводности, проходящего через слой изоляции трубопровода за счет разности температур (τср-tп) и конвективного, уходящего с наружной поверхности трубопровода – (tп – tо):

, (8.10)

Отсюда

 , (8.11)

При подземной прокладке вместо R_н необходимо подставлять R_гр.

Результаты расчётов сведём в таблицу. Единица измерения термического сопротивления в таблице принята (м·ºС)/Вт, коэффициента теплоотдачи – Вт/(м²·ºС), теплопотерь – Вт/м, температуры – ºС.

Аналогично рассчитываем толщину изоляцию для всех участков. Результаты расчетов сводим в таблицу 8.2.

Таблица 8.2 – Результаты расчета тепловой изоляции

Из конструктивных соображений принимаем толщину изоляции на обратном трубопроводе равной толщине изоляции на прямом.