Расчет толщины теплоизоляции трубопроводов: Как рассчитать толщину теплоизоляции трубопроводов

Содержание

Методика инженерного расчёта тепловой изоляции трубопровода :: HighExpert.RU

Ниже представлена краткая методика инженерного расчёта тепловой изоляции трубопровода (трубы). Оптимальную толщину теплоизоляционного слоя находят путём технико-экономического расчёта. Практически толщину слоя изоляции определяют исходя из его термического спротивления (не менее 0,86 [^oС • м²/Вт] для труб с Dу <= 25 мм, и 1,22 [^oС м²/Вт] для труб с Dу > 25 мм).

Качество тепловой изоляции трубопровода оценивается её КПД. В современных конструкциях тепловой изоляции при использовании материалов с теплопроводностью до 0,1 [Вт/м • K] оптимальная толщина слоя изоляции обеспечивает тепловую эффективность этой изоляции, близкой к 0,8 (т.е. эффективность 80%).

Приведенная информация может быть полезна для проведения инженерных расчётов при проектировании различных машин и узлов, содержащих трубопроводы с тепловой изоляцией. В качестве примера ниже приведены результаты расчёта тепловой изоляции для выпускного коллектора [трубопровода] высокофорсированного дизеля.

Полное термическое сопротивление изоляционной конструкции для цилиндрической стенки трубопровода (трубы) определяется по формуле:

где

d_из — искомый наружный диаметр стенки изоляции трубопровода.

d_н — наружный диаметр трубопровода.

λ_из — коэффициент теплопроводности изоляционного материала.

α_в — коэффициент теплоотдачи от изоляции к воздуху.

Линейная плотность теплового потока

где

t_н — температура наружной стенки трубопровода.

t_из — температура поверхности изоляции.

Температура внутренней стенки изоляции трубопровода

где

d_в — внутренний диаметр трубопровода.

α_г — коэффициент теплоотдачи от газа к стенке.

λ_т — коэффициент теплопроводности материала трубопровода.

Уравнение теплового баланса

из которого определяется искомый наружный диаметр изоляции трубопровода d

из, и далее толщина изоляции этого трубопровода (трубы) вычисляется по формуле:

Пример: Необходимо рассчитать тепловую изоляцию трубопровода высокофорсированного дизеля, наружный диаметр выпускного трубопровода составляет 0,6 м, внутренний диаметр этого трубопровода составляет 0,594 м, температура наружной стенки трубопровода принимается равной 725 К, температура наружной поверхности изоляции принимается равной 333 К, теплопроводность изоляционного материала принимается равной 0,11 Вт/(м К), тогда проведенный расчет изоляции трубопровода по методике, описанной выше, покажет, что толщина необходимой изоляции трубопровода должна составлять не менее 0,1 м.

Программа расчета толщины теплоизоляции K-PROJECT для проектирования инженерных систем

Скачать программу расчёта толщины изоляции K-PROJECT 2.0

Расчетная программа K-PROJECT 2.0 создана для проектирования инженерных систем разнообразного назначения с применением в конструкции технической изоляции
«K-FLEX», покрывных защитных материалов и комплектующих, базируясь на потребностях, что содержатся в нормах технологического проектирования или иных нормативных документах:

СП 41-103-2000 «Проектирование тепловой изоляции оборудования и трубопроводов»;
ГЭСН-2001 Сборник №26 «Теплоизоляционные работы»;
СНиП 23-01-99 «Строительная климатология»;
СНиП 41-01-2003 «Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов»;
ТР 12324 — ТИ.2008 «Изделия теплоизоляционные из каучука
«K-FLEX» в конструкциях тепловой изоляции оборудования и трубопроводов.

Программа выполняет следующие расчеты:

1. Для трубопроводов:

Расчет теплового потока при определенной толщине изоляции;
Расчет изменение температуры носителя при заданной толщине изоляции;
Расчет температуры на поверхности изоляции при заданной толщине изоляции;
Расчет времени замерзания носителя при заданной толщине изоляции;
Расчет толщины изоляции с целью предотвращения образования конденсата на поверхности изоляции.

2. Для плоских поверхностей:

Расчет теплового потока при заданной толщине изоляции;
Расчет температуры на поверхности изоляции при заданной толщине изоляции;
Расчет толщины изоляции с целью предотвращения образования конденсата на поверхности изоляции.

Результаты расчетной программы K-PROJECT 1.0 можно использовать в проектировании конструкций тепловой изоляции оборудования и трубопроводов промышленных предприятий, а также объектов ЖКХ, включая:

технологические трубопроводы с положительными и отрицательными температурами всех отраслей промышленности;
трубопроводы тепловых сетей при надземной (на открытом воздухе, подвалах, помещениях) и подземной (в каналах, тоннелях) прокладках;
трубопроводы систем отопления, горячего и холодного водоснабжения в жилищном и гражданском строительстве, а также на промышленных предприятиях;
низкотемпературные трубопроводы и оборудование холодильных установок;
воздуховоды и оборудование систем вентиляции и кондиционирования воздуха;
газопроводы; нефтепроводы, трубопроводы с нефтепродуктами;
технологические аппараты предприятий химической, нефтеперерабатывающей, газовой, пищевой, и др. отраслей промышленности;
резервуары для хранения холодной воды в системах водоснабжения и пожаротушения;
резервуары для хранения нефти и нефтепродуктов, мазута, химических веществ и т.д.

В программе осуществлен модуль расчета коэффициента теплоотдачи, что зависит от температур носителя и окружающей среды, типа покровного слоя и ориентации трубопровода, позволяющий учитывать эти факторы при расчете теплотехнических характеристик.

Сейчас, готовится новая версия программы K-PROJECT 2.0, где будет реализована возможность составлять рабочую документацию согласно ГОСТ 21.405-93 «СПДС. Правила выполнения рабочей документации тепловой изоляции оборудования и трубопроводов»:

техномонтажная ведомость;
спецификация оборудования.

При создании техномонтажной ведомости и спецификации, программа подбирает нужные типоразмеры теплоизоляционных материалов «K-FLEX», рассчитывает надобное число покровных материалов и аксессуаров «K-FLEX» для монтажа.

Программы для расчета — компания ИЗОТЕРМА

Программа K-PROJECT 2.0

Данная программа предназначена для проектирования инженерных систем зданий и сооружений, в конструкции которых входит техническая изоляция из вспененного каучука марки K-Flex. Программа основана на требованиях, содержащихся в нормах технологического проектирования и других нормативных документах: СП 41-103-2000 «Проектирование тепловой изоляции оборудования и трубопроводов»; ГЭСН-2001 Сборник №26 «Теплоизоляционные работы»; СП 131.13330.2012 «Строительная климатология». Актуализированная редакция СНиП 23-01-99; СП 61.13330.2012 «Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов». Актуализированная редакция СНиП 41-01-2003; ТР 12324 — ТИ.2008 «Изделия теплоизоляционные из каучука «K-FLEX» в конструкциях тепловой изоляции оборудования и трубопроводов.

Программа K-PROJECT 1.0

Первая версия программы расчета технической изоляции для инженерных систем различного назначения от завода-производителя вспененного каучука K-Flex. Позволяет делать расчеты толщин изоляции и покровных материалов.

Программа EnFlex 4

Важным элементом технической поддержки применения теплоизоляции из вспененного полиэтилена является расчетная программа EnFlex 4, разработанная специалистами компании ROLS Isomarket для проектирования и расчета толщины теплоизоляционных конструкций на основе изделий Energoflex™ и покровных материалов Energopack™. Программа позволяет рассчитать толщину теплоизоляционных материалов Energoflex™ для систем отопления, водоснабжения, вентиляции и кондиционирования. Её особенностью является возможность наряду с расчетами составлять рабочую документацию в соответствии с ГОСТ 21.405-93 «Правила выполнения рабочей документации тепловой изоляции оборудования и трубопроводов»: техномонтажную ведомость и спецификацию оборудования.

Программа Thermaflex 1.4

Все расчеты по СП 61.13330.2012 и СНиП 2.04.14-88: Расчет толщины теплоизоляции по нормированной плотности теплового потока. В.2.1 СП 61.13330.2012 Расчет толщины теплоизоляции по заданной плотности теплового потока. В.2.1-1 СП 61.13330.2012 Расчет толщины теплоизоляции, предотвращающей конденсацию влаги из воздуха на ее поверхности. В.2.4 СП 61.133.2012 Определение толщины тепловой изоляции по заданной температуре на поверхности изоляции. В.2.3 СП 61.13330.2012 Расчет толщины тепловой изоляции по заданному снижению (повышению) температуры вещества, транспортируемого трубопроводами. В.2.1 СП 61.13330.2012 Расчет толщины тепловой изоляции по заданной величине охлаждения (нагревания) вещества, сохраняемого в емкостях. СНиП 2.04.14-88 Расчет толщины тепловой изоляции по заданному времени приостановки движения жидкого вещества в трубопроводе в целях предотвращения его замерзания или увеличения вязкости. СНиП 2.04.14-88 Расчет толщины тепловой изоляции для предотвращения конденсации влаги на внутренних поверхностях объектов, транспортирующих газообразные вещества, содержащие водяные пары. СНиП 2.04.14-88 Расчет толщины тепловой изоляции по заданному количеству конденсата в паропроводе насыщенного пара. СНиП 2.04.14-88 Расчет тепловой изоляции трубопроводов тепловых сетей. Надземная прокладка. СП 61.13330.2012 — В.3.1

Расчет теплоизоляции. Расчет толщины теплоизоляции.

Грамотный расчет теплоизоляции является одной из важных задач в сфере промышленной теплоизоляции инженерных объектов. Для решения этой задачи руководствуются в первую очередь нормативными документами выбирая вид теплоизоляционной конструкции, рекомендуемые типы утеплителей, пароизоляционного и покровного слоев, а также способы их крепления и укладки, учитывая другие требования и рекомендации.

Teploton.RU с ответственностью профессионала относится к вопросу расчета тепловой изоляции и помогает своим Заказчикам сделать правильный выбор. Перейти в Контакты.

Расчет элементов кожуха отвода

В соответствии с ГОСТ и СНиП большинством производителей теплоизоляционных материалов создаются альбомы типовых конструкций в которых подробно описывается их продукция, её характеристики и свойства, рекомендации по использованию и монтажу, формулы для расчета тепловой изоляции, схемы, чертежи, эскизы, таблицы с уже расчитанной для определенных условий толщиной теплоизоляции и т.д. Это достаточно удобно и эффективно в виду многообразия утеплителей. Также в помощь потребителям предлагаются инструкции по монтажу.

Производить расчет толщины тепловой изоляции трубопроводов, емкостей, оборудования по формулам вручную затратно по времени и не всегда удобно в виду большого количества самих формул и различных коэффициентов, поэтому многие производители утеплителей позаботились и об этом, создав компьютерные программы расчетов. В них предлагается пользователю выбрать необходимые условия из типового перечня, возможно задать какие-то свои индивидуальные характеристики и уже сама программа выполняет расчет толщины теплоизоляции, других её характеристик, выводит отчет на экран или принтер, сэкономив до 95% времени, которое обычно тратится на эту задачу при расчете теплоизоляции вручную.

Программа расчета толщины теплоизоляции

Тем не менее, важно во всех деталях хорошо представлять, как правильно произвести расчет теплоизоляции, выбрать теплоизолирующий материал, грамотно задать параметры для расчета нужной толщины слоя тепловой изоляции, который, в первую очередь, определяется теплопроводностью выбранного материала, а также конструктивными характеристиками всей системы.

Не теряйтесь в расчетах, а обратитесь к профессионалу Teploton.RU.

Перейти в Контакты.

Расчет цепеленов для изготовления покрытия сферических поверхностей

Расчет толщины теплоизоляции и рекомендации по применению

РАСЧЕТ ТОЛЩИНЫ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИИ И РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРИМЕНЕНИЮ

Для получения более детальной информации по расчетам толщины теплоизоляционного слоя обращайтесь к специалистам ООО «БИЗОН» в офисы нашей компании.

Рекомендации по применению:

1. Покрытия выпускаются как без покровного слоя, так и с покрытием из:

— алюминиевой фольги — в этом случае фольга является так же пароизоляционным слоем;

— стеклянной или базальтовой ткани и проч.

2. Конструкции тепловой изоляции с применением покрытий «БИЗОН» для трубопроводов с положительной температурой теплоносителя должны:

— иметь оптимальное соотношение между стоимостью теплоизоляционного слоя и стоимостью тепловых потерь через изоляцию в течение расчетного срока службы или обеспечить нормированную плотность потока в соответствии с требованиями СП 60.13330.2012;

— обеспечить безопасную для человека температуру наружной поверхности изоляции;

— обеспечить требуемые параметры технологического режима.

3. Конструкции тепловой изоляции с применением покрытий «БИЗОН» для трубопроводов с температурой теплоносителя ниже температуры окружающего воздуха должны:

— обеспечить предотвращение конденсации влаги на поверхности изоляции;

— обеспечить требуемые параметры технологического режима.

4. Монтаж на трубопроводы и воздуховоды систем вентиляции и кондиционирования воздуха осуществляется при помощи бандажа из металлической сетки или проволоки. Для удобства монтажа так же выпускаются покрытия на самоклеющейся основе.

5. При использовании покрытий «БИЗОН» в условиях открытых площадок для исключения прямого воздействия атмосферных осадков теплоогнезащитное покрытие должно быть дополнительно защищено оболочкой (металлический или алюминиевый лист, оцинкованная или нержавеющая сталь, рубероид и т.п.).

6. По местам стыков покрытие накладывается с небольшим нахлестом (до 10 мм). Места стыков базальтового полотна, а также места прилегания к строительным конструкциям могут быть дополнительно проклеены алюминиевым скотчем.

7. Для удобства монтажа теплоизоляционного слоя или для обеспечения более плотного прилегания матов к изолируемой поверхности возможно применение в качестве клеевой основы огнезащитного состава FSA (ТУ 5765-003-86033760-2009).

8. В случае возникновения нестандартных ситуаций для получения квалифицированной помощи рекомендуем обратиться за консультацией к специалистам ООО «БИЗОН».

Комплексный подход, предлагаемый нашей компанией,

позволяет точно рассчитать количество необходимых материалов и провести работы качественно и в сжатые сроки.

Качество продукции подтверждено всеми необходимыми сертификатами.

Программ для расчета (БЕСПЛАТНО)

Предоставление программ для расчета (бесплатно).

Расчетная программа K-PROJECT 1.0.

Расчетная программа K-PROJECT 1.0 предназначена для проектирования инженерных систем различного назначения с использованием в конструкции технической изоляции «K-FLEX», покрывных защитных материалов и комплектующих, основываясь на требованиях, содержащихся в нормах технологического проектирования и других нормативных докуметах. Результаты расчетной программы K-PROJECT 1.0 могут быть использованы при проектировании конструкций тепловой изоляции оборудования и трубопроводов промышленных предприятий, а также объектов ЖКХ.

Скачать программу

Программа расчета Технической Изоляции

PAROC Calculus — это Программа расчета по технической изоляции. Данная программа рассчитывает характеристики системы с технической изоляцией PAROC. Расчеты производятся в соответствие со стандартом EN ISO 12241.

Открыть онлайн программу PAROC Calculus

Расчётная программа EnFlex 4

EnFlex 4 – единственный на сегодняшний день программный инструмент, прошедший экспертизу ООО «ЦСПС» – органа по сертификации программной продукции в строительстве, и распространяемый бесплатно. Программа позволяет рассчитать толщину теплоизоляционных материалов Energoflex® для систем отопления, водоснабжения, вентиляции и кондиционирования. Её особенностью является возможность наряду с расчетами составлять рабочую документацию в соответствии с ГОСТ 21.405-93 «Правила выполнения рабочей документации тепловой изоляции оборудования и трубопроводов»: техномонтажную ведомость и спецификацию оборудования. EnFlex 4 удобна как для проектировщиков, которые используя режим «работа с проектами» могут в кратчайшие сроки подготовить всю необходимую документацию, так и для монтажников, которые в режиме «быстрый расчет» имеют возможность по определенному набору критериев оперативно рассчитать количество и вид материала для максимально эффективной теплоизоляции.

Скачать программу

Расчет толщины теплоизоляции

Как правильно определить толщину слоя теплоизоляции?

Самый эффективный способ предотвратить потери тепла в доме или теплотрассе – это защитить их теплоизоляцией. Эффективное утепление зависит от многих факторов, один из которых – это правильная толщина теплоизоляции. В качестве утеплителя применяют различные материалы, теплопроводность которых отличается. С одной стороны экономия на материале выльется в необязательные дополнительные затраты на оплату коммунальных услуг или потерей тепла теплоносителем; если же заложить завышенное количество утеплителя, это необоснованно удорожит строительство. Как правильно подойти к этому вопросу? Расчет толщины теплоизоляции напрямую связан с основным свойством утеплителя – способностью задерживать распространение тепла. Индикатором этого свойства в теплотехнике служит коэффициент теплопроводности, который показывает, какое количество тепла пропускает материал через единицу площади при изменении температуры на его поверхности на один градус. Чем ниже этот показатель, чем эффективней утеплитель.

Толщина изоляции зависит от толщины и материала стен, от вида выбранного утеплителя и от климатической зоны, в которой расположено здание. Чем ниже коэффициент теплопроводности материала, тем он эффективней.

Самыми эффективными утеплителями по этому показателю являются вспененные полимеры – пенополиуретан, пенополистирол и т.п. Керамзит, который повсеместно применялся в строительстве лет 20-30 назад, и применяется до сих пор, наименее эффективный теплоизоляционный материал по теплопроводности. Какой бы материал не выбирался, важно правильно определить его толщину.

Теплоизоляционный материал	Коэффициент теплопроводности, Вт/м² С
Пенополиуретан	0,02-0,025
Пенополистирол	0,035
Минеральная вата	0,04-0,045
Керамзит	0,15

Как рассчитать теплоизоляцию?

На практике фактическая толщина теплоизоляции рассчитывается через величину сопротивления теплопередачи материала, которая определяется по формуле:

R = d/K

где, d – толщина стены, К – коэффициент теплопроводности стенового материала. Стены также имеют способность сопротивляться потере тепла, хоть и не в такой степени, как теплоизоляционные материалы, поэтому в расчетах необходимо учесть и их вклад. Коэффициент теплопроводности строительных материалов выбирается согласно СНиП 2-3-79.

Материал	Коэффициент теплопроводности в сухом состоянии, Вт/м°С
Газобетон	0,12
Железобетон	1,69
Полнотелый глиняный кирпич	0,56
Пустотелый глиняный кирпич	0,26
Полнотелый силикатный кирпич	0,70
Дерево	0,09

Как видно из таблицы оптимальными с точки зрения теплопередачи являются дома из дерева и газобетона. Значение теплопроводности строительного материала, из которого построен дом, необходимо для дальнейших расчетов. В СНиП II-3-79 приведены значения сопротивления теплопередачи жилых строений в зависимости от климатической зоны, в которой они расположены.

Населенный пункт	*Сопротивление теплопередаче R, м²°С/Вт**
Краснодар	3,60
Ростов-на-Дону	4,05
Астрахань	4,05
Калининград	4,10
Волгоград	4,35
Тула	4,65
Санкт-Петербург	4,65
Москва	4,70
Петропавловск-Камчатский	5,05
Вологда	5,00
Южно-Сахалинск	5,00

Порядок расчета Имея все данные, можно легко сделать расчет толщины утеплителя по формуле:

d = Rт * K

где, Rт – сопротивление теплопередаче теплоизоляции, К – коэффициент теплопроводности утеплителя (приведен в таблице). Rт определяется по формуле:

Rт = R – Rст где Rст – сопротивление теплопередаче стены здания, R – сопротивление теплопередаче для конкретной климатической зоны (приведен в таблице).

Рассмотрим пример расчета теплоизоляции дома, расположенного в Московской области и сложенного из газобетонных блоков толщиной 300 мм с утеплителем из пенополиуретана.

Толщина изоляции ППУ в этом случае будет определяться следующим образом:

1) Определяем сопротивление теплопередачи стен: Rст = 0,3/0,12 = 2,5 м²*°С/Вт

2) Определяем сопротивление теплопередачи, которым должен обладать дополнительный утепляющий слой: Rт = 4,7 – 2,5 = 2,2 м²*°С/Вт

3) Определяем толщину утепляющего слоя: d = 2,2 * 0,02 = 0,044 м (44 мм) В данном случае толщина ППУ дома составит 50 мм, согласно спецификации предлагаемой нами продукции. Используя калькулятор расчета теплоизоляции, можно самостоятельно рассчитать нужную толщину теплоизоляционного слоя дома или любого другого объекта. Похожими методиками определяется толщина теплоизоляции трубопроводов.

Наша компания предлагает готовые решения по утеплению жилых домов, производственных помещений, магистральных трубопроводов, включая запорную арматуру. Скорлупа ППУ с толщиной стенки 40-60 мм предназначена для утепления трубопроводов диаметром от 32 до 1220 мм. В нашем прайсе также есть плиты и панели ППУ разных размеров и толщин, готовые фасадные термопанели с клинкерной плиткой от лучших немецких производителей, фасадная лепнина из ППУ и сотни других наименований.

Проектные данные

| WBDG — Руководство по проектированию всего здания

Введение

Этот раздел Руководства по проектированию механической изоляции представляет собой сборник информации и данных, которые могут быть полезны разработчикам и конечным пользователям систем механической изоляции. Раздел содержит несколько простых калькуляторов, позволяющих рассчитывать тепловой поток и температуру поверхности. Включены обсуждение и ссылки на другие более сложные компьютерные программы для выполнения этих вычислений.

Оценка тепловых потерь / тепловых потерь

Устойчивый одномерный тепловой поток через системы изоляции регулируется законом Фурье:

где:

q = скорость теплового потока, БТЕ / ч

A = площадь поперечного сечения, нормальная к тепловому потоку, фут ²

k = теплопроводность изоляционного материала, БТЕ-дюйм / ч фут ² ° F

dT / dx = температурный градиент, ° F / дюйм

Для плоской геометрии конечной толщины уравнение сводится к:

q = k · A · (T ₁ –T ₂) / X

(2)

где:

X = толщина изоляции, дюйм.

Для цилиндрической геометрии уравнение принимает следующий вид:

q = k · A ₂ · (T ₁ –T ₂) / (r ₂ · ln (r ₂ / r ₁))

(3)

где:

r ₂ = внешний радиус, дюйм

r ₁ = внутренний радиус, дюйм

A ₂ = площадь внешней поверхности, фут ²

Термин r ₂ ln (r ₂ / r ₁) иногда называют «эквивалентной толщиной» изоляционного слоя.Эквивалентная толщина — это толщина изоляции, которая при установке на плоской поверхности будет давать тепловой поток, равный потоку тепла на внешней поверхности цилиндрической формы.

Теплоотдача от поверхностей представляет собой комбинацию конвекции и излучения. Обычно предполагается, что эти режимы являются аддитивными, и поэтому для оценки теплового потока к / от поверхности можно использовать комбинированный поверхностный коэффициент:

где:

ч _с = комбинированный коэффициент поверхности, БТЕ / ч фут ² ° F

ч _c = коэффициент конвекции, БТЕ / ч фут ² ° F

ч _r = коэффициент излучения, БТЕ / h фут ² ° F

Предполагая, что излучающая среда равна температуре окружающего воздуха, потери / приток тепла на поверхности можно рассчитать как:

q = h _с · A · (T _surf –T _amb)

(5)

Коэффициент излучения обычно оценивается как:

ч _r = ε · σ · (T _surf ⁴ –T _amb ⁴) / (T _surf –T _amb)

(6)

где:

ε = эмиттанс поверхности

σ = постоянная Стивена-Больцмана (= 0.1714 x 10 ^-8 БТЕ / (ч · фут ² · ° R ⁴)

T _x = Температура, ° R

Коэффициент излучения (или коэффициент излучения) поверхности определяется как отношение излучения, испускаемого поверхностью, к излучению, испускаемому черным телом при той же температуре. Эмиттанс — это функция материала, состояния его поверхности и температуры. Таблица с приблизительным коэффициентом излучения обычно используемых материалов приведена в Таблице 1.

Таблица 1.Данные об эмиссии широко используемых материалов

Материал	Излучение (~ 80 ° F)
Универсальная куртка	0,9
Алюминиевая краска	0,5
Алюминий, анодированный	0,8
Алюминий, технический лист	0,1
Алюминий с тиснением	0,2
Алюминий оксидированный	0.1-0,2
Алюминий полированный	0,04
Сталь с алюминиево-цинковым покрытием	0,06
Холст	0,7-0,9
Цветная мастика	0,9
Медь полированная	0,03
Медь окисленная	0,8
Эластомер или полиизобутилен	0,9
Оцинкованная сталь, окунутая или матовая	0.3
Сталь оцинкованная, новая, полированная	0,1
Чугун или сталь	0,8
Окрашенный металл	0,8
Пластиковая труба или оболочка (ПВХ, ПВДХ или ПЭТ)	0,9
Рубероид и черная мастика	0,9
Резина	0,9
Стеклоткань, пропитанная силиконом	0,9
Нержавеющая сталь, новая, очищенная	0.2

Конвекция — это перенос энергии за счет комбинированного действия теплопроводности, накопления энергии и перемешивания. Он классифицируется как принудительная конвекция (когда перемешивающее движение вызывается каким-либо внешним фактором) или естественная конвекция (когда перемешивание происходит в результате разницы плотности, вызванной температурными градиентами). Коэффициенты конвекции (h _c) можно оценить для ряда простых геометрий, используя корреляции данных экспериментальных исследований.В этих исследованиях используются соответствующие безразмерные параметры для корреляции результатов. Incropera и DeWitt представляют ряд этих корреляций в своем тексте «Основы тепломассообмена». Эти корреляции также резюмированы в Стандартной практике ASTM C 680 и в Справочнике ASHRAE 2013 г. — Основы.

Контроль температуры поверхности

Обычный расчет, связанный с системами механической изоляции, включает определение толщины изоляции, необходимой для поддержания температуры поверхности до определенного значения с учетом рабочей температуры процесса и температуры окружающей среды.Например, может потребоваться рассчитать толщину изоляции резервуара, необходимую для поддержания температуры внешней поверхности на уровне 140 F или ниже, когда температура жидкости в резервуаре составляет 450 F, а температура окружающей среды составляет 80 F.

В установившемся режиме тепловой поток через изоляцию к внешней поверхности равен тепловому потоку от поверхности к окружающему воздуху. В форме уравнения:

или

(k / X) · A · (T _hot –T _surf) = h · A · (T _surf –T _amb)

(8)

Переставляя это уравнение, получаем:

X = (k / h) · [(T _hot –T _surf) / (T _surf –T _amb)]

(9)

Поскольку соотношение температурных разностей известно, требуемую толщину можно рассчитать, умножив на отношение проводимости изоляционного материала к поверхностному коэффициенту.

В приведенном выше примере предположим, что поверхностный коэффициент может быть оценен как 1,0 БТЕ / ч фут ² F, а проводимость изоляции, которая будет использоваться, составляет 0,25 БТЕ / ч фут ² F. Требуемая толщина может тогда можно оценить как:

X = (0,25 / 1,0) [(450–140) / (140–80) = 1,29 дюйма

Эта расчетная толщина будет округлена до следующего доступного размера, вероятно, 1– ½ дюйма.

Для радиального теплового потока рассчитанная толщина будет представлять собой эквивалентную толщину; фактическая толщина (r ₂ -r ₁) будет меньше (см. уравнение (8) выше).

Эту простую процедуру можно использовать как оценку первого порядка. На самом деле поверхностный коэффициент не является постоянным, а изменяется в зависимости от температуры поверхности, скорости воздуха, ориентации и поверхностной эмиссионной способности.

При выполнении этих расчетов важно использовать фактические размеры трубы и изоляции труб. Многие (но не все) изоляционные изделия для труб и трубопроводов соответствуют стандартам размеров, первоначально опубликованным военными в MIL-I-2781, а затем принятым другими организациями, включая ASTM.Стандартные размеры труб и изоляции приведены для справки в Таблице 2. Стандартные размеры труб и изоляции приведены в Таблице 3. Соответствующие размерные данные для гибкой изоляции с закрытыми ячейками приведены в Таблицах 4 и 5.

Для систем механической изоляции также важно понимать, что теплопроводность (k) большинства изоляционных материалов значительно зависит от температуры. В документации производителя обычно приводятся кривые или таблицы зависимости проводимости от температуры.При выполнении расчетов теплопередачи важно использовать «эффективную теплопроводность», которую можно получить путем интегрирования кривой зависимости проводимости от температуры или (в качестве приближения) с использованием проводимости, рассчитанной при средней температуре через изоляционный слой. . ASTM C 680 предоставляет алгоритмы и методики расчета для включения этих уравнений в компьютерные программы.

С этими сложностями легко справиться для различных граничных условий с помощью доступных компьютерных программ, таких как программа NAIMA 3E Plus® (www.pipeinsulation.org).

Пример распечатки программы 3E Plus® показан на Рисунке 1.

Рис. 1. Образец распечатки из программы NAIMA 3E Plus®.

Оценки потерь тепла для труб стандартных размеров приведены в таблицах 6 и 7. Они полезны для быстрой оценки стоимости потерь энергии из-за неизолированных трубопроводов.

Размеры стандартной изоляции труб и трубопроводов

Таблица 2. Внутренний и внешний диаметры стандартной изоляции труб

Размер трубы, NPS	Наружный диаметр трубы, дюйм.	Внутренний диаметр изоляции, дюймы	Номинальная толщина изоляции
Размер трубы, NPS	Наружный диаметр трубы, дюйм.	Внутренний диаметр изоляции, дюймы	1	1 – ½	2	2 – ½	3	3 – ½	4	4 – ½	5
½	0,84	0,86	2,88	4,00	5,00	6,62	7,62	8,62	9,62	10,75	11,75
¾	1.05	1,07	2,88	4,00	5,00	6,62	7,62	8,62	9,62	10,75	11,75
1	1,315	1,33	3,50	4,50	5,56	6,62	7,62	8,62	9,62	10,75	11,75
1 – ¼	1,660	1.68	3,50	5,00	5,56	6,62	7,62	8,62	9,62	10,75	11,75
1 – ½	1.900	1,92	4,00	5,00	6,62	7,62	8,62	9,62	10,75	11,75	12,75
2	2,375	2,41	4.50	5,56	6,62	7,62	8,62	9,62	10,75	11,75	12,75
2 – ½	2,875	2,91	5,00	6,62	7,62	8,62	9,62	10,75	11,75	12,75	14,00
3	3,500	3,53	5,56	6.62	7,62	8,62	9,62	10,75	11,75	12,75	14,00
3 – ½	4.000	4,03	6,62	7,62	8,62	9,62	10,75	11,75	12,75	12,75	14,00
4	4.500	4,53	6,62	7,62	8.62	9,62	10,75	11,75	12,75	14,00	15,00
4 – ½	5.000	5,03	7,62	8,62	9,62	10,75	11,75	12,75	14,00	14,00	15,00
5	5,563	5,64	7,62	8,62	9,62	10.75	11,75	12,75	14,00	15,00	16,00
6	6,625	6,70	8,62	9,62	10,75	11,75	12,75	14,00	15,00	16,00	17,00
7	7,625	7,70		10,75	11,75	12,75	14.00	15,00	16,00	17,00	18,00
8	8,625	8,70		11,75	12,75	14,00	12,00	16,00	17,00	18,00	19,00
9	9,625	9,70		12,75	14,00	15,00	16,00	17.00	18,00	19,00	20,00
10	10,75	10,83		14,00	15,00	16,00	17,00	18,00	19,00	20,00	21,00
11	11,75	11,83		15,00	16,00	17,00	18,00	19,00	20.00	21,00	22,00
12	12,75	12,84		16,00	17,00	18,00	19,00	20,00	21,00	22,00	23,00
14	14,00	14,09		17,00	18,00	19,00	20,00	21,00	22,00	23.00	24,00

Таблица 3. Внутренний и внешний диаметры стандартной изоляции трубопровода

Размер трубки, CTS	Внешний диаметр трубки, дюйм	Изоляция ID	Номинальная толщина изоляции
Размер трубки, CTS	Внешний диаметр трубки, дюйм	Изоляция ID	1	1 – ½	2	2 – ½	3	3 – ½	4	4 – ½	5
3/8	0,500	0,52	2.38	3,50	4,50	5,56	6,62
½	0,625	0,64	2,88	3,50	4,50	5,56	6,62
¾	0,875	0,89	2,88	4,00	5,00	6.62	7,62	8,62	9,62	10,75	11,75
1	1,125	1,14	2,88	4,00	5,00	6,62	7,62	8,62	9,62	10,75	11,75
1 – ¼	1,375	1,39	3,50	4,50	5,56	6,62	7.62	8,62	9,62	10,75	11,75
1 – ½	1,625	1,64	3,50	4,50	5,56	6,62	7,62	8,62	9,62	10,75	11,75
2	2,125	2,16	4,00	5,00	6,62	7,62	8,62	9.62	10,75	11,75	12,75
2 – ½	2,625	2,66	4,50	5,56	6,62	7,62	8,62	9,62	10,75	11,75	12,75
3	3,125	3,16	5,00	6,62	7,62	8,62	9,62	10,75	11.75	12,75	14,00
3 – ½	3,625	3,66	5,56	6,62	7,62	8,62	9,62	10,75	11,75	12,75	14,00
4	4,125	4,16	6,62	7,62	8,62	9,62	10,75	11,75	12,75	14.00	15,00
5	5,125	5,16	7,62	8,62	9,62	10,75	11,75	12,75	14,00	15,00	16,00
6	6,125	6,20	8,62	9,62	10,75	11,75	12,75	14,00	15,00	16,00	17.00

Таблица 4. Внутренний и внешний диаметры стандартной гибкой изоляции для труб с закрытыми ячейками

Размер трубы, NPS	Наружный диаметр трубы, дюйм	Идентификатор изоляции, дюймы	Внешний диаметр изоляции, дюймы
			Номинальная толщина изоляции
			½ «	¾ «	1 «
½	0,84	.97	1,87	2,47	2,97
¾	1.05	1,13	2,03	2,63	3,13
1	1,315	1,44	2,44	2,94	3,44
1 – ¼	1,660	1,78	2,78	3,38	3,78
1 – ½	1.900	2,03	3,03	3,63	4,03
2	2.375	2,50	3,50	4,10	4,50
2 – ½	2,875	3,00	4,00	4,60	5,00
3	3,500	3,70	4,66	5,26	5,76
3 – ½	4.000	4,20	5,30	5,90	6,40
4	4.500	4,70	5,88	6,40	6,90
4 – ½	5.000	–	–	–	–
5	5,563	5,76	6,86	7,46	7,96
6	6,625	6,83	7,93	8,53	9,03
7	7,625	–	–	–	–
8	8.625	8,82	9,92	10,52	–

Таблица 5. Внутренний и внешний диаметры стандартной гибкой изоляции для труб с закрытыми порами

Номинальный размер трубки, дюймы	Трубка OD	Идентификатор изоляции, дюймы	Внешний диаметр изоляции, дюймы
			Номинальная толщина изоляции
			½ «	¾ «	1 «
3/8	0.500	. 600	1,500	1,950	–
½	0,625	. 750	1,650	2,150	2,750
¾	0,875	1.000	1,950	2,500	3.000
1	1,125	1,250	2,220	2,850	3,250
1 – ¼	1.375	1,500	2,500	3,100	3,500
1 – ½	1,625	1,750	2,750	3,350	3,750
2	2,125	2,250	3,250	3,850	4,250
2 – ½	2,625	2,750	3,750	4,350	4,750
3	3.125	3,250	4,250	4,850	5.250
3 – ½	3,625	3,750	4,850	5,450	5,950
4	4,125	4,250	5,350	5,950	6.450

Потери тепла в неизолированных трубах и трубопроводах

Таблица 6. Тепловые потери от неизолированной стальной трубы к неподвижному воздуху при 80 ° F, БТЕ / ч · фут

Номинальный размер трубы, дюймы	Внутренняя температура трубы, ° F
Номинальный размер трубы, дюймы	180	280	380	480	580
½	56,3	138	243	377	545
¾	68,1	167	296	459	665
1	82,5	203	360	560	813
1 – ¼	102	251	446	695	1010
1 – ½	115	283	504	787	1150
2	141	350	623	974	1420
2 – ½	168	416	743	1160	1700
3	201	499	891	1400	2040
3 – ½	228	565	1010	1580	2310
4	254	631	1130	1770	2590
4 – ½	281	697	1250	1960	2860
5	313	777	1390	2180	3190
6	368	915	1640	2580	3770
7	421	1040	1880	2950	4310
8	473	1180	2110	3320	4860
9	525	1310	2340	3680	5400
10	583	1450	2610	4100	6000
12	686	1710	3070	4830	7090
14	747	1860	3340	5260	7720
16	850	2120	3810	6000	8790
18	953	2380	4270	6730	9870
20	1060	2630	4730	7460	10950
24	1260	3150	5660	8920	13100

Таблица 7. Тепловые потери от неизолированной медной трубы к неподвижному воздуху при 80 ° F, БТЕ / ч · фут

Номинальный размер трубки, дюймы	Внутренняя температура трубки, ° F
Номинальный размер трубки, дюймы	120	150	180	210	240
3/8	10,6	20,6	31,9	44,2	57,5
½	12,7	24,7	38,2	53.1	69,2
¾	16,7	32,7	50,7	70,4	91,9
1	20,7	40,5	62,9	87,5	114
1 – ¼	24,6	48,3	74,9	104	136
1 – ½	28,5	55,9	86,9	121	158
2	36.1	71,0	110	154	201
2 – ½	43,7	86,0	134	187	244
3	51,2	101	157	219	287
3 – ½	58,7	116	180	251	329
4	66,1	130	203	283	371
5	80.9	159	248	347	454
6	95,6	188	294	410	538
8	125	246	383	536	703
10	154	303	473	661	867
12	183	360	562	786	1031

Оценка толщины изоляции, оптимальная толщина

Стандартизированная система оценки изоляции обеспечивает согласованность с изоляционными материалами, оцениваемыми по значениям R и U. R-значение является мерой теплового сопротивления, представляет сопротивление потоку тепла. Чем выше значение R, тем больше сопротивление и изоляционные свойства. U-значения прямо противоположны и представляют количество тепла, уходящего через материал. Чем ниже значение U, тем ниже скорость теплового потока и тем выше качество изоляции.
Он выражается как толщина материала, деленная на теплопроводность. Для теплового сопротивления всего сечения материала вместо единицы сопротивления разделите единицу теплового сопротивления на площадь материала. Если у вас есть единичное тепловое сопротивление стены, разделите его на площадь поперечного сечения и глубину стены, чтобы вычислить тепловое сопротивление. Единичная теплопроводность материала обозначается как C и является обратной величиной единичного теплового сопротивления.Это также можно назвать единичной поверхностной проводимостью, обычно обозначаемой h.

Оценка толщины для трубы: Определите минимальную толщину изоляции, необходимую для трубы, по которой проходит пар, при температуре 180 ^o C. Размер трубы составляет 400 мм NB, а максимально допустимая температура наружной стены изоляции составляет 50 ^o C. Теплопроводность изоляционного материала для диапазона температур трубы можно принять 0,04 Вт / мК. Потери тепла от пара на метр длины трубы должны быть ограничены до 80 Вт / м.
Для радиальной теплопередачи за счет теплопроводности через цилиндрическую стенку скорость теплопередачи выражается следующим уравнением

T1 = 50 ^o C
T2 = 180 ^o C
r1 400 мм NB = 0,2032 м
k = 0,04 Вт / м · К
N = длина цилиндра
Q / N = потери тепла на единицу длины трубы
Q / N = 80 Вт / м
Следовательно, вставляя указанные числа в уравнение радиальной скорости теплопередачи сверху,
80 = 2pi 0,04 (180-50) ln (r ₂/0.2032)
ln (r ₂ / 0,2032) = 2pi 0,04 (180-50) / 80 = 0,4084
Следовательно, r ₂ = r ₁ e ^0,4084
r ₂ = 0,2032 1,5044 = 0,3057 м
Следовательно, толщина изоляции = r ₂ r ₁
толщина = 305,7 203,2 = 102,5 мм

Следует взять некоторый запас на толщину изоляции, потому что, если скорость кондуктивной теплопередачи окажется выше, чем скорость конвективной теплопередачи за пределами изоляционной стены, температура внешней изоляционной стены будет стремительно возрастать до более высоких значений. чем 500 ^o C.Следовательно, скорость кондуктивной теплопередачи должна быть ограничена более низкими значениями, чем оценки, использованные в этом примере задачи. Цель этого примера задачи — продемонстрировать расчеты радиальной теплопроводности, а практические расчеты толщины изоляции также требуют учета конвективной теплопередачи на внешней стороне изоляционной стены.

Оптимальная толщина для трубы: Экономическая толщина изоляции зависит от первоначальных затрат (затрат на изоляцию) и затрат на техническое обслуживание изоляции, а также годовой стоимости потерь тепла, которая зависит от затрат на производство пара и теплопроводности отставание.Как правило, более толстая изоляция означает более высокие эксплуатационные расходы и более низкие затраты на потерю тепла.
Затраты на изоляцию : Стоимость изоляционного материала на метр длины равна
= пи * [(R2) ² (R1) ²] * C1
Где С1 — стоимость утеплителя в рупиях за кубометр.
Эксплуатационные расходы : Потери тепла через изоляцию на трубе на метр длины определяются как Q = 2 * pi * k * [(T1-T2) / log (R2 / R1)]
Где
T1 — температура внутренней поверхности изоляции.
T2 — температура внешней поверхности изоляции.
R1 и R2 — это внутренний и внешний радиусы изоляции.
K — теплопроводность изоляционного материала.
Это, умноженное на стоимость производства единицы энергии, дает эксплуатационные расходы.
Оптимальная толщина : На графике отображается самая низкая точка, что дает экономичную толщину изоляции.

Толщина изоляции — обзор

2.1.1 Изоляция и тепловые мосты

При разработке стратегии изоляции пассивных зданий следует учитывать несколько моментов.В первую очередь изоляция должна быть сплошной. Везде, где происходит нарушение целостности или уменьшение толщины изоляции или рабочих характеристик, присутствует тепловой мост и связанный с ним потенциальный риск долговечности. Предпочтительны стратегии изоляции, обеспечивающие непрерывность во времени. Дизайнеры могут использовать любой изоляционный материал, если он стабилен и соблюдается требуемое термическое сопротивление для климата. Не рекомендуется использовать изоляционные материалы с неплотным заполнением, которые оседают в полости и создают пустоты.Постепенное осаждение материалов, таких как стекловолокно и целлюлоза, можно уменьшить, набив в полости высокую плотность. Часто требуемые более высокие значения R подталкивают дизайнера к такому подходу.

Также важно учитывать реальную стоимость энергии или стоимость жизненного цикла изоляционных материалов, в частности, глобальное потепление и озоноразрушающий потенциал агентов, используемых в самой изоляции или в процессе производства. Если производство изоляционного продукта приводит к большему количеству выбросов, чем установленная изоляция устраняет снижение эксплуатационной EUI здания, это фактически приводит к углеродным затратам, а не к углеродной экономии.Пассивные здания стремятся избежать этой ситуации. Рекомендуется как можно больше использовать материалы с низким содержанием энергии, а также ограничить применение материалов, в которых используются пенообразователи с высоким потенциалом глобального потепления (GWP). В то время как расположение производственных мощностей в том же регионе, что и проектная площадка, приведет к уменьшению масштабов воздействия и, как правило, приравнивается к снижению затрат на доставку и увеличению доступности и поддержки, местные материалы не являются обязательными для пассивных зданий.Поскольку пассивные здания, особенно дома на одну семью, могут иметь несколько более высокую первоначальную стоимость, чем их эквивалент, спроектированный традиционным способом, подход к стратегии изоляции с концепцией «обычного ведения дел» может уменьшить эту разницу первоначальных затрат. В этом отношении рекомендуется проектировать сборки с общедоступными и доступными на местном уровне изоляционными материалами.

Строительный тепловой мост возникает там, где есть разрыв или снижение изоляционных характеристик, проникновение более проводящего материала через изоляционный слой или пересечение, где структурные требования приводят к одному из вышеперечисленных.Тепловые мостики могут возникать по линейной длине или в случае токопроводящих крепежных элементов, проникающих через изолирующий слой, в виде повторяющейся точки. Электропроводность линейного теплового моста упоминается как «значение psi», а проводимость точечного теплового моста упоминается как «значение chi». Тепловой мост определяется величиной потерь тепла, которые он вызывает. Если он вызывает <0,01 (Вт / мК) или 0,006 (БТЕ / ч фут ° F), то он больше не считается тепловым мостом.

Тепловой мост проводит энергию за счет потерь или усиления передачи из-за температурного градиента между внутренней и внешней частью конструкции.Чем больше температурный градиент, тем большее влияние тепловой мост окажет на общий энергетический баланс пассивного здания. Отсюда следует, что на здание в данном месте с более высоким уровнем изоляции и, следовательно, с более выраженным температурным градиентом между внутренней и внешней частью, тепловой мост будет сильнее, чем на здание в том же месте с меньшей изоляцией и, следовательно, меньшего размера. температурный градиент.

Разница в температурном градиенте между внутренней и внешней частью конструкции связана не только с изоляцией, но и напрямую связана с климатом / местоположением проекта.Тепловой мост в хорошо изолированном здании в климате с преобладанием тепла будет иметь гораздо большее влияние на энергетический баланс пассивного здания, чем такой же тепловой мост на идентично изолированном здании в климате с преобладанием охлаждения. Потери при передаче из-за тепловых мостов в климате с преобладанием тепла рассчитываются путем умножения значений psi и chi на градусо-дни нагрева. Чем больше градусо-дней нагрева, тем больше потери.

В климате с преобладанием охлаждения могут быть дни с нулевым градусом нагрева, таким образом, нулевые потери при передаче из-за теплового моста, вместо этого потери энергии из-за прироста тепла при передаче рассчитываются путем умножения значений psi и chi на дни с градусами охлаждения.Однако разница температур между высокой наружной температурой, скажем, 37,8 ° C (100 ° F), и температурой сезона охлаждения в помещении пассивного здания, равной 25 ° C (77 ° F), как правило, меньше, чем перепады между зимним минимумом -12,2. ° C (- 10 ° F), например, и температуре в помещении пассивного здания 20 ° C (68 ° F) в отопительный сезон.

Мосты холода часто встречаются там, где оконная рама встречается со стеной или где оконное остекление соединяется с рамой. Кроме того, внешняя стена на пересекающейся плите перекрытия, пристроенный балкон или консольный пол, или фундамент или опорная балка являются другими распространенными пересечениями, на которых могут возникать тепловые мосты.

Есть три основные причины, по которым следует избегать тепловых мостов в пассивных зданиях. Во-первых, как обсуждалось выше, потери или выигрыш при передаче из-за тепловых мостов увеличивают энергию, необходимую для обогрева или охлаждения здания до комфортной температуры. Во-вторых, можно избежать дискомфорта из-за низкой температуры внутренней поверхности, холодных точек и конвекционных потоков или сквозняков, которые могут возникнуть в результате этих холодных точек. Третья причина уменьшения образования мостиков холода — это устранение любых потенциальных проблем с долговечностью, которые могут возникнуть в результате конденсации на холодной внутренней поверхности.Эти проблемы могут включать гниение древесины, плесень, коррозию или повреждение от замерзания / оттаивания.

Тепловые мосты моделируются с помощью одной из нескольких автономных программ. К ним относятся LBNL THERM, HTflux, Flixoframe и HEAT2. Файл изображения детали импортируется или используется в качестве подложки, при этом назначаются свойства материала и граничные условия, а также моделируется тепловой поток. Результаты моделирования используются для дальнейших вычислений, чтобы получить значение psi или chi. Значение psi умножается на линейную длину возникновения теплового моста, а значение chi умножается на количество его появлений.Затем эти значения умножаются на градусо-дни нагрева или градусо-дни для определения дополнительной годовой потребности в тепле или годовой потребности в охлаждении из-за тепловых мостов. Чтобы определить дополнительную пиковую тепловую нагрузку или пиковую охлаждающую нагрузку из-за тепловых мостов, значения psi и связанные с ними длины и значения chi и связанные с ними величины умножаются на Delta T или разность между желаемой температурой в помещении и средним значением температуры наружного воздуха в наихудшем случае за 24 часа. температура для отопительного и холодного сезона соответственно.

Экономическая толщина изоляции

Изоляция экономической толщины

5.4 Экономическая толщина изоляции (ETI)

Изоляция любой системы требует капитальных затрат. Отсюда самое важное фактором в любой системе изоляции является анализ теплоизоляции с относительно стоимости. Эффективность изоляции подчиняется закону уменьшения возвращается. Следовательно, существует определенный экономический предел количества изоляции, что оправдано.Увеличенная толщина неэкономична и не может можно рекуперировать за счет небольшой экономии тепла. Это предельное значение называется как экономичная толщина утеплителя. Наглядный случай приведен в Рисунок 5.3. В каждой отрасли разная стоимость топлива и эффективность котла.

Эти значения можно использовать для расчета экономической толщины изоляции.

Это показывает, что толщина для данного набора обстоятельств приводит к самая низкая общая стоимость изоляции и теплопотери вместе взятых по сравнению с заданным промежуток времени.На следующем рисунке 5.4 показан принцип экономичная толщина утеплителя.

Простейший метод анализа того, следует ли использовать 1 «или 2» или 3-дюймовая изоляция производится путем сравнения стоимости потерь энергии со стоимостью изоляции трубы. Толщина утеплителя, при которой общая стоимость минимальная называется экономической толщиной. См. Рис. 5.4 Кривая, представляющая общая стоимость снижается на начальном этапе и после достижения экономической толщины соответствует минимальной стоимости, она увеличивается.

Определение экономической толщины требует внимания к следующие факторы.

Стоимость топлива
Часы работы в год
Теплосодержание топлива
КПД котла
Температура рабочей поверхности
Диаметр трубы / толщина поверхности
Ориентировочная стоимость утепления.
Средняя экспозиция при температуре окружающего воздуха

Порядок расчета экономической толщины изоляции

Чтобы объяснить концепцию экономической толщины изоляции, мы будем используйте пример.(См. Таблицу 5.3). Рассмотрим паропровод на 8 бар. Диаметр 6 дюймов, длина 50 метров. Оценим стоимость потерь энергии когда мы используем изоляцию размером 1, 2 и 3 дюйма, чтобы определить наиболее экономичную толщину.

Пошаговая процедура приведена ниже.

Определите температуру поверхности неизолированной трубы путем измерения.
Обратите внимание на такие размеры, как диаметр, длина и площадь поверхности. рассматриваемого участка трубы.
Примите среднюю температуру окружающей среды. Здесь мы взяли 30oC.
Так как мы делаем расчеты для коммерчески доступных толщина изоляции, потребуется несколько расчетов методом проб и ошибок для определения температуры поверхности после нанесения изоляции. К Начнем с того, что примите значение от 55 до 65 C, что является безопасным, сенсорная температура.
Выберите изоляционный материал с известной теплопроводностью. значения в среднем диапазоне температур изоляции.Здесь средняя температура составляет 111 ° C, а значение k = 0,044 Вт / м2 ° C для минеральной ваты.
Расчет коэффициентов поверхностной теплопередачи неизолированных и изолированных поверхностей, используя уравнения, обсужденные ранее. Рассчитать тепловую сопротивление и толщина утеплителя.
Выберите r2 так, чтобы эквивалентная толщина изоляции трубы равна толщине изоляции, оцененной на шаге 6. Отсюда значение, рассчитайте радиальную толщину изоляции трубы = r2-r1
Отрегулируйте желаемые значения температуры поверхности так, чтобы толщина изоляции близко к стандартному значению 1 дюйм (25.4 мм).
Оценить площадь поверхности трубы с различной изоляцией толщину и рассчитайте общие потери тепла с поверхностей, используя коэффициент теплопередачи, разница температур между поверхностью трубы и эмбиент.
Оцените стоимость потерь энергии по 3 сценариям. Рассчитать Чистая приведенная стоимость будущих затрат на электроэнергию во время изоляции срок службы обычно 5 лет.
Узнать общую стоимость установки изоляции на трубу (материал + трудозатраты)
Рассчитайте общую стоимость затрат на электроэнергию и изоляцию для 3 ситуаций.
Толщина изоляции, соответствующая наименьшей общей стоимости, составит быть экономической толщиной утеплителя.

Обратите внимание, что общая стоимость ниже при использовании 2-дюймовой изоляции, следовательно, экономичность толщина утеплителя.

Тепловые потери из изолированной трубы

Сб, 19 дек 2015 г.

Потери / теплопотери происходят от трубопровода, по которому текучая среда более горячая / холодная, чем температура окружающей среды.Изоляция снижает потери тепла в окружающую среду. Потери тепла зависят от ряда факторов, таких как толщина изоляции, температура окружающей среды, скорость ветра и т. Д. В этой статье показано, как рассчитать потери тепла из изолированной трубы и неизолированной трубы в окружающую среду.

Пример

A 3-дюймовая труба из углеродистой стали, по которой проходит горячее масло при температуре 180 ° C, изолирована изоляцией из силиката кальция толщиной 50 мм. Изоляция облицована листом с коэффициентом излучения поверхности 0,9. Температура окружающей среды составляет 28 ° C, а скорость ветра составляет 3.5 м / с. Рассчитайте температуру поверхности и потери тепла на изолированной и неизолированной трубе.

Общий коэффициент теплопередачи изолированной трубы определяется следующим образом.

где, k _PIPE, k _INSULATION — теплопроводность трубы и изоляции. h _в — коэффициент теплопередачи для текучей среды, протекающей в трубе, а h _{— воздух,} — коэффициент теплопередачи за счет воздуха, выходящего за пределы трубы. Первые два члена знаменателя в приведенном выше уравнении обычно меньше остальных членов, и ими можно пренебречь.В этом примере игнорируется первый член, связанный с трубной жидкостью.

Коэффициент теплопередачи на воздушной стороне, ч

_ВОЗДУХ

Теплопередача на воздушной стороне происходит за счет комбинированного действия конвекции и излучения. Предположим, что температура на поверхности покрытия t_surface и на поверхности t_interface стальной трубы. Рассчитайте среднюю температуру воздушной пленки следующим образом.

  t_average = (t_surface + t_ambient) / 2

Оценить термодинамические свойства воздуха, такие как теплопроводность (k), вязкость (μ), коэффициент расширения (β = 1 / t_average), плотность воздуха (ρ), кинематическая вязкость (ν), удельная теплоемкость (Cp) и температуропроводность (α). ) при средней температуре воздушной пленки.Эти свойства доступны в литературе в виде таблиц, их можно преобразовать в полиномиальную форму с помощью функции ЛИНЕЙН в Excel. Число Рейнольдса (Re), число Прандтля (Pr) и число Рэлея (Ra) рассчитываются на основе вышеуказанных свойств.

ч_излучение

Коэффициент теплопередачи за счет излучения рассчитывается по следующей формуле.

  h_radiation = σ ε (t_surface ⁴ - t_ambient ⁴) / (t_surface - t_ambient)

где σ — коэффициент Стефана Больцмана, а ε — коэффициент излучения для плакированной поверхности.

h_конвекция

Коэффициент конвективной теплопередачи складывается из принудительной и свободной конвекции. Принудительную конвекцию можно смоделировать на основе корреляции Черчилля и Бернштейна.

  h_formed = Nu.k_air / D3

Свободная конвекция рассчитывается на основе корреляции Черчилля и Чу.

  h_free = Nu.k_air / D3

Комбинированный коэффициент теплопередачи за счет принудительной и свободной конвекции рассчитывается с использованием следующего соотношения.

  Nu_combined = (Nu_force ⁴ + Nu_free ⁴) ^0,25 
  h_convection = Nu_combined.k_air / D3

Коэффициент теплопередачи на воздушной стороне рассчитывается следующим образом.

  h_air = h_radiation + h_convection

Общий коэффициент теплопередачи, U

Данные о теплопроводности изоляционного материала и трубы указаны в литературе и зависят от температуры. Его можно вписать в полиномиальное уравнение с помощью функции ЛИНЕЙН в excel.Сопротивление теплопередаче труб и изоляции рассчитывается по следующей формуле.

  r_pipe = D3.ln (D2 / D1) / 2.k_pipe 
  r_insulation = D3.ln (D3 / D2) / 2.k_insulation

Общий коэффициент теплопередачи рассчитывается как.

  r_overall = r_pipe + r_insulation + 1 / h_air 
  U = 1 / r_overall

Расчетное количество тепла, протекающего через изоляцию.

  Q = (t_operating - t_ambient) / r_overall

Сделана пересмотренная оценка межфазной границы и температуры поверхности.

  t_interface = t_operating - Q.r_pipe 
  t_surface = t_interface - Q.r_insulation

Вышеуказанные шаги повторяются с этими новыми оценками до тех пор, пока не будет незначительной разницы в температуре.

Тепловые потери на единицу длины трубы оцениваются следующим образом.

  Тепло _Потери = πD3 Q

Открытая труба

Для потери тепла из неизолированной трубы все вышеупомянутые шаги повторяются, но сопротивление изоляции не учитывается.

  r_pipe = D2.ln (D2 / D1) / 2.k_pipe 
  r_overall = r_pipe + 1 / h_air

Для этого примера температура поверхности и потери тепла следующие.

Таблица потерь тепла из изолированной трубы

Анализ трубопроводной сети Оценка параметра двоичного взаимодействия с помощью регрессии (PDF) Моделирование и тепловой расчет системы изоляции трубопроводов
Области применения этого материала — строительство в северных регионах, где требуется эффективная изоляция
, устойчивая к морозам и инертная к влажности воздуха и воде. острая необходимость.
Разработанная методика расчета толщины изоляционного слоя
по заданному (нормативному) тепловому потоку может быть основой для построения модели
оценки энергоэффективности изоляции трубопроводов диаметром до 1000 мм.
Независимо от метода изоляции. Тип и тип теплоизоляционных изделий
может быть любой, а выбор материала определяется только условиями эксплуатации и требованиями
по эксплуатационной стабильности и возможному выбросу вредных веществ (для изоляции
внутри помещений)
тепловой поток от поверхности изолированного трубопровода определяется площадью
поверхности (рассчитывается через внешний диаметр изоляционного слоя) и толщиной
изоляции.При диаметре трубопровода более 1 м поверхность теплопередачи становится на
более чем значимым фактором, определяющим теплопотери. Это изменяет граничные условия
, делая принятую методику неприменимой. Таким образом, в статье рассматриваются только
трубопроводов
, диаметр которых не превышает 1000 мм.
Список литературы
1. V.G. Гагарин, В. Козлов, Academia. Архитектура и инженерия 2, 60-63 (2006)
2.В.К. Аверьянов, С.А.Байкова, А.С. Горшков, А. Гришкевич, А.П. Кочнев,
Д.Н. Леонтьев, А.А. Мележик, А.Г.Михайлов, П. Рымкевич, А. Тютюнникова,
Жилищное строительство 3, 2-4 (2012)
3. Н.П. Умнякова, Вестник МГСУ 4 (5), 157-162 (2010)
4. Н.Н. Акулова, Г.С.Словчева, Жилищное строительство 7, 9-12 (2017)
5. I.J. Гнип, В. Кершулис, С. Вайткус, Механика композиционных материалов 41 (4), 357-
364 (2005)
6.Н.П. Умнякова, Жилищное строительство 1, 30-33 (2012)
7. А.Д. Жуков, Science Direct, IFAC Paper On Line 51 (30), 803-807 (2018). DOI:
10.1016 / j.ifacol.2018.11.191
8. Жуков А.Д., Жуков К.А. Тер-Закарян, В. Семенов, С. Козлов, Е.А. Зиновьева, Э.
Фомина, МГСУ. IPICSE, (2018). DOI:
https://doi.org/10.1051/matecconf/201825101014
9. A.A. Ахременков, В.А. Кузьмин, А. Цирлин, В. Цыганков, Строительные материалы
12, 65-67 (2013)
10.И.Я. Гнип, В. Кершулис, Строительные материалы 4, 22-23 (2003)
11. Г.П. Васильев, М. Колесова, Вестник МГСУ 8, 293-302 (2011)
12. Н.П. Умнякова, В. Цыганков, В. Кузьмин, Жилищное строительство 1 (2), 38-42
(2018)
13. А. Пилипенко, Е. Боброва, А. Жуков, E3S Web of Conferences 91, 02017 (2019).
DOI: https://doi.org/10.1051/e3sconf/201917
14. А. Жуков, Т. Довыденко, С. Козлов, К.Тер-Закарян, Э. Боброва, E3S Web of
Conferences, 02032 (2019). DOI: https://doi.org/10.1051/e3sconf/201932
15. Б.М. Румянцев, А.Д.Жуков, Д.Б. Зеленщиков, А. Чкунин, К. Иванов, Ю.В.
Сазонова, Сеть конференций MATEC 86, (2016).
DOI: http://dx.doi.org/10.1051/matecconf/ 20168604027.
16. I.J. Гнип, В. Кершулис, С. Вайткус, Механика композитных материалов 41 (5), 407-
414 (2005)
E3S Web of Conferences 164, 14021 (2020)
TPACEE-2019
https: // doi.org / 10.1051 / e3sconf / 202016414021
8
Определение подходящей толщины изоляции
Что следует учитывать при определении толщины изоляционных покрытий труб
Какой толщины должна быть ваша изоляция?
Многое необходимо учитывать при определении надлежащей толщины изоляции для ваших трубопроводных систем и различного оборудования. Очень важно подобрать подходящую толщину, потому что вы можете повредить свое оборудование, вызвать ненужные потери энергии или нанести вред своим сотрудникам, если ваше оборудование не будет должным образом изолировано с необходимой толщиной.Вот 4 фактора, которые вы должны учитывать:
1. Экстремальные температуры : Различные типы оборудования, составляющего систему трубопроводов, часто уникальны и требуют разной толщины изоляционных покрытий, используемых для их защиты. Например, изоляционные покрытия горячих труб должны быть толще при изоляции оборудования, которое нагревается до чрезвычайно высоких температур внутри. Для очень холодных трубопроводов используйте изоляционное покрытие трубы, которое не должно быть очень толстым, и вы можете рассмотреть возможность использования обогреваемых изоляционных крышек с паровым или тепловым следом.Однако лучший способ определить, подходящая ли температура для толщины вашего оборудования — это следовать рекомендациям производителя.
2. Климатические условия : При выборе толщины изоляции необходимо принимать во внимание климат, поскольку температура внутри вашей трубопроводной системы важна, так же как и температура снаружи вашей трубопроводной системы. Когда оборудование работает в холодную погоду, изоляционные покрытия должны быть толще, чтобы предотвратить потерю тепла.Климат, в котором работает ваше оборудование, является одним из наиболее важных факторов, по которым вы можете определить толщину изоляции. Одно из немногих обстоятельств, при которых необходимо утолщать изоляцию для теплых условий, — это когда у вас есть оборудование, которое имеет холодную внутреннюю температуру в теплой среде. Например, вы изолируете трубы, по которым холодная вода проходит через завод в теплом климате, таком как Калифорния.
3. В помещении или на открытом воздухе : Климат — довольно важный фактор, определяющий толщину изоляционного покрытия труб, но также имеет большое значение, находится ли ваше оборудование в помещении или на открытом воздухе.Более вероятно, что оборудование, размещенное в помещении, прослужит дольше и потребует меньшего обслуживания, чем ваши трубопроводные системы на открытом воздухе. Поэтому некоторые системы трубопроводов должны быть толще, чтобы выдерживать дождь, мокрый снег, снег, ветер, постоянное солнце и другие неконтролируемые переменные, которые возникают при хранении на открытом воздухе.
4. Измерение : Следует отметить одну важную вещь: чем длиннее труба, тем больше тепла может быть потеряно. Поэтому, если одна секция вашего оборудования значительно длиннее, чем остальная часть вашей трубопроводной системы, тогда эта секция требует более толстой изоляции.Следовательно, определение длины, ширины и высоты вашего оборудования поможет точно настроить толщину изоляционных покрытий труб, которые вы выберете. Многие владельцы объектов реконструируют свои требования к толщине изоляции, вычисляя, какой, по их мнению, должна быть температура прикосновения к внешней изоляции. Есть много готового программного обеспечения, которое может помочь в этом расчете.