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/м³ 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/м³ 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 d_к по нормированной плотности теплового потока выполняют по формуле

, (1)

где d - наружный диаметр трубопровода, м;

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

Величину В определяют по формуле:

, (2)

где е - основание натурального логарифма;

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

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

, (3)

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

(4)

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

- средняя за период эксплуатации температура теплоносителя;

- коэффициент;

- 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

(5)

При подземной канальной прокладке

(6)

При подземной бесканальной прокладке

(7)

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

, (8)

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/(м²×°С)

Изолированный объект	В закрытом помещении	На открытом воздухе при скорости ветра3, м/с
Покрытия с малым коэффициентом излучения1	Покрытия с высоким коэффициентом излучения2
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

, (9)

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

- внутренний эквивалентный диаметр канала, м, определяемый по формуле

, (10)

где F - внутреннее сечение канала, м²;

P - периметр сторон по внутренним размерам, м;

- термическое сопротивление стенки канала определяемое по формуле

, (11)

где - теплопроводность стенки канала; для железобетона

= 2,04 Вт/(м·°С);

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

- термическое сопротивление грунта определяемое по формуле

, (12)

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

= 1,0-1,5 Вт/(м·°С);

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

; (13)

· для обратного трубопровода

, (14)

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, мм	50-80		125-150
b, мм

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

, (15)

, (16)

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, мм	Способ прокладки трубопровода
Надземный	В тоннеле	В непроходном канале
Предельная толщина теплоизоляционного слоя, мм, при температуре, °С
20 и более	20 и более	до 150 вкл.
1020 и более

Примечания

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.

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

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