Предельная толщина изоляции тепловых сетей, мм

Однотрубный теплопровод. Общее сопротивление теплопередаче при надземной прокладке теплопровода

R = R_и + R_н . (6.39)

Сопротивление теплопроводности тепловой изоляции

R_и = ln , (6.40)

где λ_и – теплопроводность материала изоляции, Вт/(м׺С); d_ни и d_ви – наружный и внутренний диаметры изоляции, м.

Тепловое сопротивление наружной поверхности изоляции

R_н = 1/(πd_ниα_н) . (6.41)

Коэффициент теплоотдачи поверхности изоляции определяют по эмпирической формуле, Вт/(м²∙ºС):

α_н = 11,6 + 7 , (6.42)

где υ – скорость движения воздуха у поверхности изоляции, м/с.

При подземной бесканальной прокладке тепловой сети для определения R пользуются также формулой (6.39), только вместо R_н подставляют тепловое сопротивление грунта R_гр, которое находят из выражений

при h/d_эн ³ 2

R_гр = ln ; (6.43)

при h/d_эн < 2

R_гр = ln , (6.44)

где λ_гр – теплопроводность грунта, Вт/(м×°С). Для грунтов средней влажности λ_гр = 1,2 … 2,5 Вт/(м×°С); h – глубина заложения оси трубопровода, м.

Двухтрубный теплопровод. При двухтрубной подземной бесканальной прокладке вокруг теплопроводов в грунте образуются температурные поля, которые, воздействуя одно на другое, способствуют уменьшению теплопотерь каждой трубой в отдельности. Взаимное влияние одной трубы на другую учитывается условным дополнительным сопротивлением, определяемым по формуле Е. П. Шубина

R_доп = ln , (6.45)

где b – расстояние между осями труб, м.

Удельные потери теплоты двухтрубным теплопроводом определяют по следующим уравнениям, Вт/м:

для подающего трубопровода

q₁ = , (6.46)

для обратного трубопровода

q₂ = , (6.47)

где t₁ и t₂ – расчетные температуры теплоносителя в подающем и обратном трубопроводах, ºС.

При подземной прокладке сети в непроходных каналах тепловые потоки от каждого трубопровода нагревают воздух в канале, затем общий тепловой поток через стенки канала рассеивается в грунте. Определяя R по формуле (6.39), вместо R_н подставляют R_к.

Тепловое сопротивление канала

R_к = R_вп + R_ст + R_гр, (6.48)

где R_вп – сопротивление теплоотдаче от воздуха канала к его внутренней поверхности, м×^оС/Вт;

R_вп = 1/(πd_эвα); (6.49)

R_ст – тепловое сопротивление стенок канала, м׺С/Вт:

R_ст = ln ; (6.50)

R_гр – тепловое сопротивление грунта, окружающего канал, м׺С/Вт; определяется по формуле (6.43) или (6.44) с заменой d_ни на d_эн; α – коэффициент теплоотдачи, Вт/(м²∙°С), определяемый по формуле (6.42), принимая υ = 0; λ_ст – теплопроводность стенок канала, Вт/(м ×°С); d_эн и d_эв - эквивалентные наружный и внутренний диаметры канала определяемые по формуле, м:

d_э = 4А/P, (6.51)

где А – площадь (наружного или внутреннего) поперечного сечения канала при соответственно наружном или внутреннем его периметре Р.

При определении потерь теплоты трубопроводами пользуются также формулами, что и для бесканальной прокладки, только вместо t_гр подставляют значение средней температуры воздуха в канале t_к. В двухтрубной тепловой сети

t_к = . (6.52)

Значение t_к может быть близким к температуре теплоносителя t₂ в обратном трубопроводе. В этом случае его не покрывают тепловой изоляцией, что экономически выгодно.

Рассчитав удельные потери теплоты трубопроводами тепловой сети, сравнивают их значения с соответствующими нормами, приведенными в табл. 6.10 и 6.11. При несоответствии нормам расчет повторяют, пользуясь методами последовательного приближения, изменяя или толщину изоляции в допустимых пределах (см. табл. 6.12), или вид изоляционного покрытия.

Падение температуры теплоносителя – воды на участке трубопровода длиной l, м, находят из уравнения, °С:

Δt = , (6.53)

где β – коэффициент к длине трубопровода, учитывающий потери теплоты неизолированными компенсаторами, фланцевыми соединениями, арматурой. При надземной прокладке β = 1,25, при канальной – β = 1,2, при бесканальной – β = 1,15; G_т – расход теплоносителя, кг/с.

Падение энтальпии теплоносителя – пара, кДж/кг:

Δh (6.54)

Пример 6.4. Для участка двухтрубной надземной водяной тепловой сети длиной 80 м, работающей в течение года определить экономически целесообразную толщину теплоизоляции, выполненной из полуцилиндров пенопластовых марки ФРП – 1 (плотность конструкции 100 кг/м³), удельные потери теплоты трубопроводами и падение температуры теплоносителя на длине участка. Наружный диаметр обеих труб 194 мм, расход теплоносителя 43,1 кг/с. Среднегодовая температура теплоносителя в подающем трубопроводе 65 ^оС, в обратном – 50 ^оС. Среднегодовая расчетная скорость ветра = 5,7 м/с. Среднегодовая температура наружного воздуха t_о= + 2,7 ^оС.

Решение. Минимальная толщина полуцилиндров, изготавлимаемых промышленностью – 30 мм (приложение). Задаемся этой толщиной изоляции для предварительного расчета.

Наружный диаметр изоляции:

d_ни= 0,194 + 2·0,03 = 0,254.

Теплопроводность изоляции по данным приложения:

для подающего трубопровода

_ин = 0,043 + 0,00019(65+40)/2 = 0,053 Вт/м×^оС,

для обратного трубопровода

_ио = 0,043 + 0,00019(50 + 40)/2 = 0,0516 Вт/м×^оС.

Сопротивление изоляции теплопроводности по (6.40) подающего трубопровода

м×°С/Вт,

обратного трубопровода

м×°С/Вт.

Коэффициент теплоотдачи поверхности изоляции по (6.42)

_и = 28,3 Вт/м² ×°С.

Тепловое сопротивление наружной поверхности изоляции:

R_н = 1/3,14·0,254·21,7 = 0,044 м׺С/Вт.

Общее сопротивление теплопередачи подающего трубопровода:

R^п = 0,809 + 0,058 = 0,856 м׺С/Вт.

Обратного трубопровода

R^о = 0,831 + 0,058 = 0,875 м׺С/Вт.

Удельные потери теплоты по (6.38) подающим трубопроводом

q_п = (65 – 2,7)/0,856 = 72,8 Вт/м,

обратным

q_о = (50 – 2,7)/0,875 = 54 Вт/м.

Значения теплопотерь и для подающего и для обратного трубопроводов выше норм для данного диаметра труб, приведенных в таблице 6.10. Выбираем толщину изоляционного слоя для подающего 50 мм и обратного трубопроводов – 40 мм.

Проведем повторный расчет

мм,

мм,

м×^оС/Вт,

м×^оС/Вт,

= 1/3,14·0,294·21,7 = 0,050 м×^оС/Вт,

= 1/3,14·0,274·21,7 = 0,053 м×^оС/Вт,

R^п = 1,249 + 0,050 = 1,299 м×^оС/Вт,

R^о = 1,065 + 0,053 = 1,118 м×^оС/Вт,

q_п = (65 – 2,7)/1,299 = 47,9 Вт/м,

q_о = (50 – 2,7)/1,118 = 42,3 Вт/м.

Эти значения теплопотерь ниже норм для данного диаметра труб. Толщина изоляции значительно меньше предельной толщины для данного диаметра труб (табл. 6.12). Следовательно, по этим параметрам толщина тепловой изоляции выбрана правильно.

Падение температуры теплоносителя на длине участка определяем по формуле (6.53) подающего трубопровода:

^оС,

^оС.

Пример 6.5. Определить, как изменяются удельные тепловые потери трубопроводами, если они будут проложены в непроходном бетонном канале. Глубина заложения осей труб h = 1,5 м. Грунт песчаный ( 2000 кг/м³), влажный (теплопроводность λ_гр = 2,0 Вт/м ^оС, температура на глубине прокладки труб t_гр = 5 ^оС). Теплопроводность бетона во влажной среде λ_ст = 1,86 Вт/м ^оС.

Решение. По формуле (6.51) определим эквивалентные наружный и внутренний диаметры канала (рис. 6.4)

d_эн = м,

d_эв = м.

Коэффициент теплоотдачи от воздуха канала к внутренней поверхности канала по (6.42) = 1 1,6 т.к. = 0.

Сопротивление теплоотдачи от воздуха канала к его внутренней поверхности по (6.41):

R_вн = 1/3,14 м°С/Вт.

Рис. 6.4. к примеру 6.5.

Тепловое сопротивление стенок канала по формуле 6.50

R_ст = м°С/Вт.

Так как отношение h/d_эн < 2, то тепловое сопротивление грунта находим по формуле (6.44)

.

Общее тепловое сопротивление подающего трубопровода

R^п = 1,249 + 0,242 = 1,491м² °С/Вт,

R^o = 1,065 + 0,242 = 1,307м² °С/Вт.

Условное дополнительное сопротивление по (6.45)

R_доп = м² °С/Вт.

Температура воздуха в канале по (6.52)

t_к = °С.

Подставляя вместо t_гр значения t_к по (6.46) и (6.47) определяем удельную потерю теплоты

- подающим трубопроводом

q_п = Вт/м,

- обратным трубопроводом

q_о = Вт/м.

Удельные потери теплоты уменьшились в подающем трубопроводе в

раза, а в обратном трубопроводе в раза.