Теплова ізоляція.

Ефективність системи теплопостачання залежить від якості теплової ізоляції трубопроводів та обладнання. Не залежно від температури теплоносія потрібно наносити теплову ізоляцію на трубопроводи теплових мереж, арматуру та обладнання.

Метою нанесення ізоляції є зменшення тепловтрат та забезпечення потрібної температури на поверхні ізоляції.

Температура на поверхні ізоляції трубопроводів, які знаходяться в приміщенні не повинна бути більш ніж 45 , якщо розрахункова температура теплоносія більш за 100 та не більш ніж 35 на поверхні ізоляції, якщо t < 100 .

При прокладанні ТМ в прохідних каналах максимальна температура на поверхні ізоляції 60 . Теплова ізоляція призначена також для зменшення зовнішньої корозії трубопроводів, тому вона не повинна містити хімічно-активних речовин, які викликають корозію металу. За ДБН коефіцієнт теплопровідності теплової ізоляції λ<0,07 Вт/м^оС. Коефіцієнт теплопровідності залежить від температури теплоносія, який рухається в тепловій мережі і тому визначається в залежності від середньорічної температури теплової ізоляції.

Теплова ізоляція повинна мати мале водопоглинання та гідрофобність (водовідштовхування). Внаслідок намокання ізоляції коефіцієнт теплопровідності зростає в 3-4 рази та відповідно зростають тепловтрати.

Ефективність теплової ізоляції характеризується коефіцієнтом корисної дії ізоляції:

, ( 12.1. )

де - тепловтрати неізольованого трубопроводу; - тепловтрати ізольованого трубопроводу.

Ізоляція є ефективною, якщо коефіцієнт ефективності 85 - 95%.

Теплова ізоляція складається з:

1.Антикорозійного шару.

2.Теплоізоляційного шару.

3.Захисного шару.

Перед нанесенням антикорозійного шару здійснюється зачистка поверхні трубопроводу та його знежирювання. Антикорозійний шар наноситься з матеріалів на бітумній основі.

Метою нанесення захисного шару є захист теплової ізоляції від впливу навколишнього середовища. Матеріал захисного шару залежить від способу прокладання трубопроводів.

Розрахунок теплової ізоляції виконують з метою:

1. визначення товщини теплової ізоляції при відомих значеннях нормативних тепловтрат;

2. визначення товщини теплової ізоляції при відомій температурі на поверхні ізоляції;

3. визначення зменшення температури теплоносія по довжині, при відомій конструкції теплової ізоляції;

4. визначення температури на поверхні ізоляції, при відомій конструкції теплової ізоляції;

5. визначення кількості конденсату, який утворюється при транспортуванні насиченої пари;

6. визначення тепловтрат, при відомій конструкції теплової ізоляції;

За розрахункову температури навколишнього середовища при розрахунках приймають:

1. при роботі трубопроводів протягом опалювального періоду – середню температуру навколишнього середовища за опалювальний період;

2. при цілорічній роботі системи теплопостачання – середньорічну температури навколишнього середовища (повітря при надземному прокладанні та грунта при підземному).

На надійність роботи системи та ізоляції впливає періодичність та тривалість їх роботи, чим більше система працює за рік, тим вище її надійність.

Термічний опір теплової ізоляції трубопроводів який прокладено в каналі складається:

Рис.12.1. До розрахунку термічних опорів.

( 12.2. )

де - термічний опір тепловіддачі від води до стінки трубопроводу ( - можливо не враховувати); - термічний опір теплопровідності стінки сталевого трубопроводу; - термічний опір антикорозійного шару; - термічний опір теплоізоляційного шару; - термічний опір захисного шару; - термічний опір конвективного теплообміну на поверхні захисного шару; - термічний опір на поверхні каналу; - термічний опір залізобетонного каналу; - термічний опір грунта.

Термічний опір плоскої та циліндричної стінки:

; ( 12.3. )

; ( 12.4. )

де - термічний опір циліндричної стінки; - зовнішній діаметр шару ізоляції; - внутрішній діаметр шару ізоляції.

Термічний опір конвекції на циліндричній поверхні визначається за формулою:

, ( 12.5. )

де - коефіцієнт тепловіддачі на поверхні ізоляції; - діаметр.

Термічний опір залізобетонного каналу:

, ( 12.6. )

де - еквівалентний зовнішній діаметр каналу; - еквівалентний внутрішній діаметр каналу.

Поняття критичного діаметру теплової ізоляції актуальне тільки для діаметру 14 мм і менше. Полягає в тому що тепловтрати зростають при збільшені товщини теплової ізоляції та площі поверхні.

Термічний опір грунта залежить від заглиблення ТМ, тобто - враховується вплив температури зовнішнього повітря, тобто конвективний теплообмін на поверхні землі.

При - не враховується.

При прокладанні двох трубопроводів в одному каналі потрібно враховувати їх взаємний вплив, що здійснюється шляхом визначення температури повітря в каналі.

, ( 12.7. )

де та - середньорічні температури теплоносія в подавальному та зворотному трубопроводах; - середньорічна температура грунта; ; - термічний опір теплоізоляційного шару та конвективного теплообміну на поверхні подавального та зворотного трубопроводу; - термічний опір грунта каналу та конвективного теплообміну на внутрішній поверхні каналу.

Тепловтрати від подавального та зворотного трубопроводу визначаються за формулою:

( 12.8. )

де - це середньорічна температура в подавальному або зворотному трубопроводі; - температура в каналі; - коефіцієнт враховуючий втрати теплоти в місцевих опорах ( =0,2); - термічний опір ( або ) ізоляції та на її поверхні.

Значення тепловтрат порівнюють з нормативними тепловтратами. Цей розрахунок потрібно доповнювати визначенням ефективності ізоляції (85-95%).

Визначення температури на поверхні ізоляції при надземному прокладанні та при прокладанні трубопроводів в приміщенні.

Для наземного прокладеного трубопроводу:

( 12.9. )

Рис.12.2. Визначення тепловтрат.

, ( 12.10. )

, ( 12.11. )

,

де - температура теплоносія; - температура на поверхні ізоляції; - температура навколишнього середовища; - термічний опір ізоляційної конструкції; - термічний опір конвективного теплообміну на поверхні ізоляції.

( 12.12. )

Визначення зменшення температури теплоносія по довжині.

Рис.12.3. Визначення зменшення температури.

, ( 12.13. )

де - витрата теплоносія; - теплоємність води; - температура на початку та в кінці трубопроводу; - середня температура теплоносія на ділянці; - середня температура навколишнього середовища.

( 12.14. )

Визначення товщини ізоляції за значенням нормативних тепловтрат.

Сумарний термічний опір теплоізоляційного шару:

, ( 12.15. )

,

де - термічний опір ізоляції шару; - нормативні тепловтрати.

Потрібно задатись товщиною з метою визначення термічного опору на поверхні ізоляції.

, ( 12.16. )

де - коефіцієнт теплопровідності ізоляції; - зовнішній діаметр сталевої труби; - товщина теплоізоляційного шару.

Відповідно визначаємо товщину ізоляційного шару:

( 12.17. )

Враховуючи збільшення вартості паливно-енергетичних ресурсів при визначенні оптимальної товщини ізоляції, потрібно виконувати техніко-економічний розрахунок з визначенням мінімально приведених затрат:

, ( 12.18. )

де - річні відрахування від вартості ізоляції складають 0,08; - нормативний коефіцієнт капіталовкладень в ізоляцію ( =0,12); - капіталовкладення в теплову ізоляцію; - річна вартість тепловтрат; - приведені затрати.

Рис.12.4. Визначення оптимальної товщини ізоляції за приведеними затратами.