18. Расчёт толщины изоляционного слоя

Основан на следующем неравенстве: , самый экономичный вариант

(7.1)

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 местоположения и типа прокладки, принимаем по [9]. Для воздушной прокладки – k = 1,07, для надземной безканальной k = 1,03;

Далее разберём состав термического сопротивления R:

, (м·ºС)/Вт

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 безканальная прокладка;

R_к – сопротивление стенки канала. Аналогично;

R_гр – сопротивление грунта. Отсутствует в случае воздушной прокладки теплопроводов;

Есть ещё один слой между теплоносителем и окружающей средой – это слой фольги, но его сопротивление крайне мало. Таким образом получаем следующее уравнения для прокладки воздухом:

R = R_тр + R_из + R_н (7.2)

И такое для подземной:

R = R_тр + R_из + R_гр + R_н (7.3)

Расчётные уравнения для термических сопротивлений на погонный метр:

(7.4)

где d_вн – внутренний диаметр трубопровода;

d_нар – наружный диаметр трубопровода;

– теплопроводность стенки, для стальной трубы = 24 Вт/(м·ºС);

(7.5)

где – наружный диаметр цилиндрического изолирующего слоя;

– внутренний диаметр слоя изолятора;

– теплопроводность изолятора. Уже упоминалось, что = 0,03 Вт/(м·ºС), но с учётом корректировки на влажность грунта  0,0315 Вт/(м·ºС);

(7.6)

где – наружный диаметр заизолированного теплопровода;

– теплоотдача наружной стенки теплопровода воздуху, по [11]:

(7.7)

(7.8)

где Н – глубина заложения теплопровода, принимаем Н = 2 м;

– теплопроводность грунта, по [6], для влажного, глинистого (суглинистого) грунта расчётный коэффициент теплопроводности = 2 ккал/(м·ч·ºС) = 2,326 Вт/(м·ºС);

Осталось получить расчётную формулу для толщины изоляционного слоя:

,

значит и далее , тогда , получаем формулу:

(7.9)

Поскольку выбранный нами материал не уплотняющийся (как, например, минераловатные маты), то формула 75.8 является окончательной.

Минимально возможную толщину изоляции определяет технология наложения изоляции (в нашем случае возможен очень широкий диапазон толщин и мы не будем проверять на технологическую минимальность), а также температура на поверхности изоляции, которая должна быть не более 75ºС для поверхностей тепловой изоляции трубопроводов, расположенных за пределами рабочей или обслуживаемой зон.

Температура поверхности изоляции из условия равенства конвективного и теплопроводного теплопотоков:

, отсюда . Здесь R может быть равным R_н и R_гр.

При расчёте обратного трубопровода в этой проверке нет необходимости, поскольку расчётная температура теплоносителя протекающего в нём гораздо ниже максимально допустимой ºС < 75ºС.

Результаты расчётов по формулам 7.4, 7.5, 7.6, 7.7, и 7.9 сведём в таблицу. Единица измерения термического сопротивления в таблице принята (м·ºС)/Вт, коэффициента теплоотдачи – Вт/(м²·ºС), теплопотерь – Вт/м, температуры – ºС.

Таблица 5.2 Результаты расчёта тепловой изоляции
Участок	dвн, м	dнар, м	Rтр·105	Направление		Rн	Rгр	qН, Вт/м	δиз, м	tп
И - ПП	0,23	0,244	39,1846	прямой	16,74	0,0569	–	57,162	0,045	0,54
				обратный	16,77	0,0570	–	31,509	0,04	–
И - ТК	0,512	0,53	22,9133	прямой	13,81	0,0362	–	92,918	0,053	0,85
				обратный	13,82	0,0363	–	53,556	0,052	–
ТК - Ж1	0,338	0,356	34,4072	прямой	–	–	0,1978	70,445	0,043	12,95
				обратный	–	–	0,1981	39,946	0,042	–
ТК - Ж2	0,408	0,426	28,6294	прямой	–	–	0,1877	79,478	0,043	14,36
				обратный	–	–	0,1880	45,923	0,042	–