Цель работы

Для трубопроводов условным диаметром D двухтрубных водяных тепловых сетей при их совместной прокладке в непроходных каналах по нормированной плотности теплового потока через изолированную поверхность, для заданного числа часов работы трубопроводов в году:

1. Произвести расчет толщины тепловой изоляции.

2. Построить графическую зависимость термического сопротивления теплоизоляционного слоя от наружного диаметра изоляции .

3. Сравнить варианты использования тепловой изоляции. В качестве критерия оценки принять толщину изоляционного слоя и теплофизические характеристики теплоизоляционного материала.

Исходные данные

Условный D и наружный диаметры трубопроводов подающей и обратной магистрали; расчетные температуры сетевой воды в подающем и обратном трубопроводах соответственно и ; число часов работы трубопроводов .

В качестве вариантов тепловой изоляции рассматриваются:

1) конструкции из матов минераловатных (МВ) с покровным слоем из стеклопластика рулонного;

2) изоляция сэндвич - скорлупами из пенополиуретана (ППУ) с покровным слоем стеклопластиком.

Теплопроводность изоляционных материалов принята по прилож. 4. Варианты заданий приведены в прилож. 4.

Порядок выполнения работы

1. Расчет толщины тепловой изоляции

Расчет толщины тепловой изоляции двухтрубной водяной тепловой сети производится по выше приведенным формулам.

В первом случае в качестве тепловой изоляции предложены маты минераловатные прошивные и плиты минераловатные.

Расчетные формулы для определения коэффициента теплопроводности тепловой изоляции приведены в табл. 4.4, где средняя температура теплоизоляционного слоя определяется по формуле

,

- средняя за год температура воздушного канала.

Средняя температура воздуха в канале во многом зависит от внутренних его размеров и теплопроводности грунта определяется

,

где – температура грунта на глубине заложения оси трубопровода; - суммарное термическое сопротивление воздушного канала и грунта;

– нормированные плотности теплового потока для подающего и обратного трубопроводов, Вт/м, которые даны в табл. 4.1 и 4.2.

В табл. 4.5 приведены значения температур грунта , в зависимости от глубины заложения.

Суммарное термическое сопротивление воздушного канала и грунта определяется по формуле [3]

,

где – сопротивление теплоотдачи от наружной поверхности теплоизоляционного трубопровода в воздушное пространство канала; – термическое сопротивление грунта вокруг канала; – эквивалентный внутренний диаметр воздушного канала; – коэффициент теплопроводности грунта, принимается в работе , как для почвы – глины и суглинок с влажностью 24% [2]; – глубина заложения канала от поверхности грунта до горизонтальной оси канала.

Эквивалентный внутренний диаметр воздушного канала

,

где F и Р – сечение и периметр канала, соответственно м² и м; b и h – ширина и высота внутри (в свету) канала, м.

Внутренние размеры непроходных каналов определяются только наружными диаметрами заложенных в них изолированных трубопроводов, расстоянием между ними, расстоянием в свету от наружных поверхностей труб до стенок канала и дна канала [2]. Для точных расчетов размеры каналов можно определить по табл. 4.3 [6].

В строительстве при прокладке двух трубных водяных сетей используются сборные железобетонные каналы серии МКЛ (рис.4.2). Основные показатели каналов даны в табл. 4.6.

Рис. 4.1. Трубопровод в полупроходном канале: - условные диаметры подающего и обратного трубопроводов

Термическое сопротивление стенки неметаллических трубопроводов в формуле 2 нужно принять , так как трубопровод представляет собой стальную конструкцию.

Коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности изоляции в формуле 2 принимаемый по справочному приложению [5] = 12 Вт/(м² · ⁰С).

Для района строительства в Восточной Сибири и способа прокладки трубопровода в непроходном канале k₁ = 1,07 по [5].

Во втором случае в качестве тепловой изоляции выбран теплоизоляционный материал пенополиуретан (ППУ).

Расчет толщины тепловой изоляции ведется так же по схеме приведенной выше.

Теплоизоляционный материал из пенополиуретана выдерживает температуру 130 ⁰С и кратковременно 150 ⁰С, поэтому для трубопроводов работающих по температурному графику 150/70 и 170/70 ограничено использование теплоизоляции из ППУ. Температуростойкость такого изоляционного материала оказывается ниже температуры стенки изолируемого трубопровода. Для этого непосредственно на изолируемую поверхность укладывается предохранительный слой из более температуростойкого материала. В качестве такого слоя используется теплоизоляционный материал из пенополиизоцианурата (ПИР).

Толщину тепловой изоляции из ППУ, определяемую по формуле 1 нужно рассматривать, как основную, но в качестве уже второго слоя.

Получается двухслойная теплоизоляционная конструкция. Параметр В для первого слоя тепловой изоляции в формуле 4 определяется для пенополиизоцианурата.

Толщина первого предохранительного слоя определяется из условия, чтобы температура между обоими слоями не превышала максимальной температуры применения основного изоляционного слоя.

Наружная температура слоя изоляции принимается ниже температуры среды внутри изолируемого трубопровода

.

Расчет толщины второго слоя изоляции выполняется по формуле 5, где коэффициент теплопроводности ППУ, диаметр предохранительного слоя тепловой изоляции.

Коэффициент дополнительных потерь k определяется из табл.4.

Значения коэффициента дополнительных потерь k [3, табл.1]

Таблица 4

В непроходных каналах с условным проходом (D), мм	Коэффициент k
до 150 150 и более	1,2 1,15

В табл. 5 приведены данные придельной толщины ( ) теплоизоляционных конструкций в непроходных каналах.

В случае если по расчету следует принять более эффективный теплоизоляционный материал.

Применение конструкций с большей толщиной теплоизоляционного слоя требует технического обоснования.