4.2 Расчёт толщины изоляционного слоя

Проводим расчёт участка И-ТК

Задаемся предварительной толщиной изоляционного слоя: 50 мм.

Расчет толщины теплоизоляционного слоя производится по нормированной удельной плотности теплового потока через изолированную поверхность. Определяем суммарное термическое сопротивление теплопередаче теплоизоляционной конструкции:

(4.1)

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, учитывающий изменение стоимости теплоты и теплоизоляционной конструкции в зависимости от района строительства и способа прокладки трубопровода. Для подземной бесканальной k = 1 [6];

(м·К)/Вт

Полное термическое сопротивление изоляционной конструкции теплопередаче зависит от способа прокладки и в общем случае состоит из следующих величин, (м·К)/Вт:

, (4.2)

где 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. При расчётах им пренебрегают ввиду относительной малости;

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, т.к. у нас бесканальная прокладка;

R_к – сопротивление стенки канала; Отсутствует, т.к. у нас бесканальная прокладка;

R_гр – сопротивление грунта.

Таким образом получаем следующее уравнения для подземной прокладки:

R = R_тр + R_из + R_гр + R_н (4.3)

Расчётные уравнения для термических сопротивлений на погонный метр:

(4.4)

где d_вн – внутренний диаметр трубопровода;

d_нар – наружный диаметр трубопровода;

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

(м·К)/Вт;

(4.5)

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);

(4.6)

где – наружный диаметр заизолированного теплопровода, = d_нар+2δ;

– теплоотдача наружной стенки теплопровода воздуху, определим по формуле

(4.7)

(4.8)

где Н – глубина заложения теплопровода, принимаем Н = 0,7 м;

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

Из уравнения (4.3) находим термическое сопротивление изоляции:

R_из = R- (R_тр + R_н + R_гр) (4.9)

R_из = 1,11– (0,0001047+0,042+0,105) = 0,963 (м·К)/Вт

(4.10)

Расчетную толщину для жестких, ячеистых материалов из неуплотняющихся материалов и пенопластов следует принимать ближайшую по соответствующим государственным стандартам и техническим условиям.

Для изолируемых трубопроводов с положительными температурами рабочих сред толщина теплоизоляционного слоя должна быть проверена по допустимой температуре на поверхности изоляции [6]. Температура на поверхности тепловой изоляции трубопроводов, расположенных за пределами рабочей или обслуживаемой зоны, не должна превышать температурных пределов применения материалов покровного слоя, но не выше t^нп= 75 °С [5].

Определение действительной температуры на наружной поверхности изоляции осуществляется на основании решения уравнения плотности тепловых потоков: теплопроводности, проходящего через слой изоляции трубопровода за счет разности температур (τ_ср-t_п) и конвективного, уходящего с наружной поверхности трубопровода – (t_п – t_о):

. (7.11)

Отсюда

(7.12)

Для найденного из уравнения (7.12) значения температуры на поверхности покровного слоя изоляции должно выполняться соотношение t_п≤ t_нп. Указанное соотношение выполняется.

Аналогично рассчитываем толщину изоляцию для всех участков. Результаты расчетов сводим в таблицу 4.2.

Таблица 4.2 Результаты расчёта тепловой изоляции
Участок	dвн, м	dнар, м	Rтр·105	Направление		Rн	Rгр	qН, Вт/м	δиз, мм	tп
И - ТК	0,466	0,480	10,47	прямой	13,16	0,042	0,105	80,60	50,41	0,795
				обратный	13,16	0,042	0,105	52,668	42,632	1,473
ТК-ПП	0,359	0,377	17,3	прямой	13,96	0,048	0,119	68	48,099	0,638
				обратный	13,96	0,048	0,119	43,25	42,042	1,147
ТК - Ж	0,359	0,377	17,3	прямой	13,96	0,0478	0,119	68	48,099	0,638
				обратный	13,96	0,0478	0,119	43,25	42,042	1,147