1.1.4. Теоретические сведения для расчета

Каждый из рассмотренных теплопроводов характеризуется наружным диаметром каналов Д_н, толщиной стенки трубы δ, изоляции δ_и и защитного кожуха δ_к, расстоянием между трубами S и глубиной прокладки h (рис. 1.4а). Теплопроводы в каналах дополнительно включают размеры канала: ширину а и высоту b.

Величина теплопотерь при транспортировке зависит как от температур теплоносителя и окружающей среды, так и от качества тепловой изоляции теплопроводов. Основной характеристикой теплоизоляционных материалов является коэффициент теплопроводности — λ_и. Его величина зависит от вида и влажности применяемого материала. С ростом влажности материала значение коэффициента теплопроводности увеличивается.

Интегральной индивидуальной характеристикой теплопроводов является коэффициент тепловых потерь К, который показывает, какой тепловой поток теряется теплопроводом длиной 1 м при разности температур между теплоносителем и окружающей средой в 1 °С. В качестве окружающей среды для надземного теплопровода выступает атмосферный воздух, а для подземного — грунт.

Кроме того, в настоящее время в Беларуси распространены теплопроводы с прокладкой в каналах (рис. 1.4б) или с надземной прокладкой (рис. 1.4в).

Различают два типа коэффициентов тепловых потерь: К₁, непосредственно связанный с количеством теряемого в окружающую среду тепла, и К_о, учитывающий полезную теплоту, которая передается от более нагретого подающего теплопровода к менее. Общий коэффициент тепловых потерь К определяется по формуле

К = К₁ – К_о . (1.1)

Если подающие и обратные надземные теплопроводы являются независимыми, то для них К_о = 0.

Коэффициент тепловых потерь К₁ надземного теплопровода — величина, обратная термическому сопротивлению R:

К₁ = , (1.2)

где λ_тр, λ_и, λ_к — коэффициенты теплопроводности трубы, изоляции и защитного кожуха соответственно, Вт/(м·°С); Д_в, Д_н, Д_и, Д_к — внутренний и наружный диаметры трубы, наружные диаметры изоляции и защитного кожуха соответственно, мм.

Рис. 1.4. Схема конструкций теплопроводов:

а — подземный теплопровод с заводской изоляцией; б — подземный

теплопровод в канале; в — надземный теплопровод

Коэффициенты тепловых потерь К₁ и К_о подземных теплопроводов определяются на основе синтеза экспериментальных и расчетных данных с учетом решения уравнения теплопроводности.

1.2. Порядок выполнения работы

1. Исходя из варианта, указанного преподавателем (табл. 1.2), по формуле (1.2) рассчитать коэффициент тепловых потерь для надземного теплопровода (рис. 1.5) для пяти вариантов изоляции, указанных в табл. 1.3.

2. В отчете сделать зарисовку надземного теплопровода с конкретными размерами.

3. Заполнить в табл. 1.3 графу по коэффициенту тепловых потерь (К₁).

4. Провести сравнительный анализ результатов расчета. Определить, для какого типа изоляции коэффициент тепловых потерь К₁ имеет минимальное значение, и сравнить в процентном отношении с другими вариантами изоляции. Показать, как влияют материал, толщина и влажность изоляции на коэффициент тепловых потерь. Объяснить полученные результаты, дать рекомендации по использованию энергоэффективных теплопроводов.

Рис. 1.5. Теплопровод с надземной прокладкой

Таблица 1.2

Варианты задания

Вариант	Дн х δ, мм	Вариант	Дн х δ, мм	Вариант	Дн х δ, мм
1	57 х 3,0	6	159 х 4,5	11	45 х 2,5
2	76 х 3,0	7	194 х 5,0	12	377 х 9,0
3	89 х 3,5	8	219 х 5,0	13	425 х 6,0
4	108 х 3,5	9	273 х 7,0	14	480 х 6,0
5	133 х 4,0	10	325 х 7,0	15	530 х 7,0

Источник: Справочник проектировщика: В 2 т. М., 1990.

Таблица 1.3

Исходные и дополнительные данные для записи результатов расчетов

№ п/п	Изоляция	δи, мм	λи, Вт/(м2·°С)	Ки
1	Пенополиуретан	60	0,027	?
2	Пенополиуретан	120	0,027	?
3	Сухая минеральная вата (W = 0 %)	60	0,055	?
4	Влажная минеральная вата (W = 0 %)	60	0,190	?
5	Без изоляции	—	—	?

Дополнительные данные: λ_тр = 50 Вт/(м·°С), δ_к = 3 мм, λ_к = 0,28 Вт/(м·°С).