11. Расчет тепловой изоляции горячих поверхностей

11.1. Общие сведения

Основной задачей расчетов тепловой изоляции является определение потерь тепла и температур в изоляционном слое при заданной изоляционной конструкции или толщине изоляционного слоя, удовлетворяющих определенным требованиям. Эти требования диктуются условиями производственного процесса изоляционной установки и соображениями санитарии и техники безопасности ( предохранение от ожогов, обеспечение нормальной температуры воздуха в помещении и т.п.).

Расчетные формулы для плоской стенки значительно проще формул для цилиндрических объектов. Обычно формулы плоской стенки можно применять, если диаметр изолируемой стенки равен 2 м и более.

Обычно толщину изоляционного слоя по заданной температуре на поверхности изоляции определяют в том случае, когда тепловая потеря изолированного объекта не регламентирована, а изоляция необходима как средство, обеспечивающее нормальную температуру воздуха в рабочих помещениях или предохраняющее обслуживающий персонал от ожогов. В таких случаях температура на поверхности изоляции t_к принимается равной: 45 °С в закрытых рабочих помещениях, 60 °С на открытом воздухе и в открытых помещениях при штукатурном слое и 50-55 °С при металлическом. В отдельных случаях могут быть заданы и другие значения температур на поверхности.

Для плоской поверхности толщину изоляционного слоя δ_из определяют по формуле

= , м. (11.1)

Для цилиндрической поверхности пользуются формулой

. (11.2)

После определения по хlnх значения х= (табл. 11.1) толщину изоляции находим по формуле

, м, (11.3)

где d_н - наружный диаметр изолируемого объекта, м;

d_к -наружный диаметр изоляционной конструкции, м.

λ_из - коэффициент теплопроводности изоляционного материала, Ккал/ч м °С, определяется удельным тепловым потоком, проходящим за 1 ч через образец материала толщиной 1 м и площадью 1 м² при разности температур на противоположных сторонах образца в 1˚С.

Определяется по формуле

, (11.4)

где λ_о - коэффициент теплопроводности при 0˚С (табл. 11.2);

b - температурный коэффициент (табл. 11.2);

t_ср- средняя температура изоляционного слоя, °С:

, (11.5)

где t - температура теплоносителя, °С;

t_К – температура наружной поверхности изоляционной конструкции, °С;

t_Н – температура окружающего воздуха, °С,

α_{н –} коэффициент теплоотдачи от поверхности изоляции в окружающий воздух ( представляет собой количество тепла, переданное в час от теплоносителя к стенке площадью 1 м² при разности температур 1˚С между теплоносителем и стенкой). Минимальное значение α_н= 4 Ккал/(ч·м²·˚С) принимается для малых температурных перепадов, максимальное α_н=100 Ккал/(ч·м²·°С). В некоторых случаях величина α_н имеет определяющее значение и должна быть вычислена.

Для плоской поверхности, находящейся в помещении,

. (11.6)

Для цилиндрической поверхности, находящейся в помещении,

. (11.7)

Таблица 11.1

Значения функции хlnх

Х	хLnx	X	хLnx	X	хLnx	X	хLnx
1,00 1,005 1,01 1,015 1,02 1,025 1,03 1,035 1,04 1,045 1,05 1,055 1,06 1,065 1,07 1,075 1,08 1,085 1,09 1,095 1,10 1,105 1,11 1,115 1,12 1,125 1,13 1,135 1,14 1,145 1,15 1,155 1,16 1,165 1,17 1,175 1,18 1,185 1,19 1,195 1,2 1,205 1,21 1,215 1,22 1,225 1,23 1,235 1,24 1,245 1,25	0,000 0,005 0,01005 0,01515 0,0202 0,0253 0,0304 0,0356 0,0407 0,0460 0,0512 0,0565 0,0617 0,0670 0,0724 0,777 0,0831 0,0885 0,0946 0,0994 0,1048 0,1100 0,1162 0,1210 0,1270 0,1327 0,1380 0,1430 0,1492 0,1545 0,1607 0,1665 0,1721 0,1772 1,1899 0,1890 0,1958 0,201 0,207 0,213 0,218 0,2245 0,2301 0,236 0,242 0,245 0,2545 0,261 0,2662 0,272 0,279	1,255 1,26 1,265 1,27 1,175 1,28 1,285 1,29 1,295 1,30 1,31 1,32 1,33 1,34 1,35 1,36 1,37 1,38 1,39 1,40 1,41 1,42 1,43 1.44 1,45 1,46 1,47 1,48 1,49 1,50 1,51 1,52 1,53 1,54 1,55 1,56 1,57 1,58 1,59 1,60 1,61 1,62 1,63 1,64 1,65 1,66 1,67 1,68 1,69 1,70 1,71	0,285 0,291 0,298 0,304 0,309 0,316 0,322 0,328 0,334 0,340 0,354 0,367 0,380 0,389 0,405 0,417 0,432 0,445 0,457 0,470 0,485 0,499 0,512 0,526 0,539 0,552 0,565 0,580 0,594 0,607 0,622 0,637 0,650 0,665 0,679 0,695 0,707 0,722 0,737 0,751 0,765 0,782 0,799 0,815 0,827 0,842 0,856 0,872 0,889 0,902 0,916	1,72 1,73 1,74 1,75 1,76 1,77 1,78 1,79 1,80 1,81 1,82 1,83 1,84 1,85 1,86 1,87 1,88 1,89 1,90 1,91 1.92 1,93 1,94 1,95 1.96 1,97 1.98 1,99 2,00 2,01 2,02 2,03 2,04 2,05 2,06 2,07 2,08 2,09 2,10 2,11 2,12 2,13 2,14 2,15 2,16 2,17 2,18 2,19 2,20 2,21 2,22	0,932 0,949 0,965 0,980 0,994 1,011 1,029 1,040 1,059 1,081 1,089 1,108 1,121 1,138 1,152 1,169 1,185 1,205 1,220 1,234 1,251 1,270 1,288 1,302 1,318 1,335 1,351 1,369 1,386 1,401 1,419 1,439 1,455 1,471 1,488 1,507 1,520 1,542 1,559 1,579 1,592 1,610 1,630 1,648 1,665 1,681 1,699 1,720 1,735 1,756 1,771	2,23 2,24 2,25 2,26 2,27 2,28 2,29 2,30 2,31 2,32 2,33 2,34 2,35 2,36 2,37 2,38 2,39 2.40 2.41 2,42 2,43 2,44 2,45 2,46 2,47 2,48 2,49 2,50 2,51 2,52 2,53 2,54 2,55 2,56 2,57 2,58 2,59 2.60 2,61 2,62 2,63 2,64 2,65 2,66 2,67 2,68 2,69 2,70 2,71 2,72 2,73	1,791 1,805 1,825 1,841 1,861 1,880 1,899 1,920 1,935 1,955 1,970 1,990 2,007 2,027 2,042 2,062 2,080 2,100 2,120 2,140 2,160 2,180 2,195 2,217 2,233 2,255 2,270 2,290 2,310 2,328 2,344 2,370 2,385 2,405 2,425 2,444 2,462 2,480 2,503 2,521 2,540 2,560 2,580 2,600 2,620 2,640 2,660 2,680 2,700 2,720 2,740

Таблица 11.2

Расчетные формулы для определения коэффициента

теплопроводности

Материал изоляционного слоя конструкции	Объемная масса изоляционного слоя, кг/м3	Максимальная температура применения изоляционной конструкции, °С	Формула для определения коэффициента теплопроводности, Ккал/(ч·м2·°С)
Совелитовые изделия: марки 350 марки 400	350 400	500 500	λ=0,065+0,00016 tср λ=0,067+0,00016 tср
Войлок строительный	200	100	λ=0,038+0,00016tср
Прошивные маты и полосы из непрерывного стеклянного волокна	200	450	λ=0,034+0,00022tср
Стекловатные маты на синтетической связке: марки 35 марки 50	55 80	180 180	λ=0,034+0,00035tср λ=0,036+0,003tср
Плиты из мин. ваты полужесткие марки 200 на крахмальной связке	240	400	λ=0,048+0,00016tср
Минераловатные полуцилиндры на синтетической связке: марки 150 марки 200	150 200	300 300	λ=0,042+0,00017 tср λ=0,046+0,00016 tср