Методика расчета тепловой изоляции

Упрощенный подход к расчету тепловой изоляции состоит в определении толщины изоляционного слоя, обеспечивающей соблюдение заданных производственно – технических требований. При этом вид теплоизоляционной конструкции должен быть предварительно определен и должен быть известен ее коэффициент теплопроводности.

В качестве исходных данных при упрощенном подходе к расчету наиболее часто задают величину теплопотерь через 1 м² (плос­кая стенка), q Вт/м², или на 1 погонном метре длины (цилиндрическая стенка), q_l, Вт/м.

Величины теплопотерь нормируются по отраслям промышленности и зависят от температур теплоносителя (стенки трубы) и окружаю­щего воздуха, местонахождения изолируемого объекта и состояния окружающего воздуха, от размеров и формы объекта. Значения нор­мируемых q и q_l приводятся в специальной литературе [10,11 и др.] в таблицах.

Вместо q или q_l иногда задают температуру наружной по­верхности изоляции t_из. Это делается тогда, когда соображе­ния экономии теплоты не являются лимитирующими, а теплоизоляция нужна как средство, предохраняющее обслуживающий персонал от ожогов при соприкосновении с горячей поверхностью, или для уменьшения общих тепловыделений в производственных помещениях. Температура поверхности изоляции, не вызывающая болезненного ощущения ожога при соприкосновении, составляет примерно 60 °С при штукатурном покровном слое и 55 °С при металлическом. В закрытых производственных помещениях из соображений уменьшения тепловыделений часто принимают максимальную температуру на поверхности теплоизоляции равной 45 °С .B отдельных случаях могут быть заданы и другие значения температуры. Если задается не q или q_l а t_из, то для повышения точности определения толщины изоляции коэффициент теплообмена α следует рассчитывать по приводимым в литературе [3,4,8,11] формулам, а не принимать по табл. 2.4. В частности, для аппаратов, находящихся в закрытых помещениях, можно использовать формулу

Вт/(м²·К), (2.4)

которая учитывает перенос теплоты конвекцией и излучением.

Термическое сопротивление покровного слоя мало и в расче­тах его не учитывают.

Для расчета толщины, например, однослойной теплоизоляции при заданных q (q_l) или t_из используются уравнения:

для плоской стенки

; (2.5)

для цилиндрической стенки

(2.6)

где D – наружный диаметр цилиндрической стенки, м.

Более строгий подход к расчету тепловой изоляции состоит в определении оптимальной ее толщины с использованием выражения (2.1) для целевой функции.

Порядок выполнения расчета

1. Выбирается материал однослойной теплоизоляции.

2. Оценивается величина t_ср и находится значение коэффициента теплопроводности λ теплоизоляции.

3. С использованием связей (2.6) определяется толщина теплоизоляции δ при заданных q_l или t_из. Нормативные значения q_l и t_из берутся из [10,11] или при выполнении расчета в курсовом проекте принимаются из интервалов q_l = 160 – 200 Вт/м, t_из = 40 – 55 °С. Температуру определяют

4. Вариантными расчетами или аналитически находится оптимальная толщина теплоизоляции δ_опт кожуха теплообменника с использова­нием выражений (2.1) и (2.3). При этом число часов работы теп­лообменника в год принимается τ = 6000 ч/год, а вес изоляции кожуха выражается через ее плотность и объем G_из = ρ_изV_из = πδlρ_из(D+δ), где l и D – длина и диаметр кожуха теплообменника. Стоимость тепловой энергии можно принять равной S_Э = 1400 руб/Гкал, а стоимость теплоизоляции с учетом её монтажа ориентировочно S_из = 180 руб/кг. Срок службы изоляции принимается равным T_н = 8 годам.

5. Строится графическая зависимость δ = f (П) для области изменения П, содержащей δ_опт..