Как произвести расчет тепловой изоляции трубопроводов?

Каким способом правильно рассчитать толщину изоляции?

В современном проектировании принято применять различные конструктивные решения, определённые типы и разновидности материалов. Для теплоизоляции характерно использование толщин не на основании расчётов, а согласно традиции применения. Так, в Московском регионе на кровлю требуется 200 мм теплоизоляционного материала, на стены — 150 мм. При этом не всегда учитываются нюансы. Например, какое основание и какая конструкция стены или кровли используются. Часто не берутся во внимание и характеристики (теплопроводность) изоляционного материала.

В случае проектирования инженерных систем зданий (трубопроводов), как правило, традиционно применяют вспененные решения с маленькими толщинами, в основном 6–13 мм. Обусловлено это в том числе удобством монтажа тонкой изоляции, её дешевизной и экономией места при плотном расположении труб. При этом более толстые материалы для теплоизоляции трубопроводов могут игнорироваться. На примере изоляции ГВС и отопления разберём, какая толщина различных по типам материалов требуется и чем чреват некорректный подбор.

При проектировании инженерных систем зданий расчёт толщины изоляции производится согласно СП 61.13330.2012 «Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов» (актуализированная редакция СНиП 41–03–2003). В общих положениях СП (4) указано, что теплоизоляционная конструкция обязана обеспечивать параметры теплохолодоносителя при эксплуатации, нормативный уровень тепловых потерь оборудованием и трубопроводами, безопасную для человека температуру их наружных поверхностей (4.1). Кроме того, конструкции тепловой изоляции трубопроводов и оборудования должны отвечать требованиям энергоэффективности — иметь оптимальное соотношение между стоимостью теплоизоляционной конструкции и стоимостью тепловых потерь через изоляцию в течение расчётного срока эксплуатации (4.2).

То есть необходимо подобрать толщину таким образом, чтобы вблизи горячей трубы или оборудования было безопасно находиться (для защиты от ожогов). Помимо этого, тепловые потери должны быть не больше, чем нормировано (Вт/м) в СП 61.13330.2012 для соответствующей трубы (параметров её работы).

На основании расчёта толщины изоляции ГВС и отопления (диаметры труб взяты для примера) для Москвы мы получаем приведённые ниже значения.

• Расчёт произведён с помощью программы «Изоляция» (ООО «НТП Трубопровод»).
• Приведены толщины изоляции в миллиметрах согласно номенклатуре производителя, внесённой в программу «Изоляция» (в скобках указана расчётная толщина изоляции в миллиметрах).

Таблица 1. По безопасной температуре на поверхности (защита от ожогов)

Исходя из таблицы, применение тонких вспененных материалов может выглядеть логичным и целесообразным, но другой обязательный расчёт выдаёт существенно разнящиеся значения.

Таблица 2. По нормам плотности теплового потока (по тепловым потерям)

Таким образом, согласно п4. СП 61.13330.2012 «Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов» (актуализированная редакция СНиП 41–03–2003) необходимо применять материалы существенно большей толщины, чем показал первый расчет. Иначе применяемые материалы не обеспечивают нормативный уровень тепловых потерь и, соответственно, не отвечают требованиям энергоэффективности.

Получается, что толщины изоляции различных по своей структуре материалов будут в конструкции сопоставимы (ввиду соизмеримой теплопроводности). При определённых условиях изоляция из каменной ваты чуть толще, при других — немного тоньше. Это зависит от выпускаемой номенклатуры и теплопроводности при той или иной температуре.

Физику не обманешь, и приблизительно одинаковые по своим теплоизоляционным свойствам материалы должны иметь схожую толщину в одинаковых конструкциях.

Посмотрим, каким будет уровень потерь сверх нормы, если поставить изоляцию, учитывая только безопасную температуру на поверхности (данные представлены ниже).

Тепловые потери в зависимости от применяемой изоляции при толщине

Тепловые потери в системах отопления и ГВС при изоляции по безопасной температуре на поверхности фактические vs нормируемые, Вт/м (согласно табл. 3)

Видно, что применение малых толщин, как это сейчас практикуется в некоторых проектах, в том числе с подачи производителей тонкой вспененной изоляции, приводит к огромным тепловым потерям. Фактически в системах отопления и горячего водоснабжения они превышают нормируемые в два-три раза (!). Это огромные финансовые потери, свидетельствующие об энергетической неэффективности.

Возможно, именно поэтому российская экономика — одна из самых энергоёмких в мире. По оценкам экспертов, РФ находится на 130-м месте среди 143 стран по уровню энергоэффективности экономики. Энергоёмкость ВВП России в два раза выше среднемировой.

Если прийти к выводу о необходимости применения схожих толщин изоляции из каменной ваты и вспененной изоляции, то окажется, что толщины (30–40 мм) различных диаметров либо не производятся (изготовителями вспененного каучука и полиэтилена), либо стоят гораздо дороже. Пример среднерыночного уровня цен представлен ниже. Трубка K-flex 32 x 035–2 ST

* Ориентировочные среднерыночные цены на основе прайс-листов производителей за первое полугодие 2020 года.

На больших толщинах и диаметрах (начиная с Dy = 25) вспененный каучук, например, становится гораздо дороже — в четыре — шесть раз (по сравнению с цилиндрами из каменной ваты).

Все эти факторы говорят о том, что традиционное применение (без расчётов) вспененной изоляции с малой толщиной — это прямой путь к огромным перерасходам энергии, а использование вспененных решений с правильно рассчитанными толщинами ведёт к расходам сверх нормы на саму изоляцию. И это без учёта комплексной оценки пожарной опасности вспененных полимерных материалов и их долговечности.

Добавлено: 23.10.2020 14:25:50

Еще статьи в рубрике Технологии загородного строительства домов и бань / Тематические статьи:

• Хаммам в современном строительстве

Когда речь заходит об отдыхе, многие активно рассматривают строительство хаммама на придомовой территории. И в этом нет ничего удивительного, потому что .

Снегозадержатели на крышу: нужны или нет?

Основная задача снегозадержателя — предотвращение обвала многокилограммовых снежных масс с кровли: как известно, такие ситуации могут привести к материальным убыткам и .

Преимущества каркасного домостроения

Возводить каркасные дома люди начали много веков назад. Технология все время развивалась и совершенствовалась .

Конопатка сруба джутовой конопаткой

Как проконопатить сруб джутом .

Сравнение национальных бань: какую баню выбрать? Преимущества и недостатки

Для тех, кто заботится о собственном здоровье, интересно будет разобраться в том, что для организма полезнее – хамам, соляная пещера, русская .

Как построить дом без ошибок?

Чтобы избежать долгостроя и возвести дом на века, нужно проанализировать участок и его особенности, провести инженерные изыскания, определиться с планировкой, материалом .

Расчет толщины теплоизоляции трубопроводов

С целью обеспечения оптимальной транспортировки по трубопроводам различных сред цилиндрические конструкции принято изолировать. Нормативными документами установлены определенные требования к толщине теплоизоляции.

Процесс вычисления толщины теплоизоляционного слоя трубопроводов является сложным и трудоемким. Наиболее распространенной методикой является определение данного параметра по нормируемым показателям теплопотерь. Величины потерь установлены СНиПом и зависят от способов прокладки трубопроводов разного диаметра:

• открыто на улице;
• открыто в помещении;
• бесканальным путем;
• в непроходных каналах.

Суть расчета сводится к подбору такой толщины теплоизоляционного материала, чтобы значение фактических теплопотерь не превышало установленных в СНиПе показателей.

Вычисление толщины однослойной изоляции конструкции

Главная формула для расчета изоляции трубопровода представлена в следующем виде:

• λ — коэффициент теплопроводности изоляции (справочный);
• К — коэффициент дополнительных теплопотерь через крепления или опоры;
• t_T — температура транспортируемой среды (среднегодовая);
• t_o — температура наружного воздуха (среднегодовая);
• q_L — величина теплового потока;
• R_H — сопротивление теплопередаче на наружной поверхности утеплителя (табличное значение).

Значение показателя В определяется отдельно:

• δ — толщина изоляционной конструкции;
• d_из — наружный диаметр трубопровода;
• d_тр — наружный диаметр изолируемой трубы.

Параметр ln находят по таблице логарифмов. В итоге толщина изоляции должна быть такой, при которой будет соблюдено условие тождественности левой и правой частей уравнения.

Вычисление толщины многослойной теплоизоляции

В случае перемещения по трубопроводу теплоносителя с высокой температурой (500-600 ℃) поверхность объекта изолируется двумя слоями из разных материалов. Один из слоев выступает в качестве ограждения горячей поверхности от второго, который, в свою очередь, служит для защиты трубопровода от низкой температуры воздуха снаружи. При этом важно, чтобы температура на границе слоев t_1,2 была допустимой для материала наружного слоя изоляции.

Чтобы рассчитать толщину теплоизоляции первого слоя, используется уже знакомая нам формула:

Для определения толщины второго слоя вместо значения температуры поверхности трубопровода t_T принимают температуру на границе двух изоляционных слоев t_1,2.

Если диаметр трубопровода меньше 2 м, формула имеет следующий вид:

Довольно громоздкие расчеты толщины теплоизоляции трудно вести вручную. Поэтому с целью упрощения процесса и быстрого получения результата алгоритм рекомендуется внести в программу Microsoft Excel.

Расчет изоляции трубопроводов по заданной величине снижения температуры теплоносителя

В отдельных случаях требуется, чтобы теплоноситель был доставлен по трубопроводу в конечный пункт назначения с определенной температурой. Согласно этому условию и должен быть выполнен расчет толщины теплоизоляции.

Сначала находится полное тепловое сопротивление изоляции RП :

• К — коэффициент дополнительных теплопотерь через крепления или опоры;
• t_т.нач — начальная температура теплоносителя;
• t_о — температура окружающей среды;
• t_т.нач — конечная температура теплоносителя;
• l — длина трубопровода;
• G — расход теплоносителя;
• C — удельная теплоемкость транспортируемой среды.

Далее значение толщины теплоизоляции рассчитывается по знакомой формуле:

Расчет изоляции трубопроводов по заданной температуре поверхности утепляющего слоя

На многих промышленных предприятиях трубопроводы проложены внутри рабочих помещений, в которых находятся люди. В этой связи правила охраны труда диктуют повышенные требования к температуре труб. Вычисление толщины теплоизоляционного слоя для труб диаметром более 2 м по заданной температуре поверхности утеплителя выполняется по формуле:

• α — коэффициент теплоотдачи (справочный);
• t_П — нормируемая температура поверхности утеплителя;
• остальные параметры — из предыдущих формул.

Несмотря на то, что данная методика имеют незначительную погрешность, она применяется в настоящее время для вычисления показателей изолирующего слоя. Для получения более точных расчетов лучше воспользоваться специализированным программным обеспечением.

Расчет толщины теплоизоляции трубопроводов

Иметь представление о расчете толщины теплоизоляционного слоя для системы трубопроводов важно каждому, кто понимает важность поддержания функционала технологических трубопроводов независимо от параметров транспортируемой среды. Речь идет о температуре, плотности среды и прочих важных показателях, влияющих на выбор толщины утеплителя. Итоговые показатели определяет расчет, основанный на требованиях нормативной документации.

Нормативная методика вычисления: характеристики

Процесс расчета теплоизоляции поверхностей цилиндрического типа непростой, поэтому по возможности его доверяют специалистам. Если работы приходится выполнять самостоятельно, то оптимальным методом для расчета теплоизоляции разного типа трубопроводов считается вычисление с учетом нормируемых показателей потери тепла.



Данные о величинах теплопотерь установлены и прописаны в специальной нормативной документации и зависят от типа прокладки и диаметра труб. Обычно возможны следующие варианты размещения трубопроводов:

• под открытым небом;
• в закрытом помещении;
• в непроходных каналах;
• бесканальным методом.

Суть расчета сводится к выбору теплоизоляции с такой толщиной, чтобы тепловые потери на практике не преувеличивали данных, прописанных в СНиПе. Соответствующим Сводом Правил регулируется и метод проведения расчета с упрощенным алгоритмом, приспособленным для среднестатистического пользователя. По большей мере упрощения касаются следующих моментов:

• не учитываются потери тепла при повышении температуры стенок труб в трубопроводах;
• не принимается во внимание сопротивление теплопередаче стальной стенки трубы из-за низкой способности к этому металла .



Практически для расчета толщины теплоизоляции используют формулы, рассчитанные как для стационарной, так и для нестационарной передачи тепла через стенки из разного типа материалов. Важно помнить о том, что принцип расчета толщины утеплителя для трубопроводов должен учитывать условия работы:

• материалы в основе теплоизоляции;
• перепады температур в зависимости от сезона;
• уровень влажности и пр.

Удобнее всего для расчета толщины утеплителя трубопроводов использовать специальные таблицы, в которых прописаны диаметр труб с температурой носителя. Что касается типа теплоизоляции, то оптимальный вариант — использование специальных цилиндров, не требующих сложного монтажа и сохраняющих эксплуатационные характеристики на протяжении всего срока использования.

Рассмотрим два основных метода расчета толщины теплоизоляции: на основании онлайн калькулятора и инженерных формул, позволяющих получить результат, максимально правильный с учетом всех параметров.



Как пользоваться онлайн приложениями правильно

Процесс расчета толщины утеплителя с использованием онлайн калькулятора простой и доступный. Сегодня таким способом пользуются все, кто считают услуги инженеров дорогими, а инженерные формулы для собственного расчета — слишком сложными.

Частные пользователи без проблем могут подобрать калькуляторы для быстрого и достаточно точного расчета параметров теплоизоляции для трубопровода.

Большинство источников предоставляют возможность пользоваться калькулятором без оплаты и даже регистрации на сайте. Более того, приложения не нужно скачивать и устанавливать. Онлайн калькуляторы позволяют проводить расчеты изоляции по нескольким целям:

• теплоизоляции трубопроводов для образования нужной температуры на поверхности;
• изоляции труб для защиты среды от промерзания при минусовых температурах;
• утеплению трубопроводов для гарантии защиты поверхностей от образования конденсата и коррозии;
• изоляции для двухтрубной тепловой магистрали, монтированной под землей.



Как только нужная задача будет установлена, в поля калькулятора вводят данные для проведения нужного расчета. Обычно речь идет о диметре трубы, температуре среды, продолжительности замерзания жидкости без прокачки, материале в основе труб, температуре на их поверхности, коэффициенте теплопроводности теплоизолятора.

Готовый результат поможет определиться с выбором толщины теплоизолятора. Выбирать материал нужно в соответствии с данными калькулятора, не пытаясь покупать утеплитель с «запасом» толщины, так как это не даст нужного эффекта, но значительно повлияет на увеличение итоговой стоимости утепления.



Как рассчитать толщину по формуле самостоятельно

Когда данные, полученные с помощью онлайн калькулятора кажутся сомнительными, стоит попробовать аналоговый метод с использованием инженерной формулы для расчета толщины теплоизоляционного материала. Для расчета работают по следующему алгоритму:

1. По формуле вычисляют температурное сопротивление утеплителя.
2. Высчитывают линейную плотность потока тепла.
3. Рассчитывают показатели температуры на внутренней поверхности теплоизоляции.
4. Переходят к расчету теплового баланса и толщины теплоизоляции по формуле.

Эти же формулы используются для составления алгоритма работы онлайн-калькулятора.

Калькулятор расчета термоизоляции труб отопления при наружной прокладке

В частном строительстве могут случиться ситуации, когда котельная расположена в основном здании, но от него требуется провести теплотрассу к другой постройке – жилой, технической, подсобной, сельскохозяйственной и т.п. Получается, что некоторые участки трубы проходящие, например, через неотапливаемые помещения, через подвалы или чердаки, проложенные в подземных каналах а иногда – и просто на открытом воздухе, чтобы не допустить ненужных потерь тепловой энергии потребуют дополнительной термоизоляции.

Цены на термоизоляцию для труб

Удобнее всего, конечно, использовать готовые утеплительные полуцилиндры, но если такой возможности нет, то можно применить и минеральную вату. Найти требуемые значения толщины утеплителя несложно – для этого есть соответствующие таблицы. Проблема в том, что любой волокнистый утеплитель при таком использовании со временем обязательно даст усадку, и его толщины может стать недостаточно. Предусмотреть этот нюанс поможет калькулятор расчета термоизоляции труб отопления при наружной прокладке.

Для расчетов потребуются некоторые табличные данные – они указаны ниже, с соответствующими пояснениями.

Калькулятор расчета термоизоляции труб отопления при наружной прокладке

Табличные данные для расчета и пояснения по его проведению

Точный расчет подобного утепления теплотрассы – это весьма сложные вычисления, и проводит их нет необходимости, так как основные показатели давно определены и сведены в таблицы. Ниже представлена таблица, которую с успехом можно использовать при утеплении теплотрасс минеральной ватой для практически всей Европейской части России. При желании, для районов с более суровым или, наоборот, мягким климатом можно найти свои значения, вбив в поисковике «СП 41-103-2000».

Наружный диаметр трубы, мм	Температурный режим теплоносителя, °С
подача	обратка	подача	обратка	подача	обратка
65	50	90	50	110	50
Толщина минераловатной изоляции, мм
45	50	50	45	45	40	40
57	58	58	48	48	45	45
76	67	67	51	51	50	50
89	66	66	53	53	50	50
108	62	62	58	58	55	55
133	68	68	65	65	61	61
159	74	74	64	64	68	68
219	78	78	76	76	82	82
273	82	82	84	84	92	92
325	80	80	87	87	93	93

Любая минеральная вата при накручивании на трубы обязательно со временем даст усадку. Можно, конечно, «намотать» ее с большим запасом, но это нерентабельно, а кроме того, СНиП определяет и предельно допустимые максимальные толщины утепления:

Наружный диаметр трубопровода, мм	Предельная толщина термоизоляции трубы, мм, при температуре носителя
до +19°С	+20°С и более
18	80	80
25	120	120
32	140	140
45	140	140
57	150	150
76	160	160
89	180	170
108	180	180
133	200	200
159	220	220
219	230	230
273	240	230
325	240	240

предельная толщина

Лучше всего – провести вычисления, в которых учтен коэффициент уплотнения материала и диаметр утепляемой трубы. Для этого есть соответствующая формула, которая и заложена в предлагаемый калькулятор.

А коэффициент уплотнения несложно определить из следующей таблицы:

Рас4ет.ру
В помощь инженеру

• You are here :
• Главная
• Объем работ
• Изоляция

Популярное содержимое

За сегодня:

• Площадь окраски трубы по наружному диаметру
• Объем изоляции круглой поверхности по наружному диаметру
• Площадь окраски прямоугольной трубы

За все время:

• Площадь окраски трубы по наружному диаметру
• Объем изоляции круглой поверхности по наружному диаметру
• Площадь окраски прямоугольной трубы
• Площадь окраски уголка равнополочного
• Калькуляторы
• Площадь окраски
• Площадь окраски квадратной трубы
• Вес двутавра
• Траншея для водопровода и канализации
• Перевод воздуховодов из погонных метров в квадратные

Объем изоляции круглой поверхности по наружному диаметру

Калькулятор объема изоляции круглой поверхности по наружному диаметру

Автоматизированный расчет объема изоляции круглых поверхностей, таких как трубы, воздуховоды и трубопроводы, по наружному диаметру.

Калькулятор рассчитывает объем изоляции в метрах кубических, а также площадь изоляции в метрах квадратных.

Согласно технической части сборника ФЕР26:

2. Правила исчисления объемов работ
2.1 Объем изоляции «в деле» (Ои) м3, приходящийся на 1 м длины трубопроводов или оборудования цилиндрической формы, исчисляется по формуле:

Ои = 3,14 × (Д + Т) × Т, где

Т — толщина изоляционного слоя, м;
Д — наружный диаметр трубопровода или оборудования, м.
2.2. Длина изолируемых трубопроводов, а также оборудования цилиндрического и прямоугольного сечений и т.п. определяется по осевой линии для каждого сечения, причем арматура и фланцы, фитинги и т.д. из длины не исключаются.
2.3. Периметр многоугольного и подобного сечения определяется как среднеарифметическая величина периметров внутренней и наружной поверхности изоляции.
2.4. Объем изоляции отдельных мест у контрольно-измерительных приборов и арматуры, а также возле всякого рода люков, штуцеров, отверстий на оборудовании учтен расценками, при этом длина изолируемых трубопроводов измеряется без вычета указанных мест.

Расчет теплоизоляции трубопровода

Человек, который сталкивался с проблемой перемерзания труб знает, что это за беда. И на всю жизнь делает вывод о необходимости правильного утепления водопроводных систем. Учиться практичнее всего на чужих ошибках, и во всех деталях хорошо представлять, как правильно произвести расчет теплоизоляции трубопровода.

Важным фактором при укладке труб является глубина их залегания. Если точка промерзания грунта находится на 1,5-2 м. от поверхности земли, то работы по утеплению весьма затруднительны. В этом случае приходит на помощь выбор теплоизолирующего материала и грамотный расчет нужной толщины слоя покрытия.

Виды материалов для утепления труб

• Стекловолокно

На основе этого материала производится много модификаций : Стекловата, Роквул, Изовер, и т.п.

При низкой теплопроводности требует дополнительного покрытия из водонепроницаеиого материала

• Базальтовые утеплители

Выпускаются в виде цилиндров и просты в монтаже. Имеют защитный покров в виде водотталкивающих материалов.

Производится в виде скорлуп, прост в использовании, не требует дополнительного покрытия. Обладает низкой теплопроводностью.

При монтаже теплоизоляции следует учитывать весовую нагрузку на трубопровод и соответственно рассчитать его крепление.

Расчет толщины слоя изолирующего покрытия определяется теплопроводностью выбранного материала а также конструктивные характеристики системы. Важный момент: теплопроводность повышается пропорционально нагреву трубы. То есть, к утеплению системы горячего водоснабжения следует применить более жесткие требования. Если используется материал с покрытием из фольги или стеклохолста, то максимальная температура не должна превышать 100*С.

Учитывая знания по теплопроводности выбранного материала возможно самостоятельно произвести расчет теплоизоляции трубопровода.

Варианты утепления труб

• теплозащита обогревающим кабелем.

Трубу обвивают специализированным кабелем.Это очень удобно, если учитывать, что утепление трубы требуется всего полгода. То есть, только в это время возможно ожидать перемерзание труб. В случае такого обогрева происходит значительная экономия средств на земляные работы по прокладке трубопровода на необходимой глубине, на утеплителе и прочих моментах. Кабель может находиться как снаружи трубы, так и внутри ее. Известно., что наиболее промерзаемым местом является вход трубопроводы в дом. Эту проблему легко решить с помощью греющего кабеля.

• Утепление трубопровода воздухом

Ошибкой современных систем теплоизоляции является один момент. Они не учитывают, что промерзание грунта происходит сверху вниз, а навстречу ему стремится тепло, поднимающееся из глубины земли. Теплоизоляцию производят со всех сторон трубы, в том числе изолируя ее и от восходящего потока тепла. Поэтому практичнее устанавливать утеплитель в виде зонтика над трубой. А воздушная прослойка в этом случае будет являться теплоаккумулятором.

• Прокладка трубопровода по принципу «труба в трубе»

Прокладка водопроводных труб в трубах из полипропилена, предназначенных для канализации. У этого метода есть несколько преимуществ.

1. — в аварийных ситуациях возможно быстрое протягивание аварийного шланга
2. — водопроводную трубу можно прокладывать без раскопочных работ
3. — трубу можно отогреть в любых случаях
4. — возможен обогрев с помощью устройства по всасыванию теплого воздуха

Расчет теплоизоляции трубопровода

Такой расчет производят не только с целью уменьшить теплопотери, но чтобы понизить саму температуру поверхности труб, с целью их безопасной эксплуатации. Следует учитывать и температурные колебания окружающей среды.

При произведении такого расчета принимаются во внимание следующие факторы:

1. температура изолируемой поверхности и окружающей среды
2. допустимые нагрузки
3. наличие виьрации и других воздействий
4. стойкость утеплителя к деформации
5. теплопроводность утеплителя
6. учет нагрузок от вышележащего грунта и транспортных средств

Рассчитываются тепловые потери по следующей формуле:

Q – теплопотери, Вт
П – константа = 3,14
Л – коэффициент теплопроводности теплоизоляции, обычно = 0,04 Вт/м 2 0 С
L – длина трубы, м
T_вн – температура жидкости в трубопроводе, 0 С
T_нар – температура наружного воздуха или земли, 0 С
D – наружный диаметр трубопровода с теплоизоляцией, м
d – внутренний диаметр трубопровода, м

Итоговую теряемую мощность необходимо увеличить на 30 – 40% (это запас 1,3-1,4 раза).

Чтобы каждый раз не считать теплопотери по формуле, существуют таблицы с типовыми параметрами толщины теплоизоляции.

Расчет теплопотерь трубопровода

Расчет тепловых потерь трубопроводов с помощью онлайн-калькулятора – рассчитайте теплопотери трубопроводов с изоляцией по длине по формулам.

Перемотайте вниз чтобы НАЧАТЬ (место для вашего контента)

Теплопотери трубопровода – это суммарные потери тепловой энергии, которые происходят при перемещении теплоносителя от источника до конечного потребителя. С помощью нашего калькулятора вы сможете выполнить расчет теплопотерь трубопровода по длине с учетом изоляции и температуры окружающей среды. Теоретическое обоснование алгоритма и формулы расчета представлены ниже. Если вы хотите узнать потери тепла в трубе без учета изоляции, укажите толщину равную нулю. Значение коэффициента теплопроводности для материалов указан в таблице. Коэффициент запаса по умолчанию равен 1.3 (без необходимости не меняйте данное значение). Рекомендуется брать температуру наиболее холодной пятидневки по СП 131.13330.2018 «Строительная климатология». Чтобы получить результат, нажмите кнопку «Рассчитать».

Смежные нормативные документы:

• СП 50.13330.2010 «Тепловая защита зданий»
• СП 124.13330.2012 «Тепловые сети»
• СП 61.13330.2012 «Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов»
• СП 131.13330.2018 «Строительная климатология»
• ГОСТ Р 56779-2015 «Системы распределения бытового горячего водоснабжения»

Как рассчитать теплопотери самостоятельно?

Формула расчета теплопотерь трубопровода: Q = (2π × λ × L × (T_вн — T_нар) / ln(D / d) × k

• π – константа (

3,14);

• λ – коэффициент теплопроводности изоляции, Вт/м°С (см. таблицу ниже);
• L – длина трубы, м;
• T_вн – температура жидкости в трубопроводе, °С;
• T_нар – температура окружающей среды, °С;
• D – наружный диаметр трубопровода с теплоизоляцией, м;
• d – внутренний диаметр трубопровода, м;
• k – коэффициент запаса мощности (1,3).

Методика инженерного расчёта тепловой изоляции трубопровода

Ниже представлена краткая методика инженерного расчёта тепловой изоляции трубопровода (трубы). Оптимальную толщину теплоизоляционного слоя находят путём технико-экономического расчёта. Практически толщину слоя изоляции определяют исходя из его термического спротивления (не менее 0,86 [ o С • м 2 /Вт] для труб с Dу o С м 2 /Вт] для труб с Dу > 25 мм).

Качество тепловой изоляции трубопровода оценивается её КПД. В современных конструкциях тепловой изоляции при использовании материалов с теплопроводностью до 0,1 [Вт/м • K] оптимальная толщина слоя изоляции обеспечивает тепловую эффективность этой изоляции, близкой к 0,8 (т.е. эффективность 80%).

Приведенная информация может быть полезна для проведения инженерных расчётов при проектировании различных машин и узлов, содержащих трубопроводы с тепловой изоляцией. В качестве примера ниже приведены результаты расчёта тепловой изоляции для выпускного коллектора [трубопровода] высокофорсированного дизеля.

Полное термическое сопротивление изоляционной конструкции для цилиндрической стенки трубопровода (трубы) определяется по формуле:

d_из — искомый наружный диаметр стенки изоляции трубопровода.

d_н — наружный диаметр трубопровода.

λ_из — коэффициент теплопроводности изоляционного материала.

α_в — коэффициент теплоотдачи от изоляции к воздуху.

Линейная плотность теплового потока

t_н — температура наружной стенки трубопровода.

t_из — температура поверхности изоляции.

Температура внутренней стенки изоляции трубопровода

d_в — внутренний диаметр трубопровода.

α_г — коэффициент теплоотдачи от газа к стенке.

λ_т — коэффициент теплопроводности материала трубопровода.

Уравнение теплового баланса

из которого определяется искомый наружный диаметр изоляции трубопровода d_из, и далее толщина изоляции этого трубопровода (трубы) вычисляется по формуле:

Пример: Необходимо рассчитать тепловую изоляцию трубопровода высокофорсированного дизеля, наружный диаметр выпускного трубопровода составляет 0,6 м, внутренний диаметр этого трубопровода составляет 0,594 м, температура наружной стенки трубопровода принимается равной 725 К, температура наружной поверхности изоляции принимается равной 333 К, теплопроводность изоляционного материала принимается равной 0,11 Вт/(м К), тогда проведенный расчет изоляции трубопровода по методике, описанной выше, покажет, что толщина необходимой изоляции трубопровода должна составлять не менее 0,1 м.

Как произвести расчет тепловой изоляции трубопроводов?

СВОД ПРАВИЛ ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ И СТРОИТЕЛЬСТВУ

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТЕПЛОВОЙ ИЗОЛЯЦИИ ОБОРУДОВАНИЯ И ТРУБОПРОВОДОВ

Designing of thermal insulation of equipment and pipe lines

ОКС 91.140.10
ОКСТУ 49 2000

1 РАЗРАБОТАН ГУП НИИмосстрой при участии Государственного предприятия — Центр методологии нормирования и стандартизации в строительстве (ГП ЦНС) и группы специалистов

2 ОДОБРЕН И РЕКОМЕНДОВАН к применению в качестве нормативного документа Системы нормативных документов в строительстве постановлением Госстроя России от 16.08.2000 г. N 81

ОДОБРЕН для применения в странах СНГ протоколом N 16 от 02.12.99 г. Межгосударственной научно-технической комиссии по стандартизации, техническому нормированию и сертификации в строительстве (МНТКС)

ВВЕДЕНИЕ

Настоящий Свод правил содержит указания по проектированию тепловой изоляции наружной поверхности оборудования и трубопроводов, выполнение которых обеспечит соблюдение обязательных требований к теплозащите тепловых сетей, технологических трубопроводов при строительстве, капитальном ремонте и эксплуатации теплоизоляционной конструкции, установленных действующим СНиП 2.04.14-88* «Тепловая изоляция оборудования трубопроводов».

Решение вопроса о применении данного документа при проектировании и строительстве конкретных зданий и сооружений относится к компетенции проектной или строительной организации. В случае если принято решение о применении настоящего документа, все установленные в нем правила являются обязательными. Частичное использование требований и правил, приведенных в настоящем документе, не допускается.

В данный Свод правил включены методы расчета тепловой изоляции оборудования, технологических трубопроводов и трубопроводов надземных и подземных тепловых сетей, приведены таблицы толщины изоляции, составленные с ориентацией на применение высокоэффективных утеплителей на основе новых норм плотности теплового потока через изолированную поверхность оборудования и трубопроводов, введенных постановлением Госстроя России от 31.12.97 г. N 18-80.

В разработке Свода правил принимали участие: В.Г.Петров-Денисов (руководитель работы), Б.М.Шойхет, Л.В.Ставрицкая, Ю.В.Матвеев (АО «Теплопроект»), А.В.Сладков (НИИмосстрой), В.А.Глухарев (Госстрой России), Л.С.Васильева (ГП ЦНС).

1 ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

Настоящий Свод правил следует применять при проектировании и монтаже тепловой изоляции наружной поверхности оборудования и трубопроводов с температурой содержащихся в них веществ от 50 до 600 °С и расположенных в зданиях, сооружениях и на открытом воздухе, а также трубопроводов тепловых сетей при надземной прокладке и подземной, выполненной в каналах и бесканально.

2 РАСЧЕТ ТЕПЛОВОЙ ИЗОЛЯЦИИ ПРОМЫШЛЕННОГО ОБОРУДОВАНИЯ, ТРУБОПРОВОДОВ И ТЕПЛОВЫХ СЕТЕЙ

2.1 Основные расчетные зависимости для определения теплозащитных свойств теплоизоляционных конструкций

Для теплового расчета изоляции используются уравнения стационарной теплопередачи через плоские и криволинейные поверхности.

Теплопередача плоской теплоизоляционной конструкции рассчитывается по формулам:

состоящей из слоев изоляции

где — поверхностная плотность теплового потока через плоскую теплоизоляционную конструкцию, Вт/м ;

— температура среды внутри изолируемого оборудования, °С;

— температура окружающей среды, °С;

— термическое сопротивление теплоотдаче на внутренней поверхности стенки изолируемого объекта, м ·°С/Вт;

— то же, на наружной поверхности теплоизоляции, м ·°С/Вт;

— термическое сопротивление кондуктивному переносу теплоты стенки изолируемого объекта, м ·°С/Вт;

— то же, плоского слоя изоляции, м ·°С/Вт;

— полное термическое сопротивление кондуктивному переносу теплоты -слойной плоской изоляции;

— термическое сопротивление -го слоя, м ·°С/Вт;

— линейная плотность теплового потока через цилиндрическую теплоизоляционную конструкцию, Вт/м;

— линейное термическое сопротивление теплоотдаче внутренней стенки изолируемого объекта, м·°С/Вт;

— то же, наружной изоляции м·°С/Вт;

— линейное термическое сопротивление кондуктивному переносу теплоты цилиндрической стенки изолируемого объекта, м·°С/Вт;

— то же, цилиндрического слоя изоляции, м·°С/Вт;

— полное линейное термическое сопротивление кондуктивному переносу теплоты -слойной цилиндрической изоляции;

— линейное термическое сопротивление -го слоя, м·°С/Вт;

В уравнениях (1)-(4) термические сопротивления теплоотдаче и кондуктивному переносу теплоты определяются по формулам:

где , — коэффициенты теплоотдачи внутренней поверхности стенки изолируемого объекта и наружной поверхности изоляции, Вт/(м ·°С);

, , — коэффициенты теплопроводности соответственно материала стенки изолируемого объекта однослойной изоляции, изоляции -го слоя -слойной изоляции, Вт/(м·°С);

, , — толщина соответственно стенки изолируемого объекта, однослойной изоляции -го слоя -слойной изоляции, м;

, — внутренний и наружный диаметры стенки изолируемого объекта, м;

— наружный диаметр изоляции, м;

, — наружный и внутренний диаметры -го слоя -слойной изоляции, м.

Распределение температур в многослойной изоляции рассчитывается по формулам:

температуры на внутренней и наружной поверхностях стенки изолируемого объекта плоской формы:

температура на наружной поверхности первого слоя изоляции, на границе 1-го и 2-го слоев

и далее, начиная со 2-го слоя, на границах ( )-го и -го слоев

температура на наружной поверхности -слоя -слойной стенки:

Для цилиндрических многослойных изоляционных конструкций структура формул для расчета распределения температур имеет вид:

Значения поверхностной и линейной плотности тепловых потоков, входящих в формулы (8)-(15), определяются по (1)-(3), а термические сопротивления — по (5)-(7).

При применении формул (1), (3) необходимо знать коэффициенты теплопроводности изоляционных слоев. Поскольку они зависят от температуры, должны быть известны средние температуры каждого слоя, для определения которых необходимо знать температуры на границах слоев. Для их расчета обычно используется метод последовательных приближений путем проведения нескольких расчетных операций.

На первом этапе, принимая для всех слоев среднюю температуру изоляции, обычно равную полусумме температур внутренней и наружной среды, находят при этой температуре теплопроводность всех теплоизоляционных слоев. Затем, по (1), (3) определяют значения или и по (8)-(11) для плоской и по (12)-(15) цилиндрической стенок рассчитывают температуры на границах слоев и средние температуры каждого слоя.

На втором этапе по найденным на первом этапе средним температурам слоев вновь определяют теплопроводность всех слоев, затем находят плотности потоков тепла и снова рассчитывают послойные температуры, и так далее до требуемой точности расчета. Например, до тех пор, пока послойные температуры на -м и ( )-м шаге будут отличаться не более чем на 5%. Обычно для этой цели необходимо проведение не более 3-4 расчетных операций.

Значительное место в промышленной изоляции занимают теплоизоляционные конструкции подземных сооружений, основной особенностью которых является контакт с массивом окружающего грунта, что в значительной степени усложняет их тепловой расчет по сравнению с конструкциями, контактирующими с атмосферой.

Анализ температурных полей и тепловых потоков в теплоизоляционных конструкциях и в граничащих с ними грунтом позволил заключить, что непосредственно в теплоизоляции с достаточной для инженерных расчетов точностью температурное поле можно считать одномерным. Это позволит определить их термическое сопротивление по формулам (5)-(7).

Плотность теплового потока через теплоизоляционные конструкции, граничащие с грунтом, определяется в этом случае по формулам (1)-(4), в которых термические сопротивления внешней теплоотдаче и заменяются термическим сопротивлением грунта, зависящим от конфигурации изолируемого объекта, расположения его в массиве грунта и теплопроводности последнего.

2.2 Расчет тепловой изоляции трубопроводов и оборудования

Расчет тепловых потерь через изолированную поверхность оборудования и трубопроводов в общем случае следует выполнять для плоских поверхностей по формулам (1), (2), а для криволинейных по формулам (3), (4). Однако анализ особенностей теплообмена в теплоизоляционных конструкциях промышленных объектов позволяет существенно упростить расчетные формулы.

Термическое сопротивление теплоотдаче от внутренней среды к внутренней поверхности стенки изолируемого объекта для жидких и даже газообразных сред по сравнению с термическим сопротивлением кондуктивному переносу теплоты в изоляции составляет весьма незначительную величину и может не учитываться.

Исключение составляет весьма редкий случай, когда внутри объекта находится газовая среда и теплообмен между ней и внутренней поверхностью стенки осуществляется за счет естественной конвекции.

Стенки изолируемого промышленного оборудования и трубопроводов обычно изготовлены из металла, теплопроводность которого в 100 раз и более превышает теплопроводность изоляции, вследствие этого термическим сопротивлением стенки без заметного снижения точности расчета можно пренебречь.

Таким образом, основными расчетными формулами для определения тепловых потерь изолируемого оборудования являются:

для плоских поверхностей и криволинейных диаметром более 2 м

для трубопроводов диаметром менее 2 м

где — коэффициент дополнительных потерь, учитывающий теплопотери через теплопроводные включения в теплоизоляционных конструкциях, обусловленных наличием в них крепежных деталей и опор (таблица 1).

Таблица 1 — Значения коэффициента дополнительных потерь

Способ прокладки трубопроводов

На открытом воздухе, в непроходных каналах, тоннелях и помещениях: