Падение температуры по длине: как считать
Поток по трубе остывает, отдавая тепло через изоляцию: баланс dQ = G·c·dt = −q·dx, где q = K·(t − t_н)/R — потери 1 м при текущей температуре (R = R_из + R_н). Интегрирование даёт экспоненту t_к = t_н + (t_в − t_н)·exp(−K·L/(G·c·R)); при малом остывании достаточно линейной оценки Δt ≈ q·L/(G·c), которую и использует В.2.2 СП 61 для подбора толщины по заданному снижению температуры (формулы В.26–В.28, расход G в кг/ч, c в кДж/(кг·°C)).
Пример: теплотрасса DN 100 длиной 500 м, расход 5 000 кг/ч воды 90 °C на воздухе 5 °C, минвата 50 мм (λ зимой 0,038 + 0,00021·45 = 0,0475), α = 26, K = 1,2. Потери в начале 45,2 Вт/м; за 500 м вода остывает на 3,8 °C до 86,2 °C, теплопотери участка 22,1 кВт. Та же труба без изоляции пришла бы к концу с 39,2 °C, потеряв 50,8 °C и 295 кВт — тепловая сеть просто не доставит тепло.
Остывание обратно пропорционально расходу: при половинном расходе (ночной режим, переходный период) падение почти удваивается, поэтому тупиковые ветки и ГВС с малой циркуляцией остывают сильнее магистралей. Для ГВС СП 30 требует не ниже 60 °C у потребителя — расчёт циркуляционного расхода начинается именно с потерь стояков и разводки через изоляцию.
Остывание по длине: DN 100, 5000 кг/ч, 90 °C при 5 °C
Минвата 50 мм (λ зимой) против голой трубы; K = 1,2, α = 26.
Потери 1 м DN 100 по толщине (90/20 °C)
Чем меньше потери 1 м, тем меньше остывание при том же расходе.
Коэффициенты теплоотдачи (табл. В.2)
На воздухе остывание идёт быстрее из-за ветра.
Теплоизоляционная конструкция должна обеспечивать параметры теплохолодоносителя при эксплуатации, нормативный уровень тепловых потерь оборудованием и трубопроводами, безопасную для человека температуру их наружных поверхностей.— СП 61.13330.2012, п. 4.1
Как считать и что проверить
- Считайте на минимальный расход, а не на расчётный: остывание тупиковых веток при ночном режиме определяет температуру у последнего потребителя.
- Экспонента точнее линейной оценки при Δt больше 5–10 % напора (t_в − t_н); при малом остывании оба метода совпадают.
- Учитывайте K опор (1,15–1,2) и λ при зимней средней температуре слоя t_в/2 — на воздухе зимой изоляция «холоднее» и эффективнее, чем летом.
- Для теплосетей нормативная толщина по табл. 2 обычно обеспечивает падение не более 1–2 °C на километр магистрали — если получилось больше, проверьте состояние изоляции и увлажнение.
Остальные режимы — на страницах серии ниже и в полном калькуляторе теплоизоляции трубопровода; расходы и потери контуров — в гидравлике системы отопления, подогреватели — в расчёте теплообменника.
- СП 61.13330.2012 «Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов» (актуализированный СНиП 41-03-2003, с Изм. № 1) — нормы плотности теплового потока (табл. 2–12), коэффициент района (табл. 13), температура поверхности (6.7), методы расчёта (прил. В), расчётные λ материалов (прил. Б). Минрегион России, Минстрой России. 2012. ↗ ссылка
- СП 124.13330.2012 «Тепловые сети» — температурные графики, прокладка, требования к изоляции теплопроводов. Минрегион России. 2012.
- СП 30.13330.2020 «Внутренний водопровод и канализация зданий» — температуры горячей и холодной воды, требования к изоляции трубопроводов. Минстрой России. 2020.
- Incropera F. P., DeWitt D. P. Fundamentals of Heat and Mass Transfer — теплопроводность цилиндрической стенки, критический диаметр изоляции, нестационарное остывание. Wiley. 2011.
- Кутателадзе С. С. Основы теории теплообмена — теплопередача через цилиндрическую стенку, теплоотдача при свободной конвекции. Атомиздат. 1979.
