Тепловые потери трубопровода: как считать
Тепловые потери изолированного трубопровода считают на 1 м длины: линейная плотность теплового потока q = K·(t_в − t_н)/(R_из + R_н), где R_из = ln(d_из/d)/(2πλ) — сопротивление цилиндрического слоя изоляции, R_н = 1/(π·d_из·α) — сопротивление теплоотдаче с поверхности, K — коэффициент дополнительных потерь через опоры (табл. В.1 СП 61: 1,2 для стальных труб DN до 150 на подвижных опорах). Сопротивлениями стенки трубы и теплоотдаче от воды пренебрегают — они в десятки раз меньше сопротивления изоляции (прил. В.2).
Пример: стальная труба DN 100 (108 мм) с водой 90 °C в помещении 20 °C, маты минераловатные 100 кг/м³ толщиной 50 мм. Средняя температура слоя t_m = (90 + 40)/2 = 65 °C, расчётная λ = 0,038 + 0,00021·65 = 0,0517 Вт/(м·°C). Наружный диаметр изоляции 208 мм, R_из = ln(208/108)/(2π·0,0517) = 2,02 м·°C/Вт, R_н = 1/(π·0,208·10) = 0,153; q = 1,2·70/2,17 = 38,7 Вт/м, без учёта опор — 32,2. Голая труба при том же α = 10 теряет 238 Вт/м — изоляция срезает 84 %.
Температура поверхности t_п = t_н + (t_в − t_н)·R_н/(R_из + R_н) = 24,9 °C — ниже допустимых 40 °C по 6.7.1. За 6 000 ч в год на 100 м потери составят 23 198 кВт·ч = 19,9 Гкал (49 866 ₽ при 2 500 ₽/Гкал); голая труба отдала бы 142 503 кВт·ч (306 326 ₽). Удвоение толщины до 100 мм снижает потери лишь до 25,2 Вт/м — каждый следующий сантиметр даёт всё меньше, поэтому СП 61 нормирует не толщину, а плотность потока.
Потери DN 100 при 90/20 °C по толщине минваты
K = 1,2, α = 10: логарифмический рост сопротивления — каждый следующий сантиметр даёт меньше.
Голая труба, минвата 50 мм и норма по диаметру
Помещение 20 °C, 90 °C, α = 10, K = 1: потери растут с диаметром медленнее, чем поверхность.
Расчётная теплопроводность материалов (табл. Б.1 СП 61)
t_m = (t_в + 40)/2 в помещении; для 19 °C и ниже — отдельные значения.
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
- Берите λ не «по паспорту» (10 °C, сухой материал), а расчётную в конструкции по табл. Б.1 СП 61 — с ростом температуры λ минваты растёт на 0,0002 Вт/(м·°C) на каждый градус t_m.
- α наружной поверхности — по табл. В.2: 7–12 в помещении, 20–52 на ветру; для голой стальной трубы и покрытий с высокой излучательной способностью берите большее значение.
- Коэффициент K учитывает опоры и крепления: 1,2 (DN до 150), 1,15 (DN 150 и более), 1,05 на подвесах, 1,7 для неметаллических труб; при расчёте по нормам плотности K = 1.
- Для теплотрасс температуру t_в берите среднегодовую по табл. В.5 (65/90/110 °C для графиков 95/150/180, обратка 50), а t_н — среднюю за год или за отопительный период по СП 131.
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
- СНиП 41-03-2003 «Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов» — предшественник СП 61, та же методика норм плотности теплового потока. Госстрой России. 2003.
- СП 131.13330 «Строительная климатология» — среднегодовая температура, температура отопительного периода и расчётная зимняя для района строительства. Минстрой России. 2020.
- Кутателадзе С. С. Основы теории теплообмена — теплопередача через цилиндрическую стенку, теплоотдача при свободной конвекции. Атомиздат. 1979.
- Incropera F. P., DeWitt D. P. Fundamentals of Heat and Mass Transfer — теплопроводность цилиндрической стенки, критический диаметр изоляции, нестационарное остывание. Wiley. 2011.
