Методика инженерного расчёта тепловой изоляции трубопровода

Методика инженерного расчёта тепловой изоляции трубопровода

Технологические трубопроводы предприятий и систем жизнеобеспечения населенных пунктов транспортируют различные среды с разными параметрами. Эти параметры, в частности, температура, должны сохраняться независимо от воздействия условий окружающей среды, а для этого необходима теплоизоляция. Ее толщину определяет расчет, который базируется на требованиях нормативных документов.

Теплоизоляция трубопровода должна сохранять температуру в трубе независимо от воздействия на нее условий окружающей среды.

Характеристики прокладки сетей и нормативной методики вычислений

Выполнение вычислений по определению толщины теплоизоляционного слоя цилиндрических поверхностей — процесс достаточно трудоемкий и сложный. Если вы не готовы доверить его специалистам, следует запастись вниманием и терпением для получения верного результата. Самый распространенный способ расчета теплоизоляции труб — это вычисление по нормируемым показателям тепловых потерь. Дело в том, что СНиПом установлены величины потерь тепла трубопроводами разных диаметров и при различных способах их прокладки:

Схема утепления трубы.

Читайте также: Гофрированная труба из нержавеющей стали для отопления: особенности материала и его использования

• открытым способом на улице;
• открыто в помещении или тоннеле;
• бесканальным способом;
• в непроходных каналах.

Суть расчета заключается в подборе теплоизоляционного материала и его толщины таким образом, чтобы величина тепловых потерь не превышала значений, прописанных в СНиПе. Методика вычислений также регламентируется нормативными документами, а именно — соответствующим Сводом Правил. Последний предлагает несколько более упрощенную методику, нежели большинство существующих технических справочников. Упрощения заключены в таких моментах:

1. Потери теплоты при нагреве стенок трубы транспортируемой в ней средой ничтожно малы по сравнению с потерями, которые теряются в слое наружного утеплителя. По этой причине их допускается не учитывать.
2. Подавляющее большинство всех технологических и сетевых трубопроводов изготовлено из стали, ее сопротивление теплопередаче чрезвычайно низкое. В особенности если сравнивать с тем же показателем утеплителя. Поэтому сопротивление теплопередаче металлической стенки трубы рекомендуется во внимание не принимать.

Выбираем утеплитель

Главная причина замерзания трубопроводов – недостаточная скорость циркуляции энергоносителя. В таком случае, при минусовой температуре воздуха может начаться процесс кристаллизации жидкости. Так что качественная теплоизоляция труб – жизненно необходима.

Внимание! Особенно это касается тех трубопроводов, которые работают непостоянно (например, водяная система отопления на даче). Поэтому, дабы не пришлось размораживать и восстанавливать систему, нужно заранее позаботиться о ее тепловой изоляции.

Благо нашему поколению несказанно повезло. В недалеком прошлом утепление трубопроводов производилось по одной лишь технологии, так как утеплитель был один – стекловата. Современные производители теплоизоляционных материалов предлагаю просто широчайший выбор утеплителей для труб, отличающихся по составу, характеристикам и способу применения.

Сравнивать их между собой не совсем правильно, а уж тем более утверждать, что один из них является самым лучшим. Поэтому давайте просто рассмотрим виды изоляционных материалов для труб.

Методика просчета однослойной теплоизоляционной конструкции

Основная формула расчета тепловой изоляции трубопроводов показывает зависимость между величиной потока тепла от действующей трубы, покрытой слоем утеплителя, и его толщиной. Формула применяется в том случае, если диаметр трубы меньше чем 2 м:

Формула расчета теплоизоляции труб.

ln B = 2πλ [K(tт — tо) / qL — Rн]

• λ — коэффициент теплопроводности утеплителя, Вт/(м ⁰C);
• K — безразмерный коэффициент дополнительных потерь теплоты через крепежные элементы или опоры, некоторые значения K можно взять из Таблицы 1;
• tт — температура в градусах транспортируемой среды или теплоносителя;
• tо — температура наружного воздуха, ⁰C;
• qL — величина теплового потока, Вт/м2;
• Rн — сопротивление теплопередаче на наружной поверхности изоляции, (м2 ⁰C) /Вт.

Условия прокладки трубы	Значение коэффициента К
Стальные трубопроводы открыто по улице, по каналам, тоннелям, открыто в помещениях на скользящих опорах при диаметре условного прохода до 150 мм.	1.2
Стальные трубопроводы открыто по улице, по каналам, тоннелям, открыто в помещениях на скользящих опорах при диаметре условного прохода 150 мм и более.	1.15
Стальные трубопроводы открыто по улице, по каналам, тоннелям, открыто в помещениях на подвесных опорах.	1.05
Неметаллические трубопроводы, проложенные на подвесных или скользящих опорах.	1.7
Бесканальный способ прокладки.	1.15

Значение теплопроводности утеплителя λ является справочным, в зависимости от выбранного теплоизоляционного материала. Температуру транспортируемой среды tт рекомендуется принимать как среднюю в течение года, а наружного воздуха tо как среднегодовую. Если изолируемый трубопровод проходит в помещении, то температура внешней среды задается техническим заданием на проектирование, а при его отсутствии принимается равной +20°С. Показатель сопротивления теплообмену на поверхности теплоизоляционной конструкции Rн для условий прокладки по улице можно брать из Таблицы 2.

Rн,(м2 ⁰C) /Вт	DN32	DN40	DN50	DN100	DN125	DN150	DN200	DN250	DN300	DN350	DN400	DN500	DN600	DN700
tт = 100 ⁰C	0.12	0.10	0.09	0.07	0.05	0.05	0.04	0.03	0.03	0.03	0.02	0.02	0.017	0.015
tт = 300 ⁰C	0.09	0.07	0.06	0.05	0.04	0.04	0.03	0.03	0.02	0.02	0.02	0.02	0.015	0.013
tт = 500 ⁰C	0.07	0.05	0.04	0.04	0.03	0.03	0.03	0.02	0.02	0.02	0.02	0.016	0.014	0.012

Примечание: величину Rн при промежуточных значениях температуры теплоносителя вычисляют методом интерполяции. Если же показатель температуры ниже 100 ⁰C, величину Rн принимают как для 100 ⁰C.

Показатель В следует рассчитывать отдельно:

Читайте также: Что лучше: сшитый полиэтилен или металлопластик для теплого пола

Таблица тепловых потерь при разной толщине труби и теплоизоляции.

B = (dиз + 2δ) / dтр, здесь:

• dиз — наружный диаметр теплоизоляционной конструкции, м;
• dтр — наружный диаметр защищаемой трубы, м;
• δ — толщина теплоизоляционной конструкции, м.

Вычисление толщины изоляции трубопроводов начинают с определения показателя ln B, подставив в формулу значения наружных диаметров трубы и теплоизоляционной конструкции, а также толщины слоя, после чего по таблице натуральных логарифмов находят параметр ln B. Его подставляют в основную формулу вместе с показателем нормируемого теплового потока qL и производят расчет. То есть толщина теплоизоляции трубопровода должна быть такой, чтобы правая и левая часть уравнения стали тождественны. Это значение толщины и следует принимать для дальнейшей разработки.

Рассмотренный метод вычислений относился к трубопроводам, диаметр которых менее 2 м. Для труб большего диаметра расчет изоляции несколько проще и производится как для плоской поверхности и по другой формуле:

δ = [K(tт — tо) / qF — Rн]

• δ — толщина теплоизоляционной конструкции, м;
• qF — величина нормируемого теплового потока, Вт/м2;
• остальные параметры — как в расчетной формуле для цилиндрической поверхности.

Способы расчета

Для того чтобы определиться с выбором подходящего утеплителя, необходимо рассчитать оптимальную толщину и плотность материала для конкретного случая. Такой расчет позволяет не только уменьшить потери тепла, но и снизить саму температуру труб, с целью их безопасного использования.

Какие факторы нужно учитывать при расчете?

• Температуру утепляемой поверхности;
• Температурные перепады окружающей среды;
• Наличие механических воздействий (например, вибрации и т.д.);
• Допустимые нагрузки на трубы;
• Нагрузки от вышележащего грунта и транспортных средств;
• Коэффициент теплопроводности, которой обладает выбранный утеплитель;
• Стойкость изолирующего материала к деформации.

Изоляция трубопровода минеральной ватой

Важно! В СНиП 41-03-2003 четко прописано, какими должны быть характеристики утеплительных материалов для различных типов трубопроводов и условий эксплуатации. К примеру, для утепляемых труб температурой ниже 12º C , по требованиям СНиП, в теплоизоляции должно предусматриваться наличие пароизоляционного слоя.

Сейчас мы рассмотрим расчет теплоизоляции трубопровода – два проверенных способа, каждый из которых по-своему удобен и надежен.

Инженерный расчет при помощи формул

Оптимальную толщину слоя утеплителя находят путем технико-экономического расчета: толщина материала определяется исходя из его сопротивления температурам – не менее 0,86 (ºC м²/Вт) для труб с диаметром меньше или равным 25 мм, и 1,22 (ºC м²/Вт) для труб с диаметром больше 25 мм.

Приведенная ниже информация будет полезна при проведении инженерных расчетов теплоизоляции для различных трубопроводов. В качестве примера мы рассчитаем необходимую толщину утеплителя для выпускного коллектора высокофорсированного дизеля.

Полное температурное сопротивление утеплительной конструкции для цилиндрической трубы находится по следующей формуле:

Читайте также: Как сделать расчет диаметра трубы для отопления – примеры для разных систем

Формула нахождения температурного сопротивления утеплителя

• dиз – наружный диаметр утеплителя для трубы;
• dн – наружный диаметр трубы;
• из – коэффициент теплопроводности утеплительного материала;
• в – коэффициент теплоотдачи от утеплителя к воздуху.

Линейная плотность потока тепла:

Нахождение линейной плотности теплового потока

• tн – температура наружной стенки трубы;
• tиз – температура поверхности утеплительного слоя.

Температура внутренней стенки утеплителя трубы:

Нахождение температуры внутренней стенки утеплителя трубопровода

• dв – внутренний диаметр трубы;
• г – коэффициент отдачи тепла от газа к стенке;
• т – коэффициент теплопроводности материала, из которого сделана труба.

Формула нахождения теплового баланса:

Нахождение теплового баланса

С ее помощью определяется необходимый наружный диаметр утеплителя для трубы (dиз). Затем вычисляется расчет толщины теплоизоляции трубопроводов по формуле:

Нахождение толщины утеплителя

Пример расчета: поставлена задача – рассчитать теплоизоляцию для трубопровода высокофорсированного дизеля.

Имеются следующие значения:

• наружный диаметр трубопровода – 0,6 м;
• его внутренний диаметр – 0,594 м;
• температура наружной стенки трубопровода – 725 K;
• температура наружной поверхности утеплителя – 333 K;
• коэффициент теплопроводности утеплителя – 0,11 Вт/(м K).

Подставив все значения в формулы, данные выше, мы получаем необходимую толщину утеплителя для трубопровода – не менее 0,1 м.

Совет! Если вы считаете, что у вас не получится правильно воспользоваться вышеприведенными формулами, то обратитесь за помощью к инженерам. Они произведут профессиональный расчет, что позволит вам быть уверенным – теплоизоляция получится действительно качественной. Цена на услуги специалиста вполне приемлема и доступна каждому.

Если вы все же решили самостоятельно проделать всю работу, то помните, расчет толщины утеплителя для трубопровода должен осуществляться под конкретные условия – от утеплительного материала, до сезонных температурных перепадов на улице и влажности воздуха. Кстати, влажность значительно ускоряет теплообмен и снижает эффективность некоторых утеплителей (например, минеральной ваты).

Онлайн калькулятор – незаменимый помощник в расчетах теплоизоляции

Помимо услуг квалифицированного инженера есть вариант воспользоваться онлайн помощником. Калькулятор расчета теплоизоляции трубопроводов абсолютно бесплатная программа, не требующая инсталляции и какой-либо оплаты. С ее помощью можно своими руками, да к тому же за считанные минуты произвести точное вычисление.

Вот, собственно, так выглядит онлайн помощник

Пользоваться калькулятором достаточно просто.

Сначала предлагается выбрать одну из четырех задач:

• утепление трубопровода с целью обеспечить заданную температуру на поверхности изоляции;
• утепление трубопровода с целью предотвратить замерзание содержащейся в нем жидкости;
• утепление трубопровода с целью предотвратить конденсацию влаги на поверхности изоляции;
• утепление трубопровода водяной тепловой сети двухтрубной подземной канальной прокладки.

Далее вам будет предложено ввести некоторые данные, необходимые для расчета:

• утеплительный материал (в предложенном списке вы непременно найдете тот утеплитель, который предпочли);
• наружный диаметр трубопровода (мм);
• температура утепляемой поверхности (ºC);
• сколько времени проходит до замерзания воды в состоянии инерции;
• наличие защитного покрытия (металлическое или же неметаллическое);
• средняя температура теплоносителя (воды и т.д.).

Вводим все необходимые параметры

Теперь останется лишь нажать кнопку «рассчитать» и получить максимально точный результат.

Читайте также: Преимущества скорлупы из пенопласта для утепления труб

Примерно в такой форме будет выдан результат

Методика просчета многослойной теплоизоляционной конструкции

Таблица изоляции медных и стальных труб.

Некоторые перемещаемые среды имеют достаточно высокую температуру, которая передается наружной поверхности металлической трубы практически неизменной. При выборе материала для тепловой изоляции такого объекта сталкиваются с такой проблемой: не каждый материал способен выдержать высокую температуру, например, 500-600⁰C. Изделия, способные контактировать с такой горячей поверхностью, в свою очередь, не обладают достаточно высокими теплоизоляционными свойствами, и толщина конструкции получится неприемлемо большой. Решение — применить два слоя из различных материалов, каждый из которых выполняет свою функцию: первый слой ограждает горячую поверхность от второго, а тот защищает трубопровод от воздействия низкой температуры наружного воздуха. Главное условие такой термической защиты состоит в том, чтобы температура на границе слоев t1,2 была приемлемой для материала наружного изоляционного покрытия.

Для расчета толщины изоляции первого слоя используется формула, уже приводимая выше:

δ = [K(tт — tо) / qF — Rн]

Второй слой рассчитывают по этой же формуле, подставляя вместо значения температуры поверхности трубопровода tт температуру на границе двух теплоизоляционных слоев t1,2. Для вычисления толщины первого слоя утеплителя цилиндрических поверхностей труб диаметром менее 2 м применяется формула такого же вида, как и для однослойной конструкции:

ln B1 = 2πλ [K(tт — t1,2) / qL — Rн]

Подставив вместо температуры окружающей среды величину нагрева границы двух слоев t1,2 и нормируемое значение плотности потока тепла qL, находят величину ln B1. После определения числового значения параметра B1 через таблицу натуральных логарифмов рассчитывают толщину утеплителя первого слоя по формуле:

Данные для расчета теплоизоляции.

δ1 = dиз1 (B1 — 1) / 2

Расчет толщины второго слоя выполняют с помощью того же уравнения, только теперь температура границы двух слоев t1,2 выступает вместо температуры теплоносителя tт:

ln B2 = 2πλ [K(t1,2 — t0) / qL — Rн]

Вычисления делаются аналогичным образом, и толщина второго теплоизоляционного слоя считается по той же формуле:

δ2 = dиз2 (B2 — 1) / 2

Такие непростые расчеты вести вручную очень затруднительно, при этом теряется много времени, ведь на протяжении всей трассы трубопровода его диаметры могут меняться несколько раз. Поэтому, чтобы сэкономить трудозатраты и время на вычисление толщины изоляции технологических и сетевых трубопроводов, рекомендуется пользоваться персональным компьютером и специализированным программным обеспечением. Если же таковое отсутствует, алгоритм расчета можно внести в программу Microsoft Exel, при этом быстро и успешно получать результаты.

Варианты изоляции трубопровода

Напоследок рассмотрим три эффективных способа теплоизоляции трубопроводов.

Возможно, какой-то из них вам приглянется:

1. Утепление с применением обогревающего кабеля. Помимо традиционных методов изоляции, есть и такой альтернативный способ. Использование кабеля весьма удобно и продуктивно, если учитывать, что защищать трубопровод от замерзания нужно всего лишь полгода. В случае обогрева труб кабелем происходит значительная экономия сил и денежных средств, которые пришлось бы потратить на земельные работы, утеплительный материал и прочие моменты. Инструкция по эксплуатации допускает нахождение кабеля как снаружи труб, так и внутри них.

Дополнительная теплоизоляция греющим кабелем

1. Утепление воздухом. Ошибка современных систем теплоизоляции заключается вот в чем: зачастую не учитывается то, что промерзание грунта происходит по принципу «сверху вниз». Навстречу же процессу промерзания стремится поток тепла, исходящий из глубины земли. Но так как утепление производят со всех сторон трубопровода, получается, также изолирую его и от восходящего тепла. Поэтому рациональнее монтировать утеплитель в виде зонтика над трубами. В таком случае воздушная прослойка будет являться своеобразным теплоаккумулятором.
2. «Труба в трубе». Здесь в трубах из полипропилена прокладываются еще одни трубы. Какие преимущества есть у этого способа? В первую очередь к плюсам относится то, что трубопровод можно будет отогреть в любом случае. Кроме того, возможен обогрев при помощи устройства по всасыванию теплого воздуха. А в аварийных ситуациях можно быстро протянуть аварийный шланг, тем самым предотвратив все отрицательные моменты.

Изоляция по принципу «труба в трубе»

Метод определения по заданной величине снижения температуры теплоносителя

Материалы для теплоизоляции труб по СНиП.

Задача такого рода часто ставится в том случае, если до конечного пункта назначения транспортируемая среда должна дойти по трубопроводам с определенной температурой. Поэтому определение толщины изоляции требуется произвести на заданную величину снижения температуры. Например, из пункта А теплоноситель выходит по трубе с температурой 150⁰C, а в пункт Б он должен быть доставлен с температурой не менее 100⁰C, перепад не должен превысить 50⁰C. Для такого расчета в формулы вводится длина l трубопровода в метрах.

Вначале следует найти полное сопротивление теплопередаче Rп всей теплоизоляции объекта. Параметр высчитывается двумя разными способами в зависимости от соблюдения следующего условия:

Если значение (tт.нач — tо) / (tт.кон — tо) больше или равно числу 2, то величину Rп рассчитывают по формуле:

Rп = 3.6Kl / GC ln [(tт.нач — tо) / (tт.кон — tо)]

В приведенных формулах:

• K — безразмерный коэффициент дополнительных потерь теплоты через крепежные элементы или опоры (Таблица 1);
• tт.нач — начальная температура в градусах транспортируемой среды или теплоносителя;
• tо — температура окружающей среды, ⁰C;
• tт.кон — конечная температура в градусах транспортируемой среды;
• Rп — полное тепловое сопротивление изоляции, (м2 ⁰C) /Вт
• l — протяженность трассы трубопровода, м;
• G — расход транспортируемой среды, кг/ч;
• С — удельная теплоемкость этой среды, кДж/(кг ⁰C).

Теплоизоляция стальной трубы из базальтового волокна.

В противном случае выражение (tт.нач — tо) / (tт.кон — tо) меньше числа 2, величина Rп высчитывается таким образом:

Rп = 3.6Kl [(tт.нач — tт.кон) / 2 — tо ] : GC (tт.нач — tт.кон)

Обозначения параметров такие же, как и в предыдущей формуле. Найденное значение термического сопротивления Rп подставляют в уравнение:

ln B = 2πλ (Rп — Rн), где:

• λ — коэффициент теплопроводности утеплителя, Вт/(м ⁰C);
• Rн — сопротивление теплопередаче на наружной поверхности изоляции, (м2 ⁰C) /Вт.

После чего находят числовое значение В и делают расчет изоляции по знакомой формуле:

В данной методике просчета изоляции трубопроводов температуру окружающей среды tо следует принимать по средней температуре самой холодной пятидневки. Параметры К и Rн — по приведенным выше таблицам 1,2. Более развернутые таблицы для этих величин имеются в нормативной документации (СНиП 41-03-2003, Свод Правил 41-103-2000).

Вывод

Вот мы и обговорили все самые важные моменты касательно утепления трубопроводов. Вне зависимости от того, какой материал и способ вы выберете для этой цели – перед тем как приступать к монтажу теплоизоляции, желательно рассчитать количество необходимого утеплителя и его стоимость.

Так в дальнейшем вы сэкономите силы и финансовые затраты. Удачи всем строителям своего теплого настоящего и будущего! В представленном видео в этой статье вы найдете дополнительную информацию по данной теме.

Толщина теплоизоляционного слоя рассчитывается по формуле:

где: d — наружный диаметр тепло-изолируемого трубопровода, мм;

В — отношение наружного диаметра теплоизоляционного слоя к наружному диаметру трубопровода, мм.

Читайте также: Как правильно врезаться в пластиковую водопроводную трубу и не накосячить?

Величину В можно вычислить из следующего уравнения:

где: λк — теплопроводность теплоизоляционного слоя, Вт / (м × ºС) — принимается по данным завода-изготовителя; rtot — сопротивление теплопередачи 1 п.м. теплоизоляционной конструкции / Вт, определяемое исходя из нормируемой линейной плотности теплового потока по формуле:

tw — средняя температура холодоносителя, ºС; tв — температура окружающей среды, ºС; qе — нормируемая линейная плотность теплового потока, Вт/м , принимаем по Таблице 20; К1 — коэффициент, учитывающий изменение стоимости теплоты и теплоизоляционной конструкции в зависимости от района строительства и способа прокладки трубопровода, принимается по Таблице 18; rе — термическое сопротивление стенки трубопровода, Вт / (м × ºС) — не учитывается из-за малой величины для стальных трубопроводов; αе — коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности изоляции, Вт / (м 2 × ºС), принимается по таблице 19.

Метод определения по заданной температуре поверхности утепляющего слоя

Данное требование актуально на промышленных предприятиях, где различные трубопроводы проходят внутри помещений и цехов, в которых работают люди. В этом случае температура любой нагретой поверхности нормируется в соответствии с правилами охраны труда во избежание ожогов. Расчет толщины теплоизоляционной конструкции для труб диаметром свыше 2 м выполняется в соответствии с формулой:

Формула определения толщины теплоизоляции.

δ = λ (tт — tп) / ɑ (tп — t0), здесь:

• ɑ — коэффициент теплоотдачи, принимается по справочным таблицам, Вт/(м2 ⁰C);
• tп — нормируемая температура поверхности теплоизоляционного слоя, ⁰C;
• остальные параметры — как в предыдущих формулах.

Расчет толщины утеплителя цилиндрической поверхности производится с помощью уравнения:

ln B =(dиз + 2δ) / dтр = 2πλ Rн (tт — tп) / (tп — t0)

Обозначения всех параметров как в предыдущих формулах. По алгоритму данный просчет схож с вычислением толщины утеплителя по заданному тепловому потоку. Поэтому дальше он выполняется точно так же, конечное значение толщины теплоизоляционного слоя δ находят так:

Предложенная методика имеет некоторую погрешность, хотя вполне допустима для предварительного определения параметров утепляющего слоя. Более точный расчет выполняется методом последовательных приближений с помощью персонального компьютера и специализированного программного обеспечения.

Методика инженерного расчёта тепловой изоляции трубопровода

Методика инженерного расчета тепловой изоляции трубопровода

Ниже представлена краткая методика инженерного расчета тепловой изоляции трубопровода (трубы). Оптимальную толщину теплоизоляционного слоя находят путём технико-экономического расчета. Практически толщину слоя изоляции определяют исходя из его термического спротивления (не менее 0,86 [oС м2/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 на этой страничке информация может быть полезна для проведения инженерных расчетов при проектировании, например, тепловой изоляции различных трубопроводов. В качестве примера ниже приведен расчет тепловой изоляции для выпускного коллектора высокофорсированного дизеля.

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

Читайте также: Медные трубы для систем отопления: свойства и особенности монтажа

dиз – искомый наружный диаметр стенки изоляции трубопровода.

dн – наружный диаметр трубопровода.

λиз – коэффициент теплопроводности изоляционного материала.

αв – коэффициент теплоотдачи от изоляции к воздуху.

Линейная плотность теплового потока

tн – температура наружной стенки трубопровода.

tиз – температура поверхности изоляции.

Температура внутренней стенки изоляции трубопровода

dв – внутренний диаметр трубопровода.

αг – коэффициент теплоотдачи от газа к стенке.

λт – коэффициент теплопроводности материала трубопровода.

Уравнение теплового баланса

из которого определяется искомый наружный диаметр изоляции трубопровода dиз, 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.

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.

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».

Читайте также: Как выбрать армированные полипропиленовые трубы для отопления

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

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:

Как рассчитать толщину 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.

Популярные способы утепления дома

Выполнить теплоизоляцию здания можно на этапе возведения или после его окончания. Среди популярных методов:

• Монолитная стена существенной толщины (не менее 40 см) из керамического кирпича или дерева.
• Возведение ограждающих конструкций путем колодезной кладки — создание полости для утеплителя между двумя частями стены.
• Монтаж наружной теплоизоляции в виде многослойной конструкции из утеплителя, обрешетки, влагозащитной пленки и декоративной отделки.

По готовым формулам произвести расчет оптимальной толщины утеплителя можно без помощи специалиста. При вычислении следует округлять число в большую сторону, небольшой запас величины слоя теплоизолятора будет полезен при временных падениях температуры ниже среднего показателя.

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.

Читайте также: Как выбрать гофрированную нержавеющую трубу для воды или газа?

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:

ln B = 2πλ [К*(tT — to)/qL — RH], где

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

Значение показателя В определяется отдельно:

• δ — толщина изоляционной конструкции;
• dиз — наружный диаметр трубопровода;
• dтр — 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 t1,2 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 tT принимают температуру на границе двух изоляционных слоев t1,2.

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 :

RП = 3,6 К l / GC ln [(tт.нач — tо )/(tт.кон — tо )], где

• К — коэффициент дополнительных теплопотерь через крепления или опоры;
• tт.нач — начальная температура теплоносителя;
• tо — температура окружающей среды;
• tт.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:

δ = λ (tT — tП) / α (tT — tО), где

• α — коэффициент теплоотдачи (справочный);
• tП — 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.

Разновидности утепляющего материала

Утеплители по области применения бывают:

1.утеплители, подходящие для водопроводов с холодной и горячей водой, для сетей с центральным отоплением, для технического оборудования разного типа.

2.для труб канализации, также труб водоотведения.

3.для оборудования вентиляции, морозильных устройств.

Читайте также: Изоляция трубопроводов горячего и холодного водоснабжения, тепловых сетей, газопроводов

Утеплители имеют разный внешний вид, который определяет технологию укладки:

Внимание! Утепляющие материалы должны иметь низкий уровень теплопроводности, высокую устойчивость к воспламенению. Этими свойствами наделены:

Этими свойствами наделены:

1.утеплитель из минеральной ваты, который выпускается в рулонах. Применяют для проведения теплоизоляции трубопроводов, имеющих теплоноситель с высокими температурами. Минеральную вату наматывают на трубопровод. Закрепляя с помощью бечевки из синтетики, либо проволоки из нержавейки. Поэтому для трубопроводов больших объемов данный материал считается не экономичным.

2.утеплитель из пенополистирола, по — другому скорлупа. Удобен для монтажных работ, устойчив к воспламенению, имеет низкий показатель теплопроводности и влагопоглощения. Материала незаменим во время прокладки водопроводов и отопительных систем. Его применяют при любых значениях температуры, для трубопроводов из стали, металлопластика или полимеров. Материал выпускают в форме цилиндров, внутренний размер утеплителя можно подобрать для любого трубопровода.

3.утеплитель из пеноизола. По характеристикам не уступает пенополистиролу, но отличается методом монтажа. Его наносят с помощью распыляющей установки, потому что материал находится в жидком состоянии. Застывая пеноизол образует герметичную оболочку, которая имеет низкий уровень теплопроводности. Утеплитель не требует каких-либо крепежных элементов.

Внимание! Утеплитель пеноизол относится к дорогим утепляющим материалам. 4.утеплитель из вспененного полиэтилена

Как правило, применяют на водопроводах, отличается легкость монтажных работ. Материал нарезают полосками нужной длины, обматывают трубы, закрепляя при помощи скотча. Некоторые производители выпускают утеплитель в форме разрезанной трубы с одной стороны, который надо надеть на трубу

4.утеплитель из вспененного полиэтилена. Как правило, применяют на водопроводах, отличается легкость монтажных работ. Материал нарезают полосками нужной длины, обматывают трубы, закрепляя при помощи скотча. Некоторые производители выпускают утеплитель в форме разрезанной трубы с одной стороны, который надо надеть на трубу.

5.утеплитель из фольгированного пенофола. Относится к современным типам утеплителей. Материл включает полированную фольгу из алюминия, вспененный полиэтилен. Утеплитель хорошо хранит тепло. Фольга отличается своими теплоотражающими качествами, поэтому накапливает и отражает тепло обратно к трубе.

Выбирая материал, необходимо учитывать условия применения, свойства утеплителя, легкость укладки, также расчетные показатели теплоизоляции, чтобы провести утепляющие работы на высоком уровне.

Расчет толщины тепловой изоляции

⇐ ПредыдущаяСтр 4 из 6Следующая ⇒
В конструкциях теплоизоляции оборудования и трубопроводов с температурой содержащихся в них веществ в диапазоне от 20°С до 300°С для всех способов прокладки, кроме бесканальной, следует применять теплоизоляционные материалы и изделия с плотностью не более 200 кг/м3 и коэффициентом теплопроводности в сухом состоянии не более 0,06 Вт/(м·К).

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.

Расчет теплоизоляции трубопроводов

Прежде чем выбрать утеплитель для трубопровода, необходимо с помощью расчетов определить оптимальный материал, его толщин и плотность для каждого отдельного случая. Производя расчет теплоизоляции трубопровода, нужно учитывать:

• температуру поверхности, которая будет изолироваться,
• температуру окружающей среды,
• предел допустимых нагрузок,
• вибрации и все возможные механические воздействия,
• уровень теплопроводности и устойчивость материалов к деформации.

Нагрузки от вышележащего грунта и транспортных средств нужно учитывать с солидным запасом на будущее.

Также смотрите: 7 причин выбрать Утеплитель для стен – Роквул.

Для чего нужен расчет теплоизоляции трубопроводов

Теплоизоляцию трубопроводов производят не только для того, чтобы сократить тепловые потери. Таким образом можно снизить температуру поверхности труб, что обеспечит безопасную эксплуатацию. Наружная поверхность всех элементов трубопровода, расположенных в доступных местах, строго регламентирована – это не более 550.

По этой причине расчет толщины теплоизоляции могут производить по двум нормам: плотности теплового потока или температуры, заданной на поверхности теплоизоляции.

Во втором случае теплоизоляция берет на себя обе функции, но на практике толщина слоя, которая была рассчитана с ориентировкой на температуру поверхности, не может обеспечить необходимых энергосберегающих качеств.

Возможные ошибки при расчетах

Часто монтажные бригады ошибочно за ориентир берут безопасность температуры поверхности трубопровода. Привлекательность этого метода в том, что он позволяет обойтись тонким слоем теплоизоляции и тем самым снизить его стоимость. Да и большинство популярных видов современной продукции производятся с недостаточной толщиной.

К примеру, толщина изоляции, выполненной из вспененных полимеров – от 13 до 25 мм. Такая малая толщина обусловлена особенностями технологии производства. Обеспечивая превосходный уровень безопасности температуры поверхности, он не удовлетворяет принятым на сегодня понятиям об энергоэффективности.

Из соображений энергосбережения производить расчет теплоизоляции трубопровода следует исходя из норм теплового потока, которые регламентированы СНиП 41 – 03 – 2003! В нем дана необходимая формула, позволяющая безошибочно рассчитать необходимую толщину.

Обратите внимание: Как правильно сделать расчет системы горячего водоснабжения?

Современные универсальные теплоизоляторы

Сегодня в продаже также имеются универсальные теплоизоляторы, которые подходят для защиты труб всех типов (канализационных, паровых, водяных). Пример подобного изолятора — полиуретановый герметик. У него множество плюсов — высокая степень защиты, большой срок годности, защита от коррозии, устойчивость к воздействию химикатов. Главный минус — неудобный монтаж:

• В техническом смысле полиуретановый герметик представляет собой пастообразную жидкость, которая используется с защитным кожухом.
• Для создания теплоизоляции кожух аккуратно натягивается на трубу. В зазор между кожухом и трубной конструкцией заливается полиуретановая жидкая пена. В конце к пене добавляется специальный компонент, который приводит к разбуханию пены, что создает толстый слой изолятора.
• Перед проведением монтажа необходимо очень точно провести расчеты, чтобы кожух не оказался больше или меньше основной трубы. Также нужно правильно подсчитать объем пены — если ее окажется слишком много, то защитный кожух может треснуть и надломиться. В случае недостатка пены качество теплоизоляции будет низким.

Также популярны защитные ленты на основе вспененного каучука. Монтаж выглядит так: с поверхности ленты удаляется тонкая пленка, а потом лента прикрепляется к поверхности трубной конструкции

Обратите внимание, что на поверхности ленты имеется тонкий слой клея, поэтому материал не требует установки с помощью креплений

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

термоизоляция 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:

Источник https://termodynamika.ru/pro-truby/tolshchina-izolyacii.html

Источник https://rps-flex.ru/teplo/raschet-izolyacii-truboprovodov.html

Источник https://stroyday.ru/kalkulyatory/uteplenie-kalkulyatory/kalkulyator-rascheta-termoizolyacii-trub-otopleniya-pri-naruzhnoj-prokladke.html