теплоотдача каких неизолированных трубопроводов выше

Расчет теплоотдачи трубы

Сколько тепла отдает воздуху помещения стояк или лежак системы отопления? На сколько градусов остывает вода в изолированной воздушной теплотрассе? Как правильно и экономично выполнить теплоизоляцию трубопровода? Используя представленную далее.

. программу в Excel, можно оперативно получить точные ответы на эти и другие вопросы!

Объект исследований — труба с теплоносителем — водой, окруженная воздушным пространством.

Очередные пользовательские функции (ПФ) Полковова Вячеслава Леонидовича выполняют автоматический расчет теплоотдачи трубы с теплоизоляцией поверхности и без таковой в любом пространственном положении.

Напомню, что пользовательской функцией (ПФ-функцией, UDF-функцией) в Excel называется программа (макрос), записанная на языке VBA в программном модуле файла, и имеющая вид:

Чуть подробнее о работе с пользовательскими функциями можно посмотреть в предыдущей статье на блоге и почитать в Интернете.

Расчет в Excel теплоотдачи трубы.

Для выполнения расчетов необходимо ввести в таблицу MS Excel исходные данные. Их – 13. Это — физические параметры теплоносителя (воды), температура окружающего воздуха, геометрические размеры трубы и слоя теплоизоляции, теплопроводность материалов и степень черноты наружных поверхностей трубы и изоляции.

В ячейках результатов автоматически выводится значение мощности тепловой отдачи трубы в Ваттах для четырёх вариантов, и температура остывания воды в градусах Цельсия за время движения по заданному участку трубопровода.

Все 22 пользовательские функции, задействованные в этой расчетной программе Excel, записаны каждая в своем Module в папке Modules. Доступ к папке — в Редакторе Visual Basic.

Теория, алгоритмы, литература.

Трубы, в системах теплоснабжения, могут выполнять две функции — транспортировать теплоноситель к месту его использования и служить сами отопительным прибором (регистром).

При реализации любой из вышеперечисленных функций необходимо производить количественную оценку эффективности её выполнения.

Основные показатели для систем транспорта тепловой энергии определены нормативными документами СО 153-34.20.523-2003 в 4 частях.

В любом случае возникает необходимость оперативного и точного расчёта:

Теплоотдача «голой» трубы

Параметры, знание которых позволяет рассчитывать тепловые процессы в системе «вода — труба — воздух», собраны и показаны в блоке исходных данных таблицы из предыдущей части статьи.

На рисунке ниже приведена эквивалентная схема теплоотдачи голой трубы.

При расчётах теплоотдачи трубы удобно использовать метод аналогии между теплотехникой и электротехникой, принимая:

По аналогии с законом Ома получаем следующее уравнение:

q=dt/R_t=(t_вода— t_возд)/(R_вн+R_тр+R_нар), Вт.

Термическое сопротивление между двумя средами – водой и воздухом – препятствует всем формам теплообмена между ними:

Каждая из перечисленных форм теплообмена имеет свою специфику и описывается соответствующими аналитическими выражениями.

1. Конвективный теплообмен между движущейся водой и твёрдой цилиндрической стенкой

R_вн=1/(α_вн·F_вн) – термическое внутреннее сопротивление, °С/Вт, где:

α_вн=Nu_вода·λ_вода/D_тр – коэффициент теплоотдачи на внутренней поверхности трубы, Вт/(м²·°С), где:

Число Нуссельта (Nu_вода) для движущейся воды в цилиндрической трубе, равно:

Nu_вода=С·Re_вода m ·Pr_вода n ·K — число Нуссельта для движущейся воды в цилиндрической трубе, где:

2. Термическое сопротивление твёрдой стенки цилиндрической трубы

R_тр=Ln(D_нар/D_тр)/(λ_тр·2·π·L_тр) — термическое сопротивление стенки трубы, °С/Вт, где:

3. Конвективный и лучистый теплообмены между твёрдой цилиндрической стенкой трубы и окружающим воздухом

R_нар=1/[(α_к+α_л)·F_нар] – термическое наружное сопротивление, °С/Вт, где:

α_к=Nu_возд·λ_возд/D_нар — коэффициент теплоотдачи за счёт конвекции, Вт/(м²·°С), где:

Nu_возд=С·(Gr_возд·Pr_возд) n ·K — число Нуссельта для воздуха, омывающего цилиндрическую горизонтальную трубу, где:

Если Gr_возд·Pr_возд≤10 9 — ламинарный поток воздуха: С=0,47; n=0,26; К=1.

Если Gr_возд·Pr_возд>10 9 — турбулентный поток воздуха: С=0,2; n=0,33; К=1.

Gr_возд=g·β·ρ_возд²·dt_нар·D_нар³/μ_возд² — число Грасгофа для воздуха, омывающего горизонтальную трубу, где:

α_л=q_л/dt_нар — коэффициент теплоотдачи за счёт излучения, Вт/(м²·К).

4. Перепад температур между наружной стенкой трубы и воздухом

Значение разности температур между наружной стенкой трубы и воздухом (dt_нар) находится с помощью метода итераций при использовании следующих равенств:

R_нар=φ(dt_нар) -> dt_нар=R_нар·q -> R_нар=φ(dt_нар) n раз, или до момента Δ(dt_нар) ≈ 0.

5. Итоговые обобщения алгоритма

При движении воды по трубе изменяются физические параметры воды и, следовательно, меняются режимы теплообмена. Для «длинных» труб погрешности расчёта могут быть очень большими, даже при использовании усреднённых значений физических параметров (Р, t) воды.

Одним из вариантов повышения точности расчётов является разбиение трубы на участки небольших размеров, физические параметры воды на которых изменяются в «приемлемых границах». При этом параметры воды на выходе предыдущего участка являются входными параметрами воды последующего участка.

Рассмотренный выше алгоритм расчета разработан для горизонтально расположенных труб.

Аналогичный алгоритм расчёта и аналитические зависимости используются и при расчёте теплоотдачи вертикальной трубы. Незначительные отличия в формулах и новые значения индексов представлены далее.

Nu_возд=С·(Gr_возд·Pr_возд) n — критерий Нуссельта для воздуха, омывающего цилиндрическую вертикальную трубу, где:

Gr_возд=g·β·ρ_возд²·dt_нар·L_тр³/μ_возд² — критерий Грасгофа для воздуха, омывающего вертикальную трубу.

Если Gr_возд·Pr_возд≤10 9 — ламинарный поток воздуха: С=0,59; n=0,25.

Если Gr_возд·Pr_возд>10 9 — турбулентный поток воздуха: С=0,021; n=0,4.

6. Пользовательские функции

Для автоматизации рутинных расчетов были разработаны перечисленные ниже пользовательские функции (ПФ), предназначенные для вычисления параметров теплообмена между «голой» трубой и внешней воздушной средой:

Р_трГГ=qТрВодаВоздухГор(P_вода, G_вода, t_вода, t_возд, D_тр, h_тр, λ_тр, kэ, L_тр, е_тр), Вт.

Р_трВГ=qТрВодаВоздухВерт(P_вода, G_вода, t_вода, t_возд, D_тр, h_тр, λ_тр, kэ, L_тр, е_тр), Вт.

dt_трГГ=dtТрВодаВоздухГор(P_вода, G_вода, t_вода, t_возд, D_тр, h_тр, λ_тр, kэ, L_тр, е_тр), °С.

dt_трВГ=dtТрВодаВоздухВерт(P_вода, G_вода, t_вода, t_возд, D_тр, h_тр, λ_тр, kэ, L_тр, е_тр), °С.

Теплоотдача изолированной трубы

На следующем рисунке приведена эквивалентная схема к расчету теплоотдачи изолированной трубы.

Расчётный алгоритм для теплоизолированной трубы отличается от алгоритма для «голой» трубы учётом дополнительного термического сопротивления теплоизоляции.

R_из=Ln(D_из/D_нар)/(λ_из·2·π·L_тр) – термическое сопротивление изоляции, °С/Вт, где:

q=dt/R_t=(t_вода— t_возд)/(R_вн+R_тр+R_из+R_нар) — тепловой поток от воды через стенку трубы, слой изоляции к окружающему водуху, Вт.

Остальные формулы — те же, что и в расчетах «голой» трубы.

Для упрощения расчётов теплоотдачи изолированных труб были разработаны похожие на предыдущие четыре пользовательские функции:

Р_трГИ=qТрИзолВодаВоздухГор(P_вода, G_вода, t_вода, t_возд, D_тр, h_тр, λ_тр, h_из, λ_из, kэ, L_тр, e_из), Вт.

Р_трВИ=qТрИзолВодаВоздухВерт(P_вода, G_вода, t_вода, t_возд, D_тр, h_тр, λ_тр, h_из, λ_из, kэ, L_тр, e_из), Вт.

dt_трГИ=dtТрИзолВодаВоздухГор(P_вода, G_вода, t_вода, t_возд, D_тр, h_тр, λ_тр, h_из, λ_из, kэ, L_тр, e_из), °С.

dt_трВИ=dtТрИзолВодаВоздухВерт(P_вода, G_вода, t_вода, t_возд, D_тр, h_тр, λ_тр, h_из, λ_из, kэ, L_тр, e_из), °С.

Влияние степени черноты наружной поверхности на мощность теплового потока «голых» и изолированных труб

В рассмотренном ниже примере расчёты теплоотдачи выполнены с использованием пользовательских функций для «голой» и теплоизолированной труб со степенью черноты наружных поверхностей в диапазоне e=0,1…1,0.

Графики наглядно демонстрируют, что коэффициент излучения наружной поверхности теплоизоляции не значительно влияет на относительную мощность теплового потока. В то же время степень черноты внешней стенки «голой» трубы оказывает весьма существенное влияние на теплоотдачу! Это означает, что для «голых» труб необходимо более точно в расчётах задавать значение коэффициента излучения их наружных поверхностей. Для теплоизолированных труб точность задания степени черноты поверхности изоляции менее критична.

Коэффициенты излучения поверхностей различных материалов существенно отличаются и часто значительно зависят от температуры.

Литература:

Ссылка на скачивание файла: raschet-teplootdachi-truby (xls 271,0KB).

Источник

Расчет теплопотерь трубопроводов

Расчёт тепловыделений от открыто проложенных труб

Определяя поверхность нагрева приборов, устанавливаемых в помещении, следует учитывать тепловыделение в помещении открыто приложенных трубопроводов (магистралей, если они прокладываются в отапливаемом помещении, стояков, подводок к нагревательным приборам). Для случаев скрытой прокладки трубопроводов их тепловыделение не учитывают.

Тепловыделения от трубопроводов систем отопления следует учитывать в тех случаях, когда они составляют более 5% от теплопотерь помещения. Для квартирных водяных систем отопления с естественной циркуляцией тепловыделения от трубопроводов нужно всегда определять ввиду необходимости тщательного установления температуры теплоносителя в трубопроводах для выявления располагаемого давления.

Количество тепла, отдаваемое открыто проложенными не­изолированными трубопроводами, определяют по формуле

где F — наружная поверхность трубы, м2;

d —наружный диаметр трубопровода, м;

l—длина трубопровода, м;

кт — коэффициент теплопередачи труб, ккал/мг-ч-град; при теплоносителе воде кт = = 11—12,5 ккал/м2-ч-град; при паре низкого давления Кт^ *=13 ккал/м2-ч-град;

tт —температура стенки трубы, принимаемая равной температуре теплоносителя, град;

tB — расчетная температура воздуха помещения;

φ — коэффициент, характеризующий условия изменения теплоотдачи а зависимости от места расположения трубопровода в помещении, принимаемый по таблице 1

Таблица 1 – Коэффициент изменения теплоотдачи в зависимости от места расположения трубопровода в помещении

Потери тепла изолированными трубопроводами определяются в ккал/ч по формуле

где ηиз – коэффициентполезного действия тепловой изоляции трубы, принимаемой ≈ 0,8.

Потери тепла неизолированными трубопроводами различных диаметров указаны в таблице 2

Таблица 2 – Потери тепла неизолированными трубами длиной 1 м при tт – tв = 1°, ккал/ч

При пользовании этой таблицей потери тепла трубопроводами водяных систем определяются с достаточной для практики точностью по формуле

где q – потери тепла поверхностью неизолированной трубы длиной 1 м при Δt = 1°.

Как видно, окончательно определить поверхность нагрева приборов при учете потерь тепла трубопроводами можно только после проведения гидравлического расчета трубопроводов систем отопления.

Расчетную теплоотдачу приборами определяют по формуле

где Qпр – расчетная теплоотдача нагревательных приборов с учетом потерь тепла трубами, ккал/ч;

Q – потери тепла ограждениями отапливаемого помещения, ккал/ч;

Qт – теплоотдача трубами, проложенными в отапливаемом помещении, ккал/ч.

С достаточной для практики точностью для неизолированных труб теплопотери можно определять по формуле

где d – наружный диаметр трубы, м;

t1 – средняя температура теплоносителя, °С;

t0 – температура окружающей среды, °С;

β – коэффициент, учитывающий дополнительные потери арматурой;

α – коэффициент теплоотдачи. Для воздуха при слабом его движении определяется по приближенной формуле:

2.1 Расчет допустимых теплопотерь трубопровода

где ср- теплоемкость воды, 4,19 кДж/(кг?К) при t=10єC табл. П.З.[2]

?- массовый расход, кг/с

tвх- температура воды на входе в трубопровод, єС

tвых- температура воды на выходе из трубопровода, єС

Для расчета потерь тепла в окружающую среду используют формулу:

Где q — тепловой поток на единицу длины, t1- температура воды; t2 — температура воздуха окружающей среды; d1- внутренний диаметр трубы,б1-коэффициент теплоотдачи от воды к стенке, л1-теплопроводность стали, d2 — наружный диаметр трубы, б2 — коэффициент теплоотдачи от наружной стенки к окружающей среде.

Коэффициент теплоотдачи б1, входящий в уравнение, характеризует интенсивность теплоотдачи. Его можно найти из формулы:

Число Нуссельта Nu характеризует интенсивность теплообмена на границе твердое тело — жидкость.

лж-теплопроводность Вт/м?К(справочная величина)

d-определяющий линейный размер. При течении жидкости в круглых трубах за определяющий размер принимают внутренний диаметр трубы. При поперечном обтекании цилиндра под углом ц за определяющий диаметр принимают наружный диаметр d2.

2.2 При течении жидкости в трубе

В первую очередь необходимо определить режим течения воды. Как говорилось выше, определяющим критерием режима течения является число Рейнольдса:

Скорость течения жидкости W в трубе определяем из формулы для расхода:

где W — скорость движения жидкости или ветра, м/с

Для расчета теплоотдачи в случае турбулентного потока внутри труб и каналов рекомендуют следующую формулу Михеева [2, стр.271]:

Для расчета теплоотдачи в случае ламинарного потока внутри труб и каналов рекомендуют следующую формулу:

Gr- число Грасгофа учитывает действие в потоке жидкости термогравитационной силы;

Pr- число Прандтля характеризует собой механизм и способность распространения теплоты(справочная величина);

2.3 Расчет теплоотдачи при обтекании цилиндра

Если Re103 режим движения турбулентный

Если угол атаки в менее 900, то коэффициент теплоотдачи

3.1 Определение допустимых потерь тепла в окружающую среду

3.2 Расчет коэффициента теплоотдачи при течении жидкости в трубе

Для определения режима течения на первом участке рассчитаем число Рейнольдса:

где G- массовый расход воды, кг/с

S-площадь живого сечения, м2

с- плотность воды, кг/м3

Re1>Reкр=2320, следовательно режим течения турбулентный.

Pr=1,85 при температуре воды 950С.

принимаем равным 1.

3.3 Расчет коэффициента теплоотдачи при поперечном обтекании цилиндра

3.4 Рассчитываем коэффициент теплопередачи

где д — толщина изоляционного слоя, м.

где Sн- наружная площадь трубы, м2

L=2300 м длина трубопровода.

3.5 Определение толщины изоляции

Результаты расчетов заносим в таблицу.

По полученным данным строим график зависимости теплопотерь от толщины изоляции.

Расчет тепловой изоляции по СП 41-103-2000

где лиз- коэффициент теплопроводности основного слоя, Вт/(м•єС);

?R- термическое сопротивление изоляционной конструкции, (м•єС) /Вт.

где фср- расчетная средняя температура теплоносителя, єС;

t0- расчетная температура окружающей среды, єС;

qн- норма потерь теплоты, Вт/м, принимаемая по табл. 4.16[1]

dн- наружный диаметр теплопровода, м.

В данной курсовой работе была рассчитана толщина теплоизоляции трубопровода проложенного на открытом воздухе, обдуваемого ветром. Допустимые потери теплоты трубопроводом в окружающую среду Q=2940 кДж/c.

Значение конвективного коэффициента теплоотдачи при течении в трубе;

Значение конвективного коэффициента теплоотдачи при поперечном обтекании;

Значение потерь теплоты трубой покрытой слоем тепловой изоляции с коэффициентом теплопроводности лиз=0,036 Вт/(м·К)

При сравнении значений к видно, что коэффициент теплопередачи от поверхности тепловой изоляции, имеющей коэффициент теплопроводности лиз=0,036 Вт/(м·К), будет меньше, чем от поверхности оголенной чистой трубы. Следовательно, теплопотери будут меньше.

Толщина изоляции для трубопровода при моих условиях составила 1,8 мм, а если рассчитывать по нормативу она составляет 54мм.

1. Хрусталев Б.М., Кувшинов Ю.Я., Копко В.М. Теплоснабжение и вентиляция М.: Изд-во АСВ, 2005.-576 с., 129ил.

2. Цветков Ф.Ф., Григорьев Б.А. Тепломассообмен М.: Издательский дом МЭИ, 2006.- 550 с.

3. Кутателадзе С. С., Боришанский В. М. Справочник по теплопередаче. — М.: Гостехиздат, 1959.- 414 С.

4. Казанцев Е. И. Промышленные печи. — М.: Металлургия, 1975.- 368 С.

5. Миснар В. Д. Теплопроводность твёрдых тел, газов и жидкостей. — М.: Наука, 1973. — 445 с.

6. Исаченко В. П. Теплопередача. — М.: Энергия, 1969. — 439 С.

7. Ривкин С. Л., Александров А.А. Теплофизические свойства воды и водяного пара. — М.: Энергия, 1980. — 80 С.

8. Крейт Ф., Блэк У. Основы теплопередачи. — М.: Мир, 1983. — 511С.

9. Орлов М.Е. Тепломассообмен М.: УлГТУ, 2005. 138 с.

10. Свод правил по проектированию и строительству СП 41-103-2000 «Проектирование тепловой изоляции оборудования и трубопроводов»

Программа расчета изоляции трубопроводов — теплопотерь через изоляцию

Программа расчета изоляции трубопроводов (теплопотерь через изоляцию) с расчетом экономической (оптимальной) толщины последнего слоя изоляции.

Программа расчета изоляции трубопроводов (теплопотерь через изоляцию) включает следующие возможности: 1. Надземная до 3-х слоев изоляции. Расчет времени замерзания теплоносителя при простое. 2. Подземная бесканальная многотрубная (многониточная) до 4-х тр-дов.

Предусмотрена возможность построения и просмотра температурных полей грунта с определением температуры грунта в любой точке заявленного подземного участка. Размещение трубопроводов в грунте произвольное может изменяться с помощь ввода координат пользователем. 3. Подземная в непроходных каналах до 4-х тр-дов. 4. Расчет потерь тепла по длине паропровода при надземной прокладке.

Расчет объема изоляции (без учета К(уплотн.)), трубопроводов, площади поверхности. 5. Расчет потерь тепла многослойными стенками(в т.ч. и воздушных прослоек). Калькулятор теплофизических свойств сухого воздуха. 6. Расчет потерь тепла паровыми спутниками трубопроводов.

Калькулятор теплофизических свойств мазутопродуктов (коэф-нтов уравнения Вальтера) и потерь давления прямого участка мазутопровода. 7. Расчет одноходовых горизонтальных теплообменников «труба в труба» (пар-мазут, пар-вода, вода-вода.). Греющая среда подается только в межтрубное пространство. 8. Расчет теплоодачи горизонтального тр-да на компенсацию потерь тепла через изоляцию БАГВ. 9.

Расчет потерь давления на составляющих элементах узлов учета тепловой энергии. Калькуляторы теплофизических свойств воды и КМС. 10. Раздел по оценке нерационального использования воды, сжатого воздуха, потерь тепла неизолированной арматурой, электроэнергии на перекачку воды гидравлически несовершенными трубами и другое….

Несколько справочников по свойствам теплоизоляционных материалов, огнеупоров, сталей (для себя). 11. Расчет нагревания горизонтальным паропроводом воды в резервуаре (приямки моечных машин). 12. Расчет радиационных щелевых рекуператоров (топливо-природный газ). 13.

Расчет толщины изоляции с целью предотвращения конденсации влаги из воздуха на поверхности изолированного объекта (предусмотрена возможность учета термического сопротивления собственно поверхности). 14. Расчет теплопотерь через поверхность с теплопроводными включениями. 15. По ряду расчетов предусмотрен вывод результатов в текстовый файл. Ряд значений промежуточных параметров расчетов, пояснений, ссылок на формулы и составляющих

результатов расчетов можно посмотреть в режиме «всплывающей подсказки» подводя курсор к соответствующим ячейкам.

Перечень используемой литературы и ссылки на формулы есть в самой программе.

Программа расчета изоляции трубопроводов (теплопотерь через изоляцию) сделана «для себя».

Версия программы: 03.02.2012.

Язык интерфейса: украинский. (В сравнении с предыдущей версией переделан расчет потерь тепла подземным вертикальным резервуаром.)

Скачать — Программа расчета изоляции трубопроводов — теплопотерь через изоляцию >>

Расчет тепловых потерь

Тепловой сетью называют систему соединенных методом сварки трубопроводов, по которым вода или пар доставляет тепло жителям.

Трубы должны быть непроницаемыми и изготовленными из прочных материалов, выдерживать повышенное давление и температуры, обладать низкой степенью изменения формы. Внутри трубы должны быть гладкими, а стенки — обладать термической устойчивостью и сохранением тепла, вне зависимости от изменения характеристик окружающей среды.

Классификация систем теплоснабжения

Существует классификация систем теплоснабжения по различным признакам:

Теплоноситель, нагреваясь в котельной или ТЭЦ, переносит теплоту к приборам отопления и водоснабжения в зданиях и жилых домах.

Водяные тепловые системы бывают одно- и двухтрубными, реже — многотрубными.

В многоквартирных домах наиболее часто применяют двухтрубную систему, когда по одной трубе горячая вода поступает в помещения, а по другой трубе, отдав температуру, возвращается к ТЭЦ или котельной. Подразделяют открытые и закрытые водяные системы. При открытом типе теплоснабжения горячую воду потребители получают из подающей сети.

Если вода используется в полном объеме, применяют однотрубную систему. При закрытом водоснабжении теплоноситель возвращается к источнику тепла.

Системы централизованного теплоснабжения должны соответствовать следующим требованиям:

Прокладывают теплосети над и под землей, учитывая особенности местности, технические условия, температурные режимы эксплуатации, бюджет проекта.

Выбирая территорию для прокладки теплопровода, нужно учитывать безопасность, а также предусмотреть возможность быстрого доступа к сети в случае аварии или ремонта. С целью обеспечения надежности, сети теплоснабжения не прокладывают в общих каналах с газопроводами, трубами, проводящими кислород или сжатый воздух, в которых давление превышает 1,6 МПа.

Тепловые потери в тепловых сетях

Чтобы оценить эффективность работы теплоснабжающей сети применяют методики, учитывающие коэффициент полезного действия, который является показателем соотношения полученной энергии к затраченной. Соответственно, КПД будет выше в случае снижения потерь системы.

Источниками потерь могут выступать участки теплопровода:

Типы тепловых трат

Для каждого участка характерен свой тип тепловых трат. Рассмотрим каждый из них подробнее.

Котельная

В ней установлен котел, который преобразует топливо и передает тепловую энергию теплоносителю.

Любой агрегат теряет часть вырабатываемой энергии по причине недостаточного сгорания топлива, выхода тепла через стенки котла, проблем с продувкой.

В среднем, используемые на сегодняшний день котлы имеют КПД 70-75%, тогда как более новые котлы будут обеспечивать коэффициент 85% и процент потерь у них существенно ниже.

Дополнительное влияние на растраты энергии оказывают:

Потери в трубопроводах

Эффективность работы теплотрассы определяют следующие показатели:

При грамотном проектировании тепловой трассы нормативные потери тепловой энергии в тепловых сетях составят не более 7%, даже если потребитель энергии будет располагаться от места производства топлива на расстоянии 2 км. Фактически на сегодняшний день на данном участке сети теплопотери могут достигать 30 и более процентов.

Потери объектов потребления

Определить лишние траты энергии в отапливаемом помещении можно при наличии прибора учета или счетчика.

Причинами такого рода потерь могут быть:

Расчет тепловых потерь в тепловых сетях

Методики, по которым производится расчет потерь тепловой энергии в тепловых сетях, указаны в Приказе Министерства энергетики Российской Федерации от 30.12.2008 года «Об утверждении порядка определения нормативов технологических потерь при передаче тепловой энергии, теплоносителя» и методических указаниях СО 153-34.20.523-2003, Часть 3.

Скачать приказ, и рассчитать потери теплоносителя в тепловых сетях можно здесь.

Если теплоносителем является вода, к потерям относят утечки по причине негерметичности трубопроводов. Годовые нормативные значения рассчитывают следующим методом:

а – установленная правилами тех.эксплуатации электросетей средняя норма утечки теплоносителя за год;

V год – среднегодовой объем теплопроводов эксплуатируемой сети;

n год – длительность работы трубопроводов в год;

m ут.год – средние потери теплоносителя по причине утечки за год.

Объем трубопровода за год рассчитывают по следующей формуле:

V от и Vл – емкость в сезон отопления и во время неотопительного сезона;

n от и nл – длительность работы теплосети в отопительный и неотопительный сезон.

Для паровых теплоносителей формула следующая:

Pп – плотность пара при средних показателях температуры и давления носителя тепла;

Vп.год – средний объем парового провода тепловой сети за год.

Таким образом мы рассмотрели как можно рассчитать теплопотери и раскрыли понятия тепловых потерь.

Расчет Теплопотерь

Расчет теплопотерь производится для оценки энергоэффективности здания. В условиях энергетического кризиса, с которым страна столкнулась в нынешнем году, необходимо четко понимать, куда уходит тепло, а с ним и наши деньги.

Чтобы увеличить эффективность отопления, а также уменьшить затраты, предлагаем свести к минимуму теплопотери Вашего дома. Для этого необходимо осмотреть помещение с помощью тепловой камеры, которая определит откуда происходят теплопотери (окна, стены, крыша, пол).

С помощью данной информации Вы сможете не только качественно утеплить дом, но и сэкономить Ваши денежные средства.

Виды расчета теплопотерь

Расчет теплопотерь дома

Расчет теплопотерь дома поможет Вам уберечь семейный бюджет от переплаты за отопление. Производится расчет теплопотерь дома в основном в зимнее время. Основными путями ухода тепла из дома являются: цоколь, надоконные и наддверные перемычки, неутепленный армпояс, окна. Тепло также уходит вместе с воздухом при вентиляции и через щели в конструкциях. Тепловые потери в основном зависят от:

На сегодняшний день существует уйма программ на Ваш выбор для самостоятельного вычисления теплопотерь здания. С помощью такого калькулятора Вы можете самостоятельно определить потребности любого жилого помещения в тепле.

Дачные строения, в которых отопление в холодное время года работает периодически, как правило, в выходные дни, в данную категорию не попадают. Для расчета теплопотерь в соответствующие поля и раскрывающиеся списки калькулятора требуется ввести данные конкретного помещения. Перерасчет значений производится автоматически.

Результирующее значение суммарных теплопотерь помещения выводится в левой нижней части калькулятора.

Расчет теплопотерь здания

Чтобы вычислить теплопотери здания, необходимо определить такие величины:

Использование утеплителя и ограничение площади оконных и дверных проемов также способствуют сокращению теплопотерь.

Расчет теплопотерь трубопровода

Для подбора мощности системы обогрева трубопровода требуется рассчитать теплопотери в этом самом трубопроводе.

Если мы их узнаем, то сможем такое же количество тепла подводить к трубе и таким образом избежать «остывания» и «переохлаждения» трубы с её содержимым (вода, специальная жидкость и т.д.).

Параметров, влияющих на теплопотери несколько: температура окружающей среды; необходимая температура жидкости внутри трубы; диаметр трубопровода; толщина теплоизоляции и её коэффициент.

Расчет теплопотерь помещения

Мощность обогревательных приборов определяют на основании расчёта теплопотери пмещения. Точный расчёт теплопотери помещения сложен и его выполняют по специальному методу. При расчёте обогрева необходимо знать теплопотери всех видов конструкции помещения: стен, дверей, оконных проёмов, перекрытий, материалов из которых сделаны стены, наружную температуру воздуха и др.

При неправильном расчёте или выборе инфракрасного обогревателя он будет выделять или много тепла, или наоборот. Правильно выбранный инфракрасный обогреватель должен соответствовать среднечасовой теплоотдаче и такой же часовой теплопотери помещения.

Таким образом, количество теплопотери помещения должно соответственно возмещаться теплом, выделяемым инфракрасным обогревателем.

Теплопотери через окна

На потери тепла через окна влияют такие факторы, как:

Таким образом, применение новых технологий в остеклении при использовании стеклопакетов с высоким сопротивлением теплопередаче и низкой воздухопроницаемостью позволяет одновременно снизить расходы энергоресурсов на отопление и искусственное освещение, за счет увеличения доли естественного освещения.

Теплопотери через стены

Теплопотери через отдельные наружные элементы дома различны и во многом зависят от теплоизоляционных качеств отдельных конструкций, а также их размеров. Наибольшая площадь наружных ограждений приходится на наружные стены. Поэтому их теплозащитные качества во многом определяют условия внутреннего микроклимата помещения.

Чем выше сопротивление стены теплопередаче, тем меньший поток тепла через нее проходит и тем меньше теплопотери. В зависимости от конструкции стен дома через них теряется до 35—45% тепла. Оконные проемы в общей площади наружных ограждений составляют значительно меньший процент по сравнению со стенами.

Однако они имеют худшую теплозащиту: сопротивление теплопередаче оконного блока с двойным остеклением в 2—3 раза меньше, чем у наружных стен.

Теплопотери через ограждающие конструкции

Дом теряет тепло через ограждающие конструкции (стены, окна, крыша, фундамент), вентиляцию и канализацию. Основные потери тепла идут через ограждающие конструкции — 60-90% от всех теплопотерь.

Для того, чтобы вычислить значение теплопотерь через все ограждающие конструкции, необходимо просуммировать значения теплопотерь для окон, стен, входной двери, крыши, фундамента. Сразу же акцентируем Ваше внимание на то, что ограждающие конструкции в основном не являются однородными по структуре, а обычно состоят из нескольких слоёв.

В эту конструкцию могут входить и замкнутые воздушные прослойки. Основной такой характеристикой для слоя конструкции является его сопротивление теплопередачи.

Расчет теплоизоляции

Для удобства выполнения расчета потерь тепловой энергии через теплоизоляцию подающие трубопроводы разграничиваются на: основные трубопроводы и ответвления от основных трубопроводов.

Под основным трубопроводом следует понимать часть подающего трубопровода между источником тепловой энергии и тепловой камеры, из которой идет ответвление к потребителям тепловой энергии.

Ответвления от основных трубопроводов — это части подающих трубопроводов от соответствующих тепловых камер до потребителей тепловой энергии. Методик, в соответствии с которыми может быть выполнен расчет тепловых потерь через изоляцию, существует довольно много.

Основное различие между ними состоит в методах учета изменений условий эксплуатации теплосетей, прежде всего — зависимости между теплопроводностью и влагопоглощением теплоизоляционного материала.

Как рассчитать вентиляцию

Сократить потери тепла на вентиляцию помещения можно установкой систем с рекуперацией.

Рекуператор — от латинского «возвращающий, получающий обратно» — устройство, которое возвращает тепло от вытяжного воздуха в помещение. Это позволит сократить потери тепла на вентиляцию в два — три раза.

При этом общие потери через конструкции и вентиляцию сократятся на треть. На треть сократятся и затраты связанные с обогревом дома в зимний период.

Теплопотери на инфильтрацию

На потери тепла через стены и особенно через окна и стыки оконных коробок с стенами сильное влияние оказывает ветер. Поскольку строительные материалы и конструкции являются в большей или меньшей степени воздухопроницаемыми, то через них воздух может проникать с улицы в помещение и из помещения на улицу.

Если воздух попадает снаружи внутрь дома, то это называют инфильтрацией, если из помещения наружу, то эксфильтрацией. При инфильтрации через конструкцию стены, стыки и неплотности окон в зимний период проникает холодный воздух.

Проходя через толщу стены, он вызывает снижение температуры внутри ограждения и на его поверхности, а проникая в комнату, охлаждает внутренний воздух и вызывает дополнительные потери тепла. Наибольшие теплопотери при инфильтрации происходят через окна и стыковые соединения оконных блоков со стенами.

Наши специалисты помогут Вам правильно составить расчёт системы отопления Вашего дома, так как он обеспечивает:

Благодаря данному расчёту, Вы не только сохраните тепло в Вашем доме, но и сэкономите свой бюджет. Звоните нам по указанному номеру телефона и мы ответим на все интересующие Вас вопросы:

(044) 227-90-21

(096) 875-77-51

(099) 448-83-83

Расчет теплопотерь теплопроводами при надземной прокладке

Задачами теплового расчета являются: определение потерь тепла через трубопровод и изоляцию в окружающую среду, расчет падения температуры теплоносителя при движении его по теплопроводу и определение экономически наивыгоднейшей толщины изоляции. Мето­дика расчета теплопотсрь зависит от условий прокладки теплопрово­дов.

При надземной прокладке теплопотери изолированным трубопро­водом в окружающую среду, отнесенные кім длины трубопровода Q, Вт/м, рассчитываются как теплопередача через многослойную цилинд­рическую стенку, окруженную воздушной средой:

TOC o «1-3» h z f R tu

Ав л d-z dt B ^ aH л dH

Где Тв, tu — средняя температура теплоносителя и температура окржающей среды, °С; ав, ан — коэффициенты теплоотдачи от теплоносителя к стенке трубопровода (внутрен­ний коэффициент) и от наружной поверхности изоляции в окружающую среду (на­ружный коэффициент), Вт/(м2-°С); dB, dH — внутренний диаметр трубопровода и наружный диаметр изоляционного покрытия, м; Хг — теплопроводность І-го слоя изо­ляции, Вт/(м-°С); dm, dlB—наружный и внутренний диаметры г-го слоя изоляции, ч

Каждый член знаменателя формулы (9.1) соответствует определен­ному термическому сопротивлению. Так, первое и третье слагаемые зтого знаменателя, представляющие собой термические сопротивления теплоотдачи соответственно от теплоносителя к стенке трубопровода Rr и от наружной поверхности к окружающему воздуху Rlb будут равны:

Термическому сопротивлению 1-го слоя изоляции соответствует второй член знаменателя формулы (9.1):

Единица термического сопротивления — °С/(Вт/м). Из анализа » наименования единицы можно дать следующую интерпретацию его физического смысла: термическое сопротивление численно равно пере­паду температур, °С, на этом сопротивлении при прохождении через

«его единичного теплового потока, отнесенного к 1 м длины трубо­провода, Вт/’м. Следовательно, чтобы найти действительный перепад температур, достаточно термическое сопротивление умножить на ве­личину теплового потока. Такой способ позволяет достаточно просто находить температуру в любом слое изолированного трубопровода.

Термическое сопротивление теплоотдачи от теплоносителя к трубо — ‘ проводу и-термическое сопротивление стенки трубопровода весьма малы по сравнению с термическим сопротивлением изоляции, поэтому в практических расчетах ими можно пренебречь. Вместе с тем необ­ходимо учитывать дополнительные потери через неизолированные ча­сти теплопровода (арматуру, опоры, компенсаторы). Их учитывают в долях (3 теплопотерь теплопроводом.

Термическое сопротивление от наружной поверхности тепловой изоляции к воздуху также невелико по сравнению с термическим со­противлением изоляции, поэтому для его расчета допустимо пользо­ваться следующей упрощенной зависимостью:

Где w — скорость движения воздуха, м/с.

Пример 9 1 Определить потери тепла изолированным теплопроводом диаметром 720 мм, проложенным на опорах над землей, при следующих данных — тв = 90°С; tK — — —3,2°С, изоляционный слой имеет толщину 160 мм и Л, = 0,09 Вт/(м-°С); скорость ьетра w = 2 м/с

1 Определяем коэффициент теплоотдачи а£ по формуле (9 4) •

Ан = 11,6 + 7 /2 = 21,5 Вт/ (м2- °С).

2 Рассчитываем теплопотери, принимая Р = 0,2:

2-3,14-0,09 ln 0,72 + 21,5-3,14-1,04

Из сравнения термических сопротивлений изоляции и теплоотдачи в окружающую среду следует, что Rn составляет всего 2,2% Яиз. Следовательно, высказанные ранее соображения о возможности определения ан по приближенной формуле, справедливы

§ 45. РАСЧЕТ ТЕПЛОПОТЕРЬ ТЕПЛОПРОВОДАМИ ПРИ БЕСКАНАЛЬНОЙ ПРОКЛАДКЕ

При прокладке теплопровода в грунте последний представляет со­бой определенное термическое сопротивление. Тепловой поток направ­лен от теплоносителя (через стенку трубопровода, тепловую изоля­цию и грунт) к поверхности земли и далее в окружающую среду. На рис. 9.1 показан изолированный трубопровод, проложенный в грунте.

На рисунке нанесены ______________________ t ________________

Щие собой окружности, W’A’vVvV^^

Центры которых с умень — — с Улдш^^ШахХ/ / шением температуры сме­щаются вниз от поверх­ности земли.

Линии те­плового потока симмет­ричны относительно вер­тикальной плоскости, проходящей через ось трубопровода, берут на­чало у его поверхности II выходят из грунта по нор­мали к последнему.

За­дачу определения терми­ческого сопротивления
грунта в теории теплопередачи решают методом «источника и стока». Результирующая формула Форхгеймера имеет следующий вид:

Где Ягр — термическое сопротивление грунта, включая внешнее термическое Сопротив­ление от грунта к воздуху, °С/(Вт/м), Ягр — теплопроводность грунта, Вт/(м-[31]С); dB — наружный диаметр изоляции, м.

Эквивалентная глубина заложения h3K определяется по формуле

Где h — глубина заложения трубопровода от поверхности земли до его оси, м; а — ко­эффициент теплоотдачи от поверхности земли к воздуху, Вт/(м-°С); А, Гр/а— эквивалент­ная толщина слоя грунта, заменяющего внешнее термическое сопротивление массива, м.

При достаточно большой глубине заложения трубопровода (при 2h/d=2 ошибка составляет 5%) без существенной погрешности фор­мула (9.5) может быть упрощена и приведена к следующему виду:

Теплопотери через изолированный теплопровод при бесканальной прокладке в грунте находят по формуле, аналогичной формуле (9.1):

1 ln diH 1 1п _4Лэ

2 л Xi di в 2 я Ярр dH

Где tn — температура наружного воздуха, °С.

При расчетах внешнее термическое сопротивление часто не учиты­вают, в таком случае за расчетную температуру принимают темпера­туру грунта на глубине заложения теплопровода.

Пример 9.2. Рассчитать теплопотери изолированным теплопроводом, проложенным в грунте. Диаметр трубы 325X8 мм, толщина изоляции 100 мм, ЯИа=0,09. Глубина за­ложения трубопровода составляет 0,7 м.

до верха изоляции. Коэффициент теплоотдачи а=10 Вт/м2. Коэффициент теплопроводности грунта ХТр=1,7 Вт/м.

Средине темпера­туры теплоносителя и окружающей среды соответственно равны: тв=90°С; = —3,2°С; (5=0,2.

1. Определяем характеристики прокладки:

H = 0,7 + 0,2625 = 0,963 м; гін = 0,525 м;

H3K = 0,963 + = 1,133 [по формуле (9.6)].

2. Рассчитываем теплопотери по формуле (9 8), так как 2ЬЭк/^н=4,32:

Q = I 0,525 ‘ 1 4-1,133 1,2 = 106 Вт/м.

2-3,14.0,09 1п 0,325 + 2-3,14.1,7 1п 0,525

При бесканальной прокладке двух параллельных или нескольких теплопроводов температурные поля отдельных теплопроводов склады­ваются и тепловые потоки взаимодействуют. Если один теплопровод имеет более высокую температуру, чем второй, то теплопотери второ­го теплопровода будут уменьшены, а при большой разнице температур второй теплопровод вообще может не иметь теплопотерь. Для расчета теплопотерь параллельных теплопроводов при бесканальной про­кладке в грунте, используют принцип наложения температурных по­лей, — создаваемых каждым теплопроводом отдельно.

Расчет потерь тепла в тепловых сетях

Различают два вида потерь в тепловых сетях: с тепловыделением и от утечек теплоносителя, которые определяются конструкцией сети, ее состоянием и условиями эксплуатации.

Потери с тепловыделением. Существующие нормы потерь тепла в трубопроводах определяются значениями среднегодовых температур теплоносителя и окружающей среды.

Значения удельных потерь тепла при максимальных и других заданных температурах теплоносителя и соответствующей температуре окружающей среды определяют по формуле (4.1)

где q1норм — нормы потери тепла на 1 м теплопровода в зависимости от диаметра, способа прокладки и теплоносителя (определяются по прил. 5 и 6) при среднегодовой температуре теплоносителя tcp, ккал/(ч м);

q1 — удельные потери тепла 1 м теплопровода при заданной температуре теплоносителя t, ккал/(ч м);

tокр. ср. г — среднегодовая температура окружающей среды, при которой заданы нормы потерь тепла, °С;

tокр. ср — фактическая среднегодовая температура окружающей среды, °С.

При подземных прокладках в непроходных каналах температура окружающей среды принимается равной температуре воздуха в канале.

При подземной бесканальной прокладке температура окружающей среды равна температуре грунта на глубине заложения трубопровода. При надземной прокладке температура окружающей среды равна температуре наружного воздуха.

Температурный расчетный (максимальный) график подачи теплоносителя от ЦТП и котельных для прямых и обратных магистралей равен соответственно:

tподтн рас = 95 °С и tобртн рас = 70 °С.

Температурный график среднегодовых температур подачи теплоносителя для прямых и обратных магистралей равен соответственно:

tподтн ср = 59 °С и tобртн ср = 47 °С.

Для трубопроводов надземной прокладки температура окружающей среды, при которой заданы нормы потерь тепла, равна среднегодовой температуре окружающей среды за отопительный период.

Для трубопроводов подземной прокладки в непроходных каналах температура окружающей среды, при которой заданы нормы потерь тепла, принимается равной:

Для трубопроводов подземной не канальной прокладки температура, при которой заданы нормы потерь тепла, равна среднегодовой температуре грунта и составляет для средней полосы России (на глубине 0,8 м):

Расчетные (минимальные) температуры окружающей среды равняются:

для трубопроводов надземной прокладки

для трубопроводов подземной прокладки в непроходных каналах

tнокр.ср = 40 °С; tпкокр. рас =

для трубопроводов подземной бесканальной прокладки

(средняя зимняя температура грунта на глубине 0,8 м).

С учетом вышеизложенного, формулы для определения потерь тепла тепловыделением приведены в прил. 7.

Таким образом, исходными данными для расчета потерь тепла тепловыделением рассматриваемых сетей являются удельные потери тепла и суммарные длины участков трасс с учетом способов прокладки.

Потери тепла с утечкой теплоносителя. Среднечасовая величина утечки за год принимается равной 0,25% от объема воды в трубопроводах тепловой сети и присоединенных к ним местных систем отопления зданий.

Расчетная (максимальная) часовая величина утечки, учитывая возможные колебания в течение года в зависимости от режима работы системы, принимается равной 0,5% от всего объема теплоносителя. Объем воды в трубопроводах тепловой сети определяется в зависимости от их протяженности и диаметра по сводной специфики.

Удельный объем воды в трубопроводах в зависимости от диаметра приведен в прил. 8. Для трубопровода с другим диаметром удельный объем можно определить по выражению

Ду — условный диаметр, мм.

Удельный объем воды в системах отопления зданий по всему объекту на 1 Гкал/ч суммарного расчетного расхода тепла принимается равным:

для жилых районов — 30 м ;

для промышленных предприятий — 15 м3.

Годовые потери тепла с тепловыделением и утечкой за отопительный сезон, Гкал, рассчитываются по формуле

где tот — продолжительность отопительного сезона.

Расчет теплопотерь в трубопроводе

Расчет тепловых потерь это первый этап построения системы промышленного обогрева трубопроводов, резервуаров, открытых площадок, кровли и водостоков или технологического оборудования.

Сначала осуществляется предварительный расчет по предоставленным заказчиком данным.

Расчеты теплопотерь проводятся при помощи специализированных программ, справочных таблиц, формул и собственного опыта инженеров проектного отдела. В последующем происходит активное общение с заказчиком для учета всех нюансов в том числе задач, особенностей расположения обогреваемого объекта и климатических условий.

Задачи расчета тепловых потерь

Для примера приведена формула расчета теплопотерь трубопровода:

Q – теплопотери, Вт П – константа = 3,14

Л – коэффициент теплопроводности теплоизоляции, обычно = 0,04 Вт/м2 0С

Tвн – температура жидкости в трубопроводе, 0С

Tнар – температура наружного воздуха или земли, 0С 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).

Для предварительного расчета тепловых потерь можно использовать таблицу с типовыми параметрами:

Определение теплопотерь через теплоизоляцию трубопроводов теплоснабжения при подземной прокладке в непроходных каналах

Проведено сравнение методик расчёта теплопотерь трубопроводами системы теплоснабжения для различных типов и плотности тепловой изоляции. Проведённые расчёты позволяют выбрать оптимальную толщину тепловой изоляции трубопроводов систем теплоснабжения и оценить потери теплоты.

Ключевые слова:тепловая изоляция, трубопроводы, теплоснабжение, тепловая сеть, тепловые потери.

За период эксплуатации тепловых сетей в системе централизованного теплоснабжения (СЦТ) Новосибирска (первая тепловая сеть диаметром Dу =350 мм и длиной L=2.

0 км от ТЭЦ-1 была построена в 1938 году) нормы тепловых потерь (линейная плотность теплового потока) для сетей законодательно корректировались (в меньшую сторону) три раза. Это Нормы 1959 года, Нормы 1991 года и Нормы 1998 года.

Так, например, последние Нормы линейных тепловых потерь от первых норм 1959 года уменьшены в среднем на 62 % для подземной прокладки в непроходных каналах.

Для прогнозирования доли тепловых потерь в тепловых сетях, качественного расчёта теплоизоляционных конструкций, учитывающего местные условия эксплуатации, ОАО «Новосибирскгортеплоэнерго» совместно с кафедрой «Теплогазоснабжения и вентиляция» НГАСУ (Сибстрин) была разработана методика расчета [1].

Процесс теплопередачи через стенки труб и слой теплогидроизоляционной конструкции, применяемых при строительстве и эксплуатации в системах теплоснабжения городов характеризуется законами теплопереноса тепловой энергии от транспортируемой горячей среды в окружающую холодную среду (воздух, грунт, вода), и наоборот от нагретого воздуха в канале к транспортируемой холодной среде. Как правило, транспорт горячей среды всегда сопровождается с вынужденными величинами тепловых потерь.

Тепловые потери являются функцией теплопроводности материалов и различием между величинами температур горячей и холодной среды:

а теплопроводность — функцией плотности и влажности применяемого теплоизоляционного материала: λи= ƒ(ρ, φ).

На практике, в качестве теплоизоляционных материалов, в большинстве случаев применяются — минераловатные маты и их аналоги, или пенополиуретан. В условиях эксплуатации, любой теплоизоляционный материал подвержен воздействию природных и техногенных факторов.

К природным факторам можно отнести подтопление водами талого снега и дождя, повышенная влажность и туман, повышенный уровень грунтовых вод и т. д.; к техногенным факторам — подтопление водой из поврежденного трубопровода теплосети или смежных коммуникаций и т. д.

Это влечет к неизбежности увлажнения теплоизоляции, ее заиливания и ухудшения теплотехнических свойств (увеличения теплопроводности), уменьшения толщины теплоизоляционного слоя от проектных значений.

Наличие влаги в теплоизоляционных материалах характеризуется:

1) тремя состояниями насыщения:

– капиллярно-разобщенное или стыковое (состояние защемленной воды), когда большая часть объема пор теплоизоляционного материала занята воздухом и сообщена с воздухом, а вода занимает только суженную небольшую часть пор;

– канатное или чёточное, когда вода образует непрерывную сетку с воздушными пузырьками в центре пор, не взаимодействующими друг с другом и наружным воздухом;

– капиллярное (состояние влаго-насыщения), когда ячейки пор полностью заполнены водой;

2) тремя режимами тепло-массо-передачи:

– при объемной влажности (Vо > 4 %) — закритический режим, при котором отвод теплоты происходит за счет теплопроводности через теплоизоляционные материалы и за счет теплопроводности воды содержащийся в её порах;

Источник