Для теплоизоляции подземных тепловых сетей анализируются различные материалы, включая пенополимер-минеральную изоляцию, пенополиуретан, высокотемпературный вспененный каучук, пеностекло и базальтовую изоляцию. Целью является определение оптимальной толщины изоляции и выбор наиболее эффективного и экономичного решения.

Ключевые слова: тепловая изоляция, тепловая сеть, расчет тепловой изоляции.

В настоящее время, остро стоит вопрос об эффективном и надежном теплоснабжении всех регионов России для комфортной жизнедеятельности населения, развития экономики и промышленности. На обеспечения теплом страна затрачивается огромное количество топлива, но большая часть из этого попусту тратится во время транспортировки. На данные момент топливо, выросло в цене, что, собственно, и повлекло за собой политику энергоэффективности от государства. Как показали последние годы, перебои в теплоснабжении ведут к остановкам промышленного производства и ухудшению работы систем жизнеобеспечения. Поэтому поддержание стабильной и эффективной работы системы теплоснабжения является актуальной задачей. Эффективная работа системы теплоснабжения во многом зависит от ее тепловых режимов.

Предмет исследования — оптимизация толщины и экономическая целесообразность теплоизоляции.

Объект исследования — теплопровод диаметром 159, длиной 100 м, расположенный в г. Владимир, температурный график тепловой сети 120–70°С.

Цель данной работы заключается в оптимизации толщины теплоизоляции теплопроводов в системе теплоснабжения. Это включает выбор наиболее эффективного теплоизоляционного материала с учетом экономической целесообразности.

Для тепловых сетей следует, как правило, принимать теплоизоляционные материалы и конструкции, проверенные практикой эксплуатации. Новые материалы и конструкции допускаются к применению при положительных результатах независимых испытаний, проведенных специализированными лабораториями, аккредитованными на выполнение данных испытаний в установленном порядке.

Материалы тепловой изоляции и покровного слоя теплопроводов должны отвечать требованиям СП 61.13330, нормам пожарной безопасности и выбираться в зависимости от конкретных условий и способов прокладки.

Расчет

1. Из справочных данных выписываем температуру грунта в разные месяцы в городе Владимир (при отсутствии данных в близко расположенном городе) на глубине 0,8 м:

Таблица 1

Температура грунта в г. Москва по месяцам

Определим средневзвешенную температуру грунта:

где — температура грунта в месяце, °С;

— количество дней в месяце.

Получаем:

2. Определим термическое сопротивление грунта при бесканальной прокладке:

где — глубина заложения — расстояние от оси труб до поверхности земли, принимаем ;

— наружный диаметр трубопровода, м, ;

— теплопроводность грунта,

Получаем:

3. Определим термическое сопротивление, обусловленное тепловым воздействием двух трубопроводов.

где — глубина заложения — расстояние от оси труб до поверхности земли, принимаем ;

— теплопроводность грунта,

— расстояние между осями труб по горизонтали, м, принимаемое как

Получаем:

4. Определим нормируемые плотности для тепловых потоков для трубопровода определенного диаметра при бесканальной прокладке по таблице 1.

Таблица 1

Нормы плотности теплового потока для трубопроводов при подхемной бесканальной прокладке и продолжительности работы в год более 5000 ч.

Нормированные значения плотности тепловых потоков от подающих и обратных теплопроводов принимаются в зависимости от среднегодовых температур теплоносителя, определяемых по таблице В.5 СП 61.13330.2012 «Тепловая изоляция»:

Таблица 2

Среднегодовые температуры теплоносителя в водяных тепловых сетях, ºС

Для принятого графика 120–70 ̊С по интерполяции получаем:

Для принятого расчетного диаметра трубопровода

4. Определим термическое сопротивление подающего и обратного трубопровода:

подающая магистраль

;

обратная магистраль

,

где — среднегодовая температура теплоносителя,

— средневзвешенная температура грунта,

— нормированные значения плотности тепловых потоков от подающих и обратных теплопроводов.

Получаем:

;

;

Для пенополимерминеральной изоляции:

1. Определим значение отношения наружного диаметра изоляционного слоя к наружному диаметру трубы:

подающая магистраль

обратная магистраль

где — коэффициент теплопроводности изоляции,

— коэффициент теплопередачи на поверхности покрытия,

термическое сопротивление подающего и обратного трубопровода;

— наружный диаметр трубопровода, м.

2. Определим толщину изоляционного слоя подающего и обратного трубопровода:

– подающая магистраль

– обратная магистраль

где — наружный диаметр трубопровода, м;

— значение отношения наружного диаметра изоляционного слоя к наружному диаметру трубы.

Принимаем толщину изоляционного слоя для обоих трубопроводов согласно номенклатурному ряду сортамента завода-изготовителя трубы из методических указаний

3. Рассчитаем наружный диаметр тепловой изоляции:

где — наружный диаметр трубопровода, м;

— толщина слоя тепловой изоляции, м.

4. Рассчитаем термическое сопротивление основного слоя изоляции:

где — коэффициент теплопроводности изоляции,

— наружный диаметр тепловой изоляции, ;

— наружный диаметр трубопровода, м, .

5. Диаметр с оболочкой:
6. Рассчитаем термическое сопротивление наружного слоя изоляции:

;

где — наружный диаметр с наружной оболочкой тепловой изоляции,

;

— коэффициент теплопередачи на поверхности покрытия,

7. Определяем термическое сопротивление трубопроводов:

где — термическое сопротивление наружного слоя изоляции;

— термическое сопротивление основного слоя изоляции.

8. Определяем тепловые потери изолируемого оборудования: подающая магистраль

обратная магистраль

где — среднегодовая температура теплоносителя,

— средневзвешенная температура грунта,

— термическое сопротивление основного слоя изоляции;

— термическое сопротивление грунта;

— термическое сопротивление, обусловленное тепловым воздействием двух трубопроводов;

— коэффициент дополнительных теплопотерь, при бесканальной прокладке трубопроводов.

Получаем:

Фактические тепловые потери, не превышают нормируемых, это означает, что толщина теплоизоляционного слоя и ее наружный диаметр подобраны верно.

Стоимость погонного метра пенополимерминеральной изоляции составляет 1343 р/м.п. Тогда для участка длиной 100м суммарная стоимостьь изоляции составляет 134300 рулей.

Аналогично рассчитываются другие виды изоляции.

Составим сводную таблицу:

Таблица 3

Анализ представленных данных позволяет сделать ряд важных выводов о свойствах и стоимости различных изоляционных материалов. Очевидно, что выбор оптимального варианта требует комплексного подхода, учитывающего как теплотехнические характеристики, так и экономические факторы.

Пенополиуретан, хотя и обладает приемлемыми теплоизоляционными свойствами, показывает относительно высокие фактические теплопотери по сравнению с другими материалами.

Высокотемпературный вспененный каучук, при самой низкой толщине изоляции и коэффициенте теплопроводности значительно проигрывает в стоимости, являясь самым дорогим вариантом утепления.

Пеностекло, обладая умеренными показателями теплопроводности и теплопотерь, является самым дорогим вариантом.

Пенополимер-минеральная и базальтовая изоляция демонстрируют конкурентоспособные показатели теплопотерь благодаря оптимальной толщине слоя, но пенополимер-минеральная изоляция уступает базальтовой в стоимости.

Таким образом, наиболее эффективным и экономически выгодным материалом для утепления подземных тепловых сетей при капитальных затратах является базальтовая изоляция.

Литература:

1. Тарасевич, Е. И. Особенности теплового расчета водяных тепловых сетей / Е. И. Тарасевич. — Текст: электронный // elibrary: [сайт]. — URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=22877032
2. Налобин, Н. В. Оптимизация толщины пенополиуретановой изоляции теплопроводов в системах теплоснабжения объектов на севере Западной Сибири / Н. В. Налобин. — Текст: электронный // elibrary: [сайт]. — URL: https://viewer.rsl.ru/ru/rsl01003069768?page=1&rotate=0&theme=white
3. Петрикеева, Н. А. Оптимизация стоимостной целевой функции при определении толщины изоляции в системах теплоснабжения / Н. А. Петрикеева. — Текст: электронный // elibrary: [сайт]. — URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=29207121
4. Кочеткова, Ю. А. Определение теплопотерь через теплоизоляцию трубопроводов теплоснабжения при подземной прокладке в непроходных каналах / Ю. А. Кочеткова. — Текст: электронный // elibrary: [сайт]. —URL:https://www.elibrary.ru/item.asp?id=26163712&ysclid=lwnkp5nt82110713368