1.5 Теоретические сведения для расчета.

Каждый из рассмотренных теплопроводов характеризуется наружным диаметром каналов Д_н - толщиной стенки трубы , толщиной изоляции _и и защитного кожуха _к, расстоянием между трубами S и глубиной прокладки h (рис. 1.4а). Теплопроводы в каналах дополнительно включают размеры канала: ширину а и высоту b.

При транспортировке теплоты имеются потери в окружающую среду, величина которых зависит как от температуры теплоносителя и окружающей среды, так и от качества тепловой изоляции теплопроводов. Основной характеристикой теплоизоляционных материалов является коэффициент теплопроводности -- _и.

а)

б)

в)

Рис. 1.4 Схема конструкций теплопроводов;

а – подземный теплопровод с заводской изоляцией; б – подземный теплопровод в канале; в - надземный теплопровод

Коэффициент теплопроводности зависит от применяемого материала и его влажности. С ростом влажности материала коэффициент теплопроводности увеличивается.

Интегральной индивидуальной характеристикой теплопроводов является коэффициент тепловых потерь К, который показывает, какой тепловой поток теряется теплопроводом длиной 1м при разности температур между теплоносителем и окружающей средой, равной одному градусу. В качестве окружающей среды для надземного теплопровода выступает атмосферный воздух, а для подземных — грунт.

Кроме того, в настоящее время в Беларуси распространены теплопроводы с прокладкой в каналах (рис. 1.4.б) или с надземной прокладкой (рис.1.4.в).

Различают два типа коэффициентов тепловых потерь. Первый коэффициент K₁, непосредственно связан с количеством теряемого тепла в окружающую среду, а второй К_о учитывает полезную теплоту, которая передается от более нагретого подающею теплопровода обратному. Тогда общий коэффициент тепловых потерь:

К=К₁-К_о (1.1)

Если подающие и обратные надземные теплопроводы являются независимыми, то для них:

К₀ = 0 (1.2)

Коэффициент тепловых потерь К₁ надземного теплопровода есть обратная величина термического сопротивления:

(1.3)

где _тр, _и, _к – коэффициенты теплопроводности соответственно трубы, изоляции и защитного кожуха, Вт/ (м⁰С); Д_в, Д_н, Д_и, Д_к - диаметры трубы, внутренний и наружный, наружные диаметры изоляции и защитного кожуха, мм.

Коэффициенты тепловых потерь К₁ и К₀ подземных теплопроводов определяются на основе синтеза экспериментальных и расчетных данных с учетом решения уравнения теплопроводности.

2.Порядок выполнения работы

1. По варианту, указанному преподавателем (таблица 1.2) провести по формуле (1.3) расчет коэффициента тепловых потерь для надземного теплопровода (рис.1.5) для пяти вариантов изоляции, указанных в таблице 1.3.

2. В отчете сделать зарисовку надземного теплопровода с конкретными размерами.

3. В отчет записывается табл.1.3 с исходными и дополнительными данными, в которой заполняется графа коэффициент тепловых потерь (К₁).

4. Провести сравнительный анализ результатов расчета. Показать для какого типа изоляции коэффициент тепловых потерь K₁ имеет минимальное значение, и сравнить в процентном отношении с другими вариантами изоляции. Количественно показать относительное влияние материала, толщины и влажности изоляции на коэффициент тепловых потерь. Объяснить полученные результаты, дать рекомендации по использованию энергоэффективных теплопроводов.

Рис.1.5. Теплопровод с надземной прокладкой

λ, λ_и, λ_к – коэффициенты теплопроводности соответственно трубы, изоляции и защитного кожуха,

Д_н, Д_и, Д_к – наружные диаметры трубы, изоляции и защитного кожуха, мм

δ, δ_и, δ_к – толщина соответственно трубы, изоляции и защитного кожуха, мм.

Таблица 1.2 Выбор варианта

№ варианта	Дн х , мм	№ варианта	Дн х , мм	№ варианта	Дн х , мм
1	57х3,0	6	159х4,5	11	45х2,5
2	76х3,0	7	194х5,0	12	377х9,0
3	89х3,5	8	219х5.0	13	425х6,0
4	108х3,5	9	273х7,0	14	480х6,0
5	133х4,0	10	325х7,0	15	530х7,0

Таблица 1.3 Исходные и дополнительные данные для записи результатов расчетов.

№	Изоляция	и, мм	и, Вт/м^2^0С	К1, Вт/м^0С
1.	Пенополиуретан	60	0,027
2.	Пенополиуретан	120	0,027
3.	Сухая минеральная вата (W=0%)	60	0,055
4.	Влажная минеральная вата (W=0%)	60	0,19
5.	Без изоляции	0
6.	Дополнительные данные: тр=50 Вт/ м^0С, к=3 мм, к=0,28 Вт/м^0С