Введите строку (паропровод 60,3 мм 180 °C изоляция 50 мм k 0,04 h 10 воздух 35 °C 20 м) или заполните поля: строка и поля связаны и меняются вместе.
Введите наружный диаметр трубы, температуру среды — пара, термомасла или горячей воды, — толщину теплоизоляции и её теплопроводность k, коэффициент теплоотдачи с поверхности h и температуру воздуха, и калькулятор покажет теплопотери трубопровода в ваттах на метр, на весь участок и, с часами работы, в МВт·ч за год, а также температуру поверхности изоляции и потери той же трубы без изоляции. Расчёт показан по шагам с вашими числами, распределение температуры в изоляции показано на графике, а результат можно скопировать строкой или перенести в запрос.
Значений k и h по умолчанию нет: калькулятор просит их ввести и не подставляет своих. Стенка трубы и пограничный слой внутри не учитываются, и об этом сказано рядом с результатом. Пределы температуры поверхности определяются главой II-2 СОЛАС и правилами для данного помещения: калькулятор показывает температуру, но не ставит рядом предельного числа.
Сопротивление слоя изоляции на метр трубы — ln(r2 / r1) / (2 pi k), где r1 — половина наружного диаметра, r2 — наружный радиус изоляции, k — теплопроводность изоляции. Паропровод 60,3 мм с изоляцией 50 мм и k 0,04 Вт/(м К): ln(80,15 / 30,15) / (2 pi x 0,04) = 3,890 м К/Вт.
Сопротивление теплоотдачи с поверхности в воздух — 1 / (2 pi r2 h), где h — коэффициент теплоотдачи с поверхности. При h 10 Вт/(м2 К): 1 / (2 pi x 0,08015 x 10) = 0,1986 м К/Вт. Потери q = (180 - 35) / (3,890 + 0,1986) = 35,5 Вт/м, на 20 м — 709 Вт; температура поверхности 35 + 35,5 x 0,1986 = 42,0 °C.
Голая труба теряет q = h pi D (Tf - Ta): 10 x pi x 0,0603 x 145 = 274,7 Вт/м, так что изоляция снижает потери на 87,1 %. За 8000 ч в год 709 Вт — это 5,67 МВт·ч; при КПД котла 85 % — 6,68 МВт·ч топлива, а по цене 60 за МВт·ч — 400,52 в год.
| Величина | Формула | Пояснение |
|---|---|---|
| Слой изоляции | R изоляции = ln(r2 / r1) / (2 pi k) | м К/Вт на метр; r1 = наружный диаметр / 2, r2 = r1 + толщина изоляции |
| Наружная поверхность | R поверхности = 1 / (2 pi r2 h) | h — конвекция и излучение с поверхности вместе |
| Потери с изоляцией | q = (Tf - Ta) / (R изоляции + R поверхности) | Вт на метр |
| Температура поверхности | Ts = Ta + q x R поверхности | °C |
| Потери голой трубы | q = h x pi x D x (Tf - Ta) | Вт на метр; D — наружный диаметр в м |
| Критический радиус | r = k / h | при меньшем наружном радиусе добавленная изоляция может увеличить потери |
| Энергия за год | E = q x L x часы / 1 000 000 | МВт·ч; без длины — на метр |
| Стоимость топлива | E / КПД котла x цена за МВт·ч | в валюте цены |
Стенка трубы и пограничный слой внутри не учитываются: внутренняя поверхность изоляции, а у голой трубы — её поверхность, принимается при температуре среды. Теплопроводность k и коэффициент теплоотдачи h берутся такими, как введены.
Сопротивление цилиндрического слоя ln(r2 / r1) / (2 pi k), сопротивление теплоотдачи с наружной поверхности 1 / (2 pi r2 h), их последовательное суммирование, температура поверхности по тепловому потоку и критический радиус k / h — стандартные соотношения теплопередачи, сверенные по нескольким независимым учебным курсам и разобранным задачам. То, что стенка трубы и пограничный слой внутри малы по сравнению с изоляцией, видно из разобранных задач, где их сопротивления посчитаны рядом с сопротивлением изоляции или прямо названы пренебрежимо малыми. Потери голой трубы, коэффициент поверхности как сумма конвекции и излучения и пересчёт потерь за год через КПД котла взяты из открытых методик расчёта потерь трубопроводов. Требования к горячим поверхностям в машинных помещениях содержатся в главе II-2 СОЛАС.
Как два термических сопротивления, включённых последовательно, на метр трубы. Слой изоляции: ln(r2 / r1) / (2 pi k), где r1 — половина наружного диаметра трубы, r2 = r1 + толщина изоляции, k — теплопроводность изоляции. Наружная поверхность: 1 / (2 pi r2 h), где h — коэффициент теплоотдачи с поверхности. Потери q = (Tf - Ta), делённое на сумму двух. Паропровод 60,3 мм с изоляцией 50 мм, k 0,04 Вт/(м К), h 10 Вт/(м2 К), пар 180 °C, воздух 35 °C: ln(80,15 / 30,15) / (2 pi x 0,04) = 3,890 м К/Вт и 1 / (2 pi x 0,08015 x 10) = 0,1986 м К/Вт, отсюда q = 145 / 4,089 = 35,5 Вт/м, или 709 Вт на 20 м.
Потому что при изоляции они обычно малы: стальная стенка и пограничный слой среды внутри добавляют лишь малую долю сопротивления слоя изоляции. Калькулятор принимает внутреннюю поверхность изоляции при температуре среды и пишет об этом рядом с результатом. Без них потери могут получиться только выше, но не ниже: каждое неучтённое сопротивление их уменьшило бы; по той же причине результат для голой трубы — оценка сверху.
Наружный диаметр трубы и толщина изоляции в мм; температура среды и воздуха в °C (читаются и К, и °F); теплопроводность изоляции k в Вт/(м К) и коэффициент теплоотдачи с поверхности h в Вт/(м2 К); при желании — длина в м, часы работы в год, цена за МВт·ч и КПД котла. Значений k и h по умолчанию у калькулятора нет, и он их не подставляет: k берётся из паспорта установленной изоляции, а h — значение для наружной поверхности и окружающего воздуха, конвекция и излучение вместе. На строку без k или h калькулятор отвечает просьбой ввести недостающее число.
Голая труба теряет q = h pi D (Tf - Ta) на метр: та же труба 60,3 мм при 180 °C в воздухе 35 °C и h 10 теряет 274,7 Вт/м, то есть изоляция 50 мм снижает потери на 87,1 %. Без отдельного h голой поверхности сравнение идёт с тем же h; голая поверхность горячее и больше отдаёт излучением, поэтому для более точного сравнения введите h голой поверхности. Изоляция может увеличить потери, только пока её наружный радиус меньше k / h — критического радиуса: при k 0,04 и h 10 это радиус 4 мм, и калькулятор предупреждает, если введённая изоляция так тонка.
Простой арифметикой. Энергия за год в МВт·ч — потери в Вт, умноженные на часы работы в год и делённые на 1 000 000. Топливо на её покрытие — эта энергия, делённая на КПД котла, а стоимость — энергия топлива, умноженная на цену за МВт·ч. Линия термомасла 114,3 мм при 250 °C с изоляцией 80 мм, k 0,045 Вт/(м К), h 9 Вт/(м2 К), воздух 40 °C, теряет 65,1 Вт/м; за 8000 ч это 0,521 МВт·ч на метр в год; при КПД котла 85 % — 0,613 МВт·ч топлива, а при цене 60 за МВт·ч — 36,77 на метр в год. Без изоляции тот же метр стоил бы 383,25.
Нет. Он показывает температуру наружной поверхности, Ts = Ta + q / (2 pi r2 h): 42,0 °C для паропровода выше. Пределы температуры поверхности определяются главой II-2 СОЛАС и правилами для данного помещения, и калькулятор не ставит рядом с результатом никакого предельного числа.
Калькулятор показывает теплопотери трубопровода. Если нужны теплоизоляционные материалы, обшивка или детали трубопровода, отправьте строку из калькулятора вместе с данными трубопровода и помещения, и Vessel Core сверит данные до того, как предложение уйдёт к вам.
