Міністерство освіти Республіки Білорусь

Заклад освіти

«Білоруський національний технічний університет»

РЕФЕРАТ

Дисципліна «Енергоефективність»

на тему: " Теплові мережі. Втрати теплової енергії під час передачі. Теплова ізоляція.

Виконав: Шрейдер Ю. А.

Група 306325

Мінськ, 2006

1. Теплові мережі. 3

2. Втрати теплової енергії під час передачі. 6

2.1. Джерела втрат. 7

3. Теплова ізоляція 12

3.1. Теплоізоляційні матеріали 13

4. Список використаної літератури. 17

1. Теплові мережі.

Теплова мережа - це система міцно та щільно з'єднаних між собою учасників теплопроводів, якими теплота за допомогою теплоносіїв (пара або гарячої води) транспортується від джерел до теплових споживачів.

Основними елементами теплових мереж є трубопровід, що складається з сталевих труб, з'єднаних між собою за допомогою зварювання, ізоляційна конструкція, призначена для захисту трубопроводу від зовнішньої корозії та теплових втрат, і конструкція, що несе, що сприймає вагу трубопроводу та зусилля, що виникають при його експлуатації.

Найбільш відповідальними елементами є труби, які повинні бути досить міцними і герметичними при максимальних тисках і температурах теплоносія, володіти низьким коефіцієнтом температурних деформацій, малою шорсткістю внутрішньої поверхні, високим термічним опором стінок, сприяючим збереженню теплоти, незмінністю властивостей матеріалу при тривалому впливі висок .

Постачання теплотою споживачів (систем опалення, вентиляції, гарячого водопостачання та технологічних процесів) складається з трьох взаємопов'язаних процесів: повідомлення теплоти теплоносія, транспорту теплоносія та використання теплового потенціалу теплоносія. Системи теплопостачання класифікуються за такими основними ознаками: потужності, виду джерела теплоти та виду теплоносія.

За потужністю системи теплопостачання характеризуються дальністю передачі теплоти та кількістю споживачів. Вони можуть бути місцевими та централізованими. Місцеві системи теплопостачання - це системи, в яких три основні ланки об'єднані та знаходяться в одному чи суміжних приміщеннях. При цьому отримання теплоти і передача її повітрі приміщень об'єднані в одному пристрої і розташовані в опалювальних приміщеннях (печі). Централізовані системи, у яких від джерела теплоти подається теплота багатьом приміщень.

На вигляд джерела теплоти системи централізованого теплопостачанняподіляють на районне теплопостачання та теплофікацію. При системі районного теплопостачання джерелом теплоти служить районна котельня, теплофікація-ТЕЦ.

По виду теплоносія системи теплопостачання поділяються на дві групи: водяні та парові.

Теплоносій – середовище, що передає теплоту від джерела теплоти до нагрівальних приладів систем опалення, вентиляції та гарячого водопостачання.

Теплоносій отримує теплоту в районній котельні (або ТЕЦ) і по зовнішніх трубопроводах, які звуться тепловими мережами, надходить у системи опалення, вентиляції промислових, громадських і житлових будівель. У нагрівальних приладах, розташованих усередині будівель, теплоносій віддає частину акумульованої в ньому теплоти і відводиться спеціальними трубопроводами назад до джерела теплоти.

У водяних системах теплопостачання теплоносієм служить вода, а парових - пар. У Білорусі для міст та житлових районів використовуються водяні системи теплопостачання. Пара застосовується на промислових майданчиках для технологічних цілей.

Системи водяних теплопроводів можуть бути однотрубними та двотрубними (в окремих випадках багатотрубними). Найбільш поширеною є двотрубна систематеплопостачання (по одній трубі подається гаряча водаспоживачеві, за іншою, зворотною, охолоджена вода повертається на ТЕЦ або в котельню). Розрізняють відкриту та закриту системи теплопостачання. У відкритої системиздійснюється " безпосередній водорозбір " , тобто. гаряча вода з мережі, що подає, розбирається споживачами для господарських, санітарно - гігієнічних потреб. При повному використанні гарячої води може бути застосована однотрубна система. Для закритої системихарактерно майже повне повернення мережевої води на ТЕЦ (або районну котельню).

До теплоносіїв систем централізованого теплопостачання висувають такі вимоги: санітарно-гігієнічні(теплоносій не повинен погіршувати санітарні умови у закритих приміщеннях – середня температура поверхні нагрівальних приладівне може перевищувати 70-80), техніко-економічні (щоб вартість транспортних трубопроводів була найменшою, маса нагрівальних приладів - малою та забезпечувалася мінімальна витрата палива для нагріву приміщень) та експлуатаційні (можливість центрального регулювання тепловіддачі систем споживання у зв'язку із змінними температурами зовнішнього повітря) .

Напрямок теплопроводів вибирається по тепловій карті району з урахуванням матеріалів геодезичної зйомки, плану існуючих та намічених надземних та підземних споруд, даних про характеристику ґрунтів тощо. обґрунтувань.

При високому рівні ґрунтових та зовнішніх вод, густоті існуючих підземних споруд на трасі проектованого теплопроводу, сильно пересіченої ярами та залізничними коліями, у більшості випадків перевага віддається надземним теплопроводам. Вони також найчастіше застосовуються на території промислових підприємствпри спільній прокладці енергетичних та технологічних трубопроводів на загальних естакадах або високих опорах.

У житлових районах з архітектурних міркувань зазвичай використовується підземна кладка теплових мереж. Варто сказати, що надземні теплопровідні мережі довговічні та ремонтопридатні, порівняно з підземними. Тому бажаним є пошук хоча б часткового використання підземних теплопроводів.

При виборі траси теплопроводу слід керуватися насамперед умовами надійності теплопостачання, безпеки роботи обслуговуючого персоналу та населення, можливістю швидкої ліквідації неполадок та аварій.

З метою безпеки та надійності теплопостачання, прокладання мереж не ведеться у загальних каналах з киснепроводами, газопроводами, трубопроводами стисненого повітря з тиском вище 1,6 МПа. При проектуванні підземних теплопроводів за умов зниження початкових витрат слід вибирати мінімальну кількість камер, споруджуючи їх лише в пунктах встановлення арматури та приладів, які потребують обслуговування. Кількість камер, що вимагають, скорочується при застосуванні сильфонних або лінзових компенсаторів, а також осьових компенсаторів з великим ходом (здвоєних компенсаторів), природної компенсації температурних деформацій.

На не проїзній частині допускаються перекриття камер і вентиляційних шахт, що виступають на поверхню землі, на висоту 0,4 м. Для полегшення спорожнення (дренажу) теплопроводів, їх прокладають з ухилом до горизонту. Для захисту паропроводу від попадання конденсату з конденсатопроводу в період зупинки паропроводу або падіння тиску пари після конденсатовідвідників повинні встановлюватися зворотні клапаничи затвори.

По трасі теплових мереж будується поздовжній профіль, на який наносять планувальні та існуючі позначки землі, рівень стояння ґрунтових вод, існуючі та проектовані підземні комунікації, та інші споруди, що перетинаються теплопроводом, із зазначенням вертикальних позначок цих споруд.

2. Втрати теплової енергії під час передачі.

Для оцінки ефективності роботи будь-якої системи, у тому числі теплоенергетичної, зазвичай використовується узагальнений фізичний показник - коефіцієнт корисної дії (ККД). Фізичний зміст ККД - відношення величини отриманої корисної роботи(Енергії) до витраченої. Остання, у свою чергу, є сумою отриманої корисної роботи (енергії) і втрат, що виникають у системних процесах. Таким чином, збільшення ККД системи (а значить і підвищення її економічності) можна досягти лише зниженням величини непродуктивних втрат, що виникають у процесі роботи. Це і є головним завданням енергозбереження.

Основною ж проблемою, що виникає при вирішенні цього завдання, є виявлення найбільших складових цих втрат і вибір оптимального технологічного рішення, що дозволяє значно знизити вплив на величину ККД. Причому кожен конкретний об'єкт (мета енергозбереження) має низку характерних конструктивних особливостейі його теплових втрат різні за величиною. І щоразу, коли мова заходить про підвищення економічності роботи теплоенергетичного обладнання (наприклад, системи опалення), перед прийняттям рішення на користь використання якогось технологічного нововведення, необхідно обов'язково провести детальне обстеження самої системи та виявити найістотніші канали втрат енергії. Розумним рішенням буде використання тільки таких технологій, які суттєво знизять найбільші непродуктивні складові втрат енергії в системі та за мінімальних витрат значно підвищать ефективність її роботи.

2.1 Джерела втрат.

Будь-яку теплоенергетичну систему з метою аналізу можна умовно розбити на три основні ділянки:

1. ділянку виробництва теплової енергії (котельня);

2. ділянку транспортування теплової енергії споживачеві (трубопроводи теплових мереж);

3. ділянка споживання теплової енергії (об'єкт, що опалюється).

Кожна з наведених ділянок має характерні непродуктивні втрати, зниження яких і є основною функцією енергозбереження. Розглянемо кожну ділянку окремо.

1.Дільниця виробництва теплової енергії. Існуюча котельня.

Головною ланкою на цій ділянці є котлоагрегат, функціями якого є перетворення хімічної енергії палива на теплову та передача цієї енергії теплоносія. У котлоагрегаті відбувається ряд фізико-хімічних процесів, кожен із яких має свій ККД. І будь-який котлоагрегат, яким би досконалим він не був, обов'язково втрачає частину енергії палива у цих процесах. Спрощено схема цих процесів зображено малюнку.

На ділянці виробництва теплової енергії при нормальній роботі котлоагрегату завжди існують три види основних втрат: з недопалом палива і газами, що йдуть (зазвичай не більше 18%), втрати енергії через обмуровку котла (не більше 4%) і втрати з продуванням і на власні потреби котельні ( близько 3%). Зазначені цифри теплових втрат приблизно близькі для нормального нового вітчизняного котла (з ККД близько 75%). Більш досконалі сучасні котлоагрегати мають реальний ККД близько 80-85% і ці стандартні втрати у них нижче. Однак вони можуть додатково зростати:

• Якщо своєчасно та якісно не проведено режимне налагодження котлоагрегату з інвентаризацією шкідливих викидів, втрати з недопалом газу можуть збільшуватись на 6-8 %;
• Діаметр сопел пальників, встановлених на котлоагрегаті середньої потужності, зазвичай не перераховується під реальне навантаження котла. Однак підключене до котла навантаження відрізняється від того, на яке розрахований пальник. Ця невідповідність завжди призводить до зниження тепловіддачі від смолоскипів до поверхонь нагріву і зростання на 2-5% втрат з хімічним недопалом палива і газами, що йдуть;
• Якщо чистка поверхонь котлоагрегатів проводиться, як правило, один раз на 2-3 роки, це знижує ККД котлаіз забрудненими поверхнями на 4-5% за рахунок збільшення на цю величину втрат з газами, що йдуть. Крім того, недостатня ефективність роботи системи хімводоочищення (ХВО) призводить до появи хімічних відкладень (накипу) на внутрішніх поверхнях котлоагрегату, що значно знижують ефективність його роботи.
• Якщо котел не обладнаний повним комплектом засобів контролю та регулювання (паромірами, теплолічильниками, системами регулювання процесу горіння та теплового навантаження) або якщо засоби регулювання котлоагрегату налаштовані неоптимально, це в середньому додатково знижує його ККД на 5%.
• При порушенні цілісності обмуровки котла виникають додаткові присоси повітря в топку, що збільшує втрати з недопалом і газами, що йдуть на 2-5%.
• Використання сучасного насосного обладнання в котельні дозволяє вдвічі-втричі знизити витрати електроенергії на власні потреби котельні та знизити витрати на їх ремонт та обслуговування.
• На кожен цикл "Пуск-зупинка" котлоагрегату витрачається значна кількість палива. Ідеальний варіант експлуатації котельні – її безперервна робота в діапазоні потужностей, визначеному режимною картою. Використання надійної запірної арматури, високоякісної автоматики та регулювальних пристроїв дозволяє мінімізувати втрати, що виникають через коливання потужності та виникнення нештатних ситуацій у котельні.

Перелічені вище джерела виникнення додаткових втрат енергії в котельні є явними і прозорими їх виявлення. Наприклад, одна з основних складових цих втрат - втрати з недопалом, можуть бути визначені тільки за допомогою хімічного аналізу складу газів, що йдуть. У той же час збільшення цієї складової може бути викликано цілим рядом причин: не дотримується правильне співвідношення суміші паливо-повітря, є неконтрольовані присоси повітря в топку котла, пальникове пристрій працює в неоптимальному режимі.

Таким чином, постійні додаткові неявні втрати тільки при виробництві тепла в котельні можуть досягати величини 20-25%!

2. Втрати тепла на ділянці транспортування його до споживача. Існуючі трубопроводи тепломереж.

Зазвичай теплова енергія, передана в котельні теплоносія, надходить у теплотрасу і слідує на об'єкти споживачів. Величина ККД цієї ділянки зазвичай визначається наступним:

• ККД мережевих насосів, що забезпечують рух теплоносія теплотрасою;
• втратами теплової енергії за довжиною теплотрас, пов'язаними зі способом укладання та ізоляції трубопроводів;
• втрати теплової енергії, пов'язані з правильністю розподілу тепла між об'єктами-споживачами, т.зв. гідравлічною настроєністю теплотраси;
• періодично виникають під час аварійних та позаштатних ситуацій витоками теплоносія.

При розумно спроектованій та гідравлічно налагодженій системі теплотрас видалення кінцевого споживача від ділянки виробництва енергії рідко становить більше 1,5-2 км і загальна величина втрат зазвичай не перевищує 5-7%. Однак:

• використання вітчизняних потужних мережевих насосів із низьким ККД практично завжди призводить до значних непродуктивних перевитрат електроенергії.
• при великій довжині трубопроводів теплотрас значний вплив на величину теплових втрат набуває якості теплової ізоляції теплотрас.
• гідравлічна налагодженість теплотраси є основним чинником, що визначає економічність її роботи. Під'єднані до теплотраси об'єкти теплоспоживання повинні бути правильно шайбовані таким чином, щоб розподілялося по них рівномірно. В іншому випадку теплова енергія перестає ефективно використовуватися на об'єктах споживання і виникає ситуація з поверненням частини теплової енергії зворотним трубопроводом на котельню. Крім зниження ККД котлоагрегатів, це викликає погіршення якості опалення в найбільш віддалених по ходу тепломережі будинках.
• якщо вода для систем гарячого водопостачання (ГВП) підігрівається на відстані від об'єкта споживання, то трубопроводи трас ГВП обов'язково повинні бути виконані за циркуляційною схемою. Присутність тупикової схеми ГВППрактично означає, що близько 35-45% теплової енергії, що йде потреби ГВП, витрачається марно.

Зазвичай втрати теплової енергії у теплотрасах не повинні перевищувати 5-7%. Але фактично вони можуть досягати величини 25% і вище!

3. Втрати об'єктах споживачів тепла. Системи опалення та ГВП існуючих будівель.

Найбільш суттєвими складовими теплових втрат у теплоенергетичних системах є втрати об'єктах-споживачах. Наявність таких не є прозорою і може бути визначена лише після появи у теплопункті будівлі приладу обліку теплової енергії, т.зв. теплолічильника. Досвід роботи з величезною кількістю вітчизняних теплових систем дозволяє вказати основні джерела виникнення непродуктивних втрат теплової енергії. У найпоширенішому випадку такими є втрати:

• у системах опалення пов'язані з нерівномірним розподілом тепла по об'єкту споживання та нераціональністю внутрішньої теплової схеми об'єкта (5-15%);
• у системах опалення пов'язані з невідповідністю характеру опалення поточним погодним умовам (15-20%);
• у системах ГВП через відсутність рециркуляції гарячої води втрачається до 25% теплової енергії;
• у системах ГВП через відсутність чи непрацездатність регуляторів гарячої води на бойлерах ГВП (до 15% навантаження ГВП);
• у трубчастих (швидкісних) бойлерах через наявність внутрішніх витоків, забруднення поверхонь теплообміну та труднощі регулювання (до 10-15% навантаження ГВП).

Загальні неявні непродуктивні втрати на об'єкті споживання можуть становити до 35% теплового навантаження!

Головною непрямою причиною наявності та зростання вищезгаданих втрат є відсутність на об'єктах теплоспоживання приладів обліку кількості споживаного тепла. Відсутність прозорої картини споживання тепла об'єктом обумовлює нерозуміння значущості вжиття на ньому енергозберігаючих заходів.

3. Теплова ізоляція

Теплоізоляція, теплова ізоляція, термоізоляція, захист будівель, теплових промислових установок (або їх окремих вузлів), холодильних камер, трубопроводів та іншого від небажаного теплового обміну з навколишнім середовищем. Так, наприклад, у будівництві та теплоенергетиці теплоізоляція необхідна для зменшення теплових втрат у навколишнє середовище, у холодильній та кріогенній техніці – для захисту апаратури від припливу тепла ззовні. Теплоізоляція забезпечується пристроєм спеціальних огорож, що виконуються з теплоізоляційних матеріалів (у вигляді оболонок, покриттів тощо) і утруднюють теплопередачу; самі ці теплозахисні засоби також називають теплоізоляцією. При переважному конвективному теплообміні для теплоізоляції використовують огородження, що містять шари непроникного для повітря; при променистому теплообміні - конструкції з матеріалів, що відображають теплове випромінювання (наприклад, фольги, металізованої лавсанової плівки); при теплопровідності (основний механізм перенесення тепла) – матеріали з розвиненою пористою структурою.

Ефективність теплоізоляції при перенесенні тепла теплопровідністю визначається термічним опором (R) ізолюючої конструкції. Для одношарової конструкції R=d/l де d - товщина шару ізолюючого матеріалу, l - його коефіцієнт теплопровідності. Підвищення ефективності теплоізоляції досягається застосуванням високопористих матеріалів та улаштуванням багатошарових конструкцій з повітряними прошарками.

Завдання теплоізоляції будівель - знизити втрати тепла в холодну пору року та забезпечити відносну сталість температури в приміщеннях протягом доби при коливаннях температури зовнішнього повітря. Застосовуючи для теплової ізоляції ефективні теплоізоляційні матеріали, можна істотно зменшити товщину і знизити масу конструкцій, що захищають, і таким чином скоротити витрату основних будматеріалів (цегли, цементу, сталі та ін.) і збільшити допустимі розміри збірних елементів.

У теплових промислових установках (промислових печах, котлах, автоклавах тощо) теплоізоляція забезпечує значну економію палива, сприяє збільшенню потужності теплових агрегатів та підвищенню їх ККД, інтенсифікації технологічних процесів, зниженню витрат основних матеріалів. Економічну ефективність теплоізоляції у промисловості часто оцінюють коефіцієнтом заощадження тепла h= (Q 1 - Q 2)/Q 1 (де Q 1 - втрати тепла установкою без теплоізоляції, а Q 2 - з теплоізоляцією). Теплоізоляція промислових установок, що працюють при високих температурах, сприяє також створенню нормальних санітарно-гігієнічних умов праці обслуговуючого персоналу у гарячих цехах та запобіганню виробничому травматизму.

3.1 Теплоізоляційні матеріали

Основні галузі застосування теплоізоляційних матеріалів – ізоляція огороджувальних будівельних конструкцій, технологічного обладнання (промислових печей, теплових агрегатів, холодильних камер тощо) та трубопроводів.

Від якості ізоляційної конструкції теплопроводу залежать не лише теплові втрати, але його довговічність. При відповідній якості матеріалів та технології виготовлення теплова ізоляція може одночасно виконувати роль антикорозійного захисту зовнішньої поверхні сталевого трубопроводу. До таких матеріалів відносяться поліуретан і похідні на його основі - полімербетон і біон.

Основні вимоги до теплоізоляційних конструкцій полягає в наступному:

· Низька теплопровідність як у сухому стані так і в стані природної вологості;

· мале водопоглинання та невелика висота капілярного підйому рідкої вологи;

· Мала корозійна активність;

· Високий електричний опір;

· Лужна реакція середовища (pH>8,5);

· Достатня механічна міцність.

Основними вимогами для теплоізоляційних матеріалів паропроводів електростанцій та котелень є низька теплопровідність та висока термостійкість. Такі матеріали зазвичай характеризуються великим вмістом повітряних пір та малою об'ємною щільністю. Остання якість цих матеріалів зумовлює їх підвищені гігроскопічність та водопоглинання.

Одна з основних вимог до теплоізоляційних матеріалів для підземних теплопроводів полягає у малому водопоглинанні. Тому високоефективні теплоізоляційні матеріали з великим вмістом повітряних пір, які легко вбирають вологу з навколишнього ґрунту, як правило, непридатні для підземних теплопроводів.

Розрізняють жорсткі (плити, блоки, цегла, шкаралупи, сегменти та ін), гнучкі (мати, матраци, джгути, шнури та ін), сипкі (зернисті, порошкоподібні) або волокнисті теплоізоляційні матеріали. За видом основної сировини їх поділяють на органічні, неорганічні та змішані.

Органічні своєю чергою поділяються на органічні природні та органічні штучні. До органічних природних матеріалів відносяться матеріали, одержувані переробкою неділової деревини та відходів деревообробки (деревноволокнисті плити та деревостружкові плити), сільськогосподарських відходів (соломит, очерет та ін), торфу (торфоплити) та ін місцевої органічної сировини. Ці теплоізоляційні матеріали, як правило, відрізняються низькою водо- та біостійкістю. Зазначених недоліків позбавлені органічних штучних матеріалів. Дуже перспективними матеріалами цієї підгрупи є пінопласти, які отримують шляхом спінювання синтетичних смол. Пінопласти мають дрібні замкнуті пори і цим відрізняються від поропластів - теж спінених пластмас, але мають пори, що з'єднуються, і тому не використовуються в якості теплоізоляційних матеріалів. Залежно від рецептури та характеру технологічного процесу виготовлення пінопласти можуть бути жорсткими, напівжорсткими та еластичними з порами необхідного розміру; виробам можуть бути надані бажані властивості (наприклад, зменшена горючість). Характерна особливість більшості органічних теплоізоляційних матеріалів - низька вогнестійкість, тому їх зазвичай застосовують при температурах не вище 150 °С.

Більше вогнестійкі матеріали змішаного складу (фіброліт, арболіт та ін.), одержувані з суміші мінеральної в'яжучої речовини та органічного наповнювача (деревні стружки, тирсу тощо).

Неорганічні матеріали Представником цієї підгрупи є алюмінієва фольга (альфоль). Вона застосовується у вигляді гофрованих листів, покладених з утворенням повітряних прошарків. Перевагою цього матеріалу є висока відбивна здатність, що зменшує променистий теплообмін, що особливо помітно при високих температурах. Іншими представниками підгрупи неорганічних матеріалів є штучні волокна: мінеральна, шлакова та скляна вата. Середня товщина мінеральної вати 6-7 мкм, середній коефіцієнт теплопровідності = 0,045 Вт/(м*К). Ці матеріали не горючі, не прохідні для гризунів. Вони мають малу гігроскопічність (не більше 2%), але велике водопоглинання (до 600%).

Легкі та пористі бетони (головним чином газобетон та пінобетон), піноскло, скляне волокно, вироби зі спученого перліту та ін.

Неорганічні матеріали, що використовуються в якості монтажних, виготовляють на основі азбесту (азбестовий картон, папір, повсть), сумішей азбесту та мінеральних в'яжучих речовин (азбестодіатомові, азбестовапняно-кремнеземисті, азбестоцементні вироби) і на основі спучених гірських порід (вермікуліту).

Для ізоляції промислового обладнання та установок, що працюють при температурах вище 1000 °С (наприклад, металургійних, нагрівальних та ін печей, топок, котлів і т. д.), застосовують так звані легковагові вогнетриви, що виготовляються з вогнетривких глин або високовогнетривких оксидів у вигляді штучних виробів (цегли, блоків різного профілю). Перспективно також використання волокнистих матеріалів теплоізоляції з вогнетривких волокон та мінеральних в'яжучих речовин (коефіцієнт їх теплопровідності при високих температурах у 1,5-2 рази нижчий, ніж у традиційних).

Таким чином, є велика кількість теплоізоляційних матеріалів, з яких може здійснюватися вибір залежно від параметрів та умов експлуатації різних установок, що потребують теплозахисту.

4. Список використаної літератури.

1. Андрюшенко А.І., Амінов Р.З., Хлєбалін Ю.М. «Теплофікаційні установки та їх використання». М.: Вищ. школа, 1983.

2. Ісаченко В.П., Осипова В.А., Сукомел О.С. "Теплопередача". М.:енерговидав,1981.

3. Р.П. Грушман «Що треба знати теплоізолювальнику». Ленінград; Будвидав, 1987.

4. Соколов В. Я. «Теплофікація та теплові мережі» Видавництво М.: Енергія, 1982.

5. Теплове обладнання та теплові мережі. Г.А. Арсеньєв та ін. М.: Вища школа, 1988.

6. "Теплопередача" В.П. Ісаченко, В.А. Осипова, А.С. Сукоміл. Москва; Видавництво, 1981.

Чинники, що впливають на втрати тепла трубопроводом

Однак, навіть отримавши уточнені завдяки обліку всіх величин дані по всій протяжності значної по довжині траси, не можна говорити про достовірність цих даних для конкретної ділянки трубопроводу.

Крім основних параметрів: протяжності та діаметра трубопроводу, температури носія, повітря та ґрунту, стану ізоляційного покриття, на величину теплових втрат істотно впливають швидкість руху теплоносія по трубі та кількість та потужність споживачів, які приєднані до траси. У разі наявності в системі дрібних, що знаходяться на значних відстанях споживачів, втрати тепла відчутно зростають. А компактна з кількома великими споживачами система практично не має втрат.

Тому, якщо проведений розрахунок теплових втрат трубопроводів показує значні тепловтрати для віддалених дрібних споживачів, то доцільним стає завдання переведення таких споруд на індивідуальне опалення. Ця методика також дає можливість визначити ділянки найбільших втрат та показати економічний ефект від заміни цієї ділянки труби. (Див. також: )

Установка теплолічильників – забезпечення точності розрахунків

Q = 2π*Ктп*L*(Tr – Tu)/Ln* (D/d)

У цій формулі Q – величина теплових втрат, Вт; КТП – коефіцієнт теплопровідності ізоляційного матеріалу, Вт/м*с; L – довжина трубопроводу, м; Tr – температура теплоносія; Tu – температура довкілля; π – число «пі»; D – зовнішній діаметртрубопроводи з ізоляцією; d – зовнішній діаметр труби без ізоляційного покриття.

Дана формула дозволяє з досить високим ступенем достовірності обчислити величину тепловтрат трубопроводом.

Використання матеріалів дозволено лише за наявності індексованого посилання на сторінку з матеріалом.

Для зменшення витрати теплотинеобхідний суворий облік теплових втрат у технологічному обладнанні та теплових мережах. Теплові втрати залежать від типу обладнання та трубопроводів, правильної їх експлуатації та виду ізоляції.

Теплові втрати (Вт) розраховують за формулою

Залежно від типу обладнання та трубопроводу сумарний термічний опір становить:

для ізольованого трубопроводу з одним шаром ізоляції:

для ізольованого трубопроводу з двома шарами ізоляції:

для технологічних апаратів з багатошаровими плоскими або циліндричними стінками діаметром понад 2 м:

для технологічних апаратів з багатошаровими плоскими або циліндричними стінками діаметром менше 2 м:

сителя до внутрішньої стінки трубопроводу або апарату та від зовнішньої поверхні стінки в навколишнє середовище, Вт/(м 2 - К); Х тр,?. ст, Xj - теплопровідність відповідно матеріалу трубопроводу, ізоляції, стінок апарату, /-го шару стінки, Вт/(м. К); 5 СТ. - Товщина стінки апарату, м. н.

Коефіцієнт тепловіддачі визначають за формулою

або за емпіричним рівнянням

Перенесення теплоти від стінок трубопроводу або апарату в навколишнє середовище характеризується коефіцієнтом ан [Вт/(м 2 К)], який визначають за критеріальними або емпіричними рівняннями:

за критеріальними рівняннями:

Коефіцієнти тепловіддачі а в і а н розраховують за критеріальними або емпіричними рівняннями. Якщо гарячим теплоносієм є гаряча вода або пар, що конденсується, то а в > а н, тобто R B< R H , и величиной R B можно пренебречь. Если горячим теплоносителем является воздух или перегретый пар, то а в [Вт/(м 2 - К)] рассчитывают по критериальным уравнениям:

за емпіричними рівняннями:

Теплова ізоляція апаратів та трубопроводів виготовлена ​​з матеріалів із малою теплопровідністю. Добре підібрана теплова ізоляція дозволяє знизити втрати теплоти в навколишній простір на 70% і більше. Крім того, вона підвищує продуктивність теплових установок, покращує умови праці.

Теплова ізоляція трубопроводу складається здебільшого з одного шару, покритого зверху для міцності шаром листового металу (покрівельна сталь, алюміній та ін.), сухої штукатурки з цементних розчинів та ін. У разі використання покривного шару з металу його термічним опором можна знехтувати. Якщо покривним шаром є штукатурка, її теплопровідність трохи відрізняється від теплопровідності теплоізоляції. У цьому випадку товщина покривного шару становить, мм: для труб з діаметром менше 100 мм - 10; для труб з діаметром 100-1000 мм - 15; для труб з великим діаметром – 20.

Товщина теплової ізоляції та покривного шару не повинна перевищувати граничної товщини, яка залежить від масових навантажень на трубопровід та його габаритних розмірів. У табл. 23 наведено значення граничної товщини ізоляції паропроводів, які рекомендуються нормами проектування теплової ізоляції.

Теплова ізоляція технологічних апаратівможе бути одношаровою або багатошаровою. Втрати теплоти через теплову

ізоляцію залежить від виду матеріалу. Тепловтрати в трубопроводах розраховують на 1 і 100 м довжини трубопроводів, у технологічному обладнанні - на 1 м 2 поверхні апарату.

Шар забруднень на внутрішніх стінках трубопроводів створює додатковий термічний опір перенесення теплоти в навколишній простір. Термічні опори R (м. К/Вт) під час руху деяких теплоносіїв мають такі значення:

У трубопроводах, що подають технологічні розчини до апаратів та гарячі теплоносії до теплообмінних установок, є фасонні частини, в яких втрачається частина теплоти потоку. Місцеві втрати теплоти (Вт/м) визначають за формулою

Коефіцієнти місцевих опорів фасонних частин трубопроводів мають такі значення:

При складанні табл. 24 розрахунок питомих теплових втрат проводився для сталевих безшовних трубопроводів (тиск< 3,93 МПа). При расчете тепловых потерь исходили из следующих данных: тем-

перетура повітря в приміщенні була прийнята рівною 20 ° С; швидкість його за вільної конвекції - 0,2 м/с; тиск пари - 1x10 5 Па; температура води - 50 і 70 ° С; теплоізоляція виконана в один шар з азбестового шнура = 0,15 Вт/(м. К); коефіцієнт тепловіддачі а = 15 Вт/(м 2 - К).

Приклад 1. Розрахунок питомих теплових втрат паропроводі.

Приклад 2. Розрахунок питомих теплових втрат у неізольованому трубопроводі.

Задані умови

Трубопровід сталевий діаметром 108 мм. Діаметр умовного проходу dy = 100 мм. Температура пари 110°С, довкілля 18°С. Теплопровідність сталі X = 45 Вт/(м. К).

Отримані дані свідчать, що використання теплової ізоляції скорочує теплові втрати на 1 м довжини трубопроводу в 2,2 рази.

Питомі теплові втрати, Вт/м 2 , у технологічних апаратах шкіряного та валяльно-повстяного виробництва становлять:

Приклад 3. Розрахунок питомих теплових втрат у технологічних апаратах.

1. Барабан «Гігант» виготовлений з модрини.

2. Сушарка фірми «Хірако Кінзоку».

3. Баркас для фарбування беретів. Виготовлений із нержавіючої сталі [к = 17,5 Вт/(м-К)]; теплоізоляції немає. Габаритні розміри баркасу 1,5 х 1,4 х 1,4 м. Товщина стінки 8 СТ = 4 мм. Температура процесу t = 90 °С; повітря в цеху / порівн = 20 °С. Швидкість повітря у цеху v = 0,2 м/с.

Коефіцієнт тепловіддачі а може бути розрахований наступним чином: а = 9,74 + 0,07 At. При / ср = 20 ° С становить 10—17 Вт/(м 2 . К).

Якщо поверхня теплоносія апарату відкрита, питомі теплові втрати від цієї поверхні (Вт/м 2 ) розраховують за формулою

Індустріальна служба "Каприкорн" (Великобританія) пропонує використовувати систему "Алплас" для зменшення теплових втрат з відкритих поверхонь теплоносіїв. Система заснована на застосуванні порожнистих поліпропіленових плаваючих кульок, що майже повністю покривають поверхню рідини. Досліди показали, що при температурі води у відкритому резервуарі 90 °С теплові втрати при використанні шару кульок знижуються на 69,5 %, двох шарів – на 75,5 %.

Приклад 4. Розрахунок питомих теплових втрат через стінки сушильної установки.

Стінки сушильної установки можуть бути виготовлені з різних матеріалів. Розглянемо такі конструкції стін:

1. Два шари стали товщиною 5 СТ = 3 мм із розташованою між ними ізоляцією у вигляді азбестової плити товщиною 5 І = 3 см та теплопровідністю Х і = 0,08 Вт/(м. К).

В.Г. Семенов, Головний редактор журналу «Новини теплопостачання»

Існуюча ситуація

Проблема визначення фактичних втрат теплоти є одним із найважливіших у теплопостачанні. Саме великі теплові втрати – основний аргумент прихильників децентралізації теплопостачання, кількість яких збільшується пропорційно до кількості фірм, які виробляють або продають невеликі котли та котельні. Уславлення децентралізації відбувається і натомість дивного мовчання керівників теплопостачальних підприємств, рідко хто вирішується назвати цифри теплових втрат, і якщо називаються, то нормативні, т.к. здебільшого фактичні теплові втрати у мережах не знає ніхто.

У східноєвропейських та західних країнах проблема обліку теплових втрат у більшості випадків вирішується до примітивності просто. Втрати дорівнюють різниці сумарних показань приладів обліку у виробників та споживачів тепла. Жителям багатоквартирних будівель доступно пояснили, що навіть при збільшенні тарифу за одиницю теплоти (через виплати відсотків за позиками на придбання теплолічильників), вузол обліку дає можливість значно більше економити на обсягах споживання.

У нас, за відсутності приладів обліку, з'явилася своя фінансова схема. З обсягу вироблення теплоти, що визначається за приладами обліку на теплоджерелі, віднімаються нормативні теплові втрати та сумарне споживання абонентів, які мають прилади обліку. Усе, що залишилося, списується на безоблікових споживачів, тобто. здебільшого. житловий сектор. За такої схеми виходить, що чим більше втрат у теплових мережах, тим вищі доходи теплопостачальних підприємств. Важко за такої економічної схеми закликати до зниження втрат і витрат.

У деяких російських містах робилися спроби включити до тарифів втрати в мережах, що перевищують нормативні, але вони в зародку припинялися регіональними енергетичними комісіями або муніципальними регулюючими органами, що обмежують «нестримне зростання тарифів на продукцію та послуги природних монополістів». Не враховується навіть природне старіння ізоляції. Справа в тому, що за існуючої системи навіть повна відмова від обліку в тарифах теплових втрат у мережах (при фіксації питомих витрат на вироблення теплоти) лише зменшить паливну складову в тарифах, натомість у тій самій пропорції збільшить обсяг продажу з оплатою за повним тарифом. Зниження доходів від зменшення величини тарифу виявляється в 2-4 рази нижчим від вигоди від збільшення обсягів тепла, що продається (пропорційно частці паливної складової в тарифах). Причому споживачі, які мають прилади обліку, заощаджують за рахунок зниження тарифів, а безобліковці (здебільшого жителі) компенсують цю економію у значно більших обсягах.

Проблеми в теплопостачальних підприємств починаються лише тоді, коли більшість споживачів встановлює прилади обліку та зниження втрат на тих, що залишилися, стає скрутним, т.к. неможливо пояснити значне збільшення споживання, порівняно з попередніми роками.

Теплові втрати прийнято обчислювати у відсотках від вироблення тепла без урахування того, що енергозбереження у споживачів призводить до збільшення питомих тепловтрат, навіть після заміни теплових мереж на менші діаметри (через більшу питому поверхню трубопроводів). Закільцювання теплоджерел, резервування мереж також збільшують питомі втрати. У той самий час поняття «нормативних тепловтрат» не враховує необхідність виключення з нормативу втрат від прокладання трубопроводів зайвих діаметрів. У великих містахпроблема ускладнюється множинністю власників теплових мереж, поділити між якими теплові втрати без організації повсюдного обліку практично неможливо.

У невеликих муніципалітетах теплопостачальної організації часто вдається переконати адміністрацію включати до тарифу завищені втрати, обґрунтовуючи це чим завгодно. недофінансуванням; поганим спадком від колишнього керівника; глибоким заляганням теплових мереж; неглибоким заляганням теплових мереж; болотистій місцевістю; канальною прокладкою; безканальною прокладкою і т.д. У цьому випадку мотивації до зниження теплових втрат також немає.

Усі теплопостачальні підприємства мають проводити випробування теплових мереж визначення фактичних теплових втрат. Єдина існуюча методика випробувань під розуміє відбір типової теплотраси, осушення її, відновлення ізоляції та власне випробування зі створенням замкнутого контуруциркуляції. Які теплові втрати можна отримати за таких випробувань. звісно, ​​близькі до нормативних. Так і отримують по всій країні нормативні втрати, крім окремих диваків, які бажають жити не за правилами.

Є спроби визначати теплові втрати за результатами тепловізійної зйомки. На жаль, цей метод не дає достатньої точності щодо фінансових розрахунків, т.к. температура ґрунту над теплотрасою залежить не тільки від тепловтрат у трубопроводах, а й від вологості та складу ґрунту; глибини залягання та конструкції тепломережі; стани каналу та дренажу; витоків у трубопроводах; пори року; асфальтування поверхні.

Використання для прямих вимірів тепловтрат методу теплової хвилі з різким з-

зміною температури мережевої води на теплоджерелі та вимірюванням температури в характерних точках реєстраторами з посекундною фіксацією також не дозволило домогтися необхідної точності вимірювання витрати і, відповідно, тепловтрат. Використання ж накладних витратомірів обмежено прямими ділянками в камерах, точністю вимірювань та необхідністю мати велику кількість дорогих приладів.

Запропонований метод оцінки теплових втрат

Більшість централізованих систем теплопостачання знайдеться кілька десятків споживачів, мають прилади обліку. З їхньою допомогою можна визначити параметр, що характеризує теплові втрати в мережі ( q втрат– середні для системи втрати теплоти одним м 3

теплоносія на одному кілометрі двотрубної тепломережі).

1. Використовуючи можливості архівів теплообчислювачів, визначаються для кожного споживача, що має прилади обліку теплоти, середні за місяць (або будь-який інший період часу) температури води в трубопроводі, що подає Ті витрата води в трубопроводі, що подає G .

2. Аналогічно на джерелі теплоти визначаються середні за той же період часу Ті G .

3. Середні тепловтрати через ізоляцію трубопроводу, що подає, віднесені до i-му споживачеві

4. Сумарні теплові втрати в трубопроводах, що подають споживачів, що мають прилади обліку:

5. Середні питомі теплові втрати мережі в трубопроводах, що подають

де: l i. найменша відстань по мережі від джерела теплоти до i-го споживача.

6. Визначається витрата теплоносія для споживачів, які не мають приладів обліку теплоти:

а) для закритих систем

де G – середньогодинне підживлення тепломережі на теплоджерелі за аналізований період;

б) для відкритих систем

Де: G –середньогодинне підживлення тепломережі на теплоджерелі у нічний час;

G –середньогодинне споживання теплоносія у i-Споживача в нічний час.

Промислові споживачі, які цілодобово споживають теплоносій, як правило, мають прилади обліку теплоти.

7. Витрата теплоносія в трубопроводі, що подає для кожного j-споживача, що не має приладів обліку теплоти, Gвизначається шляхом розподілу Gпо споживачам пропорційно до середньогодинного підключеного навантаження.

8. Середні тепловтрати через ізоляцію трубопроводу, що подає, віднесені до j-Споживачеві

де: l i. найменша відстань по мережі від джерела теплоти до i-Споживача.

9. Сумарні теплові втрати в трубопроводах, що подають споживачів, які не мають приладів обліку

а сумарні теплові втрати у всіх трубопроводах, що подають системи

10. Втрати у зворотних трубопроводах розраховуються за тим співвідношенням, яке визначається для даної системи при розрахунку нормативних тепловтрат

| завантажити безкоштовно Визначення фактичних теплових втрат через теплоізоляцію у мережах централізованого теплопостачання, Семенов В.Г.,