Страницы работы
Фрагмент текста работы
определения полной потери тепла изолированным объектом недостаточно умножить его потери тепла с единицы поверхности на площадь этой поверхности. Необходимо также учесть дополнительные потери тепла через опоры, арматуру и т. п.
Определение толщины изоляционного слоя по заданной потере тепла
Разработаны нормы теплопотерь изолированными поверхностями, для предприятий химической и нефтеперерабатывающей промышленности, и нормы, действующие на электростанциях.
Толщину однослойной изоляционной конструкции для плоской стенки определяется по формуле
(153)
где lиз— коэффициент теплопроводности изоляционного слоя в ккал/(ч м °С); R— полное термическое сопротивление изоляционной конструкции в (ч м 2 °С)/ккал; RB— сопротивление, теплоотдаче от теплоносителя к стенке в (ч м 2 °С)/ккал; RH—сопротивление теплоотдаче от поверхности изоляции в окружающий воздух в (ч-м 2 -°С)/ккал; t—температура теплоносителя в o С; tн—температура окружающего воздуха в °С; q—тепловая потеря (тепловой поток) в ккал/(ч-м 2 ); ав—коэффициент теплоотдачи от теплоносителя к стенке в ккал](ч-м 2 -°С); ан— коэффициент теплоотдачи от поверхности изоляции в окружающий воздух в ккал/(ч-м 2 -°С).
Для цилиндрической стенки сначала определяют
после чего вычисляют толщину изоляции по формуле
, м
Пример. Следует определить толщину каждого слоя двухслойной изоляционной конструкции проложенного в цехе газопровода наружным диаметром 1020 мм. Температура газа 680°С, температура окружающего воздуха 25 о С.
Теплопотеря с 1 м длины газопровода задана — 1200 ккал/(ч-м).
Принимается следующая изоляционная конструкция: первый слой — диатомовый кирпич марки 600; второй слой — минераловатные маты марки 200.
Междуслойная температура должна быть не выше 600°С (предел применения минеральной ваты); покровный слой — асбестоцементная штукатурка толщиной 15 мм. Для запаса при расчете сопротивлением теплоотдаче Rl В можно пренебречь.
Определяем толщину первого слоя. Для этого в соответствии с табл. А14 предварительно вычисляем значение lиз ’
Материал изоляционного слоя конструкции
Объемная масса теплоизоляционного слоя
Максимальная температура применения изоляционной конструкции в o С
Формула для определения коэффициента теплопроводности в ккал/(ч м 2 O С)
Диатомитовые обжи-говые изделия (кирпичи, сегменты, скорлупы):
6. При прокладке теплопроводность основного слоя теплоизоляционной конструкции
определяется по формуле:
(10),
где l — теплопроводность сухого материала основного слоя [Вт/м. 0 С] (по приложению 2)
к — коэффициент увлажнения, учитывающий увеличение теплопроводности от увлажнения, принимаемый в зависимости от вида теплоизолирующего материала и типа грунта по табл.2
Методология автоматического расчета и проектирования тепловой изоляции Т.П.
Тепловая изоляция (Т.И.) представляет собой важную конструктивную часть трубопроводных систем. Исследования действующих производств показывают, что потери тепла через поверхности аппаратов и Т.П. составляют в среднем 1% от всех энергетических затрат химического предприятия. При отсутствии Т.И. эти потери возрастают в 5-25 раз.
Выбор материала и толщины Т.И. должен обеспечивать необходимый технологический режим при минимуме приведённых затрат на изоляцию:
З и =С эт +Е н К и , где С эт — эксплутационные. затраты с учетом затрат на получение тепла (или холода) , амортизационных отчислений и затрат на текущий ремонт; К и — кап. затраты на Т.И. и покровный слой с учетом стоимости их монтажа.
С увеличением толщины Т.И. возрастают капитальные затраты, но при этом уменьшаются затраты на получение тепла (или холода) , составляющие основную часть эксплуатационных затрат (см. рис.).
Следует учитывать, что при определенных условиях увеличение Т.И. приводит не к уменьшению, а к увеличению теплопотерь (за счёт увеличения поверхности теплоотдачи).
Для упрощения и унификации инженерных расчетов разработаны нормы теплопотерь применительно к наиболее распространенным в промышленности теплоизоляционным конструкциям.
Нормы теплопотерь и соответственно S и при прочных равных условиях изменяются в зависимости от работы устройства, параметров перекачиваемого продукта и источника тепла.
Выбор конструкции и материала Т.И. зависит от месторасположения изолируемого объекта (в помещении, на открытой площадке, в грунте и т.д.), от температуры и свойств продукта, а т.ж. от норм теплопотерь.
При выборе материала Т.И. слоя учитывают следующее:
-для Т.П., подверженных вибрации используют изделия из стеклянного шпательного волокна или из жестких материалов;
-для Т.П. с температурой продукта до 20 0 С, а также для Т.П. работ периодически используют изделия из пенопластов и жесткие изделия, имеющие высокую стоимость, только в случае необходимости ;
-для Т.П. с температурой продукта >250 0 С и ниже -60 0 С применяют двухслойную изоляцию: нижний слой — из температуростойких материалов, верхний из менее температуростойких материалов.
В соответствии с рекомендациями по использованию теплоизолированных конструкций для Т.П. и оборудования с положительными температурами применяют материалы со средней плотностью не более 400 кг/м 3 и теплопроводностью не выше 0,07 Вт/(мос.), определенной при средней температуре теплоизолирующего слоя 25 0 С и влажности, указанной в соответствующих стандартных и технических условиях на материалы и изделия.
Автоматизированное проектирование тепловой изоляции в системе АПРИЗ (струна)
Проектирование Т.И. выполняется для трех типов объектов: блок, линия, элемент Т.П.
Исходные данные по блоку:
№ площадки строительства; (-для поиска климатических данных)
наименование проектируемого производства
Для каждого объекта Т.И. необходимо задать:
возможные варианты: Т.П., арматура, фланцевое соединение, линзовый компенсатор, обогревающий спутник;
местонахождение: в здании, снаружи, в канале;
размеры объекта Т.И.: (Dнар, Dв, длина арматуры);
диаметр спутника и их число для обогрева спутником.
Назначение (от перегревания, от конденсации и т.д.):
ограничение потерь тепла (холода);
обеспечение норм сантехники (от ожогов, от конденсации влаги на поверхности изоляции);
ограничение снижения (повышения) температуры теплоносителя по длине Т.П.;
предохранение Т.П. с водой от замерзания при коротких остановках;
защита от солнечной радиации;
обогрев при помощи труб-спутников.
Используя приведенные выше данные, сисtema АПРИЗ осуществляет:
выбор конструкций Т.И.;
выдачу проектной документации: (техномонтажная ведомость, сводные документы (ведомость объемов работ, ведомость материалов), смета).
Выбор конструкции Т.И.
Т.И. выполняется в несколько слоев:
основной теплоизоляционный слой;
пароизоляция (предохраняет от сырости);
защитный слой (предохраняет от повреждения винтами нижележащих слоев);
покровный слой (предохраняет от воздействия осадков и ветра);
Для каждого слоя имеется небольшой выбор конкретных материалов, порядка 2-10 вариантов. Материал удобно выбирать по отдельности для каждого слоя Т.И. Однако существуют несовместимые сочетания материалов, например стальная сетка не должна касаться алюминиевых листов, чтобы не создавать гальванической пары. Поэтому необходимо выбирать материал одновременно для всех слоев теплоизоляционной конструкции (Т.К.).
Номер конструкции Т.И. определяется по таблице решений со следующими входами:
— тип изолируемого объекта; назначение Т.И.; признак наличия спутника; диаметр изолируемого объекта; температура.
Выход таблицы — номер изоляционной конструкции; число строк таблицы — 180; число различных видов конструкции — около 35.
Для дальнейших расчетов каждая конструкция должна иметь ряд параметров:
значение коэффициентов теплопроводности;
толщину покровного слоя;
степень годности поверхности покровного слоя;
Значения параметров, характеризующие разные конструкции Т.И. помещены в таблицу, число строк в которой равно числу различных конструкций, т.е. 35. Спец. таблица имеет тексты — наименования Т.К., которые необходимо печатать в документах. В отдельную таблицу помещают перечень первичных материалов, из которых состоит Т.К., в аналогичной таблице находится перечень необходимых монтажных работ.
Все Т.К. выполняют по типовым ГОСТам, который выбирают по соответствующей таблице.
После выбора Т.К. рассчитывают толщину теплоизоляционного (основного) слоя. Если толщина слоя не совпадает с существующими — расчет повторяют.
Расчет оптимальной толщины теплоизоляционного слоя.
На практике используется много вариантов расчетов Т.И., которые зависят от принятой модели передачи тепла от теплоносителя к внешней среде и требований к Т.И. (см. спец. литер.).
Во всех случаях исходные данные содержат:
температура окружающего воздуха;
наружный диаметр трубопровода;
коэффициент теплопроводности Т.И. материала;
Среди многих методов расчета Т.И. особое место принадлежит оптимальному выбору толщины по экономическому критерию минимума приведенных затрат. При этом предполагается, что в Т.П. не происходят процессы, сопровождаемые выделением ( поглощением) тепла (такие, как химическая. реакция, переход вещества из одного агрегатного состояния в другое и т.д.). Для большинства Т.П. такие предположения верны. Задача выбора оптимального диаметра Т.И. для них может быть поставлена и решена независимо от технологического процесса.
Критерий учитывает две составляющие: на изготовление и монтаж Т.И и на восполнение тепла (холода) через Т.И.
Так как расчет не зависит от конкретных процессов, то расчет Т.И можно выполнять для всех Т.П. и всех исходных данных. Результаты таких расчетов оформлены в виде "Норм тепловых потерь изолированными поверхностями оборудования и Т.П." и даны в нормативных документах (потери задаются для 1м Т.П. в ед. времени и являются функцией следующих переменных(температуры теплоносителя, диаметра трубопровода).
Т.О. Выбор толщины Т.И. гарантирующей потери тепла (холода) равные нормативным, эквивалентен оптимальному выбору по экономическому критерию приведенных затрат
Расчеты толщины Т.И. по нормам потерь представляет собой самый распространенный в практике проектирования случай.
Анализ различных алгоритмов расчета Т.И. показывает, что они включают следующие одинаковые шаги:
выбор нормативных значений для потерь тепла (холода), значений температуры на поверхности изоляции, значений перепада температуры по длине Т.П.;
выбор расчетных значений температуры окружающей среды;
расчет коэффициента теплопроводности теплоизоляционного слоя 
с учетом средней температуры последнего;
расчет коэффициента теплоотдачи от поверхности изоляции;
расчет потерь тепла (холода);
расчет температуры на поверхности;
контроль точности вычисления коэффициентов теплопроводности и теплоотдачи (в случае недостаточной точности необходимо возвратиться к расчету коэффициента ( l из );
расчет падения (повышения) температуры по длине Т.П. ;
контроль соответствия нормативных значений переменных их расчетным значениям (в случае отрицательного результата проверки необходимо увеличить толщину Т.И. на 10 мм и возвратиться к расчету l из );
уточнение найденного значения толщины изоляции с учетом типа изолируемого объекта (для арматуры толщина изоляции должна быть равна 0,8 от толщины изоляции Т.П.).
Поиск оптимальной толщины Т.И. удобно проводить перебором значений толщины слоя, начиная от min-го значения 40 мм. Расчеты ведутся для толщины слоя, кратной 10 мм; результат проверяется на наличие толщины Т.И. в сортаменте Т-И материалов. Выбор расчетных значений окружающей среды зависит от типа расчета: для технико-экономического расчета используют среднегодовую температуру; для объектов, находящихся в помещении — температуру помещения; при расчете на замерзание — среднюю температуру самых холодных суток и т.д. Полученные d опт Т.И. необходимы далее для вычисления объемов и внешней поверхности теплоизоляционных конструкций.
СОДЕРЖАНИЕ
1. РАСЧЕТ ТОЛЩИНЫ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННОГО СЛОЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ ОГРАЖДЕНИЙ.. 3
1.1. Исходные данные. 3
1.2. Выполнение расчета. 4
2. РАСЧЕТ ТЕПЛОПРИТОКОВ В ОХЛАЖДАЕМЫЕ ПОМЕЩЕНИЯ.. 6
2.1. Исходные данные. 6
2.2. Выполнение расчёта. 9
2.2.1. Определение расчетной температуры наружного воздуха. 9
2.2.2. Определение теплопритоков через ограждения. 9
2.2.3. Определение теплопритоков от продуктов и тары.. 14
2.2.4. Определение теплопритоков с наружным воздухом при вентиляции камер 16
2.2.5. Определение эксплуатационных теплопритоков. 17
2.2.6. Определение теплопритоков от фруктов при «дыхании». 19
Список использованных источников. 20
РАСЧЕТ ТОЛЩИНЫ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННОГО СЛОЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ ОГРАЖДЕНИЙ
Определить действительную толщину теплоизоляции и действительный коэффициент теплопередачи наружной стены холодильника.
Исходные данные
Холодильник расположен в средней зоне. Стена изолирована теплоизоляцией, выполненной в виде стандартных плит толщиной 50 мм. Железобетонная стена — ЖБ, кирпичная стена — К.
Исходные данные для расчета
| Показатель | Предпоследняя цифра зачетной книжки |
| Температура в камере, °С | — 30 |
| Стена | ЖБ |
| Теплоизоляция | ПХВ |
Исходные данные для расчета
| Толщина слоев стены, мм | Последняя цифра зачетной книжки |
| — кирпичной кладки или ж/бетонной стены | |
| — цементной затирки | 1,2 |
| — штукатурки | 14,0 |
| — пароизоляции | 4,0 |
Рис. 1.2. Конструкция железобетонной стены:
1 — железобетонная плита; 2 — пароизоляция (битум); 3 — штукатурка; 4 — теплоизоляция.
Выполнение расчета
Расчетная толщина теплоизоляционного слоя, м:
,
где К — коэффициент теплопередачи ограждения, Вт/(м 2 ∙К), определяем по таблице 1 [1] К=0,25;
δ1, δn — толщина слоев строительных материалов, входящих в состав ограждения, м;δ1=0,25 м; δ2=0,004 м; δ3=0,014 м;
λ1, λn — коэффициенты теплопроводности строительных материалов, входящих в состав ограждения, Вт/(м∙К), определяем по таблице 2 [1] λ1=1,4 Вт/(м∙К), λ2=0,19 Вт/(м∙К), λ3=0,95 Вт/(м∙К);
λиз — коэффициент теплопроводности теплоизоляции, Вт/(м∙К), из таблицы 2 [1] λиз=0,054 Вт/(м∙К);
αн, αвн — коэффициенты теплоотдачи с наружной и внутренней стороны стены, Вт/(м 2 ∙К), (αн=25, αвн = 8 ).
0,196 м.
Полученную расчетную толщину δиз теплоизоляционного слоя округляем до величины, кратной толщине стандартной плиты (50 мм). Округление производим в сторону увеличения. Расчетная толщина теплоизоляции δиз=0,196 м, тогда действительная толщина после округления составит δ д из=0,200 м, т.е. четыре стандартных плиты по 50 мм.
Определим действительный коэффициент теплопередачи
.
РАСЧЕТ ТЕПЛОПРИТОКОВ В ОХЛАЖДАЕМЫЕ ПОМЕЩЕНИЯ
Определить теплопритоки, проникающие в камеру одноэтажного холодильника.
Исходные данные
Наружные и внутренние стены холодильника (рис.2.1) выполнены из кирпича. Кровля плоская, покрытая толем. Высота стен 6 м.
В камере №2 (с отрицательной температурой) пол имеет систему каналов для воздушного обогрева грунта с целью защиты его от промерзания и вспучивания. В камерах работает n человек и установлен транспортер с электродвигателем мощностью N кВт.
Коэффициенты теплопередачи, Вт/(м 2 ∙К):
— внутренней стены ……………………………. 0,56;
— перегородки между камерами 1 и 2 ………… 0,58;
| Наименование | Последняя цифра зачетной книжки |
| План холодильника (рис. 2.1) | д |
Рис. 2.1. План расположения холодильника
1. Камера №1; 2. Камера №2; 3. Тамбур; 4. Машинное отделение;
Камера № 1 для охлаждения продуктов, камера № 2 для замораживания продуктов.
Исходные данные для расчета
| Показатель | Предпоследняя цифра зачетной книжки |
| Температура в камере 1,°С | |
| Температура в камере 2, °С | -25 |
| Число людей n , в камере | |
| Мощность электродвигателя, N (кВт) | 7,5 |
| Город | Омск |
Исходные данные для камеры № 1
| Показатель | Последняя цифра зачетной книжки |
| Количество, кг | |
| Температура начальная,°С | |
| Температура конечная,°С | |
| Влажность воздуха, % | |
| Продукт | сыр |
| Тара | дерево |
Исходные данные для камеры № 2
| Показатель | Последняя цифра зачетной книжки |
| Количество, кг | |
| Температура начальная,°С | |
| Температура конечная,°С | -18 |
| Влажность воздуха, % | |
| Продукт | мороженое сливочное |
| Тара | картон |
Выполнение расчёта
Определение расчетной температуры наружного воздуха
где tн — температура наружного воздуха, °С;
tам — температура абсолютного максимума, (таблица 3 [1]), °С; tам=40 °С;
tсм — средняя температура в 13 час. наиболее жаркого месяца, (таблица 3 [1]), °С; tсм=22,4 °С;
tн = 0,4∙40+ 0,6∙22,4=29,4 °С.
СОДЕРЖАНИЕ
1. РАСЧЕТ ТОЛЩИНЫ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННОГО СЛОЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ ОГРАЖДЕНИЙ.. 3
1.1. Исходные данные. 3
1.2. Выполнение расчета. 4
2. РАСЧЕТ ТЕПЛОПРИТОКОВ В ОХЛАЖДАЕМЫЕ ПОМЕЩЕНИЯ.. 6
2.1. Исходные данные. 6
2.2. Выполнение расчёта. 9
2.2.1. Определение расчетной температуры наружного воздуха. 9
2.2.2. Определение теплопритоков через ограждения. 9
2.2.3. Определение теплопритоков от продуктов и тары.. 14
2.2.4. Определение теплопритоков с наружным воздухом при вентиляции камер 16
2.2.5. Определение эксплуатационных теплопритоков. 17
2.2.6. Определение теплопритоков от фруктов при «дыхании». 19
Список использованных источников. 20
РАСЧЕТ ТОЛЩИНЫ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННОГО СЛОЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ ОГРАЖДЕНИЙ
Определить действительную толщину теплоизоляции и действительный коэффициент теплопередачи наружной стены холодильника.
Исходные данные
Холодильник расположен в средней зоне. Стена изолирована теплоизоляцией, выполненной в виде стандартных плит толщиной 50 мм. Железобетонная стена — ЖБ, кирпичная стена — К.
Исходные данные для расчета
| Показатель | Предпоследняя цифра зачетной книжки |
| Температура в камере, °С | — 30 |
| Стена | ЖБ |
| Теплоизоляция | ПХВ |
Исходные данные для расчета
| Толщина слоев стены, мм | Последняя цифра зачетной книжки |
| — кирпичной кладки или ж/бетонной стены | |
| — цементной затирки | 1,2 |
| — штукатурки | 14,0 |
| — пароизоляции | 4,0 |
Рис. 1.2. Конструкция железобетонной стены:
1 — железобетонная плита; 2 — пароизоляция (битум); 3 — штукатурка; 4 — теплоизоляция.
Выполнение расчета
Расчетная толщина теплоизоляционного слоя, м:
,
где К — коэффициент теплопередачи ограждения, Вт/(м 2 ∙К), определяем по таблице 1 [1] К=0,25;
δ1, δn — толщина слоев строительных материалов, входящих в состав ограждения, м;δ1=0,25 м; δ2=0,004 м; δ3=0,014 м;
λ1, λn — коэффициенты теплопроводности строительных материалов, входящих в состав ограждения, Вт/(м∙К), определяем по таблице 2 [1] λ1=1,4 Вт/(м∙К), λ2=0,19 Вт/(м∙К), λ3=0,95 Вт/(м∙К);
λиз — коэффициент теплопроводности теплоизоляции, Вт/(м∙К), из таблицы 2 [1] λиз=0,054 Вт/(м∙К);
αн, αвн — коэффициенты теплоотдачи с наружной и внутренней стороны стены, Вт/(м 2 ∙К), (αн=25, αвн = 8 ).
0,196 м.
Полученную расчетную толщину δиз теплоизоляционного слоя округляем до величины, кратной толщине стандартной плиты (50 мм). Округление производим в сторону увеличения. Расчетная толщина теплоизоляции δиз=0,196 м, тогда действительная толщина после округления составит δ д из=0,200 м, т.е. четыре стандартных плиты по 50 мм.
Определим действительный коэффициент теплопередачи
.