Расчет тепловой изоляции по нормированной плотности теплового потока

Определение толщины изоляции по заданной потере тепла является наиболее распространенным случаем расчета тепловой изоляции. Расчет может производиться исходя из нормативных плотностей теплового потока ( , ) и как завершающий этап более сложного расчета, в результате которого определяются тепловые потери, удовлетворяющие производственно-техническим и технологическим требованиям.

Для определения толщины однослойной плоской и цилиндрической поверхности с диаметром 2 м и более используется формула

(18)

Для цилиндрической поверхности диаметром менее 2 м предварительно из уравнения

(19)

определяют величину , где ; при этом приближенные значения следует принимать по таблице 3.

Таблица 3 - Ориентировочные значения , м×°C/Bт

Условный диаметр трубы, мм	Внутри помещений	На открытом воздухе
Для поверхностей с малым коэффициентом излучения	Для поверхностей с высоким коэффициентом излучения
при температуре теплоносителя, °С
	0,50	0,35	0,30	0,33	0,22	0,17	0,12	0,09	0,07
	0,45	0,30	0,25	0,29	0,20	0,15	0,10	0,07	0,05
	0,40	0,25	0,20	0,25	0,17	0,13	0,09	0,06	0,04
	0,25	0,19	0,15	0,15	0,11	0,10	0,07	0,05	0,04
	0,21	0,17	0,13	0,13	0,10	0,09	0,05	0,04	0,03
	0,18	0,15	0,11	0,12	0,09	0,08	0,05	0,04	0,03
	0,16	0,13	0,10	0,10	0,08	0,07	0,04	0,03	0,03
	0,13	0,10	0,09	0,09	0,07	0,06	0,03	0,03	0,02
	0,11	0,09	0,08	0,08	0,07	0,06	0,03	0,02	0,02
	0,10	0,08	0,07	0,07	0,06	0,05	0,03	0,02	0,02
	0,09	0,07	0,06	0,06	0,05	0,04	0,02	0,02	0,02
	0,075	0,065	0,06	0,05	0,045	0,04	0,02	0,02	0,016
	0,062	0,055	0,05	0,043	0,038	0,035	0,017	0,015	0,014
	0,055	0,051	0,045	0,038	0,035	0,032	0,015	0,013	0,012
	0,048	0,045	0,042	0,034	0,031	0,029	0,013	0,012	0,011
	0,044	0,041	0,038	0,031	0,028	0,026	0,012	0,011	0,010
	0,040	0,037	0,034	0,028	0,026	0,024	0,011	0,010	0,009
	0,022	0,020	0,017	0,015	0,014	0,013	0,006	0,006	0,005
Примечания
1 Для промежуточных значений диаметров и температуры величина определяется интерполяцией.
2 Для температуры теплоносителя ниже 100°С принимаются данные, соответствующие 100°С.

Затем находят величину В и определяют требуемую толщину изоляции по формуле

(20)

При определении требуемой толщины двухслойной теплоизоляционной конструкции, которая обычно применяется тогда, когда температуростойкость основного изоляционного материала оказывается ниже температуры стенки изолируемого объекта и непосредственно на изолируемую поверхность укладывается предохранительный слой из более температуростойкого материала. Расчет производится следующим образом. Толщина первого предохранительного слоя определяется из условия, чтобы температура между обоими слоями t_{1, 2} не превышала максимальной температуры применения основного изоляционного материала.

Для плоской стенки и цилиндрических объектов с диаметром 2 м и более для расчета толщины первого слоя применяется формула

(21)

Для второго слоя применяется формула (18), в которую вместо значения t_в подставляется t_{1, 2}.

Для расчета цилиндрических объектов с диаметром менее 2м - аналогично однослойной конструкции по уравнению

(22)

в котором , где определяют величину , затем находят В₁ и толщину первого слоя, м:

Толщина второго слоя определяется с помощью формулы (19), в которой вместо значенияt_в подставляется значение t_{1, 2}, а вместо В - В₂

Определив находят B₂, а затем толщину изоляции второго слоя, м:

(23)

Учитывая широкое применение в практике инженерных расчетов персональных компьютеров, для составления программы расчета требуемой толщины тепловой изоляции по нормированным тепловым потерям целесообразно использовать метод последовательных приближений, суть которого для случая однослойной цилиндрической теплоизоляции заключается в следующем.

Задаваясь начальным значением толщины изоляции d₀, м, определяемой требуемой точностью расчета, производят с помощью последовательных шагов: 1, 2, 3, 4,..., i для толщины изоляции: d₁=d₀l; d₂=d₀2; d₃=d₀3,..., d _i =d₀ i вычисление линейной плотности тепловых потоков ; ;...; по уравнению

(24)

На каждом шаге вычислений i производится сравнение с заданным значением нормативного удельного потока . При выполнении условия

(25)

вычисления заканчиваются, а найденная величина d=d₀ i является искомой, обеспечивающей заданную величину тепловых потерь.

В качестве расчетных параметров, обусловливающих тепловое взаимодействие окружающей среды с теплоизоляционной конструкцией, при определении толщины изоляции по нормируемым тепловым потерям следует принимать:

температуру внутренней среды t_в, как среднюю за год температуру вещества в изолируемом объекте;

температуру наружной среды t_н при расположении изолируемого объекта в помещении на основании технического задания на проектирование, при его отсутствии - равной 20°С; при расположении на открытом воздухе как среднюю за год температуру наружного воздуха;

коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности теплоизоляции при расположении изолируемого объекта в помещении, при расположении на открытом воздухе, при скорости ветра 10 м/с по таблице 2.