Расчет теплоизоляции трубопроводов: способы расчета, онлайн-калькулятор

Методика просчета однослойной теплоизоляционной конструкции

Основная формула расчета тепловой изоляции трубопроводов показывает зависимость между величиной потока тепла от действующей трубы, покрытой слоем утеплителя, и его толщиной. Формула применяется в том случае, если диаметр трубы меньше чем 2 м:

Формула расчета теплоизоляции труб.

ln B = 2πλ [K(tт — tо) / qL — Rн]

В этой формуле:

• λ — коэффициент теплопроводности утеплителя, Вт/(м ⁰C);
• K — безразмерный коэффициент дополнительных потерь теплоты через крепежные элементы или опоры, некоторые значения K можно взять из Таблицы 1;
• tт — температура в градусах транспортируемой среды или теплоносителя;
• tо — температура наружного воздуха, ⁰C;
• qL — величина теплового потока, Вт/м2;
• Rн — сопротивление теплопередаче на наружной поверхности изоляции, (м2 ⁰C) /Вт.

Таблица 1

Значение теплопроводности утеплителя λ является справочным, в зависимости от выбранного теплоизоляционного материала. Температуру транспортируемой среды tт рекомендуется принимать как среднюю в течение года, а наружного воздуха tо как среднегодовую. Если изолируемый трубопровод проходит в помещении, то температура внешней среды задается техническим заданием на проектирование, а при его отсутствии принимается равной +20°С. Показатель сопротивления теплообмену на поверхности теплоизоляционной конструкции Rн для условий прокладки по улице можно брать из Таблицы 2.

Таблица 2

Примечание: величину Rн при промежуточных значениях температуры теплоносителя вычисляют методом интерполяции. Если же показатель температуры ниже 100 ⁰C, величину Rн принимают как для 100 ⁰C.

Показатель В следует рассчитывать отдельно:

Таблица тепловых потерь при разной толщине труби и теплоизоляции.

B = (dиз + 2δ) / dтр, здесь:

• dиз — наружный диаметр теплоизоляционной конструкции, м;
• dтр — наружный диаметр защищаемой трубы, м;
• δ — толщина теплоизоляционной конструкции, м.

Вычисление толщины изоляции трубопроводов начинают с определения показателя ln B, подставив в формулу значения наружных диаметров трубы и теплоизоляционной конструкции, а также толщины слоя, после чего по таблице натуральных логарифмов находят параметр ln B. Его подставляют в основную формулу вместе с показателем нормируемого теплового потока qL и производят расчет. То есть толщина теплоизоляции трубопровода должна быть такой, чтобы правая и левая часть уравнения стали тождественны. Это значение толщины и следует принимать для дальнейшей разработки.

Рассмотренный метод вычислений относился к трубопроводам, диаметр которых менее 2 м. Для труб большего диаметра расчет изоляции несколько проще и производится как для плоской поверхности и по другой формуле:

δ = [K(tт — tо) / qF — Rн]

В этой формуле:

• δ — толщина теплоизоляционной конструкции, м;
• qF — величина нормируемого теплового потока, Вт/м2;
• остальные параметры — как в расчетной формуле для цилиндрической поверхности.

Характеристики прокладки сетей и нормативной методики вычислений

Выполнение вычислений по определению толщины теплоизоляционного слоя цилиндрических поверхностей – процесс достаточно трудоемкий и сложный

Если вы не готовы доверить его специалистам, следует запастись вниманием и терпением для получения верного результата. Самый распространенный способ расчета теплоизоляции труб – это вычисление по нормируемым показателям тепловых потерь

Дело в том, что СНиПом установлены величины потерь тепла трубопроводами разных диаметров и при различных способах их прокладки:

Схема утепления трубы.

• открытым способом на улице;
• открыто в помещении или тоннеле;
• бесканальным способом;
• в непроходных каналах.

Суть расчета заключается в подборе теплоизоляционного материала и его толщины таким образом, чтобы величина тепловых потерь не превышала значений, прописанных в СНиПе. Методика вычислений также регламентируется нормативными документами, а именно – соответствующим Сводом Правил. Последний предлагает несколько более упрощенную методику, нежели большинство существующих технических справочников. Упрощения заключены в таких моментах:

Потери теплоты при нагреве стенок трубы транспортируемой в ней средой ничтожно малы по сравнению с потерями, которые теряются в слое наружного утеплителя. По этой причине их допускается не учитывать.
Подавляющее большинство всех технологических и сетевых трубопроводов изготовлено из стали, ее сопротивление теплопередаче чрезвычайно низкое. В особенности если сравнивать с тем же показателем утеплителя

Поэтому сопротивление теплопередаче металлической стенки трубы рекомендуется во внимание не принимать.

Методика просчета однослойной теплоизоляционной конструкции

Основная формула расчета тепловой изоляции трубопроводов показывает зависимость между величиной потока тепла от действующей трубы, покрытой слоем утеплителя, и его толщиной. Формула применяется в том случае, если диаметр трубы меньше чем 2 м:

Формула расчета теплоизоляции труб.

ln B = 2πλ [K(tт – tо) / qL – Rн]

В этой формуле:

• λ – коэффициент теплопроводности утеплителя, Вт/(м ⁰C);
• K – безразмерный коэффициент дополнительных потерь теплоты через крепежные элементы или опоры, некоторые значения K можно взять из Таблицы 1;
• tт – температура в градусах транспортируемой среды или теплоносителя;
• tо – температура наружного воздуха, ⁰C;
• qL – величина теплового потока, Вт/м2;
• Rн – сопротивление теплопередаче на наружной поверхности изоляции, (м2 ⁰C) /Вт.

Таблица 1

Значение теплопроводности утеплителя λ является справочным, в зависимости от выбранного теплоизоляционного материала. Температуру транспортируемой среды tт рекомендуется принимать как среднюю в течение года, а наружного воздуха tо как среднегодовую. Если изолируемый трубопровод проходит в помещении, то температура внешней среды задается техническим заданием на проектирование, а при его отсутствии принимается равной +20°С. Показатель сопротивления теплообмену на поверхности теплоизоляционной конструкции Rн для условий прокладки по улице можно брать из Таблицы 2.

Таблица 2

Примечание: величину Rн при промежуточных значениях температуры теплоносителя вычисляют методом интерполяции. Если же показатель температуры ниже 100 ⁰C, величину Rн принимают как для 100 ⁰C.

Показатель В следует рассчитывать отдельно:

Таблица тепловых потерь при разной толщине труби и теплоизоляции.

B = (dиз + 2δ) / dтр, здесь:

• dиз – наружный диаметр теплоизоляционной конструкции, м;
• dтр – наружный диаметр защищаемой трубы, м;
• δ – толщина теплоизоляционной конструкции, м.

Вычисление толщины изоляции трубопроводов начинают с определения показателя ln B, подставив в формулу значения наружных диаметров трубы и теплоизоляционной конструкции, а также толщины слоя, после чего по таблице натуральных логарифмов находят параметр ln B. Его подставляют в основную формулу вместе с показателем нормируемого теплового потока qL и производят расчет. То есть толщина теплоизоляции трубопровода должна быть такой, чтобы правая и левая часть уравнения стали тождественны. Это значение толщины и следует принимать для дальнейшей разработки.

Рассмотренный метод вычислений относился к трубопроводам, диаметр которых менее 2 м. Для труб большего диаметра расчет изоляции несколько проще и производится как для плоской поверхности и по другой формуле:

δ = [K(tт – tо) / qF – Rн]

В этой формуле:

• δ – толщина теплоизоляционной конструкции, м;
• qF – величина нормируемого теплового потока, Вт/м2;
• остальные параметры – как в расчетной формуле для цилиндрической поверхности.

Укладка изоляции

Расчет изоляции зависит от того, какая укладка применяется. Она может быть наружной либо внутренней.

Наружная изоляция рекомендована для защиты систем отопления. Она наносится по внешнему диаметру, обеспечивает защиту от потерь тепла, появления следов коррозии. Для определения объемов материала достаточно вычислить поверхностную площадь трубы.

Теплоизоляция сохраняет температуру в трубопроводе независимо от воздействия на нее условий окружающей среды.

Внутренняя укладка используется для водопровода.

Она отлично защищает от химической коррозии, предотвращает потери тепла трассами с горячей водой. Обычно это обмазочный материал в виде лаков, специальных цементно-песчаных растворов. Выбор материала может осуществляться и в зависимости от того, какая прокладка будет применяться.

Канальная прокладка востребована чаще всего. Для этого предварительно устраиваются специальные каналы, в них и помещаются трассы. Реже используется бесканальный способ укладки, так как для проведения работ необходимо специальное оборудование и опыт.Метод применяется в том случае, когда выполнять работы по устройству траншей нет возможности.

Выбираем утеплитель

Главная причина замерзания трубопроводов – недостаточная скорость циркуляции энергоносителя. В таком случае, при минусовой температуре воздуха может начаться процесс кристаллизации жидкости. Так что качественная теплоизоляция труб – жизненно необходима.

Благо нашему поколению несказанно повезло. В недалеком прошлом утепление трубопроводов производилось по одной лишь технологии, так как утеплитель был один – стекловата. Современные производители теплоизоляционных материалов предлагаю просто широчайший выбор утеплителей для труб, отличающихся по составу, характеристикам и способу применения.

Сравнивать их между собой не совсем правильно, а уж тем более утверждать, что один из них является самым лучшим. Поэтому давайте просто рассмотрим виды изоляционных материалов для труб.

По сфере применения:

• для трубопроводов холодного и горячего водоснабжения, паропроводов систем центрального отопления, различных технических оборудований;
• для канализационных систем и систем водоотвода;
• для труб вентиляционных систем и морозильного оборудования.

По внешнему виду, который, в принципе, сразу же объясняет и технологию применения утеплителей:

• рулонные;
• листовые;
• кожуховые;
• заливочные;
• комбинированные (это скорее уже относится к способу изоляции трубопровода).

Основные требования к материалам, из которых изготавливаются утеплители для труб – это низкая теплопроводность и хорошая устойчивость к огню.

Под эти важные критерии подходят следующие материалы:

Минеральная вата. Чаще всего продается в виде рулонов. Подходит для утепления трубопроводов с теплоносителем высокой температуры.
Однако если использовать минвату для изоляции труб в больших объемах, то такой вариант окажется не очень-то выгодным с точки зрения экономии.
Тепловая изоляция с помощью минваты производится методом намотки, с последующим ее закреплением синтетической бечевкой или нержавеющей проволокой.

На фото трубопровод, утепленный минватой

• Пенополистирол. В народе его прозвали «скорлупой». Такой утеплитель удачно сочетает в себе качество, все необходимые свойства и удобство при монтаже.
  Пожаростойкость, низкая теплопроводность и низкое влагопоглощение делают пенополистирол незаменимым материалом для изоляции труб водоснабжения и отопления.

  Использовать его можно как при низких, так и при высоких температурах. Подходит для стальных, металлопластиковых и других полимерных труб.
  Еще одна положительная особенность – пенополистирол имеет цилиндрическую форму, причем его внутренний диаметр можно подобрать под размер любой трубы.

• Пеноизол. По своим характеристикам находится в близком родстве с предыдущим материалом. Однако способ монтажа пеноизола совсем иной – для его нанесения требуется специальная распыляющая установка, так как он представляет собой компонентную жидкую смесь.
  После застывания пеноизола вокруг трубы образуется герметичная оболочка, почти не пропускающая тепло. К плюсам здесь также можно отнести отсутствие дополнительного крепления.

Пеноизол в деле

Вспененный полиэтилен

Фольгированный пенофол. Самая последняя разработка в сфере утеплительных материалов, но уже завоевавшая своих поклонников среди российских граждан. Пенофол состоит из полированной алюминиевой фольги и слоя вспененного полиэтилена.

Фольгированный пенофол

Такая двухслойная конструкция не просто сохраняет тепло, а даже является неким обогревателем! Как известно, фольга обладает теплоотражающими свойствами, что позволяет накапливать и отражать тепло к изолируемой поверхности (в нашем случае это трубопровод).

Кроме того, фольгированный пенофол экологичен, слабогорюч, устойчив к температурным перепадам и повышенной влажности.

Как вы сами видите, материалов предостаточно! Выбирать, чем утеплять трубы, есть из чего. Но при выборе не забывайте учитывать особенности окружающей среды, характеристики утеплителя и его простоту монтажа. Ну и не помешало бы произвести расчет теплоизоляции труб, дабы сделать все грамотно и надежно.

Варианты изоляции трубопровода

Напоследок рассмотрим три эффективных способа теплоизоляции трубопроводов.

Возможно, какой-то из них вам приглянется:

1. Утепление с применением обогревающего кабеля. Помимо традиционных методов изоляции, есть и такой альтернативный способ. Использование кабеля весьма удобно и продуктивно, если учитывать, что защищать трубопровод от замерзания нужно всего лишь полгода. В случае обогрева труб кабелем происходит значительная экономия сил и денежных средств, которые пришлось бы потратить на земельные работы, утеплительный материал и прочие моменты. Инструкция по эксплуатации допускает нахождение кабеля как снаружи труб, так и внутри них.

Дополнительная теплоизоляция греющим кабелем

1. Утепление воздухом. Ошибка современных систем теплоизоляции заключается вот в чем: зачастую не учитывается то, что промерзание грунта происходит по принципу «сверху вниз». Навстречу же процессу промерзания стремится поток тепла, исходящий из глубины земли. Но так как утепление производят со всех сторон трубопровода, получается, также изолирую его и от восходящего тепла. Поэтому рациональнее монтировать утеплитель в виде зонтика над трубами. В таком случае воздушная прослойка будет являться своеобразным теплоаккумулятором.
2. «Труба в трубе». Здесь в трубах из полипропилена прокладываются еще одни трубы. Какие преимущества есть у этого способа? В первую очередь к плюсам относится то, что трубопровод можно будет отогреть в любом случае. Кроме того, возможен обогрев при помощи устройства по всасыванию теплого воздуха. А в аварийных ситуациях можно быстро протянуть аварийный шланг, тем самым предотвратив все отрицательные моменты.

Изоляция по принципу «труба в трубе»

Изоляционные материалы

Гамма средств при устройстве изоляции весьма обширна. Их различие состоит как в способе нанесения на поверхности, так и по толщине слоя термоизоляции. Особенности  нанесения каждого вида учтены калькуляторами для подсчета изоляции трубопроводов. По-прежнему актуально использование различных материалов на основе битума с применением дополнительных армирующих изделий, например стеклоткани или стеклохолста.

Более экономичными и прочными являются полимерно-битумные составы. Они позволяют вести быстрый монтаж а качество покрытия при этом получается долговечным и эффективным. Материал, называемый ППУ,  надежен и прочен, что позволяет его применение, как для канального, так и бесканального способа прокладки магистралей. Используется также жидкий пенополиуретан, наносимой на поверхность по ходу монтажа, а также и другие материалы:

• полиэтилен как многослойная оболочка, наносится в условиях промышленного производства для гидроизоляции;
• стекловата различной толщины, эффективный утеплитель из-за своей невысокой стоимости при достаточной прочности;
• для теплотрасс эффективно используются минеральные ваты расчетной толщины для утепления труб различных диаметров.

Монтаж изоляции

Расчет количества изоляции во многом зависит от способа ее нанесения. Это зависит от места применения – для внутреннего или наружного изолирующего слоя. Его можно выполнить самостоятельно или использовать программу – калькулятор для расчета теплоизоляции трубопроводов. Покрытие по наружной поверхности используется для водяных трубопроводов горячего водоснабжения при высокой температуре с целью ее защиты от коррозии. Расчет при таком способе сводится к определению площади наружной поверхности водопровода, для определения потребности на погонный метр трубы.

Для труб для водопроводных магистралей применяется внутренняя изоляция. Основное ее назначение – защита металла от коррозии. Ее используют в виде специальных лаков или цементно-песчаной композиции слоем толщиной несколько мм. Выбор материала зависит от способа прокладки – канальный или бесканальный. В первом случае на дне отрытой траншее размещаются бетонные лотки, для размещения. Полученные желоба закрываются бетонными же крышками, после чего канал заполняется ранее вынутым грунтом.

Бесканальная прокладка используется, когда рытье теплотрассы не представляется возможным. Для этого нужно специальное  инженерное оборудование. Расчет объема тепловой изоляции трубопроводов в онлайн-калькуляторах является достаточно точным средством, позволяющим рассчитать количество материалов без возни со сложными формулами. Нормы расхода материалов приводятся в соответствующих СНиП.

Расчет объема изоляции трубопроводов и укладка материала

Изоляция трубопроводов необходима для того, чтобы значительно снизить теплопотери.

Предварительно нужен расчет объема изоляции трубопроводов. Это позволит не только оптимизировать затраты, но и обеспечить грамотное выполнение работ, поддержание труб в надлежащем состоянии. Правильно выбранный материал позволяет предотвратить коррозию, улучшить теплоизоляцию.

Схема изоляции труб.

Сегодня для защиты трасс можно применять разные типы покрытий. Но необходимо учитывать, как именно и где будут проходить коммуникации.

Для водопроводных труб можно использовать сразу два типа защиты – внутреннюю обмазочную и внешнюю. Для отопительных трасс рекомендуется применять минеральную вату или стекловату, а для промышленных приобретать ППУ. Расчеты выполняются разными методами, все зависит от выбранного типа покрытия.

Общая информация

Итак, мы решили выполнить утепление лоджии или фасада своими руками и хотим выяснить необходимую толщину утеплителя для дома. На что опираются расчеты?

Нам необходимо знать всего два параметра:

1. Коэффициент теплопроводности материала. Он свой для каждого типа теплоизоляции и в общем случае обратно пропорционален его плотности. Собственно функцию утепления выполняет воздух; задача утеплителя – создать множество закрытых ячеек для него, ограничивающих перенос тепла за счет излучения и конвекции.
2. Требования к тепловому сопротивлению стен.

Если стены многослойные ( а утепленный фасад именно таким и будет), расчет утепления стен должен учитывать тепловое сопротивление каждого слоя.

Как произвести расчет без калькулятора

Трубопроводный транспорт в условиях России играет очень важную роль. По нему перекачиваются огромные количества жидких продуктов. Кроме воды транспортируется сжиженный газ, нефть и продукты её переработки и другие жидкости, в ряде случаев агрессивные.

Вместимость такого изделия определяется диаметром внутреннего пространства, например для размера 820 х 10 миллиметров рабочий диаметр мы можем определить соотношением Д = 820 – 10 х 2 = 800 мм. Однако, лучше сразу перейти к общепринятой единице – метру. При внутреннем диаметре изделия 0,8 метра соотношение для расчёта выглядит следующим образом:

V = П*r2l

• V – объем;
• П – число пи, равное 3,14;
• r – радиус;
• l – её длина.

Однако высчитывать объем одиночного изделия не имеет смысла. Лучше сразу применить это соотношение для определения объёма всего трубопровода.

Этот показатель важен для того чтобы знать количества перекачиваемого продукта, которое останется в трубопроводе по окончании транспортировки нужного объема. Однако трубопроводы не используются в режиме разовой перекачки. Они предназначены для постоянной эксплуатации.

По такой же методике рассчитываются объёмы емкостей цилиндрической формы – цистерн, бочек и прочих подобных.

В трубопроводном транспорте для магистралей используются в основной массе электро сварные одно или двух шовные трубы с различной толщиной стенок. Для повышения производительности трубопровода продукты по нему перекачиваются под большим давлением – до 130 атмосфер.

Поэтому для производства используется листовой металл толщиной до 36 миллиметров. Основной способ соединения в трубопроводах – электросварка, поэтому в качестве материала изготовления используются  стали с низким содержанием углерода, такие, как 09Г2С, 09Г2ФБ и другие подобные.

Основным регламентирующим документом для производства электро сварных прямо шовных труб являются ГОСТы 10804 и 10805, однако применяются также множество технических параметров, предусматривающих определенные условия изготовления труб которые будут эксплуатироваться в агрессивной среде.

Важным направлением применения труб являются вентиляционные системы промышленного и бытового назначения. Для обеспечения прочностных показателей в них чаще всего используются прямоугольные короба, рассчитывать вместимость которых гораздо проще.

Коробчатые трубопроводы для вентиляции производятся, как правило, из оцинкованной стали, имеющей длительный срок эксплуатации. Но в последнее время наметилась тенденция применение для вентиляционных систем из пластиковых материалов, срок службы которых может превышать этот показатель для металлических аналогов.

Это же относится к использованию пластиков для водопроводных напорных и самотёчных систем.

Точное определение объёма труб и трубопроводов из них доступно всем пользователям сети Интернет и это позволяет избежать серьёзных ошибок при проектировании самых различных объектов народного хозяйства.