Кейс  №15 «Мероприятие по
теплоизоляции (восстановление теплоизоляции)
внутренних трубопроводов систем отопления и горячего водоснабжения (ГВС)
в неотапливаемых подвалах и чердаках»

Магистральные трубопроводы водоснабжения и отопления прокладываются на большой глубине, что избавляет их от угрозы замерзания в зимнее время года. Однако теплоизоляция труб здания, обычно располагаемых в неотапливаемых подвальных помещениях или в их стенах, в российском климате абсолютно необходима. Ведь ее проведение обойдется гораздо дешевле, чем создание устойчивых к зимним холодам подвалов. А стоимость ремонта в случае замерзания труб, не говоря уже о лишней трате времени и нервов, слишком высока, чтобы пренебрегать данной операцией.

В некоторых зданиях состояние тепловой изоляции трубопроводов ГВС и центрального отопления находится в неудовлетворительном состоянии или вообще отсутствует. Тепловые потери участков с нарушенной или отсутствующей тепловой изоляцией значительно превышают нормативные, и поэтому меры по её восстановлению являются первоочередными.

В зависимости от особенностей и типа трубопровода качественная теплоизоляция позволяет решить следующие задачи:

1. Обеспечение заданной температуры на поверхности изоляционного слоя. Теплоизоляция трубопроводов для получения необходимой температуры на поверхности изоляционного слоя осуществляется в соответствии с требованиями техники безопасности по эксплуатации трубопроводов и санитарными нормами и, как правило, производится в тех случаях, когда не регламентированы тепловые потери. Проще говоря, теплоизоляция трубопроводов необходима для снижения тепловыделения в помещении или, что чаще, защиты людей от тепловых ожогов. Согласно нормам СНиП 2.04.14-88, температура внешней изоляционной поверхности трубопроводов, расположенных в помещениях и имеющих температуру теплоносителя до 100 °С, не должна быть выше 35 °С, а если температура теплоносителя больше 100°С – не более 45 °С.

2. Предотвращение замерзания теплоносителя. Как правило, теплоизоляция трубопроводов с целью предотвращения замерзания теплоносителя проводится для участков трубопроводных систем, расположенных вне помещений, на открытом воздухе. Защита теплоносителя от замерзания особенно актуальна для трубопроводов, имеющих малый диаметр и небольшой запас аккумулированного тепла. Выбор материалов для теплоизоляции трубопроводов определяется в зависимости от параметров теплоносителя, температуры окружающей среды, скорости ветра, внутреннего диаметра трубопровода, материала и толщины стенки трубопровода. Длительность простоя теплоносителя до начала замерзания рассчитывается с учетом таких характеристик, как температура замерзания, плотность, скрытая теплота замерзания, удельная теплоемкость. Например, вероятность замерзания теплоносителя заметно возрастает при увеличении скорости ветра, понижении температуры окружающей среды, применении трубопроводов малого диаметра. Снизить риск замерзания теплоносителя можно, если использовать неметаллические трубопроводы с качественной теплоизоляцией.

3. Предотвращение появления конденсата на поверхности изоляционного слоя. Теплоизоляция трубопроводов с целью предотвращения появления конденсата осуществляется на участках трубопроводных систем, расположенных в помещениях и применяемых для транспортировки жидкости или веществ, температура которых ниже температуры окружающей среды. Например, теплоизоляцию трубопроводов проводят для внутренних систем холодного водоснабжения. При расчете объема теплоизоляционных материалов учитываются такие параметры, как температура и относительная влажность воздуха, вид защитного слоя. Практика расчетов показывает, что толщина необходимого изоляционного слоя значительно меньше, если применяется защитное покрытие с большим коэффициентом неметаллического излучения.

4. Защита водяных тепловых сетей 2-трубной подземной прокладки. В данном случае теплоизоляция трубопроводов производится с целью снижения тепловых потерь. С учетом повышения тарифов на тепло- и энергоносители необходимость внедрения эффективных энергосберегающих технологий и использования при монтаже тепловых сетей современных теплоизоляционных материалов не вызывает сомнений у ведущих специалистов отрасли.

Область применения

Жилые и административные здания, спортивные здания и сооружения, здания культурно-бытового назначения, производственные помещения, в которых по результатам обследования обнаружена нарушенная или отсутствующая тепловая изоляция паропроводов или трубопроводов ГВС и отопления.

Определить:

1.     Лучистый коэффициент теплоотдачи

2.     Конвективный коэффициент теплоотдачи

3.     Полный коэффициент теплоотдачи

4.     Тепловой поток

5.     Величину теплового потока с 10 м трубы с изоляцией

6.     Годовую экономию тепла при наложении тепловой изоляции на участок данного трубопровода длиной 10 м:

7.     Годовую экономию в денежном выражении при тарифе Tтэ = 1818,70 руб./Гкал

8.     Срок окупаемости мероприятия

Методика расчёта эффективности мероприятия

Передача тепла от горячего теплоносителя в окружающую среду для неизолированного трубопровода осуществляется посредством трёх механизмов: теплопроводности через цилиндрическую стенку трубопровода, конвекции и излучения с наружной поверхности трубопровода (см. рис. 4.15.1).

Рис. 1. Тепловой поток через металлическую стенку трубы

Шаг 1. Тепловой поток Q через металлическую стенку трубы определяется как:

                                                        (1)

где tпов [ºС] – температура окружающей среды; tвнутр [ºС] – температура теплоносителя; L [м] – длина трубы; d [м] – внутренний диаметр трубопровода; δ [м] – толщина стенки трубопровода; λ  – коэффициент теплопроводности трубы; αнар  – коэффициент теплоотдачи.

Коэффициент теплоотдачи с наружной поверхности трубы определяется следующим образом:

,                                                                        (2)

где αконв  – коэффициент конвективной теплоотдачи; αлучистое  – коэффициент лучистой теплоотдачи.

Коэффициент конвективной теплоотдачи определяется по (4.15.4):

,                                                                               (3)

где W [м/с] – скорость ветра.

Коэффициент лучистой теплоотдачи определяется по (4.15.5):

,                               (4)

где С0 = 5,67  – коэффициент излучения абсолютно чёрного тела; εп – степень черноты (для оголённого участка трубопровода εп = 0,9); tпов [ºС] – температура на поверхности трубы; tнар [ºС] – температура окружающей среды.

Шаг 2. Для изолированного трубопровода, формула (1) имеет вид:

,        (5)

где δиз [м] – толщина изоляционного слоя; λиз  – коэффициент теплопроводности изоляционного слоя.

Шаг 3. Годовая экономия энергии определяется по следующей формуле:

,                                                                       (6)

где m [час] – годовое число часов работы трубопровода; С – коэффициент перевода кВт∙час в Гкал и равен 0,86∙10–3.

Шаг 4. Годовая экономия в денежном выражении определяется следующим образом:

,                                                                                      (7)

где Tтэ [руб./Гкал] – тариф на тепловую энергию.

Пример расчёта

Стальной трубопровод внутренним диаметром d = 200 мм с толщиной стенки δ = 5 мм размещен в подвале здания. Общая длина труб L = 10 м. Теплопроводность стали . Температура протекающего теплоносителя составляет tвнутр = 70 ºС. Средняя температура окружающей среды за отопительный период составляет tнар = 15 ºС. Длительность отопительного периода составляет 222 суток или 5 328 часов. Толщина изоляции δиз = 10 мм, теплопроводность изоляции .