Оқшаулаудың жылулық есебінің негізгі тапсырмасы [7]:

а) берілген (нормаланған) жылу шығындар бойынша оқшауланған құрылымының негізгі қабатының қажетті қалыңдығын анықтау;

ә) жылу оқшаулағыштың белгілі құрылымы мен оның негізгі қабатының қалыңдығы бойынша жылу желісінің жылу шығынын анықтау;

б) жылу оқшаулағыш құрылымының бетіндегі және арнадағы ауаның температураларын есептеу;

в) жылу желісінің айналасындағы топырақтың температуралық өрісін есептеу;

с) жылу желісінің ұзындығы бойынша жылу тасымалдағыштың температурасының төмендеуін анықтау;

д) оқшауланған құрылымның негізгі қабатының үнемді қалыңдығын есептеу.

Оқшаулаудың жылулық есебі келесілер бойынша жүргізіледі:

а) жылу желісінің оқшауланған беті арқылы жылу ағынының мөлшерлі тығыздығы бойынша;

ә) бу температурасының төмендеуінің берілген шамасы бойынша (бу жүйесі);

б)  бу желісіндегі конденсаттың берілген шамасы бойынша;

в)  оқшаулағыш бетіндегі берілген температура бойынша.

Жылулық есептеудің негізгі шамаларына жылу тасымалдағыштың температурасы, жылу оқшаулағыш құрылымының, жерасты төсеніш кезіндегі топырақ пен арнаның жылу физикалық сипаттамалары, қоршаған ортаның температурасы (топырақтың, ауаның) жатады.

Жылу шығынын анықтайтын теңдеу, Вт:

 

                                                                       (5.1)

 

мұндағы

 - тіректер, арматура, фосонды бөліктер және теңестіргіштермен оқшауланған қосымша жылу шығындарын ескеретін коэффициент.

 шамасы құбырларды арнасыз жүргізуде ; жерүсті жүргізу кезінде, сондай-ақ жерасты туннель мен арналарда ; шартты өткелді құбырлар үшін 150 мм-ден көп болатын құбыр желілері үшін  тең болады.

Жылу желісінің ұзындығы , м бөліктің есептік ұзындығы ретінде басты жоспар бойынша қабылданды. шамасын есептеуде «П»–тәрізді теңестіргіштер болған жағдайда, теңестіргіштердің істен шығуын ескере отырып, жылу желісінің шынайы ұзындығын есепке алады.

Жылу тасымалдағыштың температурасын 𝜏,℃ келесі түрлері бойынша қабылдайды:

• сулы желілер үшін – желілік судың орташа жылдық температурасын;
• булы желілер үшін – бу өткізгіштің орташа ұзындығы бойынша будың максималды температурасын;
• конденсат өткізгіштер мен ыстық сумен жабдықтау желілері үшін - конденсаттың немесе ыстық судың максималды температурасын.

Желілік судың орташа жылдық температурасы келесі өрнек арқылы анықталады:

                                      (5.2)

 

мұндағы

 – бір жылдағы айлар бойынша желілік судың орташа температуралары. Олар сыртқы ауаның орташа айлық температурасына қатысты орталықтандырылған сапалы реттеу кестесі бойынша анықталады;

 – әр айдың сағаттық ұзақтылығы.

Қоршаған ортаның есептік температурасы   ретінде, келесі түрде қабылданады:

• тоннельде - 40℃;
• ғимараттардағы жылу желілерін төсуде – жобалауда техникалық тапсырмаға сәйкес, ал мағлұмат жоқ болғанда - 20℃;
• құбырларды жерүсті жүргізу кезінде – бір жыл ішінде жұмыс істейтін желілерге арналған сыртқы ауаның орташа жылдық температурасын. Жылу беру мезгілінде жұмыс істейтін желілер үшін жылу беру мезгілінде сыртқы ауаның орташа температурасын;
• құбырларды арнада немесе арнасыз жерасты өткізу кезінде – құбыр желісі өзінің тереңдігіне дейін толтырылған топырақтың орташа жылдық температурасын.

ΣR – жылу тасымалдағыштан арнаға дейінгі немесе қоршаған ортадағы берілетін жылу ағыны жолындағы қосынды термиялық кедергі болып табылады, (м×℃)/Вт.

Мысалы, құбырларды арнада өткізу кезінде жылу тасымалдағыштан қоршаған ортаға дейінгі жылу ағынының толық термиялық кедергісі келесі түрде беріледі:

 

S R = R_і+R_құб+R_оқ+R_ж.қ+R_ж.а.+R_а+R_т ,                                (5.3)                   

 

мұндағы

R_і+R_құб+R_оқ+R_ж.қ   - арна ішіндегі жылу тасымалдағыштан ауаға дейінгі жылу ағынының қосынды термиялық кедергісі;

R_ж.а.+R_а+R_т - арна ішіндегі ауадан топыраққа дейінгі жылу ағынының қосынды термиялық кедергісі.

Практикалық есептеулерде  құбырдың ішкі бетінің  және  құбырдың қабырғаларындағы термиялық кедергілері, бұл шамалардың мәндері кіші болғандықтан есқайтымдылмейді.

Оқшаулағыш қабатының R_оқ,  жамылғы қабатының  R_ж.қ, арна қабырғаларының R_а термиялық кедергілері Фурье теңдеуі бойынша анықталады:

 

,                                                                       (5.4)

 

мұндағы

l - оқшаулағыш қабатының, жамылғы қабатының немесе арна қабырғасының жылу өткізгіштік коэффициенті, Вт/(м×^°С), 1, 2 және 3 қосымшалар бойынша анықталады.

Арнасыз төсеніш бойынша жылу оқшаулағыш құрылымының негізгі қабатының жылу өткізгіштік коэффициенті l_к келесі формула арқылы табылады:

 

,                                                                              (5.5)

 

мұндағы

l – құрғақ материалдың негізгі қабатының жылу өткізгіштік коэффициенті, Вт/(м×^°С);

К – жылу желісінің дымқылдануының жоғарылауын қадағалайтын түзеткіш коэффициент.

(5.4) формуладағы  және – жамылғы мен оқшаулағыш қабатының ішкі және сыртқы диаметрлері. Цилиндрден басқаша геометриялық пішінді арна үшін, ішкі және сыртқы диаметрлер мөлшеріне қарай эквиваленттілік параметріне ауыстырылады, м:

 

,                                                                                (5.6)

 

мұндағы

F – сыртқы немесе ішкі алмасу бойынша арнаның көлденең қимасының ауданы, м²;

P – сыртқы немесе ішкі өлшеу бойынша арнаның периметрі, м.

Арнаның R_а  және оқшаулағыш жамылғы қабаты R_ж.қ   бетінің термиялық кедергісі келесі формула бойынша анықталады:

 

,                                                                 (5.7)

 

мұндағы

 – құбыр желісінің оқшауланған құрылымы бетінің диаметрі немесе арнаның эквиваленттік диаметрі, м;

 – арна немесе жылу оқшаулағыш құрылымы бетінің жылу беру коэффициенті, Вт/(м×^°С).

Арна немесе жылу оқшаулағыш құрылымы бетінің жылу беру коэффициенті келесі өрнекпен анықталады:

 

 

Ал сәулелену арқылы жылу беру коэффициенті:

 

,                                        (5.8)

 

мұндағы

C  - сәулелену коэффициенті, C = 4,4 …5,5 Вт/(м²×К⁴);

 - сәулелену бетінің температурасы, ^°С;

 - қоршаған ортаның температурасы (арна ішіндегі ауаның , ғимарат ішіндегі ауаның  немесе сыртқы ауаның ×^°С).

 конвекциямен жылу беру коэффициентін, Вт/(м×^°С) келесі оқу құралында көрсетілген анықтамалық мәннен алу керек [8]:

а) мәжбүрлі конвекция кезінде немесе 1 м/с - тан артық жел жылдамдықтарында және 0,3 м – ден артық болатын құбыр желісінің диаметрінде жылу беру коэффициенті келесі формулалармен анықталады:

 

,                                                                       (5.9)

 

ә) табиғи конвекция кезінде

 

,                                                                (5.10)

 

Жылу оқшаулағыш құрылымның бетіндегі жылу беру коэффициентін практикалық есептеулерде жуықталған өрнектер бойынша анықтауға болады:

• оқшаулағыш бетінің температурасы 150^°С - ге дейін болатын арналар мен жабық ғимараттардағы жылу құбырлары үшін

 

,                                                         (5.11)

 

ал ашық ауадағы жылу құбырлары үшін

 

,                                                                   (5.12)

 

мұндағы

 – ауа қозғалысының жылдамдығы, м/с.

α – жылу беру коэффициентінің шамасын анықтау кезінде 3…5 % - ға қате кетуі мүмкін. Топырақтың термиялық кедергісі Форхгеймер формуласы арқылы анықталады:

 

,                                        (5.13)

 

мұндағы

h - құбыр желісі өсінің орналасу тереңдігі, м;

l_Т  - топырақтың түрі мен оның ылғалдылығына байланысты жылу өткізгіштік коэффициенті;

 - топыраққа жанасып жатқан жылу желісі бетінің диаметрі.

 - қатынасы кезінде топырақтың термиялық кедергісі келесі теңдікпен анықталады:

 

,                                                                  (5.14)

 

 тереңдікте орналасқан жылу желісінің температуралық өрісі мен топырақ бетіндегі температура сыртқы ауаның температурасының ықпалында болады. Бұндай жағдайда, қоршаған ортаның температурасы үшін жылу шығынын есептеу кезінде сыртқы ауаның орташа температурасы ретінде  шамасында  қабылдау қажет, ал (5.13) және (5.14) формулалар бойынша құбыр желісі өсінің орналасу тереңдігі анықталады:

 

,                                                                            (5.15)

 

мұндағы

– - ға тең болатын, жылу желісінің эквиваленттік тереңдігі, м;

 - топырақ бетінің жылу беру коэффициенті (=2…10Вт/(м²×^°С).

Жылу оқшаулағыш құрылымы бетіндегі температура жылулық баланс теңдеуінен анықталады, яғни жылу

тасымалдағыштан жылу құбырының бетіне берілетін жылу ағыны, құбыр бетінен қоршаған ортаға берілетін жылу ағынына тең.

R = R_оқ+R_ж.a   қабылдай отырып, келесі өрнекті аламыз:

 

.

 

 қатысты өрнекті шеше отырып,

 

                                                                  (5.16)

 

табылады.

Өндіріс бөлмелерінде, жылулық бөлімдерде және ғимараттың жертөлесінде орналасқан құбыр желілерінің, арматураның және құралдардың жылу оқшаулағыш құрылымдарының бетіндегі температура келесідей болу керек:

- жылу тасымалдағыштың температурасы 100^°С - ден артық болатын жылу желілеріндегі құбырлар  үшін 45^°С көп емес;

- жылу тасымалдағыштың температурасы 100^°С және одан кем  болатын жылу желілеріндегі құбырлар үшін 35^°С көп емес.

Жербеті төсеніштерде және туннельдерде, камераларда және басқа орындарда, жұмыстық немесе қызмет ететін аймақтағы жылу оқшаулағыш құрылымдарының бетіндегі температура  60^°С -ден аспауы керек.

1 м жылу құбырының оқшаулау бетінен өтетін жылу ағынының бекітілген сызықтық тығыздығы , Bт/м кезінде жылу оқшаулағыш құрылымының негізгі қабатының қалыңдығы келесі өрнекпен анықталады:

 

                                                                     (5.17)

 

                                     (5.18)

 

мұндағы

 - оқшаулағыш қабатының сыртқы диаметрінің құбырдың сыртқы диаметріне қатынасы;

- 1м жылу желісі ұзындығының қоршаған ортадағы жылу тасымалдағыштан берілетін жылу беру кедергісі.

Оқшаулау бетіндегі берілген температураны қамтамасыз ететін жылу оқшаулағыш қабатының қалыңдығы (5.17) формуламен анықталады. В шамасын келесі өрнектен анықтап алу қажет:

 

                                                          (5.19)

 

Жылу оқшаулағыш қабат ретінде пенополиуретанды, фенолды кеуек пласты немесе полимербетонды қолданған кезде тығыздық  шамасын  коэффициентін ескере отырып анықтауға болады.

Жылу оқшаулағыш құрылымының негізгі қабатының қалыңдығын  ықшамдалған формула бойынша табуға болады:

 

                                                            (5.20)

 

Оқшауланған құрылымның ∑R термиялық кедергісі жылу ағынының қалыптасқан тығыздығынан анықталады:

 

 

Талшықты материалдар мен өнімдерден жасалған жылу оқшаулағыштың есептік қалыңдығын, жылу оқшаулағыш құрылымының шектік қысымынан аспайтын (қорғаныс қабатын қоса) шамаларға дейін ықшамдау қажет.

Материалдарды нығыздайтын жылу оқшаулағыш құрылымы үшін нығыздау коэффицентін ескере отырып, анықталатын есептік шамаға дейін негізгі қабаттың нығыздалуы қарастырылады. Нығыздалатын жылу оқшаулағыш өнімдердің тапсырылған мөлшерін (көлемін) анықтау үшін, осы құрылымдағы өнімнің жылу оқшаулағыш қабатының көлемін коэффицентіне көбейту қажет. Егер есептеу бойынша оқшаулағыш қалыңдығы шектік шамадан артық болса, онда біршама тиімді материал қолдану керек.

Құбырлар арнасыз жүргізілген кезде жылуоқшаулағыш құрылымының шектік қалыңдығы мөлшерленбейді.

 

Ашық ауада құбырларды жер бетімен немесе өндіріс бөлмелерінде құбырларды жүргізу кезінде ауаның қарқынды қозғалысы салдарынан жылу құбырларында көрші жылу құбырларынан берілетін жылу ағындарының әсері байқалмайды.

Жылу құбырының термиялық кедергісі төмендегі өрнекпен сипатталады:

 

S R = R_оқ+R_ж.қ+R_б.                              

мұнағы

R_оқ  -  оқшаулағыштың термиялық кедергісі;

R_ж.қ  -  жамылғы қабаттың термиялық кедергісі;

R_б -  жылу  құбыры бетінің термиялық кедергісі.                             

Оқшауланған жылу құбырынан берілетін жылудың меншікті  шығыны, Вт:

 

   (5.21)

 

мұндағы

 - оқшаулағыштың негізгі қабаты мен жамылғы қабатындағы құбырдың сәйкесінше сыртқы   диаметрлері, м.

Оқшауланбаған жылу құбырырнан берілетін жылудың меншікті шығыны, Вт:

 

                                                   (5.22)

 

Онда, жылулық оқшаулаудың тиімділігі:

 

                                            (5.23)

 

Енді кейбір мысалдарға тоқтала кетейік.

1 мысал. Оқшаулағыштың негізгі қабаты ретінде нығыздауды ескере отырып, 100 маркалы қалыңдықты минералды мақтаға тігілген төсеніштер алынды. Қорғаныс қабаты мырышталған жаппалы болаттан жасалған, оның жылу өткізгіштік шамасы .

Берілетін құбырдағы желілік судың орташа жылдық температурасы   ал қайтымды құбырдағы , жылу беру маусымындағы сыртқы ауаның орташа температурасы құрасын.

Диаметрі  болатын төмен тіректерде салынған екі құбырлы жылу желісі құбырының  оқшаулағышының тиімділігін анықтау керек.

 

Шешуі:

1 қосымшадан жылу оқшаулағыштың негізгі қабатының  жылу өткізгіштік коэффицентін есептейтін өрнекті анықтаймыз:

 

 

мұндағы

 - жылу оқшаулағыш қабатының сыртқы температурасы,1 қосымшаға сәйкес анықталады.

Жылдың қыс мезгіліндегі берілетін жылу желісі үшін қайтымды жылу құбыры үшін 

 

 

 

Берілетін жылу құбырының жылу оқшаулау қабатының термиялық кедергісі:

 

 

Қайтымды жылу құбырының жылу оқшаулау қабатының термиялық кедергісі:

 

 

 мырышталған жаппалы болаттан жасалған  қорғаныс жабындысының термиялық кедергісі:

 

 

Қорғаныс қабатының термиялық кедергі шамасы аз болғандықтан, оны ескермейміз.

Екі жылу құбырының жамылғы қабатының бетіндегі жылу беру коэффиценті .

Онда екі жылу құбырының қорғаныс қабаты бетіндегі термиялық кедергісі келесі шаманы құрайды:

 

 

Ал жылу құбырының қосынды термиялық кедергісі төмендегі мәндерге ие болады:

 

 

 

Онда берілетін және қайтымды жылу құбырымен берілетін жылудың меншікті шығындары:

 

 

 

Жылу оқшаулағыш болмаған жағдайда жылу құбырының бетіндегі жылу кедергісі екі құбыр үшін де тең болады:

 

 

Оқшауланбаған жылу құбырымен берілетін жылудың меншікті шығындары:

 

 

 

Берілетін және қайтымды жылу құбырындағы жылу оқшаулағыштың тиімділігі:

 

 

Тапсырма:

1 есеп. Оқшаулағыштың негізгі қабаты ретінде нығыздауды ескере отырып, 125 маркалы қалыңдықты минералды мақтаға тігілген төсеніштер алынды. Қорғаныс қабаты мырышталған жаппалы болаттан жасалған, оның жылу өткізгіштік шамасы .

Берілетін құбырдағы желілік судың орташа жылдық температурасы   ал қайтымды құбырдағы , жылу беру маусымындағы сыртқы ауаның орташа температурасы құрасын.

Диаметрі  болатын төмен тіректерде салынған екі құбырлы жылу желісі құбырының  оқшаулағышының тиімділігін анықтау керек.

2 есеп. Оқшаулағыштың негізгі қабаты ретінде нығыздауды ескере отырып, 100 маркалы қалыңдықты минералды мақтаға тігілген төсеніштер алынды. Қорғаныс қабаты мырышталған жаппалы болаттан жасалған, оның жылу өткізгіштік шамасы .

Берілетін құбырдағы желілік судың орташа жылдық температурасы   ал қайтымды құбырдағы , жылу беру маусымындағы сыртқы ауаның орташа температурасы құрасын.

Диаметрі  болатын төмен тіректерде салынған екі құбырлы жылу желісі құбырының  оқшаулағышының тиімділігін анықтау керек.

 

 

Арнада екі жылу құбырын бірге жүргізу кезінде, бірінші жылу құбырынан берілетін жылу ағыны көрші жылу құбырының жылу ағынына әсер етеді, ал бұл арнадағы ауаның температурасына ықпал етеді. Арнадан топыраққа берілетін тұрақты жылу ағыны, яғни тұрақты режимге жеткен кезде арнаға екі жылу құбыры арқылы берілетін жылудың мөлшері, арнамен топыраққа берілетін жылу мөлшеріне тең болады, онда жылулық баланс теңдігі келесі түрде жазылады:

 

                                                      (5.24)

 

Арнадағы ауаның температурасына қатысты (5.24) теңдеуін шеше отырып, келесіні аламыз:

 

                                                 (5.25)

 

мұндағы

 - әр жылу құбыры үшін жылу тасымалдағыштан арнадағы ауаға берілетін жылу ағынының термиялық кедергісі, ;

 - қоршап тұрған топыраққа берілетін жылу ағынының термиялық кедергісі, .

Онда қоршап тұрған топыраққа берілетін жылу ағынының термиялық кедергісі арна бетіндегі,  арна қабырғасының және топырақтың термиялық кедергілерінің қосындысына тең:

 

 

Жеке арнада әрбір құбыр желісін жүргізу кезінде онда құбырдан берілетін жылу ағынына сәйкес келетін ауаның температурасы қалыптасады, ал (2.24) теңдеуі келесі түрге ие болады:

 

                                                                     (5.26)

 

Осыдан арнадағы ауаның температурасы төмендегі өрнекпен сипатталады:

 

                                                                  (5.27)

 

Екі құбырлы жылу желісі кезінде әрбір жылу құбырын жеке арналарда жүргізгенде жылулық есептің нақты шешімін алу үшін жылу құбырынан топыраққа берілетін жылу ағындарының өзара әсерін ескеру қажет. Өзара әсерді ескеретін қосымша термиялық кедергі  және  ретінде анықталады.

Мұндағы келесі өрнекпен анықталады:

 

                                         (5.28)

 

                                        (5.29)

 

немесе

Бұл өрнектегі

 жылу беретін құбыр үшін;

қайтымды құбыр үшін;

- жылу құбыры остерінің орналасу тереңдігінен және көлденең жатқан остер аралығының ара-қашықтығына  тәуелді құбырлардың жылу ағындарының өзара әсерінің термиялық кедергісі

 

  - тең.                                            (5.30)

 

5.1 суретте жеке арнаға салынған әрбір жылу құбырын қаптау мысалы келтірілген.

 

5.1 сурет. Жеке арнаға салынған әрбір жылу құбырын қаптау мысалы

 

Өзара әсерді есепке ала отырып, берілетін және қайтымды жылу құбыры үшін толық термиялық кедергі келесі түрде жазылады:

 

 

 

2 мысал. КС210х120 арнасына салынған жылу құбырының диаметрі  болатын екі құбырлы жылу желісінің жылу оқшаулау тиімділігін анықтау керек (5.2 сурет).

 

 

5.2 сурет. КС 210х120 арнасындағы екі құбырлы жылу желісінің арналы жүргізу сүлбесі

 

Шешуі:

Тығыздығы 1200 кг/м², ал массалық ылғалдылығы 12 % - ды құрайтын саздауық топырақты қарастырайық. Есептеу кезінде топырақтың  температурасы болсын. Оқшаулау - қалыңдығы  (төсенішті есепке алғанда), жабынды қабат 2 қабатталған () бризолдан, синтетикалық байланыстыратын МС-50 маркалы шыны штапельді талшықты материалдан жасалған төсеніш.

Оқшаулаудың негізгі қабатының жылу өткізгіштік коэффиценті 1 қосымшаға сәйкес мынаған тең:

 

 

мұндағы

 жылу беретін құбыр үшін;

 

  қайтымды құбыр үшін.

 

Оқшаулау қабатының жылу өткізгіштік коэффиценті келесі мәнге ие болады:

 

 

 

 Әрбір құбыр үшін оқшаулаудың негізгі қабатының термиялық кедергісі:

 

 

 

Әрбір құбыр үшін жамылғы қабатының термиялық кедергісі:

 

мұндағы

 - бризолді жамылғы қабаты үшін жылу өткізгіштік коэффиценті боласа, әрбір жылу құбыры үшін жамылғы бетіндегі термиялық кедергі

тең,

 

мұндағы

 - жамылғы бетіндегі жылу өткізгіштік коэффицент, .

Әрбір жылу құбырының термиялық кедергісі:

 

 

 

Есептеу нәтижелерін салыстыру кезінде құбыр бетіндегі термиялық кедергі құбырдың жалпы термиялық кедергісінің 5% -ын құрайтындығы анықталды.

Арнаның сыртқы және ішкі эквиваленті диаметрлері (4 қосмышадан аламыз) [9]:

 

 

 

Арнаның сыртқы бетінің термиялық кедергісін қабылдай отырып,  арна бетіндегі мәнді есептейміз:

 

 

Арнаның темір бетонды қабырғасының жылу өткізгіштік коэффиценті  кезінде арна қабырғасының термиялық кедергісі (қосымша 3) келесі мәнге ие болады:

 

 

Топырақтың термиялық кедергісі (2.14) теңдеуі бойынша есептелінеді:

 

 

ал топырақтың жылу өткізгіштік коэффиценті  тең:

 

 

Арнадағы ауадан топыраққа берілетін жылу ағынының толық термиялық кедергісі:

 

 

Арнадағы ауаның температурасы (5.25) өрнек арықылы аранықталады:

 

 

Берілетін және қайтымды оқшауланған жылу құбыры арқылы берілетін жылудың меншікті шығыны:

 

 

 

Жалпы жылудың меншікті шығыны:

 

 

Оқшауланбаған жылу құбырының шарты бойынша қосынды термиялық кедергі жылу құбыры  бетіндегі термиялық кедергіге тең болады:

 

 

Оқшауланбаған жылу құбырлары кезіндегі арнадағы ауаның температурасы:

 

 

Оқшауланбаған жылу құбырынан берілетін жылудың меншікті шығыны:

 

 

 

Бұдан оқшаулағыш болмаған жағдайда қайтымды жылу құбырының арнасындағы ауадан берілген жылу ағыны орын алады.

Оқшауланбаған жылу құбырынан болатын  жылудың қосынды шығындары берілетін жылу құбырындағы жылудың шығындарына тең:

 

 

Жылу оқшаулағыштың тиімділігі:

 

 

Тапсырма:

1 есеп. Оқшаулағыш ретінде қалыңдығы  (төсенішті есепке алғанда), жабынды қабаты 2 қабатталған () бризолдан және синтетикалық байланыстыратын МС-50 маркалы шыны штапельді талшықты материалдан жасалған төсеніш алынды.

Тығыздығы 1200 кг/м², массалық ылғалдылығы 12%, температурасы  болатын  саздауық топырақты КС210х120 арнасына салынған жылу құбырының диаметрі  болатын екі құбырлы жылу желісінің жылу оқшаулау тиімділігін анықтау керек.

2 есеп. Оқшаулағыш ретінде қалыңдығы  (төсенішті есепке алғанда) 2 қабатталған () фенолды пропласттан, синтетикалық байланыстыратын шыны текстолитті материалдан жасалған төсеніш алынды.

Тығыздығы 1200 кг/м², массалық ылғалдылығы 12%, температурасы  болатын  саздауық топырақты КС210х120 арнасына салынған жылу құбырының диаметрі  болатын екі құбырлы жылу желісінің жылу оқшаулау тиімділігін анықтау керек.

 

3 мысал. Берілетін құбырдағы  жылу тасымалдағыштың орташа жылдық температуралары  және қайтымдыда , диаметрі болатын жылу желілері үшін жылу ағындарының бекітілген тығыздығы  Жылу құбырының оқшауланған беті арқылы жылу ағынының бекітілген тығыздығы бойынша жылу оқшаулаудың қалыңдығы мен тиімділігін анықтау керек.

Шешуі:

Жылу желілерінің термиялық кедергісін анықтаймыз:

 

 

 

Оқшаулаудың негізгі қабатының қалыңдығын (5.17), (5.18)  формулалар бойынша анықтаймыз:

Берілетін жылу құбыры үшін:

 

 

Сандардың натурал логорифмдері кестесінен B=1,42 табамыз, онда

 

 

Қайтымды жылу құбыры үшін:

 

 

Екі жылу құбыры үшін оқшаулаудың негізгі қабатының қалыңдығын деп қабылдаймыз.

Құбырлар үшін оқшаулаудың негізгі қабатының термиялық кедергі:

Екі құбыр үшін жамылғы қабатының термиялық кедергісі:

Екі құбыр үшін жамылғы қабатының бетіндегі термиялық кедергі:

 

Жылу құбырларының термиялық кедергісі:

 

 

 

Алдындағы мысалдан арнаның ішкі бетінің термиялық кедергісі  арна қабырғасының термиялық кедергісі  топырақтың термиялық кедергісі  және қосынды термиялық кедергі  екендігін аламыз.

Арнадағы ауа температурасын анықтаймыз:

 

 

Берілетін және қайтымды құбырларымен берілетін жылудың меншікті шығындары:

 

 

 

Жылудың қосынды меншікті шығындары:

 

 

Жылулық оқшаулаудың болмаған жағдайында, әрбір құбырдағы жылудың меншікті шығындары келесідей болады:

 

 

ал қосынды жылу шығындары 

 

Жылулық оқшаулаудың тиімділігі:

 

 

Тапсырма:

1 есеп. Берілетін құбырдағы  жылу тасымалдағыштың орташа жылдық температуралары  және қайтымдыда , диаметрі болатын жылу желілері үшін жылу ағындарының бекітілген тығыздығы  Жылу құбырының оқшауланған беті арқылы жылу ағынының тығыздығы бойынша жылу оқшаулаудың қалыңдығы мен тиімділігін анықтау керек.

 

2 есеп. Берілетін құбырдағы  жылу тасымалдағыштың орташа жылдық температуралары  және қайтымдыда , диаметрі болатын жылу желілері үшін жылу ағындарының бекітілген тығыздығы  Жылу құбырының оқшауланған беті арқылы жылу ағынының тығыздығы бойынша жылу оқшаулаудың қалыңдығы мен тиімділігін анықтау керек.

 

4 мысал. Жеке арналарда жылу құбырларын жүргізу екі құбырлы жылу желісі үшін бекітілген жылу шығындары бойынша (5.3 сурет) жылу оқшаулағыштың негізгі қабатының қалыңдығын, арналардағы ауа температурасын, топыраққа берілетін жылу шығынын, сонымен қатар оқшаулағыш құрылымының бетіндегі температураны анықтау керек.

 

 

5.3 сурет

 

Жылу құбырының диаметрі Жылу құбырының температуралары кестеге сай  құбырдағы судың орташа жылдық температурасы жылу құбырының осіне орналасу тереңдігі болатын топырақтың орташа температурасы  - ді  құрайды. Жылу оқшаулағыш – 100 маркалы тігілген минерал мақталы төсеніштерден жасалған, ал жамылғы қабаты – 2 мм қалыңдықты құрайтын изол.

Шешуі:. Жылу желісі ылғалдылығы 12% болатын құмды топырақта жүргізіледі. Оқшаулағыштың негізгі қабатының жылу өткізгіштік коэффициенті:

 

_,

 

мұндағы

 – берілетін құбырдың температурасы;

 – қайтымды  құбырдың температурасы.

 

 

 

Жылу ағынының бекітілген тығыздығы кесте бойынша анықталады:

 

 

 

Жылу құбырының термиялық кедергісі:

 

 

Oқшауланған құрылымның негізгі қабатының қалындығы (5.17) және (5.18) формула бойынша есептелінеді, құбырдың бетіндегі жылу беру коэффициентін алдын-ала қабылдап, келесілерді табамыз:

а) берілетін жылу құбыры үшін

 

Кестеден  табамыз, сонда

 

 

б) қайтымды жылу құбыры үшін , онда

 

 

бұл  өтпейтін арналардағы жылу құбыры үшін оқшаулағыштың шектік қалыңдығы болып табылады.

Екі құбыр үшін негізгі қабаттың қалыңдығын қабылдаймыз, сонда оқшаулағыштың негізгі қабатының диаметрі болады, ал жабынды қабатының диаметрі

Сыртқы өлшемдері 1400х1370мм және ішкі өлшемді 1200х1200мм болатын КС120–120 болатын екі арнаны қабылдаймыз.

Әрбір құбыр үшін негізгі оқшаулағыш қабатының термиялық кедергісі:

 

 

 

Әрбір жылу құбыры үшін жабынды қабатының термиялық кедергісі:

 

 

Әрбір жылу құбыры үшін төсеніш бетінің термиялық кедергісі:

 

 

Әрбір жылу құбырдың термиялық кедергісі:

 

 

 

Арнаның тиімді диаметрлері:

 

 

 

Арна бетіндегі жылу беру коэффициентін қабылдап, арнаның бетіндегі термиялық кедергіні есептейміз:

 

 

Арна қабырғасының жылу өткізгіштік коэффициентін қабылдап, олардың термиялық кедергісін анықтаймыз:

 

 

 болғандықтан, топырақтың термиялық кедергісін келесі өрнек бойынша есептейміз.

Топырақтың жылу өткізгіштік коэффициенті:

 

 

 

Арна ауасынан топыраққа берілетін жылу ағынының қосынды термиялық кедергісін табамыз:

 

 

Арнадағы ауаның температурасын (2.26) өрнек бойынша анықтаймыз:

 

 

 

Жылу тасымалдағыштан топыраққа берілетін жылу ағынының термиялық кедергісі:

 

 

 

Жылу құбырындағы жылу ағындарының өзара әсерінің термиялық кедергісі келесі өрнек бойынша анықталады:

 

ψ₁ және ψ₂ коэффициенттері (5.28) және (5.29) формула бойынша анықталады:

 

Өзара әсерді есептегендегі құбырлардың толық термиялық кедергісі:

 

 

 

Жылу құбырынан топыраққа берілетін меншікті жылу ағындары:

 

 

Бұл мәндер бекітілген жылу ағындарынан  анағұрлым аз.

Оқшаулағыш бетіндегі температураны (2.16) формула бойынша анықтаймыз.

Берілетін жылу құбыры үшін:

 

 

мұндағы

 

Қайтымды жылу құбыры үшін:

 

 

мұндағы

 

Тапсырма:

1 есеп. Диаметрі болатын  жылу құбырының температуралары кестеге сай  құбырдағы судың орташа жылдық температурасы жылу құбырының осіне орналасу тереңдігі  болатын топырақтың орташа температурасы  - ді  құрайды. Жылу оқшаулағыш МС-35 синтетикамен байланысқан шыны штапельді талшықтан жасалған төсеніштен жасалған, ал жамылғы қабаты – 2 мм қалыңдықты құрайтын изол.

Жеке арналарда жылу құбырларын жүргізу кезіндегі екі құбырлы жылу желісі үшін белгіленген жылу шығындары бойынша жылу оқшаулағыштың негізгі қабатының қалыңдығын, арналардағы ауа температурасын, топыраққа берілетін жылу шығынын, сонымен қатар оқшаулағыш құрылымының бетіндегі температураны анықтау керек.

2 есеп. Диаметрі  болатын  жылу құбырының температуралары кестеге сай  құбырдағы судың орташа жылдық температурасы жылу құбырының осіне орналасу тереңдігі болатын топырақтың орташа температурасы  - ді  құрайды. Жылу оқшаулағыш – 125 маркалы минералды мақталы тігілген төсеніштен жасалған, ал жамылғы қабаты – 2 мм қалыңдықты құрайтын изол.

Жеке арналарда жылу құбырларын жүргізу екі құбырлы жылу желісі үшін белгіленген жылу шығындары бойынша  жылу оқшаулағыштың негізгі қабатының қалыңдығын, арналардағы ауа температурасын, топыраққа берілетін жылу шығынын, сонымен қатар оқшаулағыш құрылымының бетіндегі температураны анықтау керек.

 

Жылу құбырларын арнасыз жүргізу кезінде оқшаулағыш құрылымының мүмкін болатын ылғалдылығын ескеру керек. Түзету коэффициенттері кестеден алынады.

Оқшаулағыш қабатының қалыңдығын есептеу кезінде жылуоқшаулағыш материалдары үшін жылу ағынының тығыздығының мөлшері бойынша  пенополиуретанның, ФП фенолды пропластың, сонымен бірге полимербетонның жылу ағыны тығыздығының мөлшерінен аз.  Бұл өлшеулерді түзетулерді енгізгенде ескеру қажет.

Арнасыз жүргізу кезінде топырақтағы әрбір құбырдың айналасында температуралық өрісі пайда болады, яғни жылу ағындарының өзара әсер етуі орын алады. Бұл термиялық кедергіні енгізуде есқайтымдыледі.

Әрбір жылу құбыры үшін жылу желісінің температураларын  қабылдап,  термиялық кедергілерді анықтау формулалары негізінде, жылудың меншікті шығындарын анықтау үшін келесі теңдіктер алынды:

 

                                                    (5.31)

 

                                                        (5.32)

 

мұндағы

 және  берілетін және қайтымды құбырлар үшін топырақ пен оқшаулаудың сәйкесінше термиялық кедергілері;

 (5.30) формуламен анықталатын жылу ағындарының өзара әсерін ескеретін термиялық кедергілер.

АББ фирмасының әдістемесі [7] бойынша 1 м алдын - ала қапталған  құбырлардың жылдық шығынының есептемесі келесі өрнек бойынша жүзеге асырылады:

Берілетін жылу құбыры үшін:

 

                                              (5.33)

 

 

Қайтымды жылу құбыры үшін:

 

                                              (5.34)

 

Екі жылу құбырыдағы жылу шығыны:

 

                                    (5.35)

                                                                              

мұндағы

 - жылуберу коэффициентері,

Екі құбырлы жылу желісі үшін  келесі формулалар бойынша анықталады:

 

                                    (5.36)

 

                                                      (5.37)

 

мұндағы

жылу оқшаулағыштың термиялық кедергісі,

 берілетін және қайтымды жылу құбыры арасындағы термиялық кедергі.

Екі жылу құбыры үшін жылуберу коэффициенті:

 

                                                    (5.38)

 

Топырақтың термиялық кедергісі (5.14), оқшаулағыш қабаты (5.4) өрнек бойынша анықталады, ал берілетін және қайтымды жылу құбыры арасындағы термиялық кедергі келесі формула бойынша анықталады:

 

                                                   (5.39)

 

5 мысал. Жоғарыдағы өрнектерді қолдана отырып, арнасыз жүргізілген екі құбырлы жылу желісі үшін фенолды кеуекпласттан жасалған жылулық оқшаулағыштың тиімділігін анықтау керек. Жылу құбырларының диаметрі жылутасымалдағыштың орташа жылдық температурасы , құбырлар осінің орналасу тереңдігі , топырақтар – ылғалдылығы аз құмдар мен саздауық (), тереңде орналасқан топырақтың орташа жылдық температурасы құрайды. Оқшаулағыштың жамылғы қабаты – қалыңдығы болатын қос қабатты бризол  (5.4 сурет).

 

5.4 сурет. КС 120´120 болатын бір ұяшықты арнадағы екі құбырлы қаптама сүлбесі

 

Оқшаулағыштың негізгі қабатының қалыңдығын  қабылдаймыз, сонда оқшаулағыштың сыртқы қабатының диаметрі , ал жамылғы қабатта құбырдың оқшауланған құрылымының диаметрі - ді құрайды.

Фенолды поропласттың жылу өткізгіштік коэффициентін қабылдап, ылғалдылық коэффициентін ескере отырып,  оқшаулағыш қабаттың термиялық кедергісін анықтаймыз:

 

 

кезінде жамылғы қабатының термиялық кедергісі:

 

болғандықтан, (2.14) өрнек бойынша жердің термиялық кедергісін есептейміз:

 

 

мұндағы

Әрбір  жылу құбырының термиялық кедергісі:

 

Жылу ағындарының өзара байланысын ескергендегі жылу құбырларының термиялық кедергісі келесі өрнек бойынша анықталады:

 

Берілетін және қайтымды құбыр үшін топырақ пен желілік судың түрлі температураларын алдын ала қабылдап, меншікті жылу шығындарын анықтаймыз:

 

 

 

 

 

Екі жылу құбырындағы қосынды меншікті жылу шығындар:

 

 

Жылу ағындарының нормаланаған тығыздықтары:      

 

 

Ал К₂ коэффициентін есептегендегі жылу ағындарының бекітілген тығыздықтары:   

  

 

 

Енді жылу оқшаулағыш болмаған жағдайдағы берілетін жылу құбырының жылу шығындарын есептейміз. Оқшауланбаған құбыр кезіндегі топырақтың термиялық кедергісі:

 

Оқшаулағыш болмаған жағдайда әр жылу құбырының термиялық кедергісі топырақтың термиялық кедергісіне тең болады.

 

 

Оқшауланбаған берілетін және қайтымды жылу құбырының меншікті жылу шығындары:

 

Қосынды жылу шығыны:

 

Жылу оқшаулағыштың тиімділігі:

 

 

Есептеу нәтижесі көрсеткендей, жылу құбырларын арналы жүргізумен салыстырғанда оқшаулағыштың тиімділігі әлде қайда төмен, бұл салыстырмалы жоғары жылуөткізгішке ие болатын топырақ пен жылу құбыры бетінің өзара әсер етуіне байланысы. Соныме бірге,  арнадағы құбыр мен топырақ арасындағы жылуөткізгіш болып саналатын ауалық қабат маңызды болып табылады.

 

Тапсырма:

1 есеп. Жылу құбырларының диаметрі  жылу тасымалдағыштың орташа жылдық температурасы , құбырлар осінің орналасу тереңдігі , топырақтар – ылғалдылығы аз құмдар мен саздауық (), тереңде орналасқан топырақтың орташа жылдық температурасы . Оқшаулағыштың жамылғы қабаты – қалыңдығы болатын қос қабатты битумокерамзит (5.4 сурет). Оқшаулағыштың негізгі қабатының қалыңдығы , оқшаулағыштың сыртқы қабатының диаметрі , ал жамылғы қабатта қалыңдығы құбырдың оқшауланған құрылымының диаметрі - ді құрайды. Битумокерамзиттің жылу өткізгіштік коэффициентін қабылдап, ылғалдылық коэффициентін ескере отырып,  оқшаулағыш қабаттың термиялық кедергісін анықтау керек.

2 есеп. Жылу құбырларының диаметрі жылутасымалдағыштың орташа жылдық температурасы , құбырлар осінің орналасу тереңдігі , топырақтар – ылғалдылығы аз құмдар мен саздауық (), тереңде орналасқан топырақтың орташа жылдық температурасы . Оқшаулағыштың жамылғы қабаты – қалыңдығы болатын қос қабатты пенополиуретан  (5.4 сурет). Оқшаулағыштың негізгі қабатының қалыңдығын  қабылдаймыз, сонда оқшаулағыштың сыртқы қабатының диаметрі , ал жамылғы қабатта құбырдың оқшауланған құрылымының диаметрі - ді құрайды. Оқшаулағыш қабаттың жылу өткізгіштік коэффициентін  ескере отырып,  термиялық кедергісін анықтау керек.

 

6 мысал. Жылу құбырларын арнасыз жүргізу кезіндегі жылу ағынының бекітілген тығыздығы бойынша сыртқы диаметрі болатын екі құбыр үшін фенолды поропластан жасалған жылу оқшаулағыштың қалыңдығын анықтау керек.

Жылу ағынының нормаланған тығыздығы келесі құрайды:

 

 

К₂ коэффициентін есептегендегі жылу ағындарының бекітілген тығыздықтары:      

 

 

 

Берілетін және қайтымды жылу құбырының термиялық кедергісін келесі формула бойынша анықтаймыз:

 

 

Оқшаулағыштың негізгі қабатының қалыңдығы (5.17) және (5.18) формулалар  бойынша анықталады:

 

 

болғанда,

 

(2.19) формула бойынша

 

 

Тапсырма:

1 есеп. Жылу құбырларын арнасыз жүргізу кезіндегі жылу ағынының бекітілген тығыздығы бойынша сыртқы диаметрі болатын екі құбыр үшін пенополимербетоннан жасалған жылу оқшаулағыштың қалыңдығын анықтау керек.

2 есеп. Жылу құбырларын арнасыз жүргізу кезіндегі жылу ағынының бекітілген тығыздығы бойынша сыртқы диаметрі болатын екі құбыр үшін битумоперлиттен жасалған жылу оқшаулағыштың қалыңдығын анықтау керек.

 

7 мысал. Жылу тасымалдағыштың есептік температурасы кезіндегі АББ фирмасының алдын ала оқшауланған екі құбырлы  жылу жүйесінің жылу шығындары мен жылулық оқшаулағыштың тиімділігін анықтау керек.

Құбырдың диаметрі Ду250, құбырларды салу тереңдігі орналастырылған тереңдігіндегі топырақтың температурасы топырақтар – құмдар мен саздауық, топырақтың жылу өткізгіштік коэффициенті  (5.5 сурет).

 

5.5 сурет  Алдын-ала оқшауланған құбырларды екі құбырды арнасыз жүргізу сүлбесі

 

Шешуі:

Ду250 құбырлар үшін полиэтилендік қабықшаның сыртқы диаметрі . Полиэтилендік қабықшаның термиялық кедергісінің шамасы аз болғандықтан, есептеулер есқайтымдылмейді. Болат құбырдың сыртқы диаметрі  пенополиуретандық жылу оқшаулағыштың қалыңдығы -ге тең.

Оқшаулау қабатының  жылу өткізгіштік коэффицентін қабылдай отырып, оқшаулаудың термиялық кедергісін анықтаймыз:

 

 

 болғандықтан,  топырақтың термиялық кедергісі (2.14) теңдеу бойынша есептелінеді:

 

 

Әрбір жылу құбырының термиялық кедергісі:

 

 

Жылу ағындарының өзара әсерін ескеретін термиялық кедергі:

 

 

Топырақ пен желілік судың температураларының өзгеруін алдын-ала ескере отырып, (5.31) және (5.32)  өрнектері бойынша меншікті жылу шығындарын  анықтаймыз:

 

 

 

 

 

Қосынды жылу шығындар:

 

 

температуралар үшін алдын-ала оқшауланған құбырлардағы жылу шығыны

Құбырлардың өзара әсерлерін ескере отырып, құбырлардан берілетін жылу ағынының есебі [6] әдістеме бойынша жүргізіледі.

Берілетін және қайтымды жылу желілері арасындағы термиялық кедергі (2.39) өрнекпен есептелінеді:

 

Екі жылу құбыры үшін жылу тасу коэффиценті:

 

Жылудың қосынды меншікті шығыны:

 

Енді жылулық оқшаулағыштың тиімділігін есептейміз.

Оқшаулағыш болмаған жағдайдағы топырақтың термиялық кедергісі:

 

Жылулық оқшаулағыш болмаған жағдайдағы құбырдың термиялық кедергісі топырақтың кедергісіне тең болады.

 

 

Меншікті жылу шығындары:

 

 

Қосынды жылу ағыны:

 

 

Жылу оқшаулағыштың тиімділігі:

 

АББ әдістемесі бойынша

 

 

Тапсырма:

1 есеп. Құбырдың диаметрі Ду250, құбырларды салу тереңдігі орналастырылған тереңдігіндегі топырақтың жылу өткізгіштік коэффициенті  (5.5 сурет).

Ду250 құбырлар үшін полиэтилендік қабықшаның сыртқы диаметрі . Болат құбырдың сыртқы диаметрі  пенополиуретандық жылу оқшаулағыштың қалыңдығы -ге тең.

Оқшаулау қабатының  жылу өткізгіштік коэффицентін қабылдай отырып, оқшаулаудың термиялық кедергісін анықтаймыз.

 

Жылу тасымалдағыштың есептік температурасы кезіндегі АББ фирмасының алдын ала оқшауланған екі құбырлы  жылу жүйесінің жылу шығындары мен жылулық оқшаулағыштың тиімділігін анықтау керек.

2 есеп. Құбырдың диаметрі Ду250, құбырларды салу тереңдігі орналастырылған тереңдігіндегі топырақтың жылу өткізгіштік коэффициенті  (5.5 сурет).

Ду250 құбырлар үшін полиэтилендік қабықшаның сыртқы диаметрі . Болат құбырдың сыртқы диаметрі  пенополиуретандық жылу оқшаулағыштың қалыңдығы -ге тең.

Оқшаулау қабатының  жылу өткізгіштік коэффицентін қабылдай отырып, оқшаулаудың термиялық кедергісін анықтаймыз:

Жылу тасымалдағыштың есептік температурасы кезіндегі АББ фирмасының алдын ала оқшауланған екі құбырлы  жылу жүйесінің жылу шығындары мен жылулық оқшаулағыштың тиімділігін анықтау керек.

 

Оқшаулағыш құрылымының бетіне берілетін температура бойынша оқшаулағыштың негізгі қабатының қалыңдығы жылудың үнемділігі талаптары бойынша емес, жылу желісінің маңайында жүрген қызметкерлер мен жұмысшыларды қондырғының бетімен жанасу кезінде күюден, сондай-ақ өндіріс бөлмелеріндегі жалпы жылу бөлінуді төмендетуден болатын сақтандыру шартынан анықталады.

Оқшаулағыш бетіндегі температура, беткі қабатпен жанасқанда күюге әкелетін металл қаптамалардың температурасы шамамен  - ді, басқа қаптамалы материалдар үшін  - ді құрайды.

Құбыр желісінің жылу оқшаулағыш құрылымдары,  өндіріс орындарындағы арматуралар мен қондырғылар бетіндегі температура, жылу тасымалдағыш температурасы – ден асатын болатын құбырлар үшін - ге дейін, ал және одан кіші температуралы құбырлар үшін  - мен шектеледі.

Қызмет көрсету үшін жер беті, тоннелдер, камералармен және басқа жерлердегі қаптамалар үшін, жылуоқшаулағыш құрылымының бетіндегі температура - тан аспау керек.

Құбырлар үшін оқшаулағыштың қалыңдығы келесі формуламен анықталады:

 

                                               (5.40)

 

мұндағы 

жылу тасымалдағыштың максималды (есептік) температурасы, .

8 мысал. Оқшаулағыш бетіндегі  температурасы бойынша жылу оқшаулағыштың негізгі қабатының қалыңдығын анықтау керек. Оқшаулағыштың жамылғы қабаты бризольдан жасалған, жылу өткізгіштік коэффиценті  болатын синтетиклық байланысқан шыны штапельді талшықтан жасалған.  диаметрлі құбыр желісі жылу бөлімінде орналасқан, қоршаған ортаның температурасы Жылу тасымалдағыштың есептік температурасы

Шешуі:

Жылу құбырының бетіндегі жылуберілу коэффиценті (2.11) формула бойынша анықталады:

 

Келесі есептеу (2.40) өрнек арқылы жүргізіледі:

 

 

Кесте бойынша  функциясының мәнін  табамыз және өрнек бойынша оқшаулағыштың қалыңдығын анықтаймыз:

Тапсырма:

1 есеп. Оқшаулағыш бетіндегі  температурасы бойынша жылу оқшаулағыштың негізгі қабатының қалыңдығын анықтау керек. Оқшаулағыштың жамылғы қабаты бризольдан жасалған, жылу өткізгіштік коэффиценті  болатын синтетиклық байланысқан шыны штапельді талшықтан жасалған.  диаметрлі құбыр желісі жылу бөлімінде орналасқан, қоршаған ортаның температурасы  Жылу тасымалдағыштың есептік температурасы

 

2 есеп. Оқшаулағыш бетіндегі  температурасы  бойынша жылу оқшаулағыштың негізгі қабатының қалыңдығын анықтау керек. Оқшаулағыштың жамылғы қабаты фенолды пропласттан жасалған, жылу өткізгіштік коэффиценті  болатын синтетиклық байланысқан шыны штапельді талшықтан жасалған.  диаметрлі құбыр желісі жылу бөлімінде орналасқан, қоршаған ортаның температурасы Жылутасымалдағыштың есептік температурасы

 

Бір құбырлы арнасыз салынған жылу құбырының айналасындағы топырақтың кез-келген нүктесіндегі температура келесі формула бойынша есептелінеді:

 

 

мұндағы

х – құбыр осінен қарастырылып отырған нүктеге дейінгі көлденең арақашықтық;

у - қарастырылып отырған нүктеден топырақ бетіне дейінгі тік арақашықтық;

h - құбырдың осіне дейінгі орналасу тереңдігі, м; 

R – оқшаулағыш пен топырақтың қосынды термиялық кедергісі.

Екі құбырлы жылу құбырын арнасыз жүргізгенде айналасындағы топырақтың кез-келген нүктесіндегі температура келесі өрнек бойынша анықталады:

 

мұндағы

х пен у – берілетін құбыр осінен және топырақ бетінен  қарастырылып отырған нүктеге дейінгі арақашықтық, м;

 мен  - берілетін және қайтымды құбырдан топыраққа берілетін  меншікті жылу ағындары, Вт/м;

b – құбыр остерінің арақашықтығы.

Жерасты жылу құбырларының температура өрісіндегі топырақтың температурасын анықтаған кезде жылу тасымалдағыштың температурасын қабылдау керек:

- сулы жылу желілері үшін – есептік айлардағы сыртқы ауаның орташа айлық температурасы кезіндегі температуралар  кестесі бойынша;

- булы желілер үшін – бу құбырының қарастырылап отырған қимасындағы будың максималды температурасын (бу құбырының ұзындығы бойынша температураның төмендеуін ескере отырып);

- конденсат құбырлары мен ыстық сумен қамтамасыз ету желілері үшін – ыстық су мен конденсаттың максималды температурасы.

Сонымен бірге жылутасымалдағыш пен ауаның басқа температураларында топырақтағы және жер бетіндегі температуралар да анықталуы мүмкін.

9 мысал. 5 – ші мысалдағы шарттар үшін жер бетінен  тереңдікте және берілетін құбыр осінен арақашықтықтағы топырақтың температурасын анықтау керек (5.4 сурет).

Жылу тасымалдағыштың орташа айлық температурасы

Жылу тасымалдағыш пен топырақтың температурасының төменедеуі кезіндегі жылу құбырынан берілетін жылудың меншікті шығынын анықтаймыз.

 

 

 

 

 

А нүктесіндегі топырақтың температурасын анықтаймыз:

 

 

Тапсырма:

1 есеп. Жылу құбырларының диаметрі  жылу тасымалдағыштың орташа айлық температурасы , құбырлар осінің орналасу тереңдігі , топырақтар – ылғалдылығы аз құмдар мен саздауық (), тереңде орналасқан топырақтың орташа жылдық температурасы . Оқшаулағыштың жамылғы қабаты – қалыңдығы болатын қос қабатты битумокерамзит (5.4 сурет). Оқшаулағыштың негізгі қабатының қалыңдығы , оқшаулағыштың сыртқы қабатының диаметрі , ал жамылғы қабатының қалыңдығы құбырдың оқшауланған құрылымының диаметрі - ді құрайды. Оқшаулағыш қабаттың жылу өткізгіштік коэффициентін  ескере отырып, жер бетінен тереңдікте және берілетін құбыр осінен арақашықтықтағы топырақтың температурасын анықтау керек (5.4 сурет).

2 есеп. Жылу құбырларының диаметрі  жылу тасымалдағыштың орташа айлық температурасы  құбырлар осінің орналасу тереңдігі , топырақтар – ылғалдылығы аз құмдар мен саздауық (), тереңде орналасқан топырақтың орташа жылдық температурасы . Оқшаулағыштың жамылғы қабаты – қалыңдығы болатын қос қабатты пенополиуретан  (5.4 сурет). Оқшаулағыштың негізгі қабатының қалыңдығын  қабылдаймыз, сонда оқшаулағыштың сыртқы қабатының диаметрі , ал жамылғы қабатта құбырдың оқшауланған құрылымының диаметрі - ді құрайды. Оқшаулағыш қабаттың жылу өткізгіштік коэффициентін  ескере отырып,  жер бетінен у=0,6м тереңдікте және берілетін құбыр осінен х=0,3м арақашықтықтағы топырақтың температурасын анықтау керек (5.4 сурет).

 

а) суды тасымалдау кезінде

Қарастырылып отырған бөліктің шыға берісіндегі  судың температурасы жылулық баланс теңдеуінен анықталады:

 

                                         (5.43)

осыдан

 

мұнадағы

бөліктің басындағы желілік судың температурасы;

 су шығыны, кг/с;

 жылу сыйымдылық,

б) қыздырылған буды тасымалдау кезінде

Оқшауланған жылу құбыры ұзындығы бойынша тасымалданатын қыздырылған будың температурасының төмендеуін анықтаймыз (5.6 сурет).

 

5.6 сурет. Бу құбыры бөлігінің сүлбесі

 

Жергілікті шығындарды ескере отырып, бөліктегі жылу шығынының теңдеуі:

 

                                                  (5.44)

 

мұндағы

бу шығыны, кг/с;

жылу сыйымдылық,

оқшауланған құрылымының термиялық кедергісі,

бөлігіндегі бу температурасының кемуі.

 теріс шама болғандықтан, өрнектің оң бөлігі теріс (салқындау жүреді ).

Екі жағын және бөліп, келесіні аламыз:

 

Бұл өрнекті  -ден  - ге дейін және -ден  - ге дейін интегралдап, келесі түрге келтіреміз:

 

Бұдан  қарастырылып отырған бөліктің шыға берісіндегі судың температурасын табамыз:

 

                                                               (5.45)

 

10 мысал. Ұзындығы 800м, диаметрі Ду 200 болатын құбыр бөлігінің соңындағы  желілік судың температурасын анықтау керек. Бөліктің басындағы температура судың шығыны құрайды.

Шешуі:

Кесте бойынша орташа жылдық температура кезінде, қалыпты бекітілген жылу шығыны – ге тең болады.

Қосымша жылу шығындарын ескеретін b  коэффициент 1,2 – ге тең.

Құбырдың соңындағы судың температурасын (5.44) өрнегімен анықтаймыз:

 

 

Құбырдың шыға берісі кездегі судың температурасы 99,4 ⁰С – ді құрады. 

 

Тапсырма:

1 есеп. Ұзындығы 900м, диаметрі Ду200 болатын құбыр бөлігінің басындағы температура судың шығыны қалыпты бекітілген жылу шығыны  - ді құрайды, ал қосымша жылу шығындарын ескеретін b  коэффициент 1,3 – ге тең. Құбыр бөлігінің соңындағы  желілік судың температурасын анықтау керек.

2 есеп. Ұзындығы 900м, диаметрі Ду200 болатын құбыр бөлігінің басындағы температура судың шығыны қалыпты бекітілген жылу шығыны  - ді құрайды, ал қосымша жылу шығындарын ескеретін b  коэффициент 1,3 – ге тең. Құбыр бөлігінің соңындағы  желілік судың температурасын анықтау керек.

 

1. Оқшаулаудың жылулық есебін жүргізу үшін қандай параметрлерді анықтау керек?

2. Оқшаулаудың жылулық есебі қалай жүргізіледі?

3.  Екі құбырлы жылу желісінің жылу оқшаулау тиімділігі қалай анықталады?

4. Жылу оқшаулаудың қалыңдығы мен тиімділігі қалай анықталады?

5. Арналардағы ауа температурасы, топыраққа берілетін жылу шығыны, сонымен қатар оқшаулағыш құрылымының бетіндегі температура қалай анықталады?

6. Екі құбыр үшін фенолды кеуекпластан жасалған жылу оқшаулағыштың қалыңдығын қалай анықталады?

7. Екі құбырлы  жылу жүйесінің жылу шығындары мен жылулық оқшаулағыштың тиімділігін анықтаңдар.

8. Оқшаулағыш бетіндегі  температурасы бойынша жылу оқшаулағыштың негізгі қабатының қалыңдығын анықтаңдар.

9. Жер бетімен жүргізілген жылу құбырларын есептеуде қандай шамалар анықталады?

10. Диаметрі  болатын төмен тіректерде салынған екіқұбырлы жылу желісі құбырының  оқшаулағышының тиімділігін анықтаңдар. 

11. КС210х120 арнасына салынған жылу құбырының диаметрі болатын екі құбырлы жылу желісінің жылуоқшаулау тиімділігін анықтаңдар.

12. Жылу құбырының оқшауланған беті арқылы жылу ағынының нормаланған тығыздығы бойынша жылу оқшаулаудың қалыңдығы мен тиімділігін анықтаңдар.

13. Жылу құбырларын арнасыз жүргізу кезіндегі жылу ағынының нормаланған тығыздығы бойынша сыртқы диаметрі болатын екі құбыр үшін фенолды поропластан жасалған жылуоқшаулағыштың қалыңдығын анықтаңдар.

14. Жылу тасымалдағыштың есептік температурасы кезіндегі АББ фирмасының алдын ала оқшауланған екі құбырлы  жылу жүйесінің жылу шығындары мен жылулық оқшаулағыштың тиімділігін анықтаңдар.

15. Оқшауланған жылу құбырының ұзындығы бойынша жылу тасымалдағыш температурасының төменлеуі қалай анықталады?

16.Ұзындығы 800м, диаметрі Ду200 болатын құбыр бөлігінің соңындағы  желілік судың температурасын анықтаңдар.