Практика №8

1.

Расчет тепловых потерь в трубопроводах
Задача: рассчитать потери тепловой мощности от участка неизолированного
трубопровода длиной L (км), с температурой теплоносителя t1 (oC), при температуре
окружающего воздуха tн (оС). Диаметр трубопровода задан d (мм), теплопроводноть
воздуха и вязкость воздуха принять равными по таблицам в зависимости от
температуры: λ (Вт / мК) и ν (м2/с). Число Прандтля задать равным Pr = 0,71.
Рассчитать экономический ущерб в тенге от потерь тепловой энергии за
отопительный сезон (с кол-вом часов n в год) при заданном тарифе Р (тг/Гкал).
1

2.

Варианты для расчета
Вариант
L км
t1 грС
tн грС
d мм
n, час
Р, тг/Гкал
Вариант
L км
t1 грС
tн грС
d мм
n, час
Р, тг/Гкал
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
1,5
120
-20
219
5000
5150
14
1,6
125
-25
273
4500
5450
15
1,7
130
-30
159
4700
4650
16
1,8
135
-15
219
4800
4900
17
1,9
140
-30
273
4900
6000
18
1,1
130
-35
133
3900
5700
19
1,2
140
-20
325
4300
5600
20
1,3
135
-25
377
4000
6550
21
1,4
145
-20
219
4400
5550
22
2,1
150
-15
273
4100
4850
23
2,2
155
-35
219
4200
4950
24
2,3
160
-40
159
3800
5150
25
2,4
165
-45
325
5100
6150
26
2,5
170
-40
325
4800
3700
2,6
175
-30
377
5000
3950
1,2
155
-20
114
4700
4650
1,3
135
-25
108
4900
5000
1,4
130
-15
127
4600
3950
1,5
135
-20
133
4500
3850
1,9
155
-25
159
4400
4750
1,8
160
-30
219
5100
4350
1,7
125
-10
273
5000
4100
1,6
160
-35
325
3900
3800
1,5
155
-25
219
4300
5100
1,1
130
-20
159
4600
4900
1,2
135
-35
219
4800
4350
2

3.

Расчет тепловых потерь в трубопроводах
Основная задача определить удельные (с единицы погонного метра) теплопотери от
неизолированных труб, обусловленные конвекцией излучением [Вт/м]:
q1 = π d (αЛ + αК) (tТ – tВ)
αЛ, αК – коэффициенты теплоотдачи за счет излучения и конвекции;
tТ, tВ – температуры теплоносителя и наружного воздуха;
d - наружный диаметр трубы.
Коэффициент теплоотдачи за счет излучения принимается в соответствии с СН РК
(СНиП) «Тепловые сети» равным αЛ = 5 Вт/м2К.
3

4.

Расчет тепловых потерь в трубопроводах
Коэффициент теплоотдачи конвекцией достаточно сложно посчитать, поскольку его
величина существенно зависит от погодных условий. При отсутствии ветра
коэффициент может быть рассчитан как коэффициент теплоотдачи αК для
естественной конвекции:
αК = (λ / d)×0,5×(GrPr)0,25
Число Грасгофа:
Gr = g×β×(tТ – tВ)×d3/ν2
β – коэффициент объемного расширения для идеальных газов рассчитывается как
1/Тв (при температуре воздуха);
g – ускорение свободного падения;
Pr = ν/α - число Прандтля.
4

5.

Расчет тепловых потерь в трубопроводах
Значения коэффициентов кинематической вязкости и коэффициента теплопроводности
рассчитывают для температуры, средней между температурой поверхности и воздуха:
5

6.

Расчет тепловых потерь в трубопроводах
Значения коэффициентов кинематической вязкости и коэффициента теплопроводности
рассчитывают для температуры, средней между температурой поверхности и воздуха:
Температура, °C
-50
-45
-40
-35
-30
-25
-20
-15
-10
-5
Кинематическая вязкость, (×10 -6)*(м2/с)
9.23
9.635
10.04
10.42
10.8
11.795
12.79
12.61
12.43
12.855
6

7.

Расчет тепловых потерь в трубопроводах
Алгоритм решения:
1. Определить требуемые коэффициенты ν, λ, β
2. Определить значение числа Прандтля Pr = ν/α
3. Определить значение числа Грасгофа Gr = g×β×(tТ – tВ)×d3/ν2
4. Определить значение числа коэффициента теплоотдачи естественной конвекцией
αК = (λ / d)×0,5×(GrPr)0,25
5. Определить величину удельных тепловых потерь q1 = π d (αЛ + αК) (tТ – tВ)
6.
Определить потери тепловой мощности с участка трубопровода заданной длины Q = q1 L
7.
Определить экономический ущерб от потерь тепловой энергии в год Э = Q×n×P
7

8.

Системы инфракрасного обогрева производственных помещений
• Желаемая температура в помещении может быть выражена соотношением:
tЖ = tВ + tЛ
tЖ – температура воздуха в помещении;
tЛ – лучистая температура, получаемая поверхностями за счет излучения от рабочих поверхностей
инфракрасных излучателей.
• Воздух в помещении не нагревается за счет инфракрасного излучения и может быть ниже
желаемой температуры. Следовательно, возможно снижение температуры воздуха tВ при
одновременном увеличении лучистой температуры tЛ .
• Тогда желаемая температура будет определяться через выражение:
tЖ = tВ + 0,0721 I
I – плотность лучистого потока, Вт/м2 (на рабочих местах плотность потока ограничена 150 Вт/м2)
8

9.

Системы инфракрасного обогрева производственных помещений
Особенно эффективны системы ИКО в промышленных зданиях с высокими пролетами, в которых
при обычных конвективных системах теплый воздух поднимается под потолок, оставляя нижнюю
часть помещения, где как раз работают люди, относительно холодной. Разница в температурах
между воздухом у пола и потолка может достигать 20 °C.
Задача. Оценить возможную экономию тепла при использовании системы ИКО.
При стандартном конвективном способе отопления производственных помещений с высокими
пролетами перепад температуры воздуха по высоте может достигать Dt = 10–15 °C. При известном
коэффициенте тепловых потерь здания k плотность теплового потока потерь при конвективном
отоплении приближенно выражается уравнением:
q = k (tcp – tн) = k (
2