Obliczanie strat ciepła w przewodach (dobór izolacji)

– obliczenie lub ustalenie temperatur nośnika ciepła, temperatury w pomieszczeniu, temperatury zewnętrznej powierzchni przewodu, gruncie otaczającym (przy przewodach poprowadzonych w ziemi

– obliczenie strat ciepła w przewodzie w warunkach roboczych

– określenie temperatury na końcu przewodu (określenie spadku temperatury)

– dobór grubości i rodzaju izolacji

5.1 Strata ciepła do otoczenia z przewodu prowadzącego czynnik grzejny może być obliczona ze wzoru

 

gdzie:

l- długość odcinka w [mm]

t_śr – średnia temperatura czynnika grzejnego w rozpatrywanym odcinku [K]

t_e – średnia temperatura otoczenia [K]

R – suma oporów przepływu ciepła pomiędzy otoczeniem a czynnikiem grzejnym [mK/W]

Całkowity opór ciepła można obliczyć z zależności:

gdzie:

R_a – opór przejmowania ciepła po stronie wewnętrznej przewodu

R_s – opór przewodzenia w ściance przewodu

R_λ – opór przewodzenia izolacji

R_e – opór przejmowania ciepła po stronie zewnętrznej przewodu do otaczającego powietrza

5.1 Obliczanie oporu przejmowania ciepła po stronie nośnika ciepła

gdzie:

d_w – średnica wewnętrzna przewodu [m]

h_a – współczynnik przejmowania ciepła po stronie wewnętrznej przewodu [W/m²K]

Opór przejmowania ciepła po stronie nośnika zależy  w dużej mierze od prędkości przepływu wody. Im większa – tym większy h_a, a tym samym mniejsza wartość oporu. Współczynnik przejmowania ciepła [h_a] waha sie od 250 dla przepływu laminarnego do nawet 10000 dla przepływu burzliwego. W warunkach instalacji, przy prędkościach przepływu rzędu 1m/s panują warunki burzliwe, tym samym wartość Ra jest pomijalnie mała.

5.2 Opór przewodzenia ciepła dla przewodu jednowarstwowego (rury lub izolacji)

gdzie:

λ – współczynnik przewodzenia ciepła materiału

d_z – średnica zewnętrza przewodu [m]

d_w – średnica wewnętrzna materiału [m]

5.3 Opór przejmowania ciepła ze zewnętrznej powierzchni materiału

gdzie:

h_e – współczynnik przejmowania ciepła po stronie zewnętrznej przewodu

d_z – średnica zewnętrzna przewodu

Przekazywanie ciepła od przewodu do otoczenia odbywa sie na drodze promieniowania i konwekcji, dlatego wartość he można obliczyć ze wzoru:

gdzie:

h_f – współczynnik przejmowania ciepła na drodze radiacji

h_k – współczynnik przejmowania ciepła  na drodze konwekcji

 Współczynnik przejmowania ciepła na drodze radiacji opisuje równanie:

gdzie:

ε – emisyjność powierzchni zewnętrznej przewodu (przyjmuje wartości od 0-1, dla stali =0,77)

σ – 5,67×10^-8W/m²K⁴

τ_e – temperatura powierzchni przewodu

te – temperatura otoczenia

Współczynnik przejmowania ciepła na drodze konwekcji opisuje równanie

gdzie:

ti- temperatura otoczenia [K]

τ_e – temperatura powierzchni przewodu [K]

  średnica zewnętrzna izolacji [m]