Теплоизоляция трубопроводов холодной воды: расчёт толщины

Теплоизоляция трубопроводов холодной воды от чиллера нужна прежде всего против конденсата: если поверхность трубы холоднее точки росы воздуха, на ней выпадает вода. Толщину изоляции считают так, чтобы её поверхность была не холоднее точки росы, а заодно получают теплоприток через изоляцию. Калькулятор считает точку росы, нужную толщину изоляции, температуру её поверхности и теплоприток на метр трубы.

Когда нужен этот расчёт

• Трубы во влажном помещении. Цех с мойкой, пищевое производство, подвал, летний цех с открытыми воротами. Неизолированная труба воды 7 °C покрывается каплями, вода течёт на пол и оборудование, металл ржавеет.
• Длинная трасса. Тепло, которое труба получает от воздуха, добавляется к нагрузке на чиллер. На сотнях метров неизолированных труб это заметные киловатты; требования к трассе собраны в справочнике о монтаже и подключении чиллера.
• Замена изоляции. Старая изоляция намокла или отслоилась, и нужно понять, какую толщину ставить взамен.

Формула

Точка росы по формуле Магнуса:

γ = ln(φ / 100) + 17,62 × t_в / (243,12 + t_в)

t_р = 243,12 × γ / (17,62 − γ)

t_р — точка росы, °C; t_в — температура воздуха, °C; φ — относительная влажность, %.

Температура поверхности изоляции и теплоприток на метр трубы:

t_п = t_в − (t_в − t_ж) × R_н / (R_из + R_н)

R_из = ln(D / d) / (2 × π × λ), R_н = 1 / (α × π × D)

q = (t_в − t_ж) / (R_из + R_н)

t_п — температура поверхности, °C; t_ж — температура воды, °C; d и D — наружный диаметр трубы и изоляции, м; λ — теплопроводность изоляции, ориентировочно 0,036 Вт/(м·°C) для вспененного каучука и 0,040 для вспененного полиэтилена; α — теплоотдача к неподвижному воздуху помещения, 8 Вт/(м²·°C); q — теплоприток, Вт/м. Толщину δ = (D − d) / 2 подбирают так, чтобы t_п была не ниже t_р, и округляют вверх до стандартной: 6, 9, 13, 19, 25, 32, 40 или 50 мм. Сопротивление стенки трубы не учитывается, это идёт в запас.

Пример расчёта

Стальная труба DN 50 с наружным диаметром 60 мм, вода 7 °C, воздух в цеху 27 °C при влажности 70 %, изоляция из вспененного каучука. Наружные диаметры труб других размеров — в справочнике о трубном дюйме и DN.

1. Точка росы: γ = ln 0,70 + 17,62 × 27 / (243,12 + 27) = 1,4045; t_р = 243,12 × 1,4045 / (17,62 − 1,4045) = 21,06 °C, округлённо 21,1 °C. Голая труба с водой 7 °C намного холоднее, и на ней будет конденсат.
2. Расчётная толщина — 9,33 мм, округлённо 9,3 мм. Проверка: D = 60 + 2 × 9,33 = 78,7 мм, R_из = ln(78,7 / 60) / (2 × π × 0,036) = 1,199, R_н = 1 / (8 × π × 0,0787) = 0,506, t_п = 27 − 20 × 0,506 / 1,705 = 21,1 °C — ровно точка росы.
3. Стандартная толщина — 13 мм, D = 86 мм: R_из = ln(86 / 60) / (2 × π × 0,036) = 1,592, R_н = 1 / (8 × π × 0,086) = 0,463, t_п = 27 − 20 × 0,463 / 2,055 = 22,5 °C.
4. Теплоприток: q = 20 / 2,055 = 9,7 Вт/м. Без изоляции q = (27 − 7) × 8 × π × 0,060 = 30,2 Вт/м.

На 100 м подачи и обратки изоляция 13 мм снижает теплоприток к воде с 3,0 до 1,0 кВт, а без изоляции к этим 3 кВт добавится ещё тепло конденсации влаги. Этот приток прибавляют к нагрузке, когда считают чиллер, — например, в расчёте мощности по расходу и температурам.

Типовые ошибки

• Считают по средней влажности. Конденсат появляется в худшие часы: летом при открытых воротах, во время мойки, в непроветриваемом подвале. Толщину считают по самому влажному режиму.
• Не изолируют арматуру. Краны, фильтры, фланцы и корпуса насосов гидромодуля холодные так же, как труба, и вода капает уже с них.
• Оставляют швы открытыми. Влажный воздух проходит в непроклеенные стыки, конденсат собирается под изоляцией, и труба ржавеет незаметно. Для холодных труб нужен материал с закрытыми порами и проклеенными швами.
• Берут изоляцию «как для отопления». На горячей трубе изоляция только снижает потери, а на холодной не даёт выпасть воде: во влажном помещении ей нужна другая толщина.