Как посчитать потери тепла в трубопроводе
Теплопотери трубы зависят от диаметра, температуры воды и воздуха, утеплителя и его толщины. Важно и то, где и как идёт труба: в помещении или на улице, лежаком или стояком. Калькулятор считает по приложению В свода правил о тепловой изоляции. Методику сверяйте по своду правил вашей страны (СП РК 4.02-102-2012; СП 61.13330.2012).
- Замерьте наружный диаметр по металлу или пластику. У DN 25 снаружи 33,5 мм, а не 25.
- Введите температуру воды. Для подачи при графике 95/70 свод правил берёт 65 °C, для обратки 50 °C (п. 6.1.6).
- Воздух в помещении принимают 20 °C (п. 6.1.5). На улице берут среднюю за отопительный период или за год.
- Выберите изоляцию и её толщину. Если её нет, оставьте «Без изоляции».
Расчёт теплопотерь трубопровода: формула
Потери с метра, Вт/м, равны разнице температур воды и воздуха, делённой на сумму сопротивлений. Сопротивление слоя изоляции: ln(D/d)/(2πλ). Сопротивление наружной поверхности: 1/(π·D·αн). Здесь d это наружный диаметр, D диаметр с изоляцией, λ теплопроводность утеплителя, αн коэффициент теплоотдачи с поверхности (формулы В.4, В.6, В.7). Потери с 1 м, Вт/м, называют удельными тепловыми потерями.
Сопротивлением стенки металлической трубы свод правил разрешает пренебречь (п. В.2). Нержавейку и медь считают как сталь: стенку металла не учитывают. Пластиковая стенка добавляет своё сопротивление ln(dн/dвн)/(2πλст). Отдельных αн для голого металла и пластика в своде правил нет. Калькулятор берёт αн из таблицы В.2 для такой же поверхности: окрашенной или блестящей.
Теплопроводность утеплителя растёт с температурой. Её берут при средней температуре слоя: в помещении (tв + 40)/2, на улице зимой tв/2 (табл. Б.1, прим. 1).
| Что | Норма | Откуда |
|---|---|---|
| αн в помещении, горизонтальная труба, краска | 11 Вт/(м²·°C) | СП 61.13330.2012 (Изм. № 2), табл. В.2 |
| αн в помещении, горизонтальная труба, оцинковка, алюминий | 6 Вт/(м²·°C) | СП 61.13330.2012 (Изм. № 2), табл. В.2 |
| αн в помещении, вертикальная труба, краска | 12 Вт/(м²·°C) | СП 61.13330.2012 (Изм. № 2), табл. В.2 |
| αн в помещении, вертикальная труба, оцинковка, алюминий | 7 Вт/(м²·°C) | СП 61.13330.2012 (Изм. № 2), табл. В.2 |
| αн на улице, горизонтальная труба, ветер неизвестен | 29 Вт/(м²·°C) | СП 61.13330.2012 (Изм. № 2), табл. В.2 |
| αн на улице, вертикальная труба, ветер неизвестен | 35 Вт/(м²·°C) | СП 61.13330.2012 (Изм. № 2), табл. В.2 |
| αн на улице, горизонтальная, ветер 5 м/с | 20 Вт/(м²·°C) | СП 61.13330.2012, табл. В.2 |
| αн на улице, горизонтальная, ветер 10 м/с | 26 Вт/(м²·°C) | СП 61.13330.2012, табл. В.2 |
| αн на улице, горизонтальная, ветер 15 м/с | 35 Вт/(м²·°C) | СП 61.13330.2012, табл. В.2 |
| Вспененный каучук 60–80 кг/м³: λ = 0,034 + 0,0002·tm | 0,034 Вт/(м·°C) | СП 61.13330.2012, табл. Б.1 |
| Каучук: самая высокая температура применения | 125 °C | СП 61.13330.2012, табл. Б.1 |
| Вспененный полиэтилен 20 кг/м³: λ = 0,039 + 0,0002·tm | 0,039 Вт/(м·°C) | СП 61.13330.2012, табл. Б.1 |
| Полиэтилен: самая высокая температура применения | 70 °C | СП 61.13330.2012, табл. Б.1 |
| ППУ 50 кг/м³: λ = 0,032 + 0,00015·tm | 0,032 Вт/(м·°C) | СП 61.13330.2012, табл. Б.1 |
| ППУ: самая высокая температура применения | 140 °C | СП 61.13330.2012, табл. Б.1 |
| Минераловатный цилиндр 80 кг/м³: λ = 0,044 + 0,00022·tm | 0,044 Вт/(м·°C) | СП 61.13330.2012, табл. Б.1 |
| Минвата в рулонах 60–80 кг/м³: λ = 0,036 + 0,00022·tm | 0,036 Вт/(м·°C) | СП 61.13330.2012, табл. Б.1 |
| Средняя температура слоя: tm = (tв + 40)/2 в помещении и летом, tв/2 на улице зимой | 40 °C | СП 61.13330.2012, табл. Б.1, прим. 1 |
| Поверхность изоляции в рабочей зоне помещения, вода до 150 °C, не выше | 40 °C | СП 61.13330.2012, п. 6.7.1 а) |
| Подача при графике 95/70 и качественном регулировании: расчётная температура | 65 °C | СП 61.13330.2012, п. 6.1.6 а), табл. 15 |
| Обратный трубопровод водяной тепловой сети: расчётная температура | 50 °C | СП 61.13330.2012, п. 6.1.6 а) |
| Воздух в помещении | 20 °C | СП 61.13330.2012, п. 6.1.5 б) |
| 1 Гкал в кВт·ч | 1 163 кВт·ч | ГОСТ 8.417-2002, прил. В, табл. В.1 |
Теплоотдача 1 м стальной трубы: таблица
Голая окрашенная сталь, лежак в помещении, αн = 11. В шапке разница температур, вода минус воздух, °C. Например, вода 70 °C при воздухе 20 °C дают разницу 50 °C.
| DN (мм) | 30° | 40° | 50° | 60° | 70° |
|---|---|---|---|---|---|
| DN 15 (21,3) | 22,1 | 29,4 | 36,8 | 44,2 | 51,5 |
| DN 20 (26,8) | 27,8 | 37,0 | 46,3 | 55,6 | 64,8 |
| DN 25 (33,5) | 34,7 | 46,3 | 57,9 | 69,5 | 81,0 |
| DN 32 (42,3) | 43,9 | 58,5 | 73,1 | 87,7 | 102,3 |
| DN 50 (60) | 62,2 | 82,9 | 103,7 | 124,4 | 145,1 |
| DN 80 (88,5) | 91,8 | 122,3 | 152,9 | 183,5 | 214,1 |
| DN 100 (114) | 118,2 | 157,6 | 197,0 | 236,4 | 275,8 |
Числа в Вт на метр. Стояк отдаёт примерно на 9 % больше: для вертикали αн = 12. Оцинковка отдаёт меньше, у неё αн = 6.
Тепловые потери трубопровода с изоляцией и без
Тот же лежак DN 25, вода 70 °C, подвал 20 °C. Голая теряет 57,9 Вт/м. С изоляцией потери такие:
| Толщина | Каучук | Полиэтилен | Минвата в рулонах |
|---|---|---|---|
| 9 мм | 24,0 Вт/м | 25,9 Вт/м | 25,2 Вт/м |
| 13 мм | 19,9 Вт/м | 21,6 Вт/м | 20,9 Вт/м |
| 20 мм | 15,8 Вт/м | 17,3 Вт/м | 16,7 Вт/м |
| 30 мм | 12,7 Вт/м | 14,0 Вт/м | 13,5 Вт/м |
| 40 мм | 10,9 Вт/м | 12,1 Вт/м | 11,6 Вт/м |
Тонкая трубка 9 мм уже снижает потери в 2,4 раза, 30 мм каучука в 4,6 раза. Дальше каждый миллиметр даёт всё меньше. Сколько изоляции нужно по нормам потерь, считает калькулятор толщины изоляции трубопровода, формулы у них одни.
Пример расчёта потерь тепла трубы
Лежак отопления в подвале: сталь DN 25 (33,5 мм), окрашена, без изоляции, вода 70 °C, воздух 20 °C. αн = 11, потери 50 × π × 0,0335 × 11 = 57,9 Вт/м. На 10 м выходит 579 Вт, за сутки 13,9 кВт·ч. За сезон 4800 ч набегает 2778 кВт·ч, это 2,39 Гкал (1 Гкал = 1163 кВт·ч). Если ввести тариф 100 за Гкал, калькулятор покажет 239.
Трубы отопления и горячего водоснабжения
Трубу в земле или в канале этот калькулятор не считает: там берут температуру грунта на глубине трубы (п. 6.1.5). Стояк горячей воды DN 20 (26,8 мм) с водой 60 °C работает круглый год, 8760 ч. Голый он теряет 40,4 Вт/м, десять метров отдают за год 3540 кВт·ч, или 3,04 Гкал. В каучуке 13 мм остаётся 13,5 Вт/м и 1,02 Гкал.
На улице обдувает ветер, и αн берут 29 вместо 11, если скорость ветра неизвестна. Голая DN 25 с водой 65 °C при −5 °C теряет 213,6 Вт/м, в ППУ-скорлупе 30 мм 15,4 Вт/м. Расчёт сделан для текущей воды. Если вода на улице остановится, она остывает и может замёрзнуть. Такой участок считают по времени остановки (разд. 6.6) вместе с проектировщиком.
Теплоотдача металлопластиковой трубы и трубы из сшитого полиэтилена
У пластика стенку учитывают по формуле (В.7). Теплопроводность материала возьмите из паспорта. Стояк 20 × 2,0 из пластика с теплопроводностью стенки 0,35 при 60 °C в комнате отдаёт 28,0 Вт/м. Сталь того же наружного диаметра отдаёт 30,2 Вт/м.
Частые ошибки
- Считают по условному проходу. Формула берёт наружный диаметр.
- Ставят пиковую температуру. Для подачи 95/70 расчётная 65 °C, а не 95 °C.
- Забывают опоры. Через крепёж уходит лишнее тепло. Свод правил учитывает его коэффициентом K (табл. В.1), калькулятор его не добавляет.
Расчёт предварительный и не заменяет проект тепловой изоляции.
Потери с трубы сразу показывают, где утеплять в первую очередь: подвал, чердак или уличный ввод. Метраж изоляции по этим участкам удобно заложить в смету по помещениям. Если компания ведёт объект в программе RemontCRM, заказчик видит такую смету целиком и сам фиксирует цену до начала работ.