УВЕЛИЧЕНИЕ ТОЛЩИНЫ ТЕПЛОВОЙ ИЗОЛЯЦИИ ТРУБОПРОВОДОВ СИСТЕМЫ

Значительные потери тепловой энергии в системах горячего водоснабжения имеют место в результате отсутствия тепловой изоляции на части трубопроводов и недостаточной тепловой изоляции другой части трубопроводов системы.

Конструкция и толщина изоляционного слоя тепловой изоляции должна определяться на основании технико-экономических расчетов исходя из стоимости материалов и затрат труда на теплоизоляционную конструкцию и стоимости тепловой энергии. Применяемая в настоящее время конструкция и толщина тепловой изоляции была обоснована очень давно и в течение последних, примерно двухдесятилетий не претерпела изменений, в то время как стоимость тепловой энергии постоянно возрастала.

В общем случае годовые расходы в эксплуатации будут складываться из стоимости тепловой изоляции, отнесенной к году эксплуатации, и потерь тепловой энергии. Для принятого типа изоляции по мере увеличения толщины теплоизоляционного слоя уменьшаются тепловые потери и, следовательно, расход топлива на выработку тепловой энергии, но одновременно возрастает стоимость тепловой изоляции. Наиболее экономичным будет вариант, когда суммарные годовые расходы на изоляцию и на потери тепловой энергии будут минимальными, т.е.

Q×z_т + E_н×DК_из = min,

где Q - годовые теплопотери, Гкал/год; z_т - стоимость тепла, руб/Гкал;

DК_из - начальная стоимость изоляции, руб.; E_н - нормативный коэффициент экономической эффективности, в расчетах рекомендуется принимать равным 0,15.

Минимальные суммарные годовые расходы позволяют определить экономическую толщину изоляции. Экономическая толщина изоляции может быть определена графическим методом. Для этого вычисляют стоимость годовых потерь при различной толщине изоляции для определенной стоимости тепловой энергии, а также определяют годовые отчисления от начальной стоимости тепловой изоляции при различной ее толщине. Построение соответствующих кривых и на их основе кривых суммарных расходов для различных толщин изоляции и стоимости тепловой энергии с учетом условий прокладки трубопроводов позволит определить экономическую толщину тепловой изоляции для каждого конкретного случая.

В настоящее время наибольшее распространение для трубопроводов систем горячего водоснабжения имеет теплоизоляционная конструкция, состоящая из слоя минеральной ваты и асбестоцементной штукатурки.

В этом случае тепловые потери трубопроводами определяют по формуле:

;

где t - температура теплоносителя, °С; t_н - температура окружающего воздуха, °С; l^¢_из - коэффициент теплопроводности изоляционного слоя, ккал/(ч×м×°С), для минеральной ваты l^¢_из = 0,05; l^¢¢_из - коэффициент теплопроводности асбестоцементной штукатурки рекомендуется принимать равным 0,09; d_н - наружный диаметр трубы, м; d¢_из - наружный диаметр слоя минеральной ваты, м; d^¢¢_из - наружныйдиаметр слоя асбестоцементной штукатурки, м; a_н - коэффициент теплоотдачиот поверхности изоляции в окружающий воздух, ккал/(ч×м²×°С).

Так как термическое сопротивление от наружной поверхности тепловой изоляции к воздуху невелико по сравнению с термическим сопротивлением изоляции, поэтому для расчета тепловых потерь трубопроводами системы горячего водоснабжения рекомендуется принимать a_n=9 ккал/(ч×м²×°С).

Годовые потери тепла в окружающую среду изолированными трубами определяются по зависимости

Гкал/год.м

где S - количество дней функционирования системы в году, в расчетах принимается равным 350;

n - количество часов функционирования системы в сутки, принимается равным 24.

Стоимость потерь тепловой энергии 1м изолированной трубы определяется по формуле

S = Q × z_т

Затраты на тепловую изоляцию складываются из затрат на материалы, необходимые для тепловой изоляции, и затрат на рабочую силу. Стоимость материалов принимаются в соответствии с действующими прейскурантами, а стоимость рабочей силы по единым нормам и расценкам.

При тепловой изоляции из минеральной ваты расход ее на 1м трубопровода с учетом коэффициента уплотнения, равного 1,5, может определяться по формуле

м³/м

Проведенными в Академии расчетами показано, что применяемая в настоящее время тепловая изоляция трубопроводов систем горячего водоснабжения является недостаточной, что приводит к значительным потерям тепловой энергии.

Наличие большого диапазона изменения экономической толщины изоляции, определяемого условиями прокладки трубопровода, стоимостью тепловой энергии и стоимостью теплоизоляционного материала, требует проведения технико-экономических расчетов для определения этой толщины в каждом конкретном случае.

Исходя из полученных результатов, с учетом некоторого подорожания теплоизоляционных материалов за счет повышения цен на топливо, при стоимости энергии 10 руб/Гкал (стоимость тепловой энергии определена по замыкающим затратам на топливо в соответствии с письмом АБ-170-20/4 от 11.01.79 г. Госстроя СССР и для Москвы составляет 10 руб/Гкал) могут быть рекомендованы следующие толщины (мм) основного слоя тепловой изоляции из минеральной ваты:

для стояков системы, проложенных в каналах сантехкабин и подвалах зданий - 60;

для трубопроводов подающих и циркуляционных линий, проложенных в подвалах зданий и непроходных каналах, диаметром до 125 мм - 70;

для трубопроводов подающих и циркуляционных линий, проложенных в подвалах зданий и непроходных каналах, диаметром от 150 до 300 мм - 100;

для трубопроводов всех диаметров подающих и циркуляционных линий, проложенных в коллекторах, - 50.

Годовая экономия тепла в системе при проведении работ по усилению тепловой изоляции трубопроводов определится по формуле.

где - КПД существующей тепловой изоляции; - КПД усиленной тепловой изоляции.

Пример. Определить экономическую толщину тепловой изоляции из минеральной ваты с асбестоцементной штукатуркой для трубопровода системы горячего водоснабжения, проложенного в подвале здания.

Исходные данные:

;

Принимаем для построения графика изоляцию толщиной 30, 60, 90, 120, 150 и 180 мм, тогда будет равно 219, 279, 339, 399, 459 и 519 мм, и соответственно при толщине асбестоцементной штукатурки 10 мм равно 239, 299, 359, 419, 479 и 539 мм.

По формулам, приведенным на стр. 10, определяем часовые и годовые потери тепловой энергии.

После расчетов по указанным формулам имеем соответственно годовые потери тепла: 0,32; 0,21; 0,16; 0,14; 0,12; 0,11 Гкал/год м и при стоимости тепла 10 руб/Гкал стоимость тепловых потерь: 3,2; 2,1; 1,6: 1,4; 1,2; 1,1 руб/(год.м)

Для принятых толщин тепловой изоляции расход ее составит: 0,027; 0,062; 0,106; 0,158; 0,219; 0,288 м³/м.

При стоимости тепловой изоляции в деле 40 руб/м³ капитальные затраты составят: 1,08; 2,48; 4,24; 6,32; 8,76; 11,52 руб/м, а капитальные затраты, отнесенные к году эксплуатации, при Е_Н = 0,15 - 0,16; 0,37; 0,64; 0,95; 1,31; 1,73 руб/м.

По результатам расчетов строятся кривые (рисунок) определения экономической толщины изоляции. По минимуму кривой 3 находится экономическая толщина тепловой изоляции. В данном случае она составляет 100 мм.

Толщина изоляции, мм

Определение экономической толщины-изоляции:

1 - стоимость тепловых потерь; 2 - стоимость капитальных затрат; 3 - суммарная кривая

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ

С целью уменьшения потерь тепловой энергии и увеличения срока службы трубопровода за счет уменьшения внутренней коррозии системы в соответствии со СНиП II-34-76, температуру горячей воды в местах водоразбора для систем централизованного горячего водоснабжения, присоединенных к закрытым системам теплоснабжения, следует поддерживать на уровне 50 °С. Для этой цели обязательны: установка регуляторов температуры у подогревателей горячего водоснабжения, постоянный контроль за их функционированием, своевременная регулировка, ремонт и замена вышедших из строя.

Температура горячей воды на выходе из водонагревателя горячего водоснабжения выбирается исходя из условия обеспечения нормативной (50 °С) температуры воды в местах водоразбора. Если циркуляционный расход в системе был определен исходя из перепада температур 10 °С, то регулятор температуры должен быть настроен на 60 °С. Повышение температуры воды в системе на 1 °С приводит к увеличению потерь тепловой энергии трубопроводами на 3 % и усилению процесса внутренней коррозии трубопровода.

Контроль за расходом горячей вода рекомендуется осуществлять в местах нагрева воды в ЦТП и ИТП. С целью анализа причины увеличения расхода воды, оперативной ликвидации утечек, возникающих в результате коррозионного повреждения трубопровода, неисправности водоразборной арматуры и др., рекомендуется проведение ежесуточного контроля за расходом воды путем снятия показаний холодноводного водомера, установленного на водопроводной линии перед первой ступенью водоводяного подогревателя в ЦТП или ИТП. Там, где такие водомеры отсутствуют, необходима их установка, своевременная проверка и замена вышедших из строя.

На тепловом пункте должна быть ведомость, в которую заносят расход воды за сутки, определенный по показаниям водомера. Полученный материал анализируется, при увеличении расхода воды должны выявляться причины этого увеличения.

Нерациональный расход горячей воды в системах горячего водоснабжения может быть значительно снижен при повышении уровня эксплуатации. Только в результате износа и несвоевременной замены прокладок в водоразборной арматуре наблюдаются значительные по величине утечки воды из системы. Необходимо организовать периодические осмотры состояния водоразборной арматуры во всех квартирах, своевременно заменять прокладки в арматуре, обеспечивающие плотность закрытия кранов, и вышедшую из строя арматуру. Для уменьшения мгновенного расхода воды рекомендуется перед кранами устанавливать шайбы, предусмотренные проектом системы и рассчитанные на гашение избыточного напора на высоте здания. Необходимо осуществлять постоянный контроль за состоянием трубопровода и тепловой изоляции в подвалах зданий, своевременно производить ремонт тепловой изоляции и устранять утечки воды в местах коррозионных повреждений трубопровода во фланцевых

Уменьшение потерь воды может быть достигнуто за счет снижения давления воды в системе. Длягашения избыточного давления в системе рекомендуется установка регуляторов давления “после себя” на подающем трубопроводе за подогревателем горячего водоснабжения. Рабочее давление за регулятором давления определяется из условия обеспечения подачи воды на верхний этаж наиболее высокого здания, подключенного к системе, свободного напора у водоразборного крана верхнего этажа в компенсации потерь напоре в трубопроводах в часы максимального водоразбора. Напор, необходимый для подачи воды на верхний этаж самого высокого здания, подключенного к системе, определяется как произведение высоты этажа на число этажей этого здания. Свободный напор у водоразборного крана верхнего этажа должен быть не менее 2 м. Потери напора в трубопроводах могут предварительно приниматься от 5 до 10 м в зависимости от протяженности системы и степени зарастания трубопроводов. Так как последняя составляющая суммарного напора является величиной неопределенной, то давление за регулятором корректируется на основании опыта эксплуатации.