Влияние изменения теплопроводности теплоизоляционных материалов на тепловые потери магистральных трубопроводов

Введение

В последнее время как нельзя более актуальными стали вопросы, связанные с энергосбережением в различных областях техники и строительства [1]. Одной из проблем энергосбережения в сфере поставки тепловой энергии потребителю являются высокие тепловые потери при эксплуатации магистральных тепловых сетей [2], которые, по мнению специалистов, могут достигать 35–50 %.

Определение фактических тепловых потерь – важнейшая задача тепло- снабжения, т. к. теплоснабжающие организации в России в большинстве сво- ем, не зная фактических тепловых потерь, используют некие нормативные характеристики. В европейских странах потери тепловой энергии определя- ются разницей суммарных показаний приборов учета производителей и потребителей тепла.

Анализ возможных причин возникновения тепловых потерь в магистральных тепловых сетях показал [3, 4], что немаловажную роль при этом играет состояние тепловой изоляции теплопроводов. Не является секретом тот факт, что вследствие нарушения технологии монтажа теплоизоляции при про- ведении монтажных и ремонтных работ теплофизические характеристики теплоизолирующего слоя не соответствуют фактическим. При эксплуатации магистральных инженерных сетей в результате аварии возможно механическое разрушение теплоизоляции труб и затопление (подтопление) теплотрасс грунтовыми водами или теплоносителем из теплосетей, что также приводит к существенному изменению теплофизических характеристик теплоизоляции [3–5] и повышению тепловых потерь.

В современной научно-технической литературе, освещающей вопросы теплоснабжения, основное внимание уделяется методикам определения тепловых потерь с учетом особенностей тепловой магистрали. Достаточно широко используется математическое моделирование [4, 5], однако без результатов натурных экспериментов трудно говорить о применимости той или иной математической модели к оценке конкретной тепловой сети.

Известны работы [6, 7] с результатами численных и экспериментальных исследований по влиянию увлажнения тепловой изоляции трубопроводов (минеральной ваты, пенополиуретана) и грунта на время установления стационарного теплового режима и тепловые потери подземных теплотрасс. При увлажнении теплоизоляции стационарный режим наступает на 4–4,5 ч позже по сравнению с сухой теплоизоляцией, а тепловые потери теплопровода воз- растают на 65 %.

Повышение объемной влажности грунта до 30 % [7] приводит к увеличению тепловых потерь для обратного теплопровода в 3 раза, для подающего – в 1,85 раза, при этом суммарные тепловые потери составляют около 200 %.

Основные  результаты  были  получены  авторами  при  использовании в качестве теплоизолятора минеральной ваты как наиболее популярного для тепловой изоляции материала, однако в настоящее время достаточно широко используются  скорлупы,  изготовленные  из  пенополиуретана,  полистирола и других пористых теплоизоляционных материалов. Кроме того, увлажнение минеральной ваты (тем более полное) сопровождается существенным изменением размеров материала, который после полного высыхания не сохраняет своих физических и теплофизических свойств [3]. Поэтому приведенные результаты применимы только при однократном увлажнении.

Полученные численные и экспериментальные данные могут быть использованы для оценки влияния объемной влажности грунта и изоляции на изменение величины коэффициента теплопроводности, а следовательно, и на величину тепловых потерь. Однако для создания физических и математических моделей процессов тепломассообмена в теплоизоляционных пористых материалах при различных условиях эксплуатации необходимо планомерное накопление знаний по проблеме.

В настоящей работе представлены результаты численного и экспериментального исследования влияния на величину коэффициента теплопроводности ряда теплоизоляционных материалов, применяемых при монтаже и ремонте инженерных сетей различного диаметра, некоторых условий эксплуатации (увлажнение).