Home » Misc » Изоляция тепловых сетей

Изоляция тепловых сетей


ТИАЛ - Изоляция наружных теплотрасс

Тепловые сети наружного пролегания или, как их ещё называют воздушные или надземные, прокладываются в случаях необходимости временного строительства теплотрассы (байбас) или в тех местах, где невозможно проложить тепловую сеть под землёй. К примеру, в сейсмоопасных районах. Такие тепловые сети удобны в эксплуатации, быстро строятся и отличаются от других видов тепловых сетей своей низкой стоимостью.

 

Тепловая изоляция наружных трубопроводов. Теплоизоляционные материалы.


В качестве материалов для изоляции наружных теплотрасс применяются.

1. Теплоизоляция труб минватой.


Достоинства:

– минеральная вата практически не гигроскопична – при правильно организованной вентиляции в случае намокания тут же отдаёт излишнюю влагу;
– обеспечивает стабильность своих физико-химических свойств на протяжении всего периода эксплуатации;
– обладает достаточно длительным сроком службы   

Недостатки:

– во время намокания теряет свои эксплуатационные свойства;
– имеет слабую прочность и уступает по этой характеристике другим теплоизоляционным материалам.

 

2. Теплоизоляция труб напылением ППУ, использование ППУ-скорлуп.
Достоинства:

– возможность создавать сплошную изоляцию, без стыков;
– является достаточно эластичным материалом;
– обеспечивает возможность быстрого монтажа;
– является биологически нейтральным материалом, не подвержен гниению, устойчив к микроорганизмам и образованию плесени;
– обеспечивает стабильные теплоизоляционные качества в широком диапазоне температур.

Недостатки:

– является достаточно горючим материалом и при горении выделяет в окружающее пространства высокотоксичные вещества;
– для напыления требуется специальное оборудование;
– не «дышит».

В последние годы получил распространение метод теплоизоляции труб скорлупами ППУ, но они также нуждаются в дополнительной защите.


3. Теплоизоляция труб пенобетоном.

 

Достоинства:

– высокие теплоизоляционные качества, не уступающие ППУ изоляции;
– монолитность, благодаря которой обеспечивается хорошая антикоррозийная защита из-за отсутствия мостиков холода и невозможность расхищения материала;
– высокая технологичность, которая обеспечивает возможность прокладывания теплотрассы в любой местности;
– высокие адгезионные свойства.

Недостатки:

– ограничения по толщине изоляции;
– необходимость защиты высохшей поверхности защитным слоем.

4. Армированный бетон (армобетон).


Достоинства:

– обеспечивается эффективная теплоизоляция;
– отсутствует возможность хищений.

Недостатки:

– высокая стоимость;
– сложность проведения монтажных работ;
– достаточно высокая хрупкость материала.

 

Очевидно, что каждый вид теплоизоляционного слоя необходимо защищать. Если этого не сделать, то он со временем под воздействием неблагоприятных внешних факторов будет нарушаться. Практика показывает, что неизолированные теплозащитные слои быстро разваливаются, рассыпаются, сгнивают и приходится проводить работы по их замене. Именно поэтому, сегодня, активно применяется защитная изоляция труб наружная.

 

 

 

Гидроизоляция теплоизоляционного слоя. Обзор основных материалов.

 

Приходится констатировать, что практически все виды такой изоляции обладают большими недостатками:

 

– стеклоткань - крайне недолговечна, через 1 год теплотрассу, заизолированную стеклотканью, буквально не узнать. Ткань превращается в лохмотья, не говоря уже о полном отсутствии гидроизоляции и защиты от осадков;

 

 

- рубероид – более долговечен, чем стеклоткань, но чрезмерно пожароопасен, зачастую выгорают целые теплотрассы;

 

 

– оцинковка – отличный материал, долговечный и негорючий, но его очень быстро воруют . Если тепловая труба проходит вне черты города или вблизи дачных посёлков - то, как правило, оцинкованные листы исчезают на следующее утро после их установки.


 

По признанию большинства руководителей теплоснабжающих организаций, им приходится восстанавливать теплотрассы сотнями метров, что, в конечном счете, сказывается, как на качестве предоставляемых коммунальных услуг, так и на расходах, связанных с эксплуатацией тепловых сетей, которые превышают все мыслимые пределы.

Однако выход есть. Защита теплоизоляционного слоя наружных теплотрасс может быть выполнена с помощью термоусаживающийся ленты ТИАЛ-ЛЦП. Она не горюча, имеет привлекательный внешний вид, не теряет своих защитных свойств под воздействием низких или высоких температур. В этом случае теплотрасса будет максимально эффективной и долговечной.

 

 

ТЕПЛОВАЯ ИЗОЛЯЦИЯ ТРУБОПРОВОДОВ ТЕПЛОВЫХ СЕТЕЙ В КАНАЛАХ

Б.М. Шойхет, канд.техн.наук, зав.отделом,

Л.В. Ставрицкая, гл.специалист, АО «Теплопроект»

 

 

ТЕПЛОВАЯ ИЗОЛЯЦИЯ ТРУБОПРОВОДОВ ТЕПЛОВЫХ

СЕТЕЙ В КАНАЛАХ

 

Реализация программы энергосбережения в РФ в значительной степени определяется надежным и экономичным функционированием систем теплоснабжения в промышленности и ЖКХ.

Тепловые сети являются одним из основных элементов систем централизованного теплоснабжения. Наиболее экономичным видом прокладки теплопроводов тепловых сетей является надземная прокладка. Однако, с учетом архитектурно-планировочных требований, требований экологии, в населенных пунктах основным видом прокладки является подземная прокладка в проходных, полупроходных и непроходных каналах. Бесканальные теплопроводы, являясь более экономичными по капитальным затратам на их сооружение, применяются в тех случаях, когда они по теплотехнической эффективности и долговечности не уступают теплопроводам в непроходных каналах.

Требования к тепловой изоляции подземных трубопроводов канальной прокладки, изложены в СНиП ……… Тепловые сети.

Методы расчета теплоизоляции и нормы тепловых потерь теплоизолированными трубопроводами в каналах в зависимости от диаметра трубопровода, температуры теплоносителя и вида прокладки (надземная или подземная) приведены в СНиП 2.04.14-88 «Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов» с изменением №1.

Следует отметить, что в связи с быстро изменяющейся конъюнктурой цен на тепловую энергию и теплоизоляционные материалы и значительной их дифференциацией по регионам РФ, введенные изменением №1 к СНиП 2.04.14-88 нормы тепловых потерь трубопроводов и оборудования подлежат пересмотру в 2001-2002г.г.

На первом этапе новые нормы тепловых потерь будут включаться в территориальные строительные нормы (ТСН), разрабатываемые АО «Теплопроект» для ряда регионов РФ..

Расчет тепловых потерь трубопроводов в канале с удовлетворительной для практики точностью выполняется по инженерной методике, учитывающей термическое сопротивление теплоизоляционного слоя, сопротивление теплоотдаче на границе теплоизоляции и стенок канала с воздухом в канале и термическое сопротивление грунта. Термическое сопротивление грунта рассчитывается по известной формуле Форхгеймера, учитывающей теплопроводность грунта в условиях эксплуатации, диаметр теплопровода и глубину его заложения.

При двухтрубной прокладке толщина теплоизоляционного слоя обратного трубопровода с учетом условий монтажа принимается равной толщине теплоизоляции подающего трубопровода.

Институтом «Теплопроект» для проведения указанных расчетов разработана компъютерная программа в операционной системе Excel c использованием элементов языка программирования Visual Basic, облегчающая проведение трудоемких расчетов и анализ их результатов.    

Типовые конструкции теплоизоляции для трубопроводов в каналах, разработанные институтом «Теплопроект» приводились ранее в альбоме - серия ……, однако с учетом изменившихся требований к теплозащите, новой номенклатуры теплоизоляционных материалов, приведенные в нем технические решения устарели, а альбом в настоящее время отменен.

Отсутствие типовых технических решений усложняет работу проектировщиков, повышает степень их ответственности и указывает на недопустимость выполнения работ по тепловой изоляции тепловых сетей без проектной документации. За последние годы институт располагает данными о фактах необоснованного применения теплоизоляционных материалов, некачественного выполнения работ, несоблюдения норм тепловых потерь при выполнении работ неспециализированными организациями без небходимой проектной документации.

Конструкции теплоизоляции трубопроводов тепловых сетей состоят из теплоизоляционного слоя, защитного покрытия и деталей крепления.

В качестве теплоизоляционного слоя наибольшее применение в практике находят теплоизоляционные изделия на основе минерального волокна, а именно минераловатные маты и мягкие плиты, выпускаемые различными предприятиями по ГОСТ ……и Техническим условиям (ТУ) различных производителей.           

Эффективными теплоизоляционными изделиями для прокладываемых в каналах трубопроводах тепловых сетей являются минераловатные цилиндры, производимые ЗАО «Минеральная вата». Сравнительно высокая стоимость этих изделий компенсируется снижением трудозатрат на монтаже и повышенным сроком службы теплоизоляционной конструкции и теплопровода в целом.

Несомненным преимуществом этих изделий является их формостабильность, которая повышает их теплотехническую эффективность за счет исключения монтажного и эксплуатационного уплотнения в конструкции.

Практика показывает, что при использовании мягких теплоизоляционных изделий в конструкциях теплоизоляции горизонтальных трубопроводов в процессе эксплуатации наблюдается снижение толщины теплоизоляционного слоя по верхней образующей трубопровода и провисание конструкции в нижней ее части, что приводит к сверхрасчетным тепловым потерям. В конструкциях на основе формостабильных минераловатных цилиндров это негативное явление практически не наблюдается.

Применение формостабильных теплоизоляционных изделий обеспечивает снижение трудозатрат при монтаже теплоизоляции тепловых сетей в каналах.

В условиях эксплуатации теплоизоляционные конструкции теплопроводов в канале подвергаются воздействию факторов, которые снижают их теплозащитные свойства и эксплуатационную надежность. Каналы обеспечивают защиту тепловых сетей от внешних механических воздействий, однако не защищают от увлажнения.

Увлажнение теплоизоляционного материала в конструкции может происходить как грунтовыми водами, так и конденсатом стекающим со стенок канала на изоляцию.

Минераловатные цилиндры ЗАО «Минеральная вата» в процессе изготовления обрабатываются гидрофобизирующими составами, после чего их водопоглощение при полном погружении не превышает … % массе, что особенно важно с учетом их возможного увлажнения в конструкции.

В конструкциях теплоизоляции подземных трубопроводов канальной прокладки, с учетом возможного попадания в конструкцию капельной влаги рекомендуется применять только гидрофобизированные теплоизоляционные материаы.Применение негидрофобизированных теплоизоляционных материалов снижает энергоэффективность и срок службы теплоизоляционных конструкций трубопроводов тепловых сетей.

Для ограничения увлажнения теплоизоляции по теплоизоляционному слою устанавливается защитное покрытие из гидроизоляционных материалов. Защитное покрытие теплоизоляции в этих условиях должно обеспечивать защиту теплоизоляционного слоя от увлажнения капельной влагой и вместе с тем обладать достаточной паропроницаемостью, чтобы обеспечить удаление влаги из изоляции в случае её увлажнения.

Появление на отечественном рынке новых высококачественных теплоизоляционных материалов создает хорошие предпосылки в реализации программы энергосбережения за счет снижения тепловых потерь в промышленности и ЖКХ. К числу таких материалов можно отнести теплоизоляционный пенобетон плотностью 200кг/м3 с коэффициентом теплопроводности 0,05 Вт/(м*К), выпускаемый по ТУ                  фирмой «Изоляционный завод». Теплоизоляционный пенобетон традиционно используется при бесканальной прокладке трубопроводов тепловых сетей, вследствие сильной конкуренции со стороны альтернативных материалов происходит его необоснованное вытеснение с отечественного рынка, что представляется неправильным, как с экономической, так и с технической точки зрения.

Для тепловой изоляции трубопроводов малого диаметра неплохие перспективы имеют теплоизоляционные изделия «URSA” марки М25. Эти изделия особенно эффективны при использовании в конструкциях теплоизоляции арматуры, фланцевых соединений и криволинейных участков трубопроводов.       

Оценка изоляции труб для низкотемпературного централизованного теплоснабжения в Южной Корее

Введение

Сокращение источников ископаемого топлива и экстремальные погодные изменения из-за глобального потепления ускорили поиск будущих устойчивых энергетических систем, включая системы, полностью возобновляемые (Alberg Østergaard et al., 2010; Mathiesen et al., 2014; Gatt et al., 2020). Потреблению энергии в таких областях, как производство, строительство, транспорт и сельское хозяйство, в последнее время уделяется значительное внимание из-за высокого уровня тепловых потерь, связанных с ними. Строительный сектор, потребляющий 20% всей мировой энергии, с ожидаемым ежегодным ростом на 1,4% в период с 2012 по 2040 год (Управление энергетической информации США (EIA) 9). 0005 1 ), возглавляет этот список. Значительная часть энергопотребления зданий приходится на отопление помещений, что примерно в два раза больше, чем на другие источники потребления, такие как приготовление пищи, нагрев воды и охлаждение (Кайнакли, 2008).

Природный газ является одним из лучших источников для сокращения выбросов углерода и перехода к концепции «зеленого» строительства (Abánades, 2018; Mohammad et al., 2021). Централизованные производственные объекты в основном обеспечивают отопление помещений в зданиях через сеть теплопередачи, называемую централизованным теплоснабжением (ЦТ). Тепловая энергия распределяется по сети трубопроводов, которая соединяет объект тепловой генерации с различными узлами потребления здания, интегрированными в систему (Werner, 2013). Большинство мировых систем ЦО в настоящее время основано на технологически продвинутой системе централизованного теплоснабжения четвертого поколения (4GDH), также называемой низкотемпературным централизованным теплоснабжением, где температура подачи составляет 60°C и ниже (Lund et al. , 2014; Lund et al., 2014; Lund et al., 2014; др., 2018). Основным топливом для таких систем является природный газ. Снижение температуры подачи снижает уровень потерь тепла из системы, что впоследствии повышает эффективность подачи и распределения и объединяет низкотемпературные возобновляемые источники энергии и источники отработанного тепла (Alberg Østergaard et al., 2010; Brocklebank et al., 2018).

Многие страны мира продвигают проекты систем 4GDH для повышения энергоэффективности и сокращения выбросов парниковых газов (примеры низкотемпературных систем централизованного теплоснабжения, 2020 г.). Потери тепла в сети при передаче и распределении являются ключевыми факторами при проектировании экономичных низкоэнергетических систем ЦТ. Потери тепла в ЦТ происходят из ограждающих конструкций жилых помещений или при передаче горячей воды. Таким образом, надлежащая изоляция зданий и систем трубопроводов важна для экономии энергии и снижения нежелательных выбросов при сжигании ископаемого топлива. В литературе было много исследований по теплоизоляции (Lund and Mohammadi, 2016). В настоящее время в сетях ЦО используются различные теплоизоляционные материалы, в том числе полиэтилен (PEX), этилен-пропилен-диеновый мономерный каучук (EPDM) и полиуретан (PU). Милад и др. выполнил расчетный анализ теплогидравлических характеристик для различных будущих схем ЦО с использованием полиуретана в качестве изоляционного материала (Хосрави и Арабкохсар, 2019 г.).). Али и др. предложил оптимальную толщину изоляции труб, используемых в трубопроводных сетях ЦО, с минеральной ватой в качестве изоляционного материала (Keçebaş et al., 2011), а Zukowski определил потери тепла из трубопроводов (Zukowski, 2020). Danielewicz представил численную модель тепловых потерь из предварительно изолированных труб ЦТ, закопанных в землю (Danielewicz et al., 2016).

В Южной Корее отопление в основном осуществляется с помощью традиционных котлов, работающих на жидком топливе или природном газе, и лишь в нескольких недавно развитых городах были внедрены системы ЦТ третьего поколения. Предстоящая государственная политика направлена ​​на внедрение низкотемпературного централизованного теплоснабжения. По этой причине несколько авторов в последнее время изучали изоляционные материалы и связанные с ними потери тепла при использовании в низкотемпературных трубах централизованного теплоснабжения. Ким и др. выполнили моделирование для оценки изменения температуры поверхности в зависимости от толщины изоляции (Kim et al., 2020). В другом исследовании сравнивались температура поверхности изоляции и потери энергии (Kim et al., 2021). Однако исследования, посвященные внедрению низкотемпературного централизованного теплоснабжения (LTDH) и связанным с ним проблемам, найти не удалось.

В настоящем исследовании изучается возможность использования изоляционных материалов PEX, EPDM и пенополиуретана для реализации LTDH на демонстрационной площадке, обеспечивающей тепловую нагрузку зданий от гибридной интеллектуальной энергетической системы. Для оценки потерь тепла в каждом изоляционном материале различной толщины был проведен CFD-анализ, а при оценке стоимости были оценены затраты на материалы и земляные работы. Объединенные результаты показывают, что оптимальная толщина изоляции 32 мм с использованием пенополиуретана может снизить потери тепла до уровня ниже 20 Вт/м.

Микросистема централизованного теплоснабжения в Южной Корее

Гибридные энергетические системы привлекают внимание из-за разницы в потребности зданий в тепле в зимний и летний периоды (Sharafi et al., 2015; Ali and Jang, 2020). Было проведено множество исследований и демонстраций таких систем (Ataei et al., 2015; Mokhtara et al., 2021). Правительство Кореи стимулирует внедрение гибридных энергетических систем и LTDH для поощрения систем отопления с использованием возобновляемых источников энергии и сокращения потерь тепла в сети (Baek et al., 2015; Kim, 2017; Южная Корея поддерживает Инициативу централизованного энергоснабжения в городах, 2019 г.).). Корейский институт гражданского строительства и строительных технологий (KICT) запустил проект по разработке интегрированной системы для удовлетворения потребностей в отоплении на строительной площадке. На рисунке 1 представлена ​​предлагаемая гибридная энергетическая система, включающая 470 солнечных панелей, топливные элементы мощностью 10 кВт и геотермальные тепловые насосы мощностью 84 кВт для управления тепловой нагрузкой на объекте. Солнечная система будет установлена ​​на парковочном месте рядом с KICT. Одной из целей установки Солнечной системы на парковочном месте является оценка работы низкотемпературных труб отопления, т. е. тепловых потерь из труб, когда горячая вода проходит на большое расстояние от целевого здания. Дополнительной целью этого является создание тени для припаркованных автомобилей сотрудников. Производственная мощность Солнечной системы оценивается в 261 500 кВт·ч. Тепло, производимое Солнечной системой, передается в систему хранения тепла (4а) через систему первичной сети. Вместимость системы хранения тепла (4а) составляет 40 тонн. Откуда произведенная горячая вода будет подаваться в здание 5(а) через вторичную сеть. Системы топливных элементов и тепловых насосов будут установлены в подвале здания (5b). Топливный элемент работает на природном газе, а основным выходом топливного элемента является электричество. Сточная вода, производимая топливным элементом, имеющая температуру около 60–70°C, используется для обеспечения потребности здания в отоплении (5b). Тепловой насос работает по принципу термодинамического теплового цикла. Горячий воздух, произведенный тепловым насосом, будет передаваться для нагрева воды из системы накопления тепла (4b) через теплообменник через первичную сеть. В зимний период, когда потребность здания 5(b) в отоплении возрастает, избыточная горячая вода, полученная от солнечной тепловой системы и хранящаяся в теплоаккумуляторе 4(b), подается в тепловое здание 5(b). Протяженность распределительной сети горячего водоснабжения составляет около 500 м, для подачи этого тепла установлена ​​сеть низкотемпературного теплоснабжения. Конечная цель этого проекта — продемонстрировать, что LTDH в Южной Корее имеет потери тепла в сети ниже 17% в соответствии с рекомендациями 4GDH. Поскольку текущее исследование предназначено для демонстрационных целей, длина сети не такая большая, как в реальной системе. Таким образом, цель текущего исследования состояла в том, чтобы удержать тепловые потери на уровне ниже 20 Вт/м, что при модернизации до более крупных систем (приблизительно 10 км длины сети) может удерживать тепловые потери на уровне ниже 17%.

РИСУНОК 1 . Демонстрационный участок системы микрорайонального теплоснабжения, предложенный KICT (1) Солнечные тепловые коллекторы (2) Подающая труба (3) Возвратная труба (4a,b) Аккумулятор тепла (5a,b) Целевое здание для подачи тепла (6) Низкотемпературная труба (7) Топливный элемент (8) Геотермальный тепловой насос.

Для данного исследования рассматривалась типичная изоляционная труба. В Таблице 1 перечислены размеры компонентов трубы, смоделированных в этом исследовании, а характеристики теплонесущей трубы и теплоносителя приведены в Таблице 2. В Таблице 3 показаны тепловые и физические свойства трех изоляционных материалов, оцененных в этом исследовании.

ТАБЛИЦА 1 . Размеры несущей и кожуховой труб.

ТАБЛИЦА 2 . Характеристики теплоносителя и трубы.

ТАБЛИЦА 3 . Теплофизические свойства трех изоляционных материалов и грунта.

Численная модель и граничные условия

Численная модель трубопровода с теплоизоляцией была разработана с использованием ANSYS версии 17.2. В этом исследовании были приняты следующие допущения: несжимаемый поток, турбулентная модель (k-эпсилон), отсутствие вязкого нагрева, отсутствие внутреннего тепловыделения и те же тепловые свойства во время течения. Формулировка абсолютной скорости использовалась вместе с решателем на основе давления. Поскольку число Рейнольдса было выше 20 000, предполагался турбулентный поток, и для моделирования характеристик среднего потока использовалась стандартная модель турбулентности K-эпсилон (k-ε). Связь скорости и давления контролировалась полунеявным методом уравнений, связанных с давлением (SIMPLE). Для давления использовалась схема пространственной дискретизации второго Одера, в то время как для турбулентной скорости диссипации, турбулентной кинетической энергии и для дискретизации импульса использовалась вторая схема Одера против ветра. На выходе было нулевое манометрическое давление. На рис. 2 представлена ​​численная модель и граничные условия, а также размеры, рассматриваемые в данном исследовании. Часть модели ANSYS также представлена ​​для проработки стен с учетом тепловых потерь и без них на рис. 2.

РИСУНОК 2 . Схема и модель ANSYS моделируемой расчетной области вместе с граничными условиями.

Основные уравнения

Следующие основные уравнения использовались для сохранения энергии, массы и импульса (Ahmad et al., 2013).

∂ui∂xi=0(1)

∂∂xi(uiuj)=1ρ∂∂xi[(µ+µt)∂ui∂xj],j=1,2,3(2)

∂∂ xi(uiT)=1ρ∂∂xi[(λcp+µtσt)∂T∂xi](3)

∂∂xi(kui)=1ρ∂∂xi[(µ+µtσk)∂k∂xi]+Gk− ρϵ(4)

∂∂xi(ϵui)=1ρ∂∂xi[(µ+µtσϵ)∂ϵ∂xi]+1ρϵk(c1Gk−c2ρϵ)(5)

Где «k» — кинетическая энергия турбулентности, «∈» — скорость рассеивания турбулентности, а «Gk» — генерация кинетической энергии турбулентности.

Для упрощения модели предполагалось, что трубопровод не имеет изгибов. Кроме того, входная и выходная стороны области были объявлены стенами с нулевым тепловым потоком, чтобы надлежащим образом сравнить различные типы изоляционных материалов.

Проверка и анализ чувствительности сетки

Расчетная область дискретизируется восьмиугольными трехмерными элементами в неравномерной сетке. Принимая во внимание важность распределения тепла по радиусу трубы, сетка была сделана с очень маленькими элементами. В таблице 4 представлена ​​информация о трех различных сетках, рассмотренных при моделировании.

ТАБЛИЦА 4 . Размеры ячеек сетки в различных сетках сетки.

На рис. 3 сравниваются значения, полученные при моделировании с различными сетчатыми структурами (A, B, C) для скорости теплопередачи от труб, и значения, заявленные производителем труб. Таким образом, на этом рисунке представлены не только результаты анализа чувствительности на ячеистых сетках, но и ссылка на достоверность результатов моделирования. Было обнаружено очень хорошее соответствие между результатами, полученными при моделировании (для всех размеров сетки) и результатами, полученными от Polytherm (Домашняя страница 9).0005 2 ). Для всего исследования рассматривалась сетка типа C, поскольку результаты были ближе к данным, предоставленным производителем.

РИСУНОК 3 . Анализ чувствительности сетки сетки и проверка результатов CFD.

Результаты и обсуждение

Сезонное влияние изоляционных материалов на температуру на выходе (Tout)

Вода поступает в трубу при температуре 60 °C и проходит расстояние 500 м. На рис. 4 показано падение температуры воды при движении по трубопроводу. Представленные данные относятся к четырем временам года в Южной Корее с использованием различных изоляционных материалов. Средняя температура в каждый из четырех сезонов показана в таблице 5.

РИСУНОК 4 . Среднее падение температуры по длине трубы во время.

ТАБЛИЦА 5 . Средняя сезонная температура в Южной Корее.

Падение температуры зимой составляет 0,52, 0,7 и 0,84°С, а весной – 0,43, 0,6 и 0,72°С для изоляционных материалов из пенополиуретана, этилен-пропилен-диен-каучука и РЕХ соответственно. Падение температуры летом и осенью было относительно меньше, чем зимой и весной из-за более высоких температур наружного воздуха. Падение температуры летом составляет 0,28, 0,44 и 0,54 °С, а весной – 0,37, 0,51 и 0,6 °С для изоляционных материалов из пенополиуретана, СКЭПТ и пенополиэтилена соответственно. При том же массовом расходе более низкая температура окружающей среды вызывает большее падение температуры на выходе из трубы, что приводит к меньшему падению температуры в летние сезоны.

На рис. 5 представлены контуры распределения температуры в радиальном направлении на выходе из трубы, включая область грунта, для трех изоляционных материалов. Часть домена грунта показана на рисунке отдельно, чтобы лучше понять, как домен грунта выглядит на выходе из трубы. Поскольку максимальное падение температуры приходится на зимний период, контуры проведены только для этого периода, когда средняя температура наружного воздуха составляет 1°С.

РИСУНОК 5 . Контуры радиального распределения температуры на выходе трубы через изоляцию, включая область грунта, зимой с (A) Пенополиуретан (B) Вспененный каучук EPDM (C) Пенопласт PEX.

Годовые потери тепла

На рис. 6 показаны ежемесячные потери тепла для различных изоляционных материалов за весь год. Температура наружного воздуха также составляется для каждого месяца. Как и ожидалось, потери тепла уменьшаются летом и увеличиваются зимой. Процентные потери тепла ниже у пенополиуретана и выше у изоляции из пенополиэтилена. Максимальные потери тепла приходятся на февраль и имеют значения 1,49., 1,23 и 0,92% в PEX, резине EPDM и изоляции из пенополиуретана. Средняя минимальная температура в феврале составляет -1°C. Потери тепла максимальны в начале года (зима в Южной Корее). Кривая тепловых потерь уменьшается с повышением температуры наружного воздуха, когда погода смещается к весне и лету, и снова увеличивается, когда температура наружного воздуха падает осенью. Потери тепла максимальны в изоляции из пенополистирола и минимальны в изоляции из пенополиуретана. Резиновая пена EPDM находится между пенами PU и PEX.

РИСУНОК 6 . Месячные потери тепла для различных изоляционных материалов и среднемесячные температуры.

На Рисунке 7 приведены общие годовые потери тепла в трех изоляционных материалах для распределительной сети на Рисунке 1. Максимальные потери тепла наблюдались для пены PEX, затем каучука EPDM и PU со значениями примерно 1,1, 0,9 и PU. 0,7% соответственно.

РИСУНОК 7 . Годовые потери тепла в различных теплоизоляционных материалах.

Влияние толщины изоляции на теплопотери трубы

В этом разделе анализируется влияние изменения толщины изоляции на снижение теплопотерь в изоляционных материалах с различной теплопроводностью. На рис. 8 показано влияние толщины изоляции на общие годовые потери тепла в трех изоляционных материалах. Потери тепла уменьшаются с увеличением толщины изоляции во всех случаях. При увеличении толщины изоляции с 20 до 30 мм потери тепла уменьшаются примерно на 28, 27 и 29% в пене PEX, пене каучука EPDM и пене PU соответственно. Точно так же увеличение толщины изоляции с 30 до 40 мм снижает тепловые потери до 18, 19 и 20% в пене PEX, резиновой пене EPDM и пене PU соответственно. Значительное снижение теплопотерь наблюдается в более высоких диапазонах толщины изоляции, но с меньшей скоростью. Изоляция из пенополиуретана показывает максимальную степень снижения тепловых потерь в различных диапазонах толщины изоляции, рассматриваемых в этом анализе.

РИСУНОК 8 . Влияние толщины изоляции на общие годовые потери тепла для различных изоляционных материалов.

Оценка стоимости

Основная цель снижения рабочей температуры в системах ЦО состоит в снижении скорости тепловых потерь, что в конечном итоге снижает стоимость ЦТ. Однако усиление изоляции магистральных трубопроводов может оказаться экономически выгодным по сравнению с существующими стандартными трубами. Это требует оптимизации на основе технико-экономических соображений для анализа стоимости армирования на метр трубы и получаемых выгод.

В этом разделе обсуждается экономическая целесообразность использования различных изоляционных материалов. Был проведен обзор затрат для оценки материалов и затрат на рытье труб ЦТ трех разных типов и размеров (한국물가정보 3 ). В Таблице 6 приведены стоимость материала на метр и стоимость земляных работ для трех изоляционных материалов различной толщины. Рассматриваются два вида затрат на копание: копание грунта и копание бетона. Рытье бетона стоит примерно в четыре раза больше, чем копание почвы, из-за необходимости использования тяжелой техники и квалифицированного труда.

ТАБЛИЦА 6 . Ориентировочная стоимость материалов и копания для различных изоляционных материалов различной толщины.

Одной из основных целей данного исследования является обеспечение экономической целесообразности системы за счет сохранения потерь тепла в трубе на уровне ниже 20 Вт/м. Поскольку на демонстрационном участке требуется только копание почвы, анализ проводился с учетом только затрат на копание почвы. Результаты показаны на рисунке 9.

РИСУНОК 9 . Влияние толщины изоляции на материал и стоимость земляных работ по сравнению с потерями тепла.

Потери тепла уменьшаются с увеличением толщины изоляции, а общая стоимость увеличивается с увеличением толщины изоляции для всех материалов. Теплопотери 20 Вт/м достигаются при утеплении пенополиуретаном толщиной 32 мм и выше. Вспененный каучук EPDM с толщиной изоляции 55 мм также демонстрирует потери тепла ниже 20 Вт/м, в то время как вспененный PEX требует толщины изоляции 70 мм или выше для достижения таких же потерь тепла. Общая стоимость метра пенопласта PEX с изоляцией толщиной 70 мм составляет примерно 1 010 долларов США, тогда как стоимость пенополиуретана с изоляцией толщиной 32 мм составляет примерно 9 долларов США. 90. Самая высокая стоимость была обнаружена для вспененного каучука EPDM, то есть 1035 долларов США. Разница в стоимости становится относительно выше, поскольку необходимая длина трубы составляет 500 м. Поэтому предлагается форма из полиуретана с толщиной изоляции 32 мм с учетом оптимальной стоимости.

Заключение

В этом исследовании представлен анализ потерь тепла в обычной трубе ЦТ, используемой на демонстрационной площадке микросистемы ЦТ для внедрения LTDH в Южной Корее. Сначала представлен анализ тепловых потерь таких труб для трех изоляционных материалов: пены PEX, пены EPDM и пенополиуретана. Впоследствии было исследовано влияние толщины изоляции на потери тепла и затраты на материалы и земляные работы.

Результаты показывают, что, как и ожидалось, изоляция из пенополиуретана демонстрирует меньшие потери тепла и падение температуры вдоль трубы, тогда как изоляция из пенополистирола имеет самые высокие потери тепла и падение температуры при температуре подачи 60°C. Изоляция из полиуретана также продемонстрировала более высокий уровень снижения тепловых потерь, чем изоляционные материалы из каучука EPDM и пенополиэтилена.

Анализ материалов и оценки стоимости земляных работ с различной толщиной изоляции также подтверждает, что пенополиуретан с толщиной изоляции 32 мм является идеальным материалом для систем LTDH, обеспечивающим теплопотери ниже 20 Вт/м.

Заявление о доступности данных

Необработанные данные, подтверждающие выводы этой статьи, будут предоставлены авторами без неоправданных оговорок.

Вклад авторов

Методология, моделирование, проверка, написание — подготовка исходного проекта, МУ; написание — рецензирование и редактирование, надзор, Ю.К. Все авторы прочитали и согласились с опубликованной версией рукописи.

Финансирование

Работа выполнена при поддержке Корейского института оценки и планирования энергетических технологий (KETEP) и Министерства торговли, промышленности и энергетики (MOTIE) Республики Корея (№ 20173010140840).

Конфликт интересов

Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могли бы быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Примечание издателя

Все претензии, изложенные в этой статье, принадлежат исключительно авторам и не обязательно представляют претензии их дочерних организаций или издателя, редакторов и рецензентов. Любой продукт, который может быть оценен в этой статье, или претензии, которые могут быть сделаны его производителем, не гарантируются и не поддерживаются издателем.

Сокращения

LTDH, низкотемпературное централизованное теплоснабжение; РЕХ, полиэтилен; EPDM, этиленпропилендиеновый мономер; ПУ, полиуретан; CFD, вычислительная гидродинамика; 4GDH, централизованное теплоснабжение четвертого поколения; KICT, Корейский институт гражданского строительства и строительных технологий; ПРОСТОЙ, полунеявный метод для уравнений, связанных с давлением; UDF, определяемая пользователем функция.

Сноски

1 https://www.eia.gov/index.php (по состоянию на 9 августа 2021 г.).

2 https://www.polytherm.ie/ (по состоянию на 14 ноября 2021 г.).

3 http://www.kpi.or.kr (по состоянию на 14 ноября 2021 г.).

Ссылки

Абанадес, А. (2018). Декарбонизация природного газа как инструмент контроля выбросов парниковых газов. Перед. Энерг. Рез. 6, 47. doi:10.3389/fenrg.2018.00047

CrossRef Full Text | Google Scholar

Ахмад Т., Плее С. Л. и Майерс Дж. П. (2013). Пособие по беглой теории . Канонсбург: ANSYS, 814.

Google Scholar

Alberg Østergaard, P., Mathiesen, B.V., Möller, B., and Lund, H. (2010). Сценарий использования возобновляемых источников энергии для муниципалитета Ольборга на основе низкотемпературного геотермального тепла, энергии ветра и биомассы. Энергия 35, 4892–4901. doi:10.1016/j.energy.2010.08.041

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Али С. и Джанг К.-М. (2020). Оптимальный дизайн гибридной системы возобновляемой энергии для устойчивого энергоснабжения удаленного острова. Устойчивое развитие 12, 1280. doi:10.3390/su12031280

CrossRef Full Text | Google Scholar

Атаеи А., Недаи М., Рашиди Р. и Ю К. (2015). Оптимальный дизайн автономной гибридной системы возобновляемой энергии для офисного здания. Дж. Обновить. Поддерживать. Энерг. 7, 053123. doi:10.1063/1.4934659

CrossRef Full Text | Google Scholar

Бэк С., Ким Х. и Чанг Х. (2015). Оптимальная гибридная система возобновляемых источников энергии для развивающегося острова Южной Кореи: пример острова Йонджонг. Устойчивое развитие 7, 13985–14001. doi:10.3390/su71013985

Полный текст CrossRef | Google Scholar

Броклебанк, И., Бек, С.Б.М., и Стайринг, П. (2018). Простой подход к моделированию городского и сельского централизованного теплоснабжения. Перед. Энерг. Рез. 6, 103. doi:10.3389/fenrg. 2018.00103

CrossRef Full Text | Google Scholar

Тематические исследования низкотемпературных систем централизованного теплоснабжения (2020 г.). Инициатива Цельсия. Доступно по адресу: https://celsiuscity.eu/case-studies-low-temperature-district-heating-systems/ (по состоянию на 9 августа)., 2021).

Google Scholar

Danielewicz, J., Śniechowska, B., Sayegh, M.A., Fidorow, N., and Jouhara, H. (2016). Трехмерная численная модель тепловых потерь из предизолированных труб сети централизованного теплоснабжения, заглубленных в землю. Энергия 108, 172–184. doi:10.1016/j.energy.2015.07.012

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Гатт Д., Каруана К. и Юсиф К. (2020). Энергетическая реконструкция здания и разумная интеграция возобновляемых источников энергии в социальном жилом квартале для достижения статуса почти нулевого энергопотребления. Фронт. Энерг. Рез. 8, 243. doi:10.3389/fenrg.2020.560892

CrossRef Full Text | Google Scholar

Кайнакли, О. (2008). Исследование потребности жилых домов в энергии отопления и оптимальной толщины изоляции. Продлить. Энерг. 33, 1164–1172. doi:10.1016/j.renene.2007.07.001

CrossRef Full Text | Google Scholar

Кечебаш, А., Али Алкан, М., и Байхан, М. (2011). Термоэкономический анализ изоляции труб для систем централизованного теплоснабжения. Заявл. Терм. англ. 31, 3929–3937. doi:10.1016/j.applthermaleng.2011.07.042

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Хосрави, М., и Арабкохсар, А. (2019). Анализ теплогидравлических характеристик сдвоенных труб для различных будущих схем централизованного теплоснабжения. Energies 12, 1299. doi:10.3390/en12071299

CrossRef Full Text | Google Scholar

Kim, H., and 김희태, (2017). Оптимальная гибридная система возобновляемых источников энергии в Южной Корее: Экономическая и техническая технико -экономическая технико -экономическая техническая способность микросетей = 한국 최적 화 신재생 에너지 하이브리드 시스템 연구 연구: 마이크로그리드 의 경제/기술 적 분석 을 중심 으로. Доступно по ссылке: https://koasas.kaist.ac.kr/handle/10203/241729(По состоянию на 5 октября 2021 г.).

Google Scholar

Ким С. Э., Пак Дж. К. и Рю Х.-К. (2020). Моделирование изменения температуры поверхности по толщине изоляции трубы горячего водоснабжения в здании. КЯКР 32, 21–26. doi:10.6110/KJACR.2020.32.1.021

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Kim, SE, Song, YW, and Park, JC (2021). Сравнение температуры поверхности изоляции и потерь энергии в зависимости от расположения трубы горячего водоснабжения. КЯКР 33, 25–30. doi:10.6110/KJACR.2021.33.1.025

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Лунд Х., Дуик Н., Остергаард П. А. и Матисен Б. В. (2018). Будущие системы и технологии централизованного теплоснабжения: о роли интеллектуальных энергетических систем и централизованного теплоснабжения 4-го поколения. Энергия 165, 614–619. doi:10.1016/j.energy.2018.09.115

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Лунд Х. , Вернер С., Уилтшир Р., Свендсен С., Торсен Дж. Э., Хвелплунд Ф. и др. (2014). Централизованное теплоснабжение 4-го поколения (4GDH). Энергетика 68, 1–11. doi:10.1016/j.energy.2014.02.089

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Лунд Р. и Мохаммади С. (2016). Выбор стандарта изоляции для трубопроводных сетей в системах централизованного теплоснабжения 4-го поколения. Заяв. Терм. англ. 98, 256–264. doi:10.1016/j.applthermaleng.2015.12.015

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Матисен Б.В., Коннолли Д., Лунд Х., Нильсен М.П., ​​Шальц Э., Венцель Х. и др. (2014). CEESA 100% Сценарии транспорта возобновляемой энергии до 2050 года. Технический справочный отчет, часть 2. Департамент развития и планирования. Ольборгский университет. Доступно по адресу: https://vbn.aau.dk/en/publications/ceesa-100-renewable-energy-transport-scenarios-towards-2050-techn (по состоянию на 9 августа)., 2021).

Google Scholar

Мохаммад Н., Мохамад Исхак В. В., Мустапа С. И. и Айоделе Б. В. (2021). Природный газ как ключевой альтернативный источник энергии при переходе к устойчивым возобновляемым источникам энергии: мини-обзор. Перед. Энерг. Рез. 9, 237. doi:10.3389/fenrg.2021.625023

CrossRef Full Text | Google Scholar

Мохтара К., Негроу Б., Сетту Н., Сетту Б. и Сэми М. М. (2021). Оптимизация проектирования автономных гибридных систем возобновляемой энергии с учетом влияния энергоэффективности зданий и изменения климата: пример Алжира. Energy 219, 119605. doi:10.1016/j.energy.2020.119605

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Шарафи М., ЭльМеккави Т. Ю. и Бибо Э. Л. (2015). Оптимальный дизайн гибридных систем возобновляемой энергии в зданиях с низким и высоким коэффициентом возобновляемой энергии. Продлить. Энерг. 83, 1026–1042. doi:10.1016/j.renene.2015.05.022

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Южная Корея поддерживает инициативу централизованного энергоснабжения в городах (2019 г. ). Солнечный термальный мир. Доступно по адресу: https://www.solarthermalworld.org/news/south-korea-supports-district-energy-cities-initiative (по состоянию на 5 октября 2021 г.).

Google Scholar

Вернер, С. (2013). «Центральное отопление и охлаждение», в Справочном модуле по системам Земли и наукам об окружающей среде (Elsevier), 841–848. doi:10.1016/B978-0-12-409548-9.01094-0

CrossRef Full Text | Google Scholar

Жуковский, М. (2020). Определение теплопотерь из трубопровода в системе СДГВС при непрерывном изменении температуры подачи. Energies 14, 90. doi:10.3390/en14010090

CrossRef Полный текст | Академия Google

Предварительно изолированные трубы для централизованного теплоснабжения и охлаждения

Перспективная сеть

Местные и централизованные сети теплоснабжения и охлаждения обычно обслуживают несколько зданий, целый квартал или целые районы города. Транспортировка горячей и холодной воды предъявляет очень высокие требования к подземным распределительным трубам и их теплоизоляционным свойствам.

Получить консультацию!

Распределение энергии с помощью сетей DHC

Строительство или реконструкция сетей централизованного теплоснабжения и охлаждения требует опыта и навыков. Время и пространство часто ограничены во время монтажных работ. Кроме того, проект не должен мешать другим строительным процессам и/или повседневной жизни на прилегающей территории.

Важными факторами для сетей DHC являются:
  • Разработано для совершенства
  • Быстрая и профессиональная установка
  • Оптимальная износостойкость материала
  • Целостность сети
  • Интеллектуальное управление
  • Низкая стоимость владения

Мы поможем вам реализовать перспективную сеть с предизолированными полимерными трубами, будь то новая схема, реконструкция или расширение существующей сети.

Сборное производство за пределами площадки

Система предизолированных труб Flexalen предлагает широкий выбор легких и гибких вариантов заводского изготовления. Сетевые секции для конкретных проектов изготавливаются и испытываются в заводских условиях, контролируемых по стандарту ISO 14001. Результатом является максимально быстрая установка и самая надежная сеть.

  • Простые соединения на месте
  • Меньше трудозатрат и операций на месте
  • Контроль целей проекта и планирование
  • Минимальное воздействие на окружающую среду
  • Чрезвычайно быстрое развертывание
Мы также предлагаем:
  • Инженерно-техническую поддержку для оптимального проектирования и эксплуатации сети
  • Широкий спектр методов сварки и механического соединения
  • Обучение/надзор за установкой на месте для подрядчика/установщика
  • Сертификация Cradle to Cradle
Проектирование и поддержка

Наши инженеры помогут вам установить системные требования и спроектировать вашу сеть отопления или охлаждения.

Проектирование и поддержка

Линейки продуктов Flexalen

Наши линейки продуктов Flexalen охватывают все аспекты перспективных сетей отопления и охлаждения, от предизолированных полимерных труб до домовых соединений и монтажного оборудования.

Линейки продуктов Flexalen

Установка и обучение

Обученные монтажники добиваются лучших результатов в запланированные сроки установки. Мы предлагаем полный набор учебных курсов для монтажников трубопроводных систем Flexalen.

Установка и обучение

Загрузите наш бесплатный технический документ!

Самая большая ошибка, которую следует избегать при расчете тепловых сетей

Проектирование тепловых сетей может быть настоящим испытанием! В этом техническом документе вы узнаете все о самых больших ошибках, которых следует избегать!

Филиалы

Thermaflex является аффилированным лицом следующих национальных и международных организаций:

Warmtenetwerk
Dansk Fjernwarme
PBPSA
Sundahus
Warmtenetwerk Vlaanderen
AGFW
DIN
FIW
Euroheat & Power
ODE
DGNB
Abok
Rosteplo

Why Thermaflex?

Мы разрабатываем и поставляем высококачественные технические решения для изоляции, защиты, ударопрочности и звукоизоляции.

Learn more