Розробка методики розрахунку втрат тепла теплоізоляційними конструкціями теплових мереж

Цюпа, Олександр Миколайович

Please use this identifier to cite or link to this item: https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/7926

Title:	Розробка методики розрахунку втрат тепла теплоізоляційними конструкціями теплових мереж
Authors:	Калейніков, Геннадій Євгенійович Цюпа, Олександр Миколайович
Keywords:	теплові мережі;ізоляція
Issue Date:	30-Jan-2024
Abstract:	Метою магістерської роботи є дослідження методик розрахунку та оцінки втрат теплоти через теплоізоляційні конструкції водяних мереж для вдосконалення існуючих технологій аналізу теплових втрат. Для досягнення поставленої мети було поставлено та вирішено такі завдання: 1) Провести аналіз теоретичних даних щодо визначення теплових втрат у трубопроводах; 2) Удосконалити методику оцінки та визначення теплових втрат у мережах теплопостачання, що дозволяє враховувати не тільки способи прокладання та конфігурацію трубопроводів, але також зміну теплозахисних властивостей ізоляції у процесі експлуатації; 3) Дати порівняльний аналіз впливу експлуатаційних факторів стану теплової ізоляції на величину теплової втрати; 4) З використанням запропонованої розрахункової методики дати рекомендації щодо оптимізації теплових втрат через теплоізоляцію обраної конструкції водяної мережі.
URI:	https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/7926
Appears in Collections:	144 Теплоенергетика (Теплоенергетика)

Files in This Item:

File	Description	Size	Format
Цюпа.pdf Restricted Access		1.17 MB	Adobe PDF	View/Open Request a copy

Show full item record

Extracted text

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
Черкаський державний технологічний університет
Факультет електронних технологій, автотранспорту та машинобудування
Кафедра Енерготехнологій

„ЗАТВЕРДЖУЮ”
Завідувач кафедри Енерготехнологій
_______________ Геннадій КАЛЕЙНІКОВ
“___” ___ 2023 р.

МАГІСТЕРСЬКА КВАЛІФІКАЦІЙНА РОБОТА
на тему:

«РОЗРОБКА МЕТОДИКИ РОЗРАХУНКУ ВТРАТ
ТЕПЛА ТЕПЛОІЗОЛЯЦІЙНИМИ КОНСТРУКЦІЯМИ
ТЕПЛОВИХ МЕРЕЖ»

ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА
код роботи МКР 23.144.ХХ ПЗ
Спеціальність 144 - Теплоенергетика

Виконавець роботи:
_________________________ Цюпа Олександр Миколайович _________________________
(підпис, дата)
Науковий керівник:
_________________Калейніков Г.Е., к.т.н., доц._______________________
(підпис, дата)
Рецензент:
________________________________________________________________
(підпис, дата)

Черкаси, 2023 р.

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
Черкаський державний технологічний університет
Факультет електронних технологій, автотранспорту та машинобудування
Кафедра Енерготехнологій

„ЗАТВЕРДЖУЮ”
Завідувач кафедри Енерготехнологій
________________ Геннадій КАЛЕЙНІКОВ
“____” _____ 2023 р.

ЗАВДАННЯ
до магістерської кваліфікаційної роботи___ Цюпа Олександр Миколайович __________
(прізвище, ім’я та по-батькові студента)
1. Тема «Розробка методики розрахунку втрат тепла теплоізоляційними
конструкціями теплових мереж»
затверджена наказом ректора університету від “____”____. 2023 р., №__________

2. Термін здачі студентом завершеної роботи __10.12.2023__________________________

3. Вихідні дані: схема теплової мережі

4. Перелік питань, які повинні бути розроблені в роботі:
- постановка завдання дослідження
- існуючі методики визначення питомих теплових втрат через теплоізоляційний шар
- методика визначення теплових втрат у мережах теплопостачання
- аналіз впливу експлуатаційних факторів на теплові втрати трубопроводом

5. Перелік графічного матеріалу: класифікація трубопроводів; розрахунок нормативних
питомих втрат теплової енергії для трубопроводів підземного типу прокладки;
маркування трубопроводів в залежності від середовища; фрагмент прокладки типової
двотрубної теплової мережі; перетин трубопроводу з частково відсутньою ізоляцією;
теплопровід з помірно деформованою ізоляцією; теплоопровід при частковій
деформації ізоляції з вологою, що накопичилася, в провислом шарі ізоляції; схема
прокладання теплової мережі; розподіл температур подавального та зворотного
трубопроводів; питомі теплові втрати першої ділянки тепломережі з урахуванням
реального експлуатаційного стану ізоляційного шару; залежність теплових втрат від
вологості ізоляції

6. Консультанти з роботи з зазначенням розділів роботи, які їх стосуються
Підпис, дата
Розділ Консультант завдання видав завдання прийняв
Розділи 1-3 Калейніков Г.Е.
ОП та безпека в НС Цікановський В.Л.
Нормоконтроль

7. Дата видачі завдання “_____”______. 20____ р.

Керівник _____________________
Завдання прийняв до виконання _________________

РЕФЕРАТ
Магістерська кваліфікаційна на тему «Розробка методики розрахунку
втрат тепла теплоізоляційними конструкціями теплових мереж» містить 63
сторінки текстового документа, включаючи 12 ілюстрації, 8 таблиць, 36
формул, 60 використаних джерел.
ТЕПЛОВІ МЕРЕЖІ, РОБОЧЕ ТІЛО, ТЕПЛОВІ ВТРАТИ,
ТЕПЛОПРОВІДНІСТЬ, ЕНЕРГЕТИКА, СПОЖИВАЧІ, ТЕПЛО.
Мета роботи – дослідження методик розрахунку та оцінки втрат теплоти
через теплоізоляційні конструкції теплових мереж для вдосконалення
існуючих технологій аналізу теплових втрат.
Проведено аналіз теоретичних даних щодо визначення теплових втрат у
трубопроводах різного призначення.
Удосконалено методику визначення теплових втрат у мережах
теплопостачання, що дозволяє враховувати не тільки способи прокладання та
конфігурацію трубопроводів, але також зміну теплозахисних властивостей
ізоляції в процесі її експлуатації.
Проведено порівняльний аналіз впливу експлуатаційних факторів на
величину теплових втрат трубопроводом, а також надано рекомендації щодо
оптимізації теплових втрат через теплоізоляцію обраної конструкції водяної
мережі.

ЗМІСТ
ВСТУП 6
РОЗДІЛ 1 ІСНУЮЧІ МЕТОДИКИ ВИЗНАЧЕННЯ ПИТОМИХ ТЕПЛОВИХ
ВТРАТ ЧЕРЕЗ ТЕПЛОІЗОЛЯЦІЙНИЙ ШАР 8
1.1 Особливості застосовуваних методик 8
1.2 Методи визначення вартових втрат теплоти 11
1.3 Види трубопроводів 14
1.3.1 Надземні трубопроводи 17
1.3.2 Підземні трубопроводи 20
1.4 Зміна термодинамічних характеристик теплової ізоляції в процесі
експлуатації 21
1.5 Висновки по главі та постановка завдань 22
РОЗДІЛ 2 МЕТОДИКА ВИЗНАЧЕННЯ ТЕПЛОВИХ ВТРАТ У МЕРЕЖАХ
ТЕПЛОПОСТАЧАННЯ 25
2.1 Адаптація застосовуваної методики розрахунку для смт. Драбів 25
2.2 Основні термодинамічні рівняння для визначення теплових втрат 28
2.3 Методика розрахунку 39
РОЗДІЛ 3 АНАЛІЗ ВПЛИВУ ЕКСПЛУАТАЦІЙНИХ ФАКТОРІВ НА
ТЕПЛОВІ ВТРАТИ ТРУДОПРОВОДОМ 40
3.1 Результати застосування методики розрахунку 42
3.2 Аналіз отриманих розрахункових даних 46
3.3 Методи редукування теплових втрат теплових мережах 52
3.4 Висновки за розділом 54
ВИСНОВОК 56
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ 57

МКР 23.144.44 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Розроб. Цюпа О.М. Літ. Арк. Акрушів
Перевір. Калейніков Г.Є. Зміст
Реценз. магістерської роботи
Н. Контр. ЧДТУ, МТЕ-88
Затверд. Калейніков Г.Є.
ВСТУП

Теплові втрати через стінки трубопроводу відбивають ефективність
передачі теплоносія від джерела тепла до споживача, надійність роботи
трубопроводу та його технічний стан [1].
Існуючі технології контролю теплових втрат не дозволяють ефективно та
своєчасно виявляти небезпечні ділянки теплових мереж, які надалі впливають
на ефективність передачі тепла споживачам, що призводить до збільшення
навантаження на джерела тепла чи аварій [2]. Проблема своєчасного
визначення неефективних ділянок теплових мереж на часі.
Теплові втрати в трубопроводах при передачі та розподілі теплоносія в
мережах складаються з:
1) Втрат теплової енергії, внаслідок витоків самого теплоносія;
2) Втрата теплової енергії через ізоляційні короби трубопроводів.
Велика частка втрат тепла пов'язана з нормативними витоками
теплоносія, а саме через технологічні зливи засобами автоматизації, втрати
через нещільності в арматурі, трубопроводах та інші витоку мережної води, що
виникають у процесі експлуатації трубопроводів [3].
Слід зазначити, що втрати тепла через ізоляційні конструкції
трубопроводів у мережах централізованого теплопостачання несуть у собі
серйозніші проблеми в процесі експлуатації, це пов'язано з тим, що оцінити
такі втрати досить складно. Складність проведення аналізу тепловтрат
викликана такими факторами, як часткове або повне руйнування ізоляції на
окремих ділянках трубопроводів, її деформація, проникнення вологи в канал і
безпосередньо в ізоляційний шар, що призводить до зміни величини
коефіцієнта теплопровідності ізоляційного матеріалу [4].
Спираючись на ряд негативних факторів, що виникають у процесі
експлуатації, можна дійти невтішного висновку, що фактичні теплозахисні
властивості ізоляційних конструкцій значно відрізняються від довідкових
значень. Усі ці зміни у процесі експлуатації трубопроводів викликають
необхідність враховувати зміни коефіцієнтів теплопровідності ізоляції на
конкретних ділянках теплових мереж [5].
Проблема визначення теплових втрат з урахуванням усіх експлуатаційних
особливостей є актуальною досі, існуючі методи оцінки теплових втрат
потребують удосконалення, а також розробки нових методів.
Метою магістерської роботи є дослідження методик розрахунку та оцінки
втрат теплоти через теплоізоляційні конструкції водяних мереж для
вдосконалення існуючих технологій аналізу теплових втрат.
Для досягнення поставленої мети було поставлено та вирішено такі
завдання:
1) Провести аналіз теоретичних даних щодо визначення теплових втрат у
трубопроводах;
2) Удосконалити методику оцінки та визначення теплових втрат у
мережах теплопостачання, що дозволяє враховувати не тільки способи
прокладання та конфігурацію трубопроводів, але також зміну теплозахисних
властивостей ізоляції у процесі експлуатації;
3) Дати порівняльний аналіз впливу експлуатаційних факторів стану
теплової ізоляції на величину теплової втрати;
4) З використанням запропонованої розрахункової методики дати
рекомендації щодо оптимізації теплових втрат через теплоізоляцію обраної
конструкції водяної мережі.

РОЗДІЛ 1. ІСНУЮЧІ МЕТОДИКИ
ВИЗНАЧЕННЯ ПИТОМИХ ТЕПЛОВИХ ВТРАТ
ЧЕРЕЗ ТЕПЛОІЗОЛЯЦІЙНИЙ ШАР

МКР 23.144.44 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Розроб. Цюпа О.М. Існуючі методики визначення Літ. Арк. Акрушів
Перевір. Калейніков Г.Є. питомих теплових втрат через
Реценз. теплоізоляційний шар
Н. Контр. ЧДТУ, МТЕ-88
Затверд. Калейніков Г.Є.
РОЗДІЛ 1. ІСНУЮЧІ МЕТОДИКИ ВИЗНАЧЕННЯ ПИТОМИХ
ТЕПЛОВИХ ВТРАТ ЧЕРЕЗ ТЕПЛОІЗОЛЯЦІЙНИЙ ШАР
1.1 Особливості застосовуваних методик

Проаналізувавши роботи авторів [7-9], можна стверджувати про те, що
існує велика кількість методів визначення питомих тепловтрат при
транспортуванні теплоносія від джерела до кінцевого споживача. конкретного
виду мереж.
Кількість теплоти, що йде через теплоізоляційний контур, залежить від
ряду факторів, таких як:
• Температури зовнішнього повітря та швидкості вітру;
• Температурний режим;
• Термін служби та умови експлуатації трубопроводів;
• Матеріалів, з яких виготовлена теплоізоляційна конструкція;
• Протяжність трубопроводів;
• Тип прокладки трубопроводів (підземна, надземна).
Існує експериментальна оцінка теплових втрат, даний метод враховує
вимірювання витрати та різницю температури робочого тіла в циркуляційному
контурі, що складається, як правило, із прямої та зворотної лінії. Варто
зазначити, що деякі теплові мережі мають хороший стан теплової ізоляції,
отже, при гідравлічному і температурному режимах роботи, теплові втрати
мінімальні і становлять близько 0,6 °С на один кілометр [9-11]. Даний фактор
є серйозним обмежувачем у проведенні аналізів теплових втрат, тому що
необхідна мінімальна різниця температур має бути 8 °С [12], що робить
максимальну довжину циркуляційного контуру орієнтовно 13 кілометрів,
проведення випробувань на таких коротких ділянках може призвести до
порушення гідравлічного режиму.
Проблема, що з необхідністю відключення споживачів, вирішується під
час використання методу теплових хвиль. При використанні даного методу
відбувається зміна температурного режиму теплоджерела, що призводить до
створення температурних хвиль [13]. Слідом проводяться високоточні
контактні виміри температури робочого тіла на початку та в кінці
розрахункової ділянки теплової мережі, а також фіксується внутрішній діаметр
трубопроводу та швидкість руху робочого тіла (теплоносія).
Також існує контактний спосіб визначення теплових втрат, який
заснований на вимірі температурних полів грунтових поверхонь навколо
діючого теплопроводу, при якому втрати тепла визначаються за відомими
співвідношеннями [14]. Даний спосіб має ряд недоліків, одним з яких є
необхідність установки датчиків температури (термопари) в масивах грунту,
даний спосіб включає розкриття прокладених під землею теплотрас.
З кожним роком зростає інтерес до аналітичного визначення втрат
теплоти у трубопроводах [15]. Даний метод цікавий з огляду на те, що
експериментальний метод оцінок теплових втрат є менш ефективним і більш
трудомістким.
За наведеними в [16] даними показано, що на практиці нерідко
зустрічаються теплові мережі з частковим або повністю зруйнованим шаром
ізоляції. У сучасній літературі такі дефекти ізоляційної конструкції освячені
недостатньо.
Авторами [21-23] було запропоновано визначати питомі втрати тепла
спираючись на дані, отримані з вимірювальних приладів, встановлених у
споживачів. На підставі показань датчиків температури, витрати та тиску
теплоносія обчислювалися втрати тепла.
Теплові втрати знаходять за виразом:
Qni = kFi-(Tcp — TH),BT, (1)
де kFi - комплекс трубопроводу, визначений один раз за показаннями
приладів обліку для кожного кінцевого споживача, Вт/К;
Тн – середньо встановлена температура зовнішнього повітря. До;
Тср = О,5(То — ТК) - Середня температура на ділянці тепломережі. До;
То и Т к - температури теплоносія на виході з джерела та на вході
конкретного споживача, відповідно, К.
Щоб отримати коректні дані при даному способі вимірювання,
необхідний комплекс засобів автоматизації кожного споживача і на джерелі
тепла. Крім цього, виникає необхідність проводити виміри, температури,
витрати теплоносія і тиску для обчислення комплексу трубопроводу kFL. Для
неврахованих споживачів пропонувалося проводити виміри за допомогою
портативного вимірювального приладу, що у свою чергу є трудомістким для
теплопостачальних компаній через велику кількість абонентів. Незважаючи на
велику кількість встановлених приладів обліку у ЖКГ, актуальність питання
не змінилася [17-19].
Завдяки програмним комплексам таким, як ZuluThermo, вдається знизити
час розрахунку і трудомісткість процесу обчислення. Даний програмний
комплекс, що створює температурні графіки, креслення має можливість
проводити гідравлічний та температурний розрахунки.
1.2 Методи визначення вартових втрат теплоти
Для знаходження часових втрат теплоти існує кілька способів:
1. Визначення часових втрат теплоти в теплових мережах за нормативами
2. Розрахунок виходячи з отриманих експериментальних даних
3. За допомогою приладів обліку кінцевих споживачів теплоти
4. Теплотехнічний розрахунок
Визначення годинних теплових втрат через теплоізоляційний контур,
ґрунтується на відомостях про конструктивні особливості теплопроводів та
табличних значень норм теплового потоку [20].
Залежно від року проектування трубопроводів вибираються різні
нормативні значення годинникових теплових втрат [21]:
1) з 1959 р. по 1989 р. включно;
2) з 1990 р. по 1997 р. включно;
3) з 1998 р. по 2002 р. включно;
4) з 2003 р. до теперішнього часу.
Для трубопроводів підземного типу прокладки розрахунок нормативних
питомих втрат теплової енергії визначають за виразом:
Т1 Т1 Т2 ∆��сг
ср −∆ТТ1
( ) ср ��
��н = ��н + ��н − ��н ∗ ��
Т2 Т1 , (2)
∆��ср −∆Тср м
де ��Т1
н - питома втрата тепла в трубопроводі, що подає і зворотному,
сумарно, при меншому, ніж для даної мережі, табличному значенні різниці
середньорічних температур мережевої води і грунту, Вт/м;
��Т2
н - питома втрата тепла в трубопроводі, що подає і зворотному, сумарно,
при більшому, ніж для даної мережі, табличному значенні різниці
середньорічних температур мережевої води і грунту, Вт/м;
∆��сг
ср - різниця середньорічної температури мережевої води та ґрунту для
даної теплової мережі. К;
∆ТТ1
ср - менше, ніж цієї мережі, табличне значення різниці середньорічних
температур мережевої води та грунту. К;
∆ТТ2
ср - більше, ніж цієї мережі, табличне значення різниці середньорічних
температур мережевої води та грунту, К.
Для визначення середньорічного температурного режиму робочого тіла та
ґрунту використовують вираз:
��сг−∆��сг
ср
∆��сг 0 сг
ср = − ��ср , К, (3)
2
де ��сг − ∆��сг
ср 0 - середньорічна температура мережевої води в подає і
зворотному трубопроводах, К;
��сг
ср - середньорічна температура ґрунту на середній глибині закладення
осі трубопроводів, К.
Метод оцінки втрат тепла за питомими нормативними втратами носить
оцінний характер, оскільки в розрахунку враховується лише рік та спосіб
прокладання трубопроводу, його діаметр, а також кількість годин роботи за рік
[22]. Варто звернути увагу на те, що отримані дані можуть відрізнятись один
від одного через технічний стан теплової ізоляції на різних ділянках
трубопроводу, отже, не можна судити про стан теплотраси лише за
нормативами. Величина нормативних теплових втрат є обмежувальним
діапазоном, який не слід перевищувати при передачі тепла.
Тепломережова компанія, за якою закріплена ділянка теплової мережі,
повинна проводити випробування з метою виявлення величини тепловтрат при
транспортуванні теплоносія. Випробування проводять раз на п'ять років [23-
25].
Для більш точних результатів прийнято враховувати поправочний
коефіцієнт, який знаходять за виразом:
��
�� = із.год.і , (4)
��із.год.н
де ��із.год.і, ��із.год.н - втрати тепла, знайдені в процесі випробувань,
перераховані на середньорічні умови експлуатації кожної випробуваної
ділянки трубопроводів теплової мережі, та втрати, визначені за нормами для
тих самих ділянок, Вт.
З урахуванням поправочного коефіцієнта питомі годинні втрати тепла
знаходять за виразом:
ср.г.
��норм = ∑(�� ∗ �� ∗ �� ∗ ��), Вт. (5)
Така методика не є універсальною, оскільки всі трубопроводи
експлуатуються в різних умовах і мають індивідуальний характер зносу
теплоізоляційного контуру. Виходячи з цього, для більш точної оцінки питомих
теплових втрат, виникає необхідність проводити випробування по всіх
ділянках теплової мережі, що в свою чергу є дорогою процедурою і тривалою
за часом, т.к. випробування потребує відключення споживачів [26].
На підставі показань встановлених лічильників у споживачів стає
можливим визначення теплових втрат при транспортуванні теплоносія.
Транспортні теплові втрати знаходяться через вираз:
�� вим. вим.
втр = ��опт − ��потреб, Вт, (6)
де ��вим.
опт – кількість тепла, відпущеного на тепловому джерелі, Вт;
��вим.
потреб – кількість тепла, використаного кінцевим споживачем, Вт.
Даний вираз визначає теплові втрати, пов'язані з витоками робочого тіла,
водночас воно не дозволяє відстежити теплові втрати, спричинені
охолодженням робочого тіла [27].
Слід зазначити, що основним недоліком методу визначення часових втрат
за приладами обліку є відсутність у більшості споживачів приладів обліку,
отже, даний метод обліку складно реалізуємо. Також у вимірювальних
теплових приладів існує похибка, отже, отримані дані не можна вважати
достовірними.
Визначення теплових втрат методом теплотехнічного розрахунку
проводиться:
1. Для ділянок трубопроводів, що не мають аналогів серед випробуваних
за типами прокладки та теплоізоляційних конструкцій та не є характерними
для даної теплової мережі;
2. Для ділянок трубопроводів, що вводяться в експлуатацію після
капітального ремонту, а також монтажу або реконструкції, при яких
проводилися роботи зі зміни типу та конструкції прокладання або заміни
теплової ізоляції;
3. За незначної оснащеності споживачів приладами обліку.
1.3 Види трубопроводів
Трубопровід - це інженерна споруда різного ступеня складності, яку
використовують для транспортування газоподібних, зріджених та рідких
речовин, що перебувають під тиском.
Основною функцією трубопроводів є транспортування сировини від
місця виробництва до місця споживання. Залежно від виду сировини, яку
переміщують трубопроводом, визначається і його найменування: паропровід,
нафтопровід, водопровід, бензопровід, газопровід [28].
Незважаючи на призначення та виду укладання трубопроводу, величезну
роль грає вибір високоміцних матеріалів для герметизації та захисту [29].
Основним способом захисту трубопроводу від корозії, механічного
впливу, агресивності сировини, що перевозиться, перепадів температури,
наносять спеціальні теплоізоляційні та антикорозійні покриття.
Існує безліч трубопровід, кожен із них призначений для різних
технологічних потреб, розберемо основні з них [30-34].
Трубопроводи прийнято класифікувати:
За масштабом:
• Магістральні – найбільші інженерні мережі для транспортування
сировини на великі відстані;
• Технологічні – використовують із метою постачання промислових
підприємств;
• Комунальні – забезпечують житловий та нежитловий фонд теплом,
водою, газом.
За способом прокладання:
• Надземні трубопроводи, які споруджують на висоті не менше 25 см від
ґрунту на опорах, балках та естакадах;
• Підземні трубопроводи, що їх укладають у траншеї, канави, тунелі,
штучні насипи;
• Підводний трубопровід, даний вид споруди проходить дном водойми або
у спеціально проритих траншеях;
• Плаваючі. Як правило, до таких трубопроводів додатково кріплять
поплавці. Укладання проводиться поверх водойми.
За типом сировини, що транспортується:
• Водопровід – здійснює транспортування питної води;
• Повітропровід – транспортує стиснене повітря;
• Газопровід – доставляє природний газ;
• Нафтопровід - забезпечує промислові підприємства сирою
необробленою нафтою або нафтопродуктами;
• Паропровід - транспортує пар, що знаходиться під тиском;
• Теплопровід- виконує функцію передачі теплоносія до кінцевих
споживачів.
За тиском:
• Трубопроводи низького тиску – тиск у трубному просторі не перевищує
12 атмосфер;
• Середнього тиску – від 12 до 25 атмосфер;
• Високого тиску – показник понад 25 атмосфер.
За температурою речовини, що передається:
• Холодні трубопроводи – температура робочого тіла близько 0°С та нижче
• Середньотемпературні - температура сировини, що передається,
варіюється від +1°С до +45°С
• Високотемпературні або гарячі – робоче тіло досягає температури понад
46°С
Як відомо, трубопроводи теплових мереж прокладають на землі, у землі
та над землею. Незалежно від способу укладання мереж, виникає необхідність
забезпечувати більшу надійність роботи системи за найменших капітальних та
експлуатаційних витрат. Отже, виникає необхідність детальніше розібрати
способи прокладання теплових мереж [35].

1.2 Надземні трубопроводи

При укладанні трубопроводів вибір способу монтажу залежить від
місцевих умов, де проводиться монтаж. Як стверджують автори [37-38],
надземний спосіб монтажу трубопровід прийнято використовувати в районах
із вічномерзлими ґрунтами, при несприятливому рельєфі місцевості, на
територіях промислових підприємств.
Даний вид прокладки зарекомендував себе досить надійним у процесі
експлуатації, завдяки цьому стає можливим у найкоротші терміни визначити
та ліквідувати аварію. Зазначається, що такі трубопроводи доступні для
щоденного огляду та обслуговування, отже, збільшується термін служби [39].
На стадії монтажу витрачається менше часу та сил у порівнянні з підземним
способом укладання.
Монтаж надземних трубопровід здійснюють на опорах, що стоять окремо,
естакадах, фермах або підвісних конструкціях.
При монтажі даного типу трубопроводів застосовується низка вимог, а
саме, при встановленні в непроїжджих районах, висота розташування
теплових мереж від поверхні землі до трубопроводів повинна бути не менше
0,6 м. При монтажі теплових мереж через вулиці та проїзну частину, висота
розташування трубопроводів від рівня проїжджої частини до зовнішнього
шару ізоляції має бути не менше 4,5 м. При укладанні через залізничні колії
відстань від головки рейки до зовнішнього шару ізоляції не більше 6,4 м. При
прокладанні трубопроводів на території підприємств та естакадах
допускається спільне встановлення теплових мереж технологічними
трубопроводами. Встановлення арматури здійснюється у місцях зручних для
ремонту та обслуговування, разом з цим передбачено встановлення
майданчика з поручнями та сходами [40].
Відповідно до ГОСТ 14202-69, поверх ізоляції трубопроводів, наносяться
розпізнавальні кільця, шириною 0.5 м., які вказують параметри та тип
середовища (Рис. 2).
Однак, при використанні надземного теплові втрати теплових мереж
зростають через руйнівні фактори, викликані природними явищами, такими як
дощ, вітер та ін.

Таблиця 1 - Визначення середовища за кольором
Транспортована речовина Приклади і найменування
Цифрові значення групи Найменування кольорів розпізнавального
забарвлення
1 Вода Зелений
2 Пар Червоний
3 Повітря Синій
4 Гази горючих Жовтий
5 Гази негорючих
6 Кислоти Помаранчевий
7 Луги Фолетовий
8 Рідина горюча Коричневий
9 Рідина негорюча
0 Інші речовини Сірий

1.3 Підземні трубопроводи

Даний вид прокладання теплових мереж добре зарекомендував себе в
містах та населених пунктах, з погляду архітектурного вигляду. Завдяки такому
технологічному обертанню, теплові мережі не заважають руху транспорту та
дозволяє скоротити теплові втрати за рахунок використання теплозахисних
властивостей ґрунту. Промерзання грунту не становить небезпеки для
трубопроводів, тому з'являється можливість прокладання в зоні сезонного
промерзання грунту. Підземні теплові мережі прийнято прокладати на глибині
від 0,5 до 2 м і нижче за поверхню землі [41].
До недоліків підземних прокладок теплових мереж можна віднести:
небезпека зволоження та руйнування ізоляції внаслідок впливу ґрунтових або
поверхневих вод, що призводить до серйозного збільшення втрат тепла, а
також небезпека зовнішньої корозії труб внаслідок впливу блукаючих
електричних струмів, вологи та агресивних речовин, що містяться у ґрунті
[42]. Підземні прокладки теплових мереж нерідко потребують ремонту, що
викликає необхідність розкриття вулиць, проїздів та дворів.
Конструктивно підземні трубопроводи поділяють на два принципово
різних види укладання, а саме канальні та безканальні [43-44].
Технологія канальної кладки теплових мереж вважається досконалою,
при використанні каналів теплові мережі захищені від впливу вологості грунту,
від навантажень, викликаних транспортом і самим грунтом. Теплові мережі в
канальній кладці мають можливість самокомпенсуватись у кутових місцях за
рахунок технологічного простору між стінкою каналу та трубою. Даний вид
кладки теплових мереж зручний в обслуговуванні експлуатуючого персоналу
за рахунок постійного доступу до теплових мереж, що дозволяє оперативно
виконувати необхідний перелік робіт [45].
Найбільшого розвитку отримав безканальний спосіб прокладання
трубопроводів. Даний вид укладання є перспективним технологічним
рішенням з огляду на здешевлення вартості монтажу. Однак через -
безпосередньо контакту з грунтом, теплові мережі знаходяться в умовах
фізико-механічних впливів (вологість грунту, тиск грунту і зовнішніх
навантажень і т. п.), ніж в канальних прокладках. Безканальний спосіб
прокладання можливий при використанні механічно міцної
теплогідроізоляційної оболонки, здатної захистити теплові мережі від
теплових втрат і витримувати навантаження, що передаються ґрунтом [4647].
Теплові мережі із зовнішнім діаметром труб до 400 мм включно,
рекомендується прокладати переважно безканальним способом.

1.4 Зміна термодинамічних характеристик теплової ізоляції у процесі
експлуатації

Основним фактором, що викликає збільшення термодинамічних втрат у
трубопроводах, є руйнування шару ізоляції у процесі експлуатації [48]. З
численних спостережень виділяють такі причини, що впливають на
руйнування теплоізоляційних конструкцій:
• Регулярні теплоперепади та теплові напруги в теплоізоляційному
контурі;
• Механічні пошкодження, спричинені розвантаженням, укладанням та
монтажем трубопроводів під час будівництва або ремонту теплових мереж;
• ушкодження при ліквідації аварій або капітальному ремонті;
• Проникнення вологи в прохідні та непрохідні канали трубопроводів,
викликаних затопленням або витіканням води у зв'язку з проривом
трубопроводів;
• У разі надземної прокладки пошкодження ізоляції викликані
спецавтотехнікою або вандалами.
• Питомі втрати тепла виникають унаслідок деформації
теплоізоляційного контуру, викликаного провисанням
трубопроводу під власною вагою та інших технологічних конструкцій.
• Провисання трубопроводів викликають деформацію шару ізоляції,
внаслідок чого з'являється повітряний прошарок між трубою та ізоляцією.
Наведені вище чинники виявляються незалежно від кліматичних умов
експлуатації і спостерігається у всіх регіонах України [49].

1.5 Висновки по главі та постановка завдань

Слід зазначити, що нині більшість теплотрас експлуатуються в
позаштатних режимах, що призводить до зростання теплових втрат через
теплоізоляційні конструкції трубопроводів при транспортуванні робочого тіла
від джерела тепла до кінцевого споживача.
При проведенні аналізу було встановлено, що експериментальне
визначення теплових втрат є трудомістким з тимчасової та економічної точки
зору, у зв'язку з цим дана методика є важкореалізованою і не може регулярно
виконуватися в повному обсязі.
Теплотехнічний розрахунок втрат теплоти, так само не дозволяє
достатньо точно оцінити втрати тепла при транспортуванні теплоносія через
використання в розрахунку довідкових значень коефіцієнтів теплопровідності
ізоляційних конструкції, які не враховують ряд експлуатаційних факторів.
При використанні індивідуальних теплових приладів обліку у кінцевих
споживачів можна оцінити лише усереднені теплові втрати в трубопроводах.
Отримані дані не дають повного уявлення про стан ізоляції на конкретних
ділянках теплових мереж, причому такі прилади обліку мають похибку, що
впливає на точність показань.
Існують методи математичного моделювання теплових втрат за
допомогою різних програмних комплексів. Дана методика набуває широкого
поширення та розвитку в теплотранспортних компаніях.

РОЗДІЛ 2 МЕТОДИКА ВИЗНАЧЕННЯ
ТЕПЛОВИХ ВТРАТ У МЕРЕЖАХ
ТЕПЛОПОСТАЧАННЯ

МКР 23.144.44 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Розроб. Цюпа О.М. Методика визначення теплових Літ. Арк. Акрушів
Перевір. Калейніков Г.Є. втрат у мережах
Реценз. теплопостачання
Н. Контр. ЧДТУ, МТЕ-88
Затверд. Калейніков Г.Є.
РОЗДІЛ 2 МЕТОДИКА ВИЗНАЧЕННЯ ТЕПЛОВИХ ВТРАТ У
МЕРЕЖАХ ТЕПЛОПОСТАЧАННЯ
2.1 Адаптація методики розрахунку для смт. Драбів
У цьому розділі представлено рішення завдання аналітичним шляхом
визначення теплових втрат у трубопроводах з урахуванням реальних умов
експлуатації мереж.
Як об'єкт дослідження було розглянуто фрагмент типової двотрубної
теплової мережі смт. Драбів (Рис. 3).

Рис. 3 – Фрагмент прокладки типової двотрубної теплової мережі смт.
Драбів
У цьому прикладі, основним способом прокладання трубопроводів є,
традиційний метод підземної кладки в непрохідних каналах. Даний метод
обраний через естетичні, архітектурно-планувальні міркування.
Конструкція непрохідного каналу складається з лотків та плит
перекриттів, виконаних із залізобетонних елементів. Характеристики ділянок
наведені у таблиці 1.
Розрахунок втрат теплоти при якісному регулюванні здійснюється за
середніх кліматичних умов району (таблиця 2).
Існує ряд припущень при вирішенні завдань щодо визначення теплових
втрат, а саме:
1) При розрахунку не розглядається опір стінок труб і каналів у яких вони
розміщені, це викликано тим, що їх термічний опір значно менший за опір
ізоляційного шару;
2) У розрахунках не враховують термічний опір тепловіддачі від робочого
тіла до внутрішньої стінки труби, оскільки воно менше опору зовнішньої
поверхні ізоляції;
3) Термодинамічні характеристики речовин є постійними та відомими
величинами
4) Шари ізоляції, яким покритий трубопровід складається з: шару
чорнової (основної) ізоляції, шару чистової ізоляції (руберойд, склотканина та
ін.), в кінці наноситься захисне покриття (оцинковане залізо або алюміній).
Зважаючи на те, що чистова ізоляція і захисне покриття мають значно менший
термічний опір порівняно з опором чорнової ізоляції, їх опором при проведенні
аналізу можна знехтувати;
5) Отримані розрахункові дані застосовні для системи із закритим типом
теплопостачання;
6) Вважається, що система герметична і не має дефектів, а отже, витоку
теплоносія відсутні.
Таблиця 1
Характеристики теплової мережі в смт. Драбів
№ Умовний Довжина Спосіб Тип Зовнішній Умови
уч діаметр, ділянки, прокладання ізоляції діаметр експлуатації
- мм м ізоляції, мм та стан ізоляції
ка
Підзе- МВ Вологе повітря у
1 150 80 250
мний каналі
Вологе повітря у
2 150 140 250
каналі
Вологе повітря у
3 150 410 250
каналі
40% зволоження
4 100 130 250
ізоляції
Вологе повітря у
5 150 140 250
каналі
Вологе повітря у
6 150 145 250
каналі
100% зволоження
7 150 50 250
ізоляції
100% зволоження
8 80 160 160
ізоляції
Деформація
9 150 140 250
ізоляції
Вологе повітря у
10 80 145 160
каналі
Вологе повітря у
11 150 70 250
каналі
Вологе повітря у
12 150 30 250
каналі
Вологе повітря у
13 100 100 180
каналі
100% зволоження
14 100 240 180
ізоляції
100% зволоження
15 100 80 180
ізоляції
Вологе повітря у
16 50 140 177
каналі
Вологе повітря у
17 50 210 177
каналі

Таблиця 2
Кліматичні дані смт. Драбів
№
Параметр Значення
п/п
1 Температура зовнішнього повітря, 253
2 Середня температура ґрунту на глибині закладення (5 м) підземного 278
трубопроводу, К
3 Температура прямої мережної води, 373
4 Температура зворотної мережної води, 363
5 Середня швидкість вітру, м/с 5

Описані вище чинники відображають реальний експлуатаційний режим
роботи більшості теплових мереж України.

2.2 Основні термодинамічні рівняння визначення теплових втрат

Вирішення завдань щодо визначення втрат тепла при транспортуванні
теплоносія від джерела до кінцевого споживача, засноване на базових законах
термодинаміки та темпломасообміну.
За допомогою виразу 7 здійснюється розрахунок питомих теплових втрат
через ізоляційний шар трубопроводів.
�� −��
�� = в н Вт
, , (7)
�� м
де ��в – температура робочого тіла (води) у теплових мережах, К;
��н – температура навколишнього середовища, К;
R – термічний опір теплопроводу.
При більш детальному розгляді теплових мереж, зазначається наступне,
теплота, що передається теплоносієм до навколишнього середовища, спочатку
проходить внутрішню поверхню трубопроводу, потім 28 шар матеріалу, з якого
зроблена труба, далі шар теплової ізоляції і в кінці проходить через зовнішню
поверхню теплової ізоляції [50].
мК
�� = ��вн + ��тр + ��і + ��н, , (8)
Вт
де ��вн – є термічним опором внутрішньої поверхні трубопроводу (X
К)/Вт;
��тр – є термічним опором стінки труби, (м. К)/Вт;
��і – є термічним опором теплоізоляційного шару;
��н – є термічним опором зовнішнього шару теплової ізоляції.
Відповідно до класичних законів термодинаміки, термічний опір
циліндричної поверхні знаходиться за виразом (9):
1 мК
�� = , , (9)
��∗��∗�� Вт
де d – діаметр трубопроводу, м;
а – коефіцієнт тепловіддачі на поверхні, Вт/(м2 К).
Для розрахунку коефіцієнта тепловіддачі від поверхні до довкілля
використовують вираз (10):
Вт
�� = ��к.в. + ��к.пр. + ��к.вимуш. + ��н, , (10)
м2∗К
де, ��к.в. – коефіцієнт тепловіддачі випромінюванням, Вт/(м2 К);
��к.пр. – коефіцієнт тепловіддачі при природній конвекції, Вт/(м2 • К);
��н – коефіцієнт тепловіддачі при вимушеній конвекції, Вт/(м2 К).
При розрахунку коефіцієнта тепловіддачі випромінюванням
застосовують вираз (11):
Т 4 Т
( ) −( н )4
Вт
��л = С ∗ 100 100 , , (11)
Т−Т м2
н ∗К
де С = 3,8 ... 4,3, Вт/(м2 • К4) – коефіцієнт випромінювання.
Т–температура випромінюючої поверхні, К.
Прийнято використовувати формулу Нуссельта для визначення
коефіцієнта тепловіддачі від горизонтальної труби до повітря при природній
конвекції, вираз (12):
4 Т−Т Вт
��к.пр. = 1,16 ∗ √ н , , (12)
�� м2∗К
Залежно від числа Рейнольдса визначається коефіцієнт конвективної
тепловіддачі при вимушеній конвекції повітря.
��∗��
���� = , (13)
��
де �� – середня швидкість руху середовища, м/с;
v – кінематична в'язкість середовища, м2/с.
Число Рейнольдса визначає режим перебігу середовища при значеннях Re
≥ 1 ∗ 1033 спостерігається перехідний або турбулентний режим перебігу
середовища.
��ф∗����0,6∗��ср Вт
��к.пр. = 0,216 , , (14)
�� м2∗К
Якщо значення числа Рейнольдса Re < 1 ∗ 1033, спостерігається
ламінарний режим перебігу середовища [51]. При ламінарному режимі
розрахунок коефіцієнта тепловіддачі при вимушеній конвекції розраховується
за допомогою виразу (15):
�� ∗����0,5
ф ∗��ср Вт
��к.пр. = 0,43 , , (15)
�� м2∗К
де ��ср - коефіцієнт теплопровідності середовища, Вт/(м^К);
d – діаметр циліндричної поверхні, м;
��ф - поправочний коефіцієнт, що враховує напрямок руху середовища
щодо поверхні.
У таблиці 3 відображені значення поправного коефіцієнта напрям вітру.
Таблиця 3
Значення поправочного коефіцієнта враховує напрямок потоку вітру.
Ф, град 90 80 70 60 50 40 30 20 10
βф 1 1 0,98 0,95 0,87 0,77 0,67 0,60 0,55

Як правило, поправочний коефіцієнт приймається усередненим
βф = 0,821, це пов'язано з тим, що напрямок вітру є змінною величиною і
встановити кут Ф щодо осі розташування трубопроводу досить складно.
Виходячи з заздалегідь відомих початкових даних, а саме, температура
поверхні ізольованого трубопроводу, завдання визначення втрат теплоти,
вирішується методом послідовних наближень: за заданим коефіцієнтом
тепловіддачі на зовнішній частині трубопроводу, знаходять питомі
тепловтрати і температуру поверхні, слідом проводиться перевірка
розбіжностей заздалегідь прийнятої і розрахункової величини а.
Вираз (16) дозволяє обчислити термічний опір у циліндричному шарі:
1 �� м∗К
�� = ���� 2 , , (16)
2∗��∗�� ��1 Вт
де �� - коефіцієнт, що відображає теплопровідність шару, Вт/(м*К);
��12 - зовнішній діаметр трубопроводу, м;
��1 - внутрішній діаметр трубопроводу, м.м.
За допомогою виразу (17) знаходяться питомі втрати теплоти ізольованих
теплових мереж.
��∗(��
�� = в−��н) Вт
1 �� 1 , , (17)
���� 2+ м
2∗��пр. ��1 ��2∗��пр.

де ��пр. - коефіцієнт що показує теплопровідність шару, Вт/(м*К);
��пр. - повний коефіцієнт тепловіддачі від поверхні ізоляції до
навколишнього середовища, Вт/(м2*К);
��2 - зовнішній діаметр шару ізоляції покриває трубопровід, м;
��1 - зовнішній діаметр труби, м.
Необхідно враховувати зволоження шару ізоляції. Від того, скільки вологи
здатний вмістити в себе матеріал, залежить його теплопровідність [52].
Ефективна теплопровідність зволоженого шару ізоляції розраховується за
виразом (18):
��еф. = ��пр. ∗ ��пр. + ��ж ∗ ��ж, ; (18)
��пр. + ��ж = 1; (19)
��������
ж = ��. (20)
Тут, ��пр. + ��ж, - об'ємна частка теплоізоляції та рідини відповідно;
��пр., ��ж - довідковий коефіцієнт теплопровідності ізоляції та рідини
відповідно, Вт/(м*К);
��������
ж - максимальна частка рідини у матеріалі ізоляції;
f - Показує яку пористість має ізоляційний шар.
Вважають, що одна з найбільших питомих теплових втрат пов'язана з
вологим повітрям, яке взаємодіє з підземними трубопроводами. Вологість, що
містилися в повітрі, з часом починає проникати в шар ізоляції і витісняти
звідти сухе повітря, в результаті коефіцієнт теплопровідності різко зростає, що
веде за собою збільшення теплових втрат на ділянці. Як правило при
розрахунках коефіцієнт вмісту вологи приймають ��������
ж = 0,0126 [53].
При повній відсутності шару ізоляції теплові втрати розраховуються за
виразом (21):
��∗(��
�� = в−��н) Вт
1 , , (21)
м
��2∗��тр.
де ��тр. - повний коефіцієнт тепловіддачі від стінки труби, Вт/(м2*К).
Як показує практика, при оцінці питомих теплових втрат, врахувати всі
порушення теплоізоляційної конструкції досить важко і трудомістко, до того ж
більшість дефектів, побачити неможливо [54]. У цьому випадку при
розрахунку відбувається імітація відсутнього або деформованого шару ізоляції
шляхом виключення з області рішення сегмента, габарити якого прирівнюють
до габаритів пошкоджених ділянок, що продемонстровано на Рис. 4.

Рис. 4 - Перетин трубопроводу з частково відсутньою ізоляцією:
��тр.вн. - внутрішній діаметр трубопроводу;
��тр.н. – зовнішній діаметр трубопроводу;
��із.н. - зовнішній діаметр теплоізоляції
Теплові втрати енергії через шар ізоляції знайдемо за формулою (22):
(��в−��
�� = н) Вт
��1 �� , , (22)
пр. 1
+ м2
��пр. ��пр.
де ��в – температура середовища в трубі. оС;
��н – температура зовнішнього повітря. оС;
��пр. - товщина теплоізоляційної конструкції теплової мережі, м;
��пр. – коефіцієнт теплопровідності теплової ізоляції, Вт/(м-К);
��пр. - коефіцієнт тепловіддачі зовнішньої стінки ізоляційної конструкції,
Вт/(м2*К).
Величину теплових втрат через неізольовану ділянку мережі знаходять за
виразом:
��в−��н Вт
����2 = 1 , , (23)
м2
��тр.
де ��пр. - коефіцієнт тепловіддачі від поверхні трубопроводу в навколишнє
середовище, Вт/(м2*К).
Для переведення поверхневої щільності теплового потоку (Вт/м2) у
лінійну (Вт/м), віднесену до 1 м довжини трубопроводу, використовують
вираз, який застосовується для переведення виміряних втрат теплової енергії
за допомогою поверхневих датчиків щільності теплового потоку в лінійні
втрати:
Вт
���� = ���� ∗ ��окр, , (24)
м
де ��окр – довжина дуги кола.
Довжина дуги частини сегмента теплоізоляційного шару, що бракує,
знаходиться за виразом:
��окр2 = ��окр ∗ ��, м, (25)
де �� - довжина дуги кола.
Тоді довжина дуги ізольованої поверхні знаходиться за виразом (26):
��окр1 = ��окр ∗ (1 − ��), м, (26)
Результуючі теплові втрати вважаються за формулою
Вт
���� = ����1∗��окр1 + ����2 ∗ ��окр2, , (27)
м
Слід зазначити, що не менш частим дефектом ізоляції шару є її
деформація. При розрахунках розмір повітряного прошарку, який утворюється
внаслідок деформації конструкції, що приймають рівною товщині верхньої
ущільнювальної частини теплоізоляційної конструкції [55].
Цей випадок продемонстровано Рис. 5.

Рис. 5 – Схема області рішення для теплопроводу з помірно
деформованою ізоляцією (4 сегменти розбиття):
������ – тепловий потік через верхню поверхню трубопроводу, Вт/м2;
����Б - тепловий потік через бічну поверхню трубопроводу, Вт/м2;
����Н - тепловий потік через нижню поверхню трубопроводу, Вт/м2;
��пр. – товщина теплоізоляційного шару, м.м.
Тепловий потік через верхню поверхню визначають за такою формулою:
��в−��н Вт
������ = �� , , (28)
пр.⁄ 1 м2
2+
��пр. ��пр.
Тепловий потік через бічну поверхню визначаються за формулою:
��
�� = в−��н Вт
��Б �� , , (29)
пр. 1 2
+ м
��пр. ��пр.
Тепловий потік через нижню поверхню знаходять за такою формулою:
�� −��
�� = в н Вт
��Н �� , , (30)
2
�� пр.
пр. ⁄ 1 м
+ 2 +
��пр. ��еф.воз. ��пр.
де ��еф.воз. - ефективна теплопровідність повітряного прошарку між
стінкою сталевої труби і ізоляцією, що провисла, Вт/(м*К).
Зазначимо, що в процесі експлуатації, коли як ізоляційний матеріал
використовують ППУ. у провислом шарі ізоляції накопичується волога. Ця
обставина також впливає зміну коефіцієнта теплопередачі і величину втрат
теплоти.
В даному випадку, була покращена методика розрахунку шляхом
додавання поправочних коефіцієнтів, що враховують цей шар вологи та
повітряного прошарку.
Схема області рішення при частковій деформації ізоляції з вологою, що
накопичилася, в провислом шарі ізоляції відображена на Рис. 6.
У разі наявності вологи в провислом шарі ізоляції, втрати через нижню
стінку вважаються як для тришарової ізоляції:
��в−��
�� = н Вт
��Н �� �� , , (31)
воз 2
�� ⁄ вл. м
пр. ∆�� ⁄
пров ∆��пров 1
+ + +
��пр. ��еф.воз. ��еф.воз. ��пр.
де ��вл. – товщина водяного шару, м;
��еф.воз. – ефективна теплопровідність водяного шару, Вт/(м-К).
Для переведення в лінійні втрати необхідно визначити довжину дуги кола
верхньої, бічної та нижньої частин трубопроводу:
(��тр.н.+��пр.)
��В = , м, (32)
4
(��тр.н.+2��пр.)
��Б = , м, (33)
4
(��тр.н.+3��пр.)
��н = , м, (34)
4

Рис. 6 - Схема області рішення для трубопроводу при частковій
деформації ізоляції з вологою, що накопичилася, в провислом шарі ізоляції
Лінійні теплові втрати від теплопроводу з деформованою ізоляцією
знаходяться підсумуванням творів теплових потоків на довжину відповідної
дуги:
Вт
���� = ������ ∗ ���� + 2������ ∗ ��Б + ������ ∗ ����, , (35)
м
Доведено, що точність знаходження теплових втрат методом розбиття
перерізів трубопроводу на сегменти не істотно збільшується при зростанні
кількості розбиття.
У методиці, запропонованій Циганковою Ю.С. [56] враховані
теплофізичні характеристики ізоляції, які здатні вплинути на термічний опір
теплоізоляційного контуру. Ця методика була вдосконалена шляхом обліку
додаткової втрати тепла від вологи, що накопичилася, в провислом шарі
ізоляції (див. формулу 31).

2.3 Методика розрахунку

Циганкової Ю.С. було побудовано алгоритм розрахунку питомих
теплових втрат, що дозволило суттєво оптимізувати відомі аналітичні
методики [56]. При цьому з використанням програми Matlab був розроблений
програмний комплекс, що має наступну низку переваг:
1. Скорочуються тимчасові витрати на розрахункову частину.
2. Враховує вплив вологості, температури матеріалу в конструкції,
можливість усадки конструкції, а також фактор старіння та руйнування
матеріалу в процесі експлуатації. Перелічені фактори наближають отримані
теплові втрати до реальних значень.
3. З'являється можливість збільшення кроку розрахунку, що підвищує
точність даних.
4. З'являється можливість проведення аналізу теплових втрат на всій
ділянці теплової мережі та на кожній конкретній ділянці.
5. На основі отриманих даних складаються обґрунтовані плани з
ремонтних робіт на ділянках теплових мереж.
6. У представленому програмному комплексі існує можливість оцінки
якості одержуваної теплової енергії, за рахунок розрахунку падіння
температури в теплопроводі, що подає.

РОЗДІЛ 3 АНАЛІЗ ВПЛИВУ
ЕКСПЛУАТАЦІЙНИХ ФАКТОРІВ НА ТЕПЛОВІ
ВТРАТИ ТРУДОПРОВОДОМ

МКР 23.144.44 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Розроб. Цюпа О.М. Аналіз впливу Літ. Арк. Акрушів
Перевір. Калейніков Г.Є. експлуатаційних факторів на
Реценз. теплові втрати трудопроводом
Н. Контр. ЧДТУ, МТЕ-88
Затверд. Калейніков Г.Є.
РОЗДІЛ 3 АНАЛІЗ ВПЛИВУ ЕКСПЛУАТАЦІЙНИХ ФАКТОРІВ НА
ТЕПЛОВІ ВТРАТИ ТРУДОПРОВОДОМ

У цьому розділі наведено результати розрахунків схеми теплопостачання
смт. Драбів, із застосуванням удосконаленої методики [56].
На Рис. 7 показано креслення другої ділянки теплової мережі смт. Драбів.

Рис. 7 - Схема прокладання теплової мережі у смт. Драбів на другій
ділянці
Як видно з креслення, у смт. Драбів застосовується підземна канальна
кладка, як ізоляція використовується мінеральна вата.
У Таблиці 4 відображені температурні зміни температур робочого тіла в
трубопроводі, що подає і зворотному, а також розподіл температур по поверхні
ізоляційного шару трубопроводів.
Таблиця 4
Розподіл температур подавального та зворотного трубопроводів.
№ ділянки Тпр.под, К Тпр.о, К Тгв, К Тхв, К
1 310 293 368,2 321
2 305,2 297,3 363,4 321,2
3 305,1 297,4 362,7 323,3
4 304,9 299,6 362,6 323,4
5 304,9 298,5 362,6 323,1
6 304,8 298,5 362,2 323,3
7 304,9 298,5 362,1 323,5
8 304,8 299 362,0 323,5
9 304,5 298,7 361,9 323,5
10 304,3 298,9 362,0 323,5
11 304,5 299 362,6 323,5
12 304,5 299 362,5 323,2
13 303,8 298,9 362,3 323,3
14 303,4 299,2 362,2 323,3
15 303,2 299,4 362,0 323,3
16 302,5 299,4 361,9 323,4
17 302,7 299,4 361,9 323,4

Зазначимо, що теплоутримання мережної води у зворотному трубопроводі
менше ніж у подавальному. Тому під час охолодження трубопроводу, що подає
відбувається, нагрівання повітря всередині каналу, температура якого
орієнтовно дорівнює температурі мережної води в зворотному трубопроводі.
Цей процес викликає незначну зміну температур мережної води у зворотному
трубопроводі.
Слід зазначити, що через порівняно невелике видалення кінцевих
споживачів від джерела теплопостачання, зміна температури теплоносія по
довжині ділянки незначні. Однак існують трубопроводи, довжина яких
розтягується на сотні кілометрів, у таких випадках зниження температури
робочого тіла є суттєвим.

3.1. Результати застосування методики розрахунку

Оцінимо питому теплову втрату першої ділянки тепломережі з
урахуванням реального експлуатаційного стану ізоляційного шару.
Вихідні дані розрахунку представлені у таблицях 1, 4.
За допомогою формули (12) знайдемо коефіцієнт тепловіддачі від
горизонтальної труби до повітря при природній конвекції:
4 310 − 293 Вт
��к.пр. = 1,16 ∗ √ = 3,331, ,
0,25 м2 ∗ К
Використовуючи вираз (11) отримаємо коефіцієнт тепловіддачі
випромінюванням:
310 4 293
( ) − ( )4
Вт
��л = С ∗ 100 100 = 4,498, .
310 − 293 м2 ∗ К
Число Рейнольдса визначає режим перебігу середовища, при значеннях
Re ≥ 1 ∙ 103 спостерігається перехідний або турбулентний режим перебігу
середовища.
СНиП встановлюють допустиму та оптимальну швидкість повітря в
канальній кладці, в межах від 0,1 м/с до 0,15 м/с, але не більше 0,32 м/с
Виберемо усереднене значення швидкості повітря w = 0,15 м/с.
0,15 ∗ 0,25
���� = = 2,5 ∗ 103.
15 ∗ 10−6
У разі вийшов турбулентний режим течії води. Далі застосовуючи
формулу (14) визначаємо коефіцієнт конвективної тепловіддачі при вимушеній
конвекції повітря.
0,87 ∗ (2,5 ∗ 103)0.6 ∗ 0,026 Вт
��к.пр. = 0,216 = 2,112, .
0,25 м2
Застосувавши вираз (10) знайдемо коефіцієнт тепловіддачі від поверхні
до довкілля Вт/(м2*К):
Вт
a=4,498+3,331+2,112=9,942 .
м2
Ефективна теплопровідність зволоженого шару ізоляції розраховується за
виразом (18), Вт/(м*К):
��еф. = 0,035 ∗ 0,9 + 0,6 ∗ 0,1 = 0,092.
За допомогою виразу (17) знаходяться питомі втрати тепла ізольованих
теплових мереж:
3,14 ∗ (368,2 − 293) Вт
�� = = 73,9, .
1 0,25 1
���� + м
2 ∗ 0,092 0,15 0,25 ∗ 9,942
Для інших ділянок мережі розрахунок проводився за аналогічною
методикою з урахуванням особливостей дійсного стану теплоізоляції.
Результати розрахунку представлені у таблиці 5.
Таблиця 5
Питомі теплові втрати ділянок теплової мережі
№ Умовний Довжина Зовнішній Умови Питомі теплові Питомі теплові
д. діаметр, ділянки, м діаметр експлуатації та втрати втрати зворотного
мм ізоляції, мм стан ізоляції трубопроводу трубопроводу
1 150 80 250 40% В73т,/9м 2 6В5т,/6м 2
зволоження
2 150 140 250 і4з0о%ля ції 69,4 61,5
зволоження
3 150 410 250 4із0о%ля ції 67,8 59,8
зволоження
4 100 130 250 і4з0о%ля ції 68,3 63,5
зволоження
5 150 140 250 іВзолояцгеії повітря 51,1 48,3
у каналі
6 150 145 250 Вологе повітря 50,8 47,1
у каналі
7 150 50 250 100% 78,9 71,1
зволоження
ізоляції
8 80 160 160 100% 83,6 75,9
зволоження
ізоляції
9 150 140 250 Деформація 78,5 46,3
ізоляції
10 80 145 160 Вологе повітря 68,1 42,5
у каналі
11 150 70 250 Вологе повітря 67,4 51,6
у каналі
12 150 30 250 Вологе повітря 65,3 43,6
у каналі
13 100 100 180 Вологе повітря 68,5 39,8
у каналі
14 100 240 180 100% 76,3 61,77
зволоження
ізоляції
15 100 80 180 100% 75,1 61,6
зволоження
ізоляції
16 50 140 177 Вологе повітря 66,2 42,9
у каналі
17 50 210 177 Вологе повітря 68,7 42,6
у каналі

Для розрахунку абсолютної втрати по всій довжині ділянки
використовуємо формулу 36:
��
��1 = �� ∗ ��2 ∗ �� ∗ , кВт; (36)
100
73,9
�� = 3,14 ∗ 0,25 ∗ 80 ∗ = 4,643, кВт;
100
Для інших ділянок теплової мережі розрахунок проводився за
аналогічною методикою з урахуванням особливостей дійсного стану
теплоізоляції. Результати представлені у зведеній таблиці 6.
Таблиця 6
Абсолютні теплові втрати по всій довжині ділянки.
Довжина Зовнішній Абсолютні втрати Абсолютні втрати
дільниці, діаметр тепла по тепла по зворотному
№ д. м ізоляції, мм трубопроводу, що трубопроводу, кВт
1 80 250 подає, кВ4т , 64 1,22
2 140 250 7,63 1,88
3 410 250 21,82 5,22
4 130 250 6,97 1,77
5 140 250 5,62 1,08
6 145 250 5,78 1,09
7 50 250 3,10 0,88
8 160 160 6,72 3,19
9 140 250 8,63 1,60
10 145 160 4,96 1,32
11 70 250 3,70 0,76
12 30 250 1,54 0,27
13 100 180 3,87 0,86
14 240 180 10,35 3,55
15 80 180 3,40 1,16
16 140 177 5,15 1,25
17 210 177 8,02 1,93

Сумарні втрати по всій довжині ділянки трубопроводу, що подає,
становлять 111,89 кВт, по зворотному трубопроводу 29,02 кВт.
3.2 Аналіз отриманих розрахункових даних
Перейдемо до розгляду втрат теплової енергії під час транспортування
теплоносія. Під поняттям «проектні втрати», прийнято вважати втрати, які
знаходяться за методичкою, відображеною в [57], в даному джерелі, в облік йде
лише рік укладання мереж та їх геометричні параметри, в облік не йдуть
експлуатаційні фактори та реальний стан теплоізоляційних конструкцій
теплових мереж.
Розрахункові теплові втрати – це втрати з урахуванням реального стану
теплової ізоляції з урахуванням зовнішніх факторів, у яких експлуатується
трубопровід (таблиці 7 та 8).
Таблиця 7
Розрахункові та проектні теплові втрати в трубопроводі, що подає
розглянутої теплової мережі.
№ Умови Питомі теплові втрати Нормативні теплові Відносні
ділянки експлуатації та трубопроводу, що подає втрати трубопроводу, що втрати Д,%
стан ізоляції Вт/м2 подає Вт/м2
1 40% зволоження 73,9 65,2 13,34%
ізоляції
2 40% зволоження 69,4 58,6 18,43%
ізоляції
3 40% зволоження 67,8 57,1 18,74%
ізоляції
4 40% зволоження 68,3 58,3 17,15%
ізоляції
5 Вологе повітря у 51,1 45,5 12,31%
каналі
6 Вологе повітря у 50,8 44,7 13,65%
каналі
7 100% зволоження 78,9 50,1 57,49%
ізоляції
8 100% зволоження 83,6 62,5 33,76%
ізоляції
9 Деформація 78,5 59,3 32,38%
10 Візооллояцгеії повітря у 68,1 63,1 7,92%
каналі
11 Вологе повітря у 67,4 61,4 9,77%
каналі
12 Вологе повітря у 65,3 59,7 9,38%
каналі
13 Вологе повітря у 68,5 62,3 9,95%
каналі
14 100% зволоження 76,3 44,1 73,02%
ізоляції
15 100% зволоження 75,1 43,1 74,25%
ізоляції
16 Вологе повітря у 66,2 63,5 4,25%
каналі
17 Вологе повітря у 68,7 64,1 7,18%
каналі

На Рис. 8 показана різниця нормативних та розрахункових теплових втрат
по ділянках теплової мережі трубопроводу, що подає.

Рис. 8 - Порівняння проектних та розрахункових теплових втрат
трубопроводу, що подає
Виходячи з отриманих даних, видно, що найбільші втрати в трубопроводі,
що подає, відбуваються при деформації і зволоженні шару ізоляції.
Таблиця 8
Розрахункові та проектні теплові втрати у зворотному трубопроводі
розглянутої теплової мережі.
№ Умови Питомі теплові втрати Нормативні теплові Відносні
ділянки експлуатації та трубопроводу, що подає втрати трубопроводу, що втрати Д,%
стан ізоляції Вт/м2 подає Вт/м2
1 40% зволоження 65,6 57,2 14,69%
ізоляції
2 40% зволоження 61,5 53,6 14,74%
ізоляції
3 40% зволоження 59,8 47,8 25,10%
ізоляції
4 40% зволоження 63,5 51,3 23,78%
ізоляції
5 Вологе повітря у 48,3 41,7 15,83%
каналі
6 Вологе повітря у 47,1 40,8 15,44%
каналі
7 100% зволоження 71,1 43,2 64,58%
ізоляції
8 100% зволоження 75,9 44,1 72,11%
ізоляції
9 Деформація 46,3 39,2 18,11%
ізоляції
10 Вологе повітря у 42,5 38,2 11,26%
каналі
11 Вологе повітря у 51,6 45,5 13,41%
каналі
12 Вологе повітря у 43,6 39,3 10,94%
каналі
13 Вологе повітря у 39,8 34,2 16,37%
каналі
14 100% зволоження 61,77 46,4 33,13%
ізоляції
15 100% зволоження 61,6 42,3 45,63%
ізоляції
16 Вологе повітря у 42,9 38,9 10,28%
каналі
17 Вологе повітря у 42,6 37,7 13,00%
каналі

На Рис. 9 показана різниця нормативних та розрахункових теплових втрат
по ділянках теплової мережі зворотного трубопроводу.

Рис. 9 - Порівняння проектних та розрахункових теплових втрат
зворотного трубопроводу
З даних видно, що облік реального стану шару ізоляції на трубопроводі,
під час розрахунку, веде до підвищення тепловтрат.
Залежно від масштабності та виду дефекту ізоляції теплові втрати можуть
змінюватись у широкому діапазоні, у кілька разів перевищуючи проектні
втрати.
Особливо сильний вплив збільшення теплових втрат надає
експлуатаційний чинник, зволоження ізоляції - збільшення втрат більш ніж
удвічі (Рис. 10).

Рис. 10 - Залежність теплових втрат від вологості ізоляції
Також немало важливу роль у збільшенні коефіцієнта теплопередачі з
поверхні труби грає руйнування теплоізоляційної конструкції (рисунок 11). За
відсутності 25% ізоляції на трубопроводі теплові втрати для ППУ ізоляції
зростають у 7,5 разів, для МВ у 5,6 разів.

Рис. 11 - Залежність теплових втрат від руйнування ізоляції
Помірна деформація теплоізоляції призводить до збільшення втрат
теплової енергії через теплоізоляційні конструкції трубопроводів для ізоляції
пінополіуретанової в 1,5 рази, для мінеральної вати в 1,4 рази.
Через вплив природних явищ таких, як теплоперепад температур та інші
експлуатаційні фактори, відбувається деформація трубопроводу, яка
перетворює нижню частину профілю теплоізоляційної конструкції на еліпс.
Отримані результати, відображені у таблиці 7,8 наочно показують
доцільність застосування даної методики та демонструє її переваги перед [57].
Даний розрахунок дозволяє найточніше оцінювати теплові втрати в мережах
та своєчасно ліквідувати причини підвищення теплових втрат. Слід зазначити,
що розрахунковий спосіб визначення теплових втрат значно менш витратний,
ніж проведення дорогих випробувань зі встановлення фактичних значень
теплових втрат. Запропонована методика розрахунку дозволяє оперативніше
оцінювати теплові втрати для будь-якої конфігурації теплової мережі за
наявності датчиків температур води в теплових камерах, гігрометрів та інших
датчиків. У той час як проведення натурних випробувань накладає низку
обмежень на вибір випробуваних ділянок. Це призводить до того, що
випробування проводяться дуже рідко, як правило, у неопалювальний період
та в основному на магістральних теплових мережах.

3.3 Методи редукування теплових втрат на теплових мережах

Для зменшення втрат тепла в канальних теплових магістралях необхідно
максимально усувати попадання вологи до каналу. Для цього необхідно
додатковим шаром цементного розчину з домішкою гуми закладати сполучні
шви каналів (рисунок 12, п.3), все на поверхні каналу, що стикаються з
грунтом, також доцільно наносити бітум, або обробляти олеофобним
покриттям.

Рис. 12 - Закладення швів у канальній прокладці

Для безканальної прокладки наносити олеофобне покриття на зовнішній
шар ізоляції, прокладати всі теплові мережі відповідно до стандарту [58].
Необхідний рівень енергозбереження багато в чому залежить від якості
проектування. Проектування слід здійснювати на підставі чинних
нормативних документів, серед яких основним є СНиП 41-03-2003 «Теплова
ізоляція обладнання та трубопроводів», затверджений та введений у дію з
червня 2003 р. Також зазначають, що з метою додаткового вологовідведення
використовують дренуючий шар ґрунту - Піску або геотекстилю.
Також наголошується, що використання додаткової вентиляції каналів
сприяє зменшенню вологості каналу, яка зменшує інтенсивність
тепломасообміну. Збільшення інтенсивності вентиляції повітря є системою з
природним спонуканням повітря за рахунок гравітаційного напору шахт при
цьому одна з шахт є припливною, друга витяжною. При цьому відбувається
осушення каналів, яке може зменшити швидкість корозії металевих
конструкції до 60% [59].
Переважним способом прокладання теплових мереж в Україні є
прокладання в непрохідних каналах з мінераловатною теплоізоляцією (80%).
Досвід експлуатації показав, що використання як ізоляційний матеріал
мінеральної вати не забезпечує економічне теплопостачання споживачів, т.к. в
процесі експлуатації теплозахисні властивості теплоізоляційних конструкцій
різко знижуються внаслідок великої частоти пошкоджень труб через зовнішню
корозію, зволоження та руйнування ізоляції, що призводить до значних втрат
тепла (у 2-3 рази перевищує нормативні) [60]. Використання ІІУ ізоляції
сприяє збільшенню часу природної деформації ізоляції щодо ізоляції з хв. вати,
має менші абсорбуючі властивості і нижчий коефіцієнт
температуропровідності, що позначається на більш високих теплоізолюючих
показниках матеріалу.

3.4 Висновки за розділом

У цьому розділі продемонстровано переваги використання покращеної
методики розробленої Цаганкової Ю.С.. Дана покращена методика дозволяє з
високою точністю визначати ділянки теплотрас з найбільшими тепловтратами,
що може дозволити розставляти пріоритети при плануванні ремонту ділянок
теплових мереж.
Проведено аналіз впливу поширених експлуатаційних дефектів теплової
ізоляції на питому теплову втрату, встановлено, що найбільший вплив на
теплову втрату має ступінь руйнування шару ізоляції; також на теплову втрату
значно впливає вміст вологи в теплоізоляційному шарі.
Проведений аналіз показує неефективність використання застарілих
матеріалів та технологій прокладання мережі, що потребує впровадження в
експлуатацію сучасних теплоізоляційних матеріалів та способів прокладання
теплової мережі.

РОЗДІЛ 4. ОХОРОНА ПРАЦІ ТА БЕЗПЕКА В
НАДЗВИЧАЙНИХ СИТУАЦІЯХ

МКР 23.144.44 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Розроб. Цюпа О.М. Аналіз впливу Літ. Арк. Акрушів
Перевір. Цікановський експлуатаційних факторів на
Реценз. теплові втрати трудопроводом
Н. Контр. ЧДТУ, МТЕ-88
Затверд. Калейніков Г.Є.
Розділ 4. Охорона праці та безпека в надзвичайних ситуаціях.
4.1 Сучасні нормативні вимоги до проектування теплоізоляції
теплових мереж
Конструкція теплоізоляції трубопроводів теплових мереж регулюється
різними міжнародними та національними стандартами. Ці стандарти мають
вирішальне значення для забезпечення безпеки, ефективності та стійкості при
проектуванні та експлуатації трубопроводів тепломережі. Нижче наведено
деякі основні стандарти та кодекси.
Міжнародні стандарти
1. ISO 12241:2022: Цей міжнародний стандарт містить правила
розрахунку властивостей, пов’язаних з теплопередачею будівельного
обладнання та промислових установок, переважно в стаціонарних умовах,
включаючи теплоізоляцію.
2. Стандарти ASTM: Комітет з теплоізоляції ASTM C16 контролює
приблизно 134 стандарти, пов’язані з усіма аспектами теплоізоляції,
включаючи продукти, системи та пов’язані покриття та покриття, за винятком
вогнетривів. Ці стандарти є широкими та охоплюють різні матеріали та
методи, пов’язані з теплоізоляцією.
Сфери застосування підкомітету C16 включають різні аспекти
теплоізоляції, такі як неорганічні теплоізоляційні матеріали (C16.20),
органічні та неоднорідні неорганічні теплоізоляції (C16.22), ковдру та сипку
ізоляцію (C16.23), теплові вимірювання та обчислення методи (C16.30),
хімічні та фізичні властивості (C16.31), механічні властивості (C16.32),
ізоляційне оздоблення та вологість (C16.33) та системи ізоляції (C16.40).
Специфічні стандарти ASTM щодо теплоізоляції:
• C533: Силікатна кальцієва труба та блок.
• C610: формована перлітова труба та блок.
• C552: труба та блок із пористого скла.
• C547: труба з мінерального волокна.
• C612: Плити з мінерального волокна.
• C795: Специфікація теплоізоляції для використання на аустенітній
нержавіючій сталі.
• C929: Практика поводження з теплоізоляційними матеріалами для
використання в контакті з аустенітною нержавіючої сталлю.
І багато інших, кожен з яких стосується конкретних матеріалів і методів
теплоізоляції.
Європейські стандарти
EN 253 і EN 15698-1: ці європейські стандарти описують попередньо
ізольовані труби для централізованого опалення, встановлюючи вимоги до
з’єднаних однотрубних і подвійних систем відповідно. Вони охоплюють
трубні вузли заводського виробництва зі сталевих труб, поліуретанової
теплоізоляції та оболонки з поліетилену.
Стандарти США
ASTM C 680 і EN ISO 12241: у Сполучених Штатах тепловий потік, що
проходить через ізоляцію труб, можна розрахувати відповідно до цих
стандартів. Вони містять рівняння для визначення теплового потоку, теплового
опору та поверхневих коефіцієнтів тепловіддачі.
Стандарти Великобританії
1. Стандарти BSI (BS 5422, BS 5970, BS 6700): Британський інститут
стандартів публікує основні стандарти ізоляції, які використовуються у
Великобританії. BS 5422 визначає теплоізоляційні матеріали для труб,
резервуарів і посудин. BS 5970 надає рекомендації щодо теплоізоляції
трубопроводів і обладнання, а BS 6700 стосується проектування, монтажу,
тестування та обслуговування систем водопостачання.
2. EN 12828: Цей європейський стандарт, також актуальний у
Великобританії, визначає технічні вимоги до проектування та встановлення
систем опалення в будівлях, включаючи ізоляцію трубопроводів системи
опалення.
Ці стандарти та норми мають важливе значення для забезпечення того,
щоб системи теплоізоляції в трубопроводах тепломереж відповідали
необхідним критеріям безпеки, ефективності та довговічності. Вони
використовуються в усьому світі та регулярно оновлюються, щоб відобразити
останні технологічні досягнення та вимоги безпеки у сфері теплоізоляції.

4.2 Сучасні системи контролю та діагностики стану теплоізоляціїї
трубопроводів

Оцінка якості та ефективності теплоізоляції теплових міських
трубопроводів для опалення та подачі гарячої води є ключовим завданням для
забезпечення енергоефективності та надійності у системах комунальних
послуг. Наведемо список сучасних технічних систем, які можуть
використовуватись для цієї мети:
1. Тепловізійні камери: Застосовуються для візуалізації теплових полів
навколо трубопроводів. Це дозволяє визначити місця витоків тепла та оцінити
ефективність теплоізоляції.
2. Ультразвукові Тестери: Використовуються для виявлення дефектів
теплоізоляційних матеріалів, таких як повітряні порожнечі або вологість.
3. Інфрачервоні термометри: Дозволяють вимірювати температуру
поверхні труб без контакту, що допомагає в оцінці втрат тепла.
4. Системи Дистанційного Моніторингу: Включають датчики
температури і тиску, встановлені на трубопроводах, і передають дані в центр
управління для моніторингу та аналізу.
5. Аналізатори теплових потоків: Використовуються для вимірювання
кількості тепла, що передається через трубопровід, що дозволяє оцінити
ефективність теплоізоляції.
6. Дрони з Тепловізорами: Можуть використовуватися для огляду великих
ділянок трубопроводів, особливо у важкодоступних місцях.
7. Комп'ютерне Моделювання: Дозволяє моделювати теплові процеси у
трубопроводах та оцінювати ефективність різних видів теплоізоляції.
8. Акустичні вимірювальні системи: Визначають наявність витоків в
системі, що може вказувати на неефективну теплоізоляцію.
9. Ендоскопічне обладнання: Використовується для внутрішнього огляду
труб на предмет пошкоджень або зносу ізоляційного матеріалу.
10. Системи Аналізу Вібрації: Можуть виявляти незвичайні вібрації у
трубопроводах, що іноді пов'язано з проблемами теплоізоляції.

Рис.1 Тепловізор Ulirvision

Рис.2 Зображення з дрона з тепловізором

Список світових лідерів зі створення матеріалів, сучасних технічних
систем для оцінки якості та ефективності теплоізоляції теплових міських
трубопроводів для опалення та подачі гарячої води включає наступні компанії:
1. Nutec Procal (Іспанія): Виробник вакуумно-формованих виробів на
основі високотемпературних волокон, що активно працює з новими
матеріалами.
2. Kolbe Isolier-Technik GmbH (Німеччина): Пропонує перевірені та
інноваційні рішення для теплоізоляції у широкому діапазоні температур.
3. GENPER GROUP (Туреччина): Провідний виробник розширеного
перліту та руди перліту, що експортує свою продукцію по всьому світу.
4. ProtekAsia: Розробила матеріал LCTIC для ефективної ізоляції
трубопроводів різного призначення.
5. Tradeizol (Україна): Один із найбільших виробників вогнетривкої
теплоізоляції для промислових та побутових трубопроводів на українському
ринку.
6. Shandong Dawons New Material Technology Co., Ltd. (Китай): Виробник
різних теплоізоляційних матеріалів, включаючи мікропористі кальцій-
силікатні продукти.
7. Malerwerkstätten Orth e.K (Німеччина): Пропонує теплоізоляційні
роботи з дотриманням останніх норм та стандартів енергозбереження.
8. Wärmetechnik Quedlinburg GmbH & Co. KG (Німеччина):
Спеціалізується на теплоізоляції та надає консультаційні послуги.
9. Diessner GmbH & CoKG Lack- und Farbenfabrik (Німеччина): Має
високу компетенцію в галузі теплоізоляційних сполучних систем та
мінерально-заснованих продуктів.
10. ETG Polska Sp. z o.o. (Польща): Виробник матеріалів для теплоізоляції.
11. Steinbach AG (Німеччина): Спеціалізується на високотемпературних
ізоляційних матеріалах.
12. SAHLBERG GmbH (Німеччина): Постачальник теплоізоляційних
матеріалів.
13. H. Diedrichs GmbH & Co. KG (Німеччина): Пропонує технології
високотемпературної ізоляції.
14. Jacob Nettekoven Techn. Handels-GmbH (Німеччина): Постачальник
різних теплоізоляційних матеріалів.
Тепловізійні камери є важливим інструментом оцінки теплоізоляції
трубопроводів. Наведемо приклади деяких популярних тепловізійних камер та
відповідного програмного забезпечення:
1. FLIR Systems: FLIR пропонує різні моделі, включаючи портативні
тепловізори та камери для дронів. Програмне забезпечення FLIR Tools
дозволяє користувачам легко аналізувати теплові зображення та створювати
звіти, забезпечуючи точне визначення проблемних областей у теплоізоляції.
2. Testo: Тепловізори Testo відомі своєю точністю та зручністю
використання. IRSoft – це програмне забезпечення для аналізу, яке допомагає
інтерпретувати теплові дані, роблячи їх зрозумілими для технічних фахівців.
3. Seek Thermal: Компактні тепловізори Seek Thermal легко
підключаються до смартфонів, забезпечуючи зручний спосіб візуалізації
теплових полів. Програма Seek Thermal пропонує простий інтерфейс для
аналізу та збереження теплових зображень.
4. Hikvision: Ці тепловізори часто використовуються в промисловості
завдяки їх міцності та надійності. Програмне забезпечення Hikvision полегшує
перегляд та аналіз теплових даних у різних умовах.
5. Bosch: Тепловізори Bosch ідеально підходять для використання у
будівельній галузі. Супутнє програмне забезпечення полегшує процес аналізу
та документування теплових зображень для подальшого використання.
6. DJI: Тепловізійні камери, інтегровані з дронами DJI, дозволяють
проводити повітряне обстеження трубопроводів. ПО DJI включає функції
управління польотом і обробки тепловізійних даних.
Ультразвукові тестери є важливими інструментами виявлення дефектів в
теплоізоляційних матеріалах. Наведемо приклади такого обладнання та
пов'язаного з ним програмного забезпечення:
1. Olympus Ultrasonic Flaw Detectors: Використовуються для виявлення
внутрішніх дефектів у матеріалах. Програмне забезпечення Olympus NDT
забезпечує зручний аналіз даних.
2. GE Inspection Technologies Ultrasonic Testers: Пропонують високоточне
обладнання для ультразвукової перевірки, що не руйнує. Програмне
забезпечення GE для аналізу даних допомагає оцінювати результати
тестування.
3. Sonatest Ultrasonic Flaw Detectors: Відомі своєю портативністю та
точністю. ПЗ Sonatest для аналізу ультразвукових даних дозволяє легко
інтерпретувати результати тестів.
4. Danatronics Ultrasonic Testing Equipment: Виробляє ультразвукові
тестери, призначені для різних промислових програм. Їхнє програмне
забезпечення надає глибокий аналіз ультразвукових даних.
5. Krautkramer Ultrasonic Testers: Ці тестери широко використовуються в
промисловості для виявлення дефектів у різних матеріалах.
Супроводжувальне програмне забезпечення допомагає у детальному аналізі та
документуванні результатів.
Інфрачервоні термометри широко використовуються для безконтактного
вимірювання температури поверхні, зокрема для оцінки втрат тепла в
трубопроводах. Наведемо деякі приклади такого обладнання та пов'язаного з
ним програмного забезпечення:
1. Fluke Infrared Thermometers: Відомі своєю точністю та надійністю. ПЗ
Fluke Connect дозволяє аналізувати дані та ділитися ними.
2. Extech IR Thermometers: Пропонують широкий вибір інфрачервоних
термометрів для різних програм. Програмне забезпечення Extech забезпечує
зручний аналіз та документування вимірювань.
3. Raytek Infrared Thermometers: Відомі своїми високоякісними
інфрачервоними термометрами. Програмне забезпечення Raytek забезпечує
детальний аналіз температурних даних.
4. Testo Infrared Thermometers: Пропонують широкий спектр
інфрачервоних термометрів для професійного використання. ПЗ Testo
полегшує процес аналізу та документування результатів.
5. Klein Tools IR Thermometers: Відомі своєю зручною та міцною
конструкцією. ПЗ Klein Tools пропонує прості та ефективні способи для
аналізу та звітності.
Системи дистанційного моніторингу, що використовують датчики
температури та тиску для відстеження стану трубопроводів, включають:
1. Honeywell Industrial IoT Solutions: Пропонують рішення для
дистанційного моніторингу, включаючи датчики температури та тиску.
Програмне забезпечення Honeywell Forge забезпечує аналіз та керування
даними.
2. Siemens Process Instrumentation: Виробляють датчики для моніторингу
різних параметрів, включаючи температуру та тиск. ПЗ Siemens для
інтегрованого управління та аналізу даних.
3. ABB Ability™ Smart Sensor Technology: Пропонує рішення для
дистанційного моніторингу обладнання, включаючи датчики температури та
тиску. ПЗ ABB Ability забезпечує аналіз даних та передбачуване
обслуговування.
4. Emerson Wireless Industrial Monitoring: Рішення бездротового
моніторингу з використанням різних датчиків. Програмне забезпечення
Emerson забезпечує аналіз та візуалізацію даних.
Аналізатори теплових потоків використовують для вимірювання
кількості тепла, що передається через трубопроводи, що допомагає оцінити
ефективність теплоізоляції. Наведемо приклади такого обладнання:
1. TA Instruments Thermal Flow Meters: Оснащені датчиками для
вимірювання теплового потоку та відповідним програмним забезпеченням для
аналізу даних.
2. Hukseflux Thermal Sensors: Спеціалізуються на вимірюванні теплових
потоків та пропонують різні датчики та системи моніторингу, а також ПЗ для
аналізу.
3. GreenTEG Core Body Temperature Monitoring: Використовуються для
вимірювання та аналізу теплових потоків у різних додатках, включаючи
медичні та промислові, з використанням супутнього програмного
забезпечення для аналізу.
4. Reed Instruments Heat Flow Meters: пропонують портативні рішення
для вимірювання теплових потоків з можливістю передачі даних на комп'ютер
для подальшого аналізу.
Дрони з тепловізорами, що використовуються для огляду трубопроводів,
особливо у важкодоступних місцях, включають:
1. DJI Matrice з тепловізійними камерами Zenmuse: Ці дрони ідеально
підходять для промислових інспекцій, надаючи високоякісні тепловізійні
зображення. ПО DJI забезпечує управління польотом та аналіз даних.
2. Yuneec H520 з E50 або CGOET тепловізійними камерами:
Спеціалізований комерційний дрон для тепловізійного огляду. Юнеек
пропонує функції планування польоту та аналізу даних.
3. FLIR Vue Pro із дронами: Тепловізійні камери FLIR Vue Pro легко
інтегруються з різними дронами. Програмне забезпечення FLIR забезпечує
детальний аналіз теплових даних.
Програмне забезпечення для комп'ютерного моделювання, що
використовується для моделювання теплових процесів у трубопроводах та
оцінки ефективності теплоізоляції, включає:
1. ANSYS Fluent: Надає потужні інструменти для моделювання рідинних
та газових потоків, включаючи теплові процеси.
2. Autodesk CFD (Computational Fluid Dynamics): Дозволяє проводити
аналіз теплових процесів, включаючи теплопередачу у трубопроводах.
3. COMSOL Multiphysics: Багатофункціональне програмне забезпечення
для моделювання різних фізичних процесів, у тому числі теплопередачі в
трубах.
4. SolidWorks Flow Simulation: Інтегроване рішення для моделювання
рідин та газів, що дозволяє аналізувати теплові процеси у комплексі з іншими
фізичними явищами.
Акустичні вимірювальні системи, що використовуються для виявлення
витоків у системах теплоізоляції, включають таке обладнання та програмне
забезпечення:
1. Siemens Ultrasonic Leak Detectors: Ці пристрої використовуються для
виявлення витоків за допомогою ультразвукової технології. Програмне
забезпечення Siemens дозволяє аналізувати та візуалізувати дані.
2. FLIR Acoustic Imaging Cameras: Об'єднують акустичне виявлення
витоків із тепловізійним аналізом. FLIR забезпечує інтеграцію та аналіз даних
з обох джерел.
3. Bacharach Ultrasonic Leak Detectors: Спеціалізуються на точному
виявленні витоків за допомогою ультразвуку. Супутнє програмне забезпечення
допомагає у діагностиці та звітності.
Ендоскопічне обладнання, яке використовується для внутрішнього
огляду труб на предмет пошкоджень або зносу ізоляційного матеріалу,
включає:
1. Olympus Industrial Endoscopes: Пропонують високоякісні відео-
ендоскопи для промислового огляду. Програмне забезпечення Olympus
забезпечує детальний аналіз та зберігання зображень.
2. GE Inspection Technologies Endoscopes: Забезпечують точне візуальне
дослідження внутрішніх частин труб. GE підтримує аналіз даних та створення
звітів.
3. Karl Storz Industrial Endoscopes: Пропонують широкий спектр рішень
для ендоскопічного огляду із застосуванням передових технологій. Супутнє
програмне забезпечення Karl Storz підтримує обробку та аналіз зображень.
Системи аналізу вібрації, що використовуються для виявлення
незвичайних вібрацій у трубопроводах, що може вказувати на проблеми у
теплоізоляції, включають:
1. Fluke Vibration Analyzers: Професійні інструменти для виявлення та
аналізу вібрацій. Супутнє ПЗ Fluke Connect забезпечує аналіз та звітність.
2. SKF Vibration Sensors and Analyzers: Інструменти SKF призначені для
точного виявлення вібрацій у промислових програмах. Програмне
забезпечення SKF пропонує детальний аналіз даних.
3. Emerson Vibration Analyzers: Рішення Emerson для моніторингу
вібрацій включають передові аналізатори та сенсори. ПЗ Emerson забезпечує
комплексний аналіз та візуалізацію даних.
Ці системи та ПЗ допомагають у виявленні та аналізі незвичайних
вібрацій, що може допомогти у виявленні та усуненні проблем з
теплоізоляцією.

ВИСНОВОК

У ході роботи було проведено аналіз сучасного стану та проблем
теплоізоляційної конструкції в Україні.
Встановлено, що методики, що використовуються, не враховують ряд
важливих експлуатаційних факторів, які значною мірою впливають на
коефіцієнт теплопередачі.
Основні наукові та практичні результати роботи полягають у наступному.
Показано, що найефективнішим методом, що дозволяє оперативно
оцінити теплові втрати через теплоізоляційний шар у процесі експлуатації
трубопроводів, є запропонований метод Циганкової Ю.С.
Взята за основу ця методика була вдосконалена шляхом додавання
експлуатаційного фактора деформації ізоляції, при якому в провисанні, що
утворився, накопичується волога. Наведено рівняння, що дозволяє визначити
теплові втрати через таку ізоляцію.
Дано порівняльний аналіз впливу експлуатаційних факторів на величину
теплових втрат через ізоляцію. Встановлено, що найбільш сильний вплив на
теплові втрати руйнує та зволожує шар теплової ізоляції.
Запропоновано низку технічних рекомендацій для зменшення теплових
втрат теплових мереж - використання ІЛУ як теплоізоляційного шару, а також
вентилювання каналів.

СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ:

1. Дубров Ю. Наука як система, що самоорганізується // Вісник НАНУ -
2000. - № 2.
2. Сорока І.В. У XXI століття з високим рівнем національної освіти і
науки //Фінанси України. - 2000. - № 8.
3. Грановський В. Л., Прижижецький С. І. Система опалення житлових
будівель масового будівництва та реконструкції з комплексним
автоматизуванням теплоспоживання // «АВОК». - 2002. - № 5
4. Прохоров В. І., Усіков С. М. Про раціональність застосування
термостатів у системах водяного опалення // «САНТЕХНІКА, ОПАЛЕННЯ,
КОНДИЦІОНУВАННЯ». – 2018. – №6
5. Про затвердження Правил технічної експлуатації теплових установок
і мереж Наказ Міністерства палива та енергетики України від 14 лютого 2007
року N 71
6. Про затвердження Положення про Міністерство розвитку громад та
територій України, постанова, від 30 квітня 2014 р. № 197 Київ,
7. Положення про Міністерство розвитку громад та територій України,
затверджено постановою Кабінету Міністрів України від 30 квітня 2014 р. №
197
8. Владикина А. Н. Підвищення енергетичної ефективності житлових
будинків / О.М. Владикина // Стійкий розвиток науки та освіти. - 2019. - №7. -
С. 121-126.
9. Глазунова Є. К., Василенко О. І., Скорик Т. А. Питомі опалювальні
навантаження та енергоефективність сучасної житлової забудови // Науковий
огляд. 2013 № 2. С. 94-96.
10. Страхова Н. А., Скорик Т. А., Соколова Г. Н. Екологічні та економічні
аспекти теплозахисних заходів // Науковий огляд. 2013 № 2. С. 91-93.
11. Данекянц А. Г. Волосатова Т.А. Загальні питання енергоефективності
// «Будівництво-2014»: матеріали Міжнародної науково-практичної
конференції. н/Д: Зростання. держ. буд. ун-т, 2014. з 12-13.
12. Лисєв В. І. Шилін А. С. Напрями підвищення енергоефективності
будівель та споруд // Холодильна техніка та кондиціювання. 2017. №2. С. 18-
25.
13. Гагарін В.Г. Макроекономічні аспекти – обґрунтування
енергозберігаючих заходів при підвищенні теплозахисту. конструкцій
будівель. // Будівельні матеріали. 2010 №3, стор 8 - 16.
14. Гагарін В.Г., Козлов В.В. Про комплексний показник теплового
захисту оболонки будівлі. // Журнал АВОК. 2010. № 4, стор 52-60.
15. Фаренюк Г.Г., Фаренюк Є.Г. Теплові та економічні аспекти
енергозбереження у будинках. Екологічні системи. К: Авок-прес, 2004.
16. Табунщик Ю.А., Бродач М.М. Математичні моделювання та
оптимізація теплової ефективності будівель К: Авок-прес, 2002.
17. Godo, М. Study on Energy Saving Air-Conditioning Compact Desiccant
Ventilation Units / M. Godo, T. Takatsuka, S. Shindo // International Symposium on
Next-generation Air Conditioning and Refrigeration Technology, 2010, P. 6.
18. Мисак Й.С. та ін. Пристрої для утилізації теплової енергії: навчальний
посібник / Й. С. Мисак, Я. М. Гнатишин, В. Ф. Близнюк, В. Ю. Крук. Львів:
Видавництво Львівської політехніки, 2006. 152 с.
19. Самохвалов В.С. Вторинні енергетичні ресурси та енергозбереження:
навч. посіб. / Віктор Самохвалов ; М-во освіти і науки України, Нац. ун-т
кораблебудування ім. адмірала Макарова, Херсонська філія. - К. : Центр
учбової літератури, 2008. - 223 с.
20. Буляндра О.Ф. Технічна термодинаміка. – К.: Техніка, 2006. – 320 с.
21. Соловей О.І. та ін. Нетрадиційні та поновлювальні джерела енергії:
Навчальний посібник / О.І. Соловей, Ю.Г. Лега, В.П. Розен, О.О. Ситник, А.В.
Чернявський, Г.В. Курбаса; За заг. Ред. О.І. Солов’я. – Черкаси: ЧДТУ, 2007. –
483 с.
22. Праховник А.В., Соловей О.І., Іншеков Є.М. "Від виробництва до
ефективного споживання енергії": Посібник для викладачів, К.: Нотна
фабрика, 2009р.
23. Енергоефективні системи кондиціонування повітря.: навч. посіб. для
студ. спеціальності 144 «Теплоенергетика», спеціалізації «Промислова та
муніципальна теплоенергетика та енергозбереження» / КПІ ім. Ігоря
Сікорського ; уклад.: А. С. Соломаха, В. В. Середа. – Електронні текстові дані
– Київ : КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2020. – 53 с.
24. Боженко, М. Ф. Енергозбереження в теплопостачанні [Електронний
ресурс] : текст лекцій для студентів спеціальності «Теплоенергетика» / М. Ф.
Боженко ; НТУУ «КПІ». – Електронні текстові данні. – Київ : НТУУ «КПІ»,
2015. – 225 с. – Назва з екрана.
25. Godo, М. Study on energy saving air-conditioning system using compact
desiccant ventilation units. Comparison of regeneration efficiency / М. Godo //
JSRAE Annual Conf., 2008, P. 125-128.
26. Godo, М. Study on energy saving air-conditioning system using compact
desiccant ventilation units. Adsorption and desorption behavior of the direct heating
regeneration type / М. Godo // JSRAE Annual Conf., 2009, P. 427-430.
27. Herderger, S. New IAQ sensor for demand controlledventilation / S.
Herberfer, H. Ulmer // REHVA Journal – 2012. – August.
28. Попович М.Г., Ковальчук О.В. Теорія автоматичного керування:
Підручник. К.: Либідь, 2017. – 656 с.
29. Бабіченко А.К., Тошинський В.І., Михайлов В.С., Подустов М.О.,
Пугановський О.В. Промислові засоби автоматизації. Ч.1. Харків: НТУ «ХПІ»,
2016. – 470 с.
30. Автоматизація виробничих процесів: підручник / І.В.Ельперін,
О.М.Пупена, В.М. Сідлецький, С.М.Швед. – Вид. 2–ге, виправлене. –К.: Вид.
Ліра – К, 2018. – 378с.
31. Технічні засоби автоматизації: навч. посіб. / Володимир Савицький,
Роман Федоришин ; Нац. ун-т "Львів. політехніка". - Львів : Вид-во Львів.
політехніки, 2018. - 291 с.
32. Васильківський І. С., Фединець В. О., Юсик Я. П. Виконавчі пристрої
систем автоматизації. Львів: Львівська політехніка, 2020. 220 с.
33. Константінов С.М. Теплообмін: Підручник.- К.: ВПІ ВПК
„Політехніка”, 2015.- 304с.
34. Сегеда М. С. та ін. Нетрадиційні та відновлювані джерела
електроенергії. Навчальний посібник / М. С. Сегеда, М. Й. Олійник, О. Б.
Дудурич. Львів : Видавництво Львівської політехніки, 2019. 204 с.
35. Варламов Г.Б., Любчик Г.М., Маляренко В.А. Теплоенергетичні
установки та екологічні аспекти виробництва енергії: Підручник. – К.: ІВЦ
“Видавництво «Політехніка»”, 2003. – 232 с.
36. Боженко, М. Ф. Системи опалення, вентиляції і кондиціювання
повітря будівель [Електронний ресурс] : навчальний посібник для студентів
спеціальності 144 «Теплоенергетика» / М. Ф. Боженко ; КПІ ім. Ігоря
Сікорського. – Електронні текстові дані. – Київ : КПІ ім. Ігоря Сікорського,
2019. – 380 с.
37. Теплопостачання та вентиляція Навчальний посібник / О. Т. Возняк,
О. О. Савченко, Х. В. Миронюк, С. П. Шаповал, Н. А. Сподинюк, Б. І. Гулай.
Львів: Видавництво Львівської політехніки, 2013. 276 с.
38. Джеджула, В. В. Вентиляція та кондиціювання громадських об’єктів :
навчальний посібник / Джеджула В. В. – Вінниця : ВНТУ, 2021. – 71 с.
39. Мисак Й.С., Гнатишин Я.М., Івасик Я.Ф. Паливні пристрої для
спалювання низькосортних палив. —Л.:ну «ЛП», 2012. —136с.
40. Сидельковский Л.Н., Юренев В.Н. Котельні установки промислових
підприємств: 5-е видання. – К., 2015. – 548 с.
41. Котельні установки промислових підприємств: навч. посіб. / В.А.
Волощук, А.К. Денісов, І.П. Трофимчук. — Рівне : НУВГП, 2013. — 327 с.
42. Ткаченко, С. Й. Котельні установки: Навч. посіб. / С. Й. Ткаченко, Д.
В. Степанов, Л. А. Боднар. – Вінниця : ВНТУ, 2016. – 185 с
43. Білуха М.Т. Методологія наукових досліджень: Підручник. – К.: АБУ,
2002. – 480 с.
44. Гуревічов М. Державне регулювання науки // Економіка України.-
2001.-№10.
45. Шейко В.М., Кушнаренко Н.М. Організація та методика науково-
дослідницької діяльності: Підручник. – 2-ге вид., перероб. і доп. – К.: Знання-
Прес, 2002. – 295 с.
46. Геєць В. Про підсумки наукової діяльності установ Відділення
економіки ПАНУ в 2000 р. та перспективи розвитку фундаментальних
досліджень у галузі економічних наук // Економіка України. - 2001. - № 4.
47. ДСТУ Документація, звіти у сфері науки і техніки. - К.: Держстандарт
України, 1995.

ChSTU repository

ChSTU repository preserves and enables easy and open access to all types of digital content including text, images, moving images, mpegs and data sets