Методика теплового расчета

По характеру теплового расчета следует различать одно- и многотрубные подземные теплопроводы. В однотрубных теплопроводах все термические сопротивления включены последовательно. В многотрубных теплопроводах все термические сопротивления включены параллельно друг другу и последовательно к цепи канал – грунт.

Однотрубный теплопровод. При бесканальной прокладке термическое сопротивление теплопровода представляет собой сумму двух слагаемых – сопротивления слоя изоляции и сопротивления грунта (см. рис. 7.32):

R=R_и + R_гр. (7.18)

При наличии воздушной прослойки между изолированным трубопроводом и стенкой канала термическое сопротивление теплопровода определяется как сумма последовательно соединенных сопротивлений (рис. 7.33):

Рис. 7.33. Схема однотрубного теплопровода в канале

R= R_и + R_н + R_пк+R_к + R_гр, (7.19)

где R_и, R_н, R_пк, R_к, R_гр – сопротивление соответственно слоя изоляции, наружной поверхности изоляции, внутренней поверхности канала, стенок канала, грунта.

Температура воздуха в канале t_к однотрубного теплопровода из уравнения теплового баланса с учетом того, что количество теплоты, подведенной от теплоносителя к каналу, равно количеству теплоты, отведенной из канала в грунт, составит:

. (7.20)

Многотрубный теплопровод. Если несколько трубопроводов проложены в общем канале, то тепловой поток (тепловые потери) от каждого из них поступают в канал, а затем общий тепловой поток отводится через стенки канала и грунт в наружную среду.

Задача теплового расчета многотрубного теплопровода в канале сводится в первую очередь к нахождению температуры воздуха в канале. Зная температуру воздуха в канале, можно определить теплопотерю каждого трубопровода по общим правилам теплового расчета трубопроводов, окруженных воздухом.

Температура воздуха в канале определяется по уравнению теплового баланса. При установившемся тепловом состоянии количество теплоты, подводимой от трубопроводов к воздушной прослойке канала, равно количеству теплоты, отводимой от воздушной прослойки через стенки канала и массив грунта в окружающую среду.

Температура воздуха в канале многотрубного теплопровода равна

, (7.21)

где R₁, R₂, …, R_n – термические сопротивления каждого из n теплопроводов; t₁, t₂, …, t_n – температура теплоносителя в каждом из n трубопроводов; R_к-о=R_п.к+R_к+R_гр – суммарное термическое сопротивление внутренней поверхности канала, стенок канала, грунта.

Рис. 7.34. Схема двухтрубного бесканального теплопровода

Расчет теплопотерь многотрубного бесканального теплопровода может быть проведен по методу, разработанному Е. П. Шубиным, при котором взаимное влияние соседних труб учитывается условным дополнительным сопротивлением R_o. При двухтрубном теплопроводе условное дополнительное сопротивление (рис. 7.34)

, (7.22)

где h – глубина заложения оси теплопровода от поверхности земли; b – расстояние по горизонтали между осями труб.

Теплопотери двухтрубного бесканального теплопровода рассчитываются по следующим формулам:

теплопотери первой трубы

, (7.23)

теплопотери второй трубы

, (7.23)

где t₁ и t₂ – температура теплоносителя в первой и второй трубах; t_о – естественная температура грунта на глубине оси теплопровода; R₁ – суммарное термическое сопротивление изоляции первой трубы и грунта: R₁ = R_и1 + R_гр; R₂ – суммарное термическое сопротивление изоляции второй трубы и грунта: R₂ = R_и2 + R_гp.

Температурное поле в грунте вокруг однотрубного бесканального теплопровода рассчитывается по формуле

, (7.24)

где t – температура любой точки грунта, удаленной на расстояние х от вертикальной плоскости, проходящей через ось теплопровода, и на расстояние у от поверхности грунта, °С (см. рис. 7.32); t – температура теплоносителя, °С; R – суммарное термическое сопротивление тепловой изоляции и грунта.

Температурное поле в грунте вокруг двухтрубного бесканального теплопровода вычисляется по формуле

, (7.25)

где t – температура любой точки грунта, удаленной на расстояние х от вертикальной плоскости, проходящей через ось трубы с более высокой температурой теплоносителя (в двухтрубных водяных сетях – через ось подающей трубы), и на расстояние у от поверхности грунта, °С (см. рис. 7.34).