Онлайн расчет стены теплопроводности: SmartCalc. Расчет утепления и точки росы для строящих свой дом. СНИП.

В современных условиях человек все чаще задумывается о рациональном использовании ресурсов. Электричество, вода, материалы. К экономии всего этого в мире пришли уже достаточно давно и всем понятно как это сделать. Но основную сумму в счетах на оплату составляет отопление, и не каждому понятно, как снизить расход по этому пункту.

Что такое теплотехнический расчет?

Теплотехнический расчет выполняют для того, чтобы подобрать толщину и материал ограждающих конструкций и привести здание в соответствие нормам тепловой защиты. Основным нормативным документом, регламентирующим способность конструкции сопротивляться теплопередаче, является СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий».

Основным показателем ограждающей поверхности с точки зрения теплозащиты стало приведенное сопротивление теплопередаче. Это величина, учитывающая теплозащитные характеристики всех слоев конструкции, учитывая мостики холода.

Подробный и грамотный теплотехнический расчет — достаточно трудоемок. При возведении частных домов, собственники стараются учесть прочностные характеристики материалов, часто забывая о сохранении тепла. Это может привести к довольно плачевным последствиям.

Зачем выполняется расчет?

Перед началом строительства заказчик может выбрать, будет он учитывать теплотехнические характеристики или обеспечит только прочность и устойчивость конструкций.

Расходы на утепление совершенно точно увеличат смету на возведение здания, но снизят затраты на дальнейшую эксплуатацию. Индивидуальные дома строят на десятки лет, возможно, они будут служить и следующим поколениям. За это время затраты на эффективный утеплитель окупятся несколько раз.

Что получает владелец при правильном выполнении расчетов:

• Экономия на отоплении помещений. Тепловые потери здания снижаются, соответственно, уменьшится количество секций радиатора при классической системе отопления и мощность системы теплых полов. В зависимости от способа нагрева, затраты владельца на электричество, газ или горячую воду становятся меньше;
• Экономия на ремонте. При правильном утеплении в помещении создается комфортный микроклимат, на стенах не образуется конденсат, и не появляются опасные для человека микроорганизмы. Наличие на поверхности грибка или плесени требует проведения ремонта, причем простой косметический не принесет никаких результатов и проблема возникнет вновь;
• Безопасность для жильцов. Здесь, также как и в предыдущем пункте, речь идет о сырости, плесени и грибке, которые могут вызывать различные болезни у постоянно пребывающих в помещении людей;
• Бережное отношение к окружающей среде. На планете дефицит ресурсов, поэтому уменьшение потребления электроэнергии или голубого топлива благоприятно влияет на экологическую обстановку.

Нормативные документы для выполнения расчета

Приведенное сопротивление и его соответствие нормируемому значению – главная цель расчета. Но для его выполнения потребуется узнать теплопроводности материалов стены, кровли или перекрытия. Теплопроводность – величина, характеризующая способность изделия проводить через себя тепло. Чем она ниже, тем лучше.

Во время проведения расчета теплотехники опираются на следующие документы:

• СП 50.13330.2012 «Тепловая защита зданий». Документ переиздан на основе СНиП 23-02-2003. Основной норматив для расчета [1];
• СП 131.13330.2012 «Строительная климатология». Новое издание СНиП 23-01-99*. Данный документ позволяет определить климатические условия населенного пункта, в котором расположен объект [2];
• СП 23-101-2004 «Проектирование тепловой защиты зданий» более подробно, чем первый документ в списке, раскрывает тему [3];
• ГОСТ 30494-96 (заменен на ГОСТ 30494-2011 с 2011 года) «Здания жилые и общественные» [4];
• Пособие для студентов строительных ВУЗов Е.Г. Малявина «Теплопотери здания. Справочное пособие» [5].

* — дальше в тексте я буду ссылаться на нормативные документы и чтобы полностью не прописывать их название я укажу только номер, например [1].

Теплотехнический расчет не сложен. Его может выполнить человек без специального образования по шаблону. Главное очень внимательно подойти к вопросу.

Пример расчета трехслойной стены без воздушной прослойки

Давайте подробно рассмотрим пример теплотехнического расчета. Для начала необходимо определиться с исходными данными. Материалы для строительства стен Вы, как правило, выбираете сами. Мы же будем рассчитывать толщину утепляющего слоя исходя из материалов стены.

Исходные данные

Данные индивидуальные для каждого объекта строительства и зависят от места расположения объекта.

1. Климат и микроклимат

1. Район строительства: г. Вологда.
2. Назначение объекта: жилое.
3. Относительная влажность воздуха для помещения с нормальным влажностным режимом составляет 55% ([1] п.4.3. табл.1).
4. Температура внутри жилых помещений tint задается нормативными документами ([4] табл.1) и равна 20 градусов Цельсия».

text — расчетная температура воздуха снаружи. Она устанавливается по температуре самых холодных пяти дней в году. Значение можно найти в [2], таблице 1, столбец 5. Для заданной местности значение составляет -32ᵒС.

zht = 231 сутки – количество дней периода, когда необходимо дополнительное отопление помещения, то есть среднесуточная температура снаружи составляет меньше 8ᵒС. Значение ищут в той же таблице, что и предыдущее, но в столбце 11.

tht = -4,1ᵒС – средняя температура воздуха снаружи во время периода отопления. Значение указано в столбце 12.

2. Материалы стены

В расчет следует принимать все слои (даже слой штукатурки, если он есть). Это позволит наиболее точно рассчитать конструкцию.

В данном варианте рассмотрим стену, состоящую из следующих материалов:

1. слой штукатурки, 2 сантиметра;
2. внутренняя верста из кирпича керамического рядового полнотелого толщиной 38 сантиметров;
3. слой минераловатного утеплителя Roсkwool, толщина которого подбирается расчетом;
4. наружная верста из лицевого керамического кирпича, толщиной 12 сантиметров.

3. Теплопроводность принятых материалов

Все свойства материалов должны быть представлены в паспорте от производителя. Многие компании представляют полную информацию о продукции на своих сайтах. Характеристики выбранных материалов для удобства сводятся в таблицу.

Расчет толщины утеплителя для стены

1. Условие энергосбережения

Расчет значения градусо-суток отопительного периода (ГСОП) производится по формуле:

Dd = (tint — tht) zht.

Все буквенные обозначения, представленные в формуле, расшифрованы в исходных данных.

Dd = (20-(-4,1)) *231=5567,1 ᵒС*сут.

Нормативное сопротивление теплопередаче находим по формуле:

Rreq=a*Dd+b.

Коэффициенты а и b принимаются по таблице 4, столбец 3 [4].

Для исходных данных а=0,00045, b=1,9.

Rreq = 0,00045*5567,1+1,9=3,348 м2*ᵒС/Вт.

2. Расчет нормы тепловой защиты исходя из условий санитарии

Данный показатель не рассчитывается для жилых зданий и приводится в качестве примера. Расчет проводят при избытке явного тепла, превышающем 23 Вт/м3, или эксплуатации здания весной и осенью. Также вычисления необходимы при расчетной температуре менее 12ᵒС внутри помещения. Используют формулу 3 [1]:

Коэффициент n принимается по таблице 6 СП «Тепловая защита зданий», αint по таблице 7, Δtn по пятой таблице.

Rreq = 1*(20+31)4*8,7 = 1,47 м2*ᵒС/Вт.

Из двух полученных в первом и втором пункте значений выбирается наибольшее, и дальнейший расчет ведется по нему. В данном случае Rreq = 3,348 м2*ᵒС/Вт.

3. Определение толщины утеплителя

Сопротивление теплопередаче для каждого слоя получают по формуле:

Ri = δi/λi,

где δ – толщина слоя, λ – его теплопроводность.

а) штукатурка R шт = 0,02/0,87 = 0,023 м2*ᵒС/Вт;
б) кирпич рядовой R ряд.кирп. = 0,38/0,48 = 0,79 м2*ᵒС/Вт;
в) кирпич лицевой Rут = 0,12/0,48 = 0,25 м2*ᵒС/Вт.

Минимальное сопротивление теплопередаче всей конструкции определяется по формуле ([5], формула 5.6):

Rint = 1/αint = 1/8,7 = 0,115 м2*ᵒС/Вт;
Rext = 1/αext = 1/23 = 0,043 м2*ᵒС/Вт;
∑Ri = 0,023+0,79+0,25 = 1,063 м2*ᵒС/Вт, то есть сумма чисел, полученных в пункте 3;

Rтро = Rreq.

R_тр^ут= 3,348 – (0,115+0,043+1,063) = 2,127 м2*ᵒС/Вт.

Толщина утеплителя определяется по формуле ([5] формула 5.7):

δ_тр^ут= 0,038*2,127 = 0,081 м.

Найденная величина является минимальной. Слой утеплителя принимают не меньше этого значения. В данном расчете принимаем окончательно толщину минераловатного утеплителя 10 сантиметров, для того, чтобы не пришлось резать купленный материал.

Для расчетов тепловых потерь здания, которые выполняются для проектирования отопительных систем, необходимо найти фактическое значение сопротивления теплопередаче с найденной толщиной утеплителя.

Rо = Rint+Rext+∑Ri = 1/8,7 + 1/23 + 0,023 + 0,79 + 0,1/0,038 + 0,25 = 3,85 м2*ᵒС/Вт > 3,348 м2*ᵒС/Вт.

Условие выполнено.

Влияние воздушного зазора на теплозащитные характеристики

При устройстве стены, защищенной плитным утеплителем возможно устройство вентилируемой прослойки. Она позволяет отводить конденсат от материала и предотвращать его намокание. Минимальная толщина зазора 1 сантиметр. Это пространство не замкнуто и имеет непосредственное сообщение с наружным воздухом.

При наличии воздушно-вентилируемой прослойки в расчете учитываются только те слои, которые находятся до нее со стороны теплого воздуха. Например, пирог стены состоит из штукатурки, внутренней кладки, утеплителя, воздушной прослойки и наружной кладки. В расчет принимаются только штукатурка, внутренняя кладка и утеплитель. Наружный слой кладки идет после вентзазора, поэтому не учитывается. В данном случае наружная кладка выполняет лишь эстетическую функцию и защищает утеплитель от внешних воздействий.

Важно: при рассмотрении конструкций, где воздушное пространство замкнуто, оно учитывается в расчете. Например, в случае оконных заполнений. Воздух между стеклами играет роль эффективного утеплителя.

Программа «Теремок»

Для выполнения расчета с помощью персонального компьютера специалисты часто используют программу для теплотехнического расчета «Теремок». Она существует в онлайн-варианте и как приложение для оперативных систем.

Программа производит вычисления на основе всех необходимых нормативных документов. Работа с приложением предельно проста. Оно позволяет выполнять работу в двух режимах:

• расчет необходимого слоя утеплителя;
• проверка уже продуманной конструкции.

В базе данных имеются все необходимые характеристики для населенных пунктов нашей страны, достаточно лишь выбрать нужный. Также необходимо выбрать тип конструкции: наружная стена, мансардная кровля, перекрытие над холодным подвалом или чердачное.

При нажатии кнопки продолжения работы появляется новое окно, позволяющее «собрать» конструкцию. Многие материалы имеются в памяти программы. Они подразделены на три группы для удобства поиска: конструкционные, теплоизоляционные и теплоизоляционно-конструкционные. Нужно задать лишь толщину слоя, теплопроводность программа укажет сама.

При отсутствии необходимых материалов их можно добавить самостоятельно, зная теплопроводность.

Перед тем как производить вычисления, необходимо выбрать тип расчета над табличкой с конструкцией стены. В зависимости от этого программа выдаст либо толщину утеплителя, либо сообщит о соответствии ограждающей конструкции нормам. После завершения вычислений, можно сформировать отчет в текстовом формате.

«Теремок» очень удобен для пользования и с ним способен разобраться даже человек без технического образования. Специалистам же он значительно сокращает время на вычисления и оформление отчета в электронном виде.

Главным достоинством программы является тот факт, что она способна вычислить толщину утепления не только наружной стены, но и любой конструкции. Каждый из расчетов имеет свои особенности, и непрофессионалу довольно сложно разобраться во всех. Для строительства частного дома достаточно освоить данное приложение, и не придется вникать во все сложности. Расчет и проверка всех ограждающих поверхностей займет не более 10 минут.

Теплотехнический расчет онлайн (обзор калькулятора)

Теплотехнический расчет можно сделать в Интернете онлайн. Неплохим, как на мое усмотрение являться сервис: rascheta.net. Давайте вкратце рассмотрим, как с ним работать.

Перейдя на сайт онлайн калькулятора, первым делом нужно выбрать нормативы по которым будет производится расчет. Я выбираю свод правил от 2012 года, так как это более новый документ.

Дальше нужно указать регион в котором будет строятся объект. Если нет Вашего города выбирайте ближайший большой город. После этого указываем тип зданий и помещений. Скорей всего Вы будете рассчитывать жилое здание, но можно выбрать общественные, административные, производственные и другие. И последнее, что нужно выбрать — вид ограждающей конструкции (стены, перекрытия, покрытия).

Расчетную среднюю температуру, относительную влажность и коэффициент теплотехнической однородности оставляем такими же, если не знаете как их изменять.

В опциях расчета устанавливаем все две галочки, кроме первой.

В таблице указываем пирог стены начиная снаружи — выбираем материал и его толщину. На этом собственно весь расчет и закончен. Под таблицей будет результат расчета. Если какое-то из условий не выполняется меняем толщину материала или же сам материал, пока данные не будут соответствовать нормативным документам.

Если Вы желаете посмотреть алгоритм расчета, то нажимаем на кнопку «Отчет» внизу страницы сайта.

Кондуктивный теплообмен

Проводимость как теплообмен происходит при наличии градиента температуры в твердой или стационарной текучей среде.

С энергией проводимости переходит от более энергичных к менее энергичным молекулам, когда соседние молекулы сталкиваются. Тепловые потоки в направлении снижения температуры, так как более высокие температуры связаны с более высокой молекулярной энергией.

Кондуктивный перенос тепла можно выразить с помощью “ закона Фурье ”

q = (к / с) A dT

= UA dT (1)

, где

q = теплопередача (Вт, Дж / с, БТЕ / час)

k = Теплопроводность материала (Вт / м К или Вт / м ^o С, БТЕ / (ч ^o Ф фут ² / фут))

с = толщина материала (м, футы)

А = площадь теплопередачи (м ² , фут ² )

U = к / с

= Коэффициент теплопередачи (Вт / (м ² К), БТЕ / (фут ² ч ^o F)

dT = t ₁ – т ₂

= градиент температуры – разница – по материалу ( ^o C, ^{o 9003 3 F)}

Пример – Кондуктивный теплообмен

Плоская стенка изготовлена ​​из твердого железа с теплопроводностью 70 Вт / м ^o С. Толщина стенки 50 мм , длина и ширина поверхности 1 м на 1 м. Температура составляет 150 ^o C с одной стороны поверхности и 80 ^o C с другой стороны.

Кондуктивный теплообмен через стену можно рассчитать

q = [(70 Вт / м ^o C) / (0,05 м) ] [(1 м) (1 м)] [ (150 ^o C) – (80 ^o C)]

= 98000 (Вт)

= 98 (кВт)

Калькулятор кондуктивного теплопередачи.

Этот калькулятор можно использовать для расчета проводящего теплообмена через стену. Калькулятор является общим и может использоваться как для метрических, так и для имперских единиц, если используется единица измерения.

к – теплопроводность (Вт / (мК), БТЕ / (ч ^o F ft ² / фут))

A – площадь (м ² , футы ² )

т ₁ – температура 1 ( ^o C, ^o F)

т ₂ – температура 2 ( ^o C, ^o F)

с – толщина материала (м, футы)

Проводящий теплообмен через плоскую поверхность или стену со слоями в серии

Тепло, проходящее через стену со слоями в Термоконтакт можно рассчитать как

q = dT A / ((с ₁ / k ₁ ) + (с ₂ / k ₂ ) +… + (с _n / k _n )) (2)

, где

dT = t ₁ – т ₂

= разница температур между внутренней и наружной стенами ( ^o C, ^o F)

Обратите внимание, что теплостойкость, обусловленная конвекцией поверхности и излучением, не включена в это уравнение ,Конвекция и излучение в целом оказывают существенное влияние на общие коэффициенты теплопередачи.

Пример – Кондуктивный теплообмен через стенку печи

Стенка печи 1 м ² состоит из внутреннего слоя толщиной 1,2 см из нержавеющей стали , покрытого 5 см наружным изоляционным слоем изоляционной плиты. Температура внутренней поверхности стали составляет 800 K , а температура наружной поверхности изоляционной плиты составляет 350 K .Теплопроводность нержавеющей стали составляет 19 Вт / (м К) , а теплопроводность изоляционной плиты составляет 0,7 Вт / (м К) .

Проводящий перенос тепла через слоистую стену можно рассчитать как

q = [(800 K) – (350 K)] (1 м ² ) / ([(0,012 м) / (19 Вт / (м К) )] + [(0,05 м) / (0,7 Вт / (м К))] )

= 6245 (Ш)

= 625 кВт

Единицы теплопроводности

• БТЕ / (h ft ^{2 o} Ф / фут)
• БТЕ / (h ft ^{2 o} F / in)
• Btu / (футы ^{2 o} футов / фут)
• Btu in) / (фут² ч ° F)
• МВт / (м ² К / м)
• кВт / (м ² К / м)
• Вт / (м ² К / м)
• Вт / (м ² К / см)
• Вт / ( см ^{2 o} С / см)
• Вт / (в ^{2 o} Ф / дюйм)
• кДж / (мм ² К / м)
• Дж / (см ^{2 o} C / m)
• ккал / (hm ^{2 o} C / m)
• кал / (s см ^{2 o} C / см)
9043 4
• 1 Вт / (м К) = 1 Вт / (м ^o С) = 0.85984 ккал / (мм ^o C) = 0,5779 БТЕ / (футов ^o F) = 0,048 БТЕ / (в часах ^o F) = 6,935 (БТЕ в) / (фут² ч ° F)
  
.

Вода – теплопроводность

Теплопроводность – это свойство материала, которое описывает способность проводить тепло. Теплопроводность может быть определена как

«количество тепла, передаваемого через единицу толщины материала – в направлении, перпендикулярном поверхности единицы площади – из-за градиента температуры единицы в установившемся режиме»

Теплопроводность единица измерения

Теплопроводность воды зависит от температуры и давления, как показано на рисунках и в таблицах ниже:

См. также другие свойства Вода при при различных температурах и давлении : Точки кипения при высоком давлении, Точки кипения при давлении вакуума, Плотность и удельный вес, Динамическая и кинематическая вязкость, Энтальпия и энтропия, Теплота испарения, Константа ионизации, pK _w , для нормальной и тяжелой воды, Точки плавления при высоком давлении, Число Прандтля, Свойства в газе Условия жидкого равновесия, давление насыщения, удельный вес, удельная теплоемкость (теплоемкость), удельный объем, термо коэффициент диффузии и давление пара при равновесии газ-жидкость, а также теплофизические свойства при стандартных условиях ,
, а также теплопроводность воздуха, аммиака, бутана, диоксида углерода, этилена, водорода, метана, азота и пропана.Теплопроводность строительных материалов приведена в соответствующих документах внизу страницы.



Вернуться к началу

Теплопроводность воды при заданных температурах (° C) и 1 бара:

6 04847 6 04847 9004 2848 900 900 900 0,0148 0,0154 0,0248

Состояние воды	Температура	Теплопроводность
	[° C]	[мВт / м К]	[ккал (IT) / (hm K)]	[Btu (IT) / (h ft ° F)]
Жидкость	0.01	555,75	0,4779	0,3211
	10	578,64	0,4975	0,3343
	20	598,03	0,5142	0,3455
	0,5		0,5	0,3551
	40	628,56	0,5405	0,3632
	50	640.60	0,5508	0,3701
	60	650,91	0,5597	0,3761
	70	659,69	0,5672	0,3812
	80	0,3735	0,3735	0,3735	06735	06735	0,567 800 900 900 900
	90	672,88	0,5786	0,3888
	99,6	677,03	0.5821	0,3912
Газ	100	24,57	0,0211	0,0142
	125	26,66	0,0229	0,0154
	9003
		0,0167
	175	31,09	0,0267	0,0180
	200	33.43	0,0287	0,0193
	225	35,85	0,0308	0,0207
	250	38,34	0,0330	0,0222
	275	40,92	40,92	40,92	40,92	405 0297	0 407 9004
	300	43,53	0,0374	0,0252
	350	48,98	0,0421	0.0283
	400	54,65	0,0470	0,0316
	450	60,52	0,0520	0,0350
	500	66,58	0,0573	0,0573	0,0383	0,0383	0,0383	0,0383	0,0573	0,0383	0,0383	72,81	0,0626	0,0421
	600	79,17	0,0681	0,0457
	700	92.28	0,0794	0,0533
	800	105,81	0,0910	0,0611
900	119,67	0,1029	0,0691

В начало страницы
при теплопроводности температура (° F) и 14,5 фунтов на квадратный дюйм:

9009. 8056 9009 9009 9009 9009 9009 9009. 900 450 900 0474

Состояние воды	Температура	Теплопроводность
	[° F]	[Btu (IT) / ( h ft ° F)]	[Btu (IT) in / (h ft 2 ° F)]	[мВт / м К]	[x 10 -3 кал (IT) / (s см 2 K)]
Жидкость	32	0.3211	3.853	555.73	1.327
	40	0.3273	3.927	566.39	1.353
	60	0.3408	4.089
		0.3520	4.225	609.30	1.455
	100	0.3615	4.338	625.62	1.494
	120	0.3694	4.433	639.35	1.527
	140	0.3761	4.513	650.91	1.555
		4.580	0.58						660,57	1,57
	180	0,3862	4,635	668,45	1,559 9009
200	0.3897	4.677	674.49	1.611
211.3	0.3912	4.694	677.03	1.617
газ	212	0 0 900 900	048 900 900 900 900 48 900 900 900 900 48 900 8	0 900 9			0 9007	0 9007					9008	3897		0,059
	250	0,0152	0,183	26,33	0,063
	300	0.0166	0.199	28.73	0.069
	350	0,0181	0,217	31,25	0,075
	400	0,0196	0,235	33,86	0,08
	0,0211	0,254	36,56	0,087
	550	0,024	0,293	42.24	0.101
	600	0.0261	0.313	45.20	0.108
	650	0.0279	0.334	48.24	0.115
	700	0.0567	0.0567	0.0297	0 029 7	0.0297	0.0297	0.0297	51,35	0,13
	750	0,0315	0,378	54,52	0,130
	800	0.0334	0,400	57,76	0,138
	900	0,0372	0,447	64,41	0,154
	1000	0,0412	0,494	71,27	0,170
		0,0453	0,543	78,32	0,187
	1200	0,0494	0,593	85.53	0,204
	1400	0,0580	0,696	100,35	0,240
1600	0,0668	0,802	115,63	0,276

преобразователь температуры 9000 наверх

.

Теплопроводность

Материал Теплопроводность (кал / с) / (см 2 С / см) Теплопроводность (Вт / м К) * Diamond … 1000 Серебро 1,01 406,0 Медь 0,99 385,0 Золото … 314 латунь … 109,0 Алюминий 0,50 205,0 Железо 0.163 79.5 Сталь … 50,2 Свинец 0,083 34,7 Меркурий … 8,3 Лед 0.005 1,6 Стекло обыкновенное 0,0025 0,8 Бетон 0,002 0,8 Вода при 20 ° C 0,0014 0,6 Асбест 0.0004 0.08 Снег (сухой) 0.00026 … Стекловолокно 0,00015 0.04 Кирпич изоляционный … 0.15 Кирпич красный … 0,6 Пробковая доска 0,00011 0,04 Шерстяной войлок 0,0001 0,04 Каменная вата … 0,04 Полистирол (пенополистирол) … 0.033 Полиуретан … 0,02 Древесина 0,0001 0,12-0,04 Воздух при 0 ° C 0,000057 0,024 Гелий (20 ° C) … 0.138 Водород (20 ° C) … 0.172 Азот (20 ° C) … 0,0234 Кислород (20 ° C) … 0.0238 Аэрогель кремнезема … 0,003 * Большинство из Янга, Хью Д., Физика университета, 7-е изд. Таблица 15-5. Значения для алмазного и кремнеземного аэрогеля из Справочника по химии и физике CRC. Обратите внимание, что 1 (кал / с) / (см 2 С / см) = 419 Вт / м К. С учетом этого два приведенных выше столбца не всегда соответствуют друг другу. Все значения взяты из опубликованных таблиц, но их нельзя считать достоверными. Значение 0,02 Вт / мК для полиуретана можно принять за номинальное значение, которое определяет пенополиуретан как один из лучших изоляторов. NIST опубликовал процедуру численного аппроксимации для расчета теплопроводности полиуретана на http://cryogenics.nist.gov/NewFiles/Polyurethane.html. Их расчет для наполненного фреоном полиуретана с плотностью 1,99 фунт / фут 3 при 20 ° C дает теплопроводность 0,022 Вт / мК. Расчет по СО 2, заполненный полиуретаном плотностью 2.00 фунт / фут 3 дает 0,035 Вт / мК.

Index Tables Reference Young Ch 15.

.

Теплообменники расчет и выбор

Задача 1

Поток горячего продукта, выходящий из реактора, должен быть охлажден от начальной температуры t _{1 н} = 95 ° C до конечной температуры t _{1 к} = 50 ° C; для этого он направляется в холодильник, куда подается вода с начальной температурой t _{2 н} = 20 ° C. Пожалуйста, рассчитайте ∆t _ср для условий прямого потока и противотока в холодильнике.

Решение

: 1) Поскольку конечная температура охлаждающей воды t _{2 к} для прямого потока теплоносителя не может превышать значение конечной температуры горячей теплоносителя (t _{1 к} = 50 ° C), поэтому предположим, что t _{2 к} = 40 ° C.

Давайте посчитаем средние температуры на входе и выходе холодильника:

∆t _{н ср} = 95 – 20 = 75;

∆t _{к ср} = 50 – 40 = 10

∆t _ср. = 75 – 10 / ln (75/10) = 32.3 ° C

2) Для условий противотока предположим, что конечная температура воды такая же, как и для прямого потока теплоносителя, т. Е. _{2 к} = 40 ° C.

∆t _{н ср} = 95 – 40 = 55;

∆t _{к ср} = 50 – 20 = 30

∆t _ср = 55-30 / ln (55/30) = 41,3 ° C

Задача 2

Используя условия задачи 1, определите требуемую поверхность теплообмена (F) и расход охлаждающей воды (G).Поток горячего продукта G = 15000 кг / час и его теплоемкость C = 3430 Дж / кг · град (0,8 ккал · кг · град). Параметры охлаждающей воды: теплоемкость с = 4080 Дж / кг · град (1 ккал · кг · град), коэффициент теплопередачи k = 290 Вт / м ² · град (250 ккал / м ² * град ).

Решение

: Используя уравнение теплового баланса, мы получим выражение для определения теплового потока при нагревании холодной теплоносителя:

Q = Q _гт = Q _хт

Откуда: Q = Q _гт = GC (т _{1 н} – т _{1 к} ) = (15000/3600) · 3430 · (95-50) = 643125 W

Предполагая, что t _{2 к} = 40 ° C, мы найдем скорость потока холодной теплоносителя:

G = Q / c (т _{2 к} – т _{2 н} ) = 643125/4080 (40 – 20) = 7.9 кг / с = 28 500 кг / ч

Требуемая поверхность теплообмена

В случае прямого потока:

F = Q / k · ∆t _ср. = 643125/290 · 32,3 = 69 м ²

В случае встречного потока:

F = Q / k · ∆t _ср. = 643125/290 · 41,3 = 54 м ²

Задача 3

На заводе газ транспортируется по стальному трубопроводу с наружным диаметром d ₂ = 1500 мм, толщиной стенки δ ₂ = 15 мм, теплопроводностью λ ₂ = 55 Вт / м · град.С внутренней стороны трубопровод облицован огнеупорным кирпичом, толщина которого δ ₁ = 85 мм, теплопроводность λ ₁ = 0,91 Вт / м · град. Коэффициент теплопередачи от газа к стене составляет α ₁ = 12,7 Вт / м ² · град; от наружной поверхности стены до воздуха составляет α ₂ = 17,3 Вт / м ² · град. Пожалуйста, найдите коэффициент теплопередачи от газа к воздуху.

Решение

: 1) Определим внутренний диаметр трубопровода:

d ₁ = d ₂ – 2 · (δ ₂ + δ ₁ ) = 1500-2 (15 + 85) = 1300 мм = 1.3 м

Средний диаметр подкладки:

d _{1 ср.} = 1300 + 85 = 1385 мм = 1,385 м

Средний диаметр стенки трубопровода:

d _{2 ср.} = 1500 – 15 = 1485 мм = 1,485 м

Рассчитаем коэффициент теплопередачи по формуле:

k = [(1 / α ₁ ) · (1 / d ₁ ) + (δ ₁ / λ ₁ ) · (1 / d _{1 ср} ) + (δ ₂ / λ ₂ ) · (1 / д _{2 ср.} ) + (1 / α ₂ )] ^-1 = [(1/12.7) · (1 / 1,3) + (0,085 / 0,91) · (1 / 1,385) + (0,015 / 55) · (1 / 1,485) + (1/17,3)] ^-1 = 5,4 Вт / м ² · град

Задача 4

Однопроходной кожухотрубный теплообменник нагревает метанол с водой от начальной температуры от 20 до 45 ° C. Поток воды охлаждается от 100 до 45 ° С. Трубный пучок теплообменника содержит 111 трубок, диаметр одной трубки составляет 25х2,5 мм. Скорость потока метанола через трубки составляет 0,8 м / с (мас.). Коэффициент теплопередачи составляет 400 Вт / м ² · град.Пожалуйста, определите общую длину трубного пучка.

Решение:

Давайте определим среднюю разницу температур теплоносителя как среднее логарифмическое значение.

∆t _{н ср} = 95 – 45 = 50;

∆t _{к ср} = 45 – 20 = 25

∆t _ср = 50 + 25/2 = 37,5 ° C

Затем, давайте определим среднюю температуру теплоносителя, протекающего через боковое пространство трубки.

∆t _ср = 45 + 20/2 = 32.5 ° C

Давайте определим массовый расход метанола.

G _сп = n · 0,785 · д _вн ² · ш _сп · ρ _сп = 111 · 0,785 · 0,02 ² · 0,8 · = 21,8

ρ _сп = 785 кг / м ³ – плотность метанола при 32,5 ° С, значение взято из справочной литературы.

Тогда давайте определим тепловой поток.

Q = G _сп с _сп (т _{к сп} – т _{н сп} ) = 21.8 · 2520 (45 – 20) = 1,337 · 10 ⁶ W

с _сп = 2520 кг / м ³ – теплоемкость метанола при 32,5 ° С, значение взято справочной литературой.

Давайте определим необходимую поверхность теплообмена.

F = Q / K∆t _ср. = 1,337 · 10 ⁶ / (400 · 37,5) = 91,7 м ³

Давайте вычислим общую длину пучка труб по среднему диаметру труб.

L = F / nπd _ср. = 91.7/111 · 3,14 · 0,0225 = 11,7 м.

В соответствии с рекомендациями, общая длина пучка труб должна быть разделена на несколько секций предлагаемого стандартного размера с требуемым запасом поверхности теплообмена, которая должна быть предоставлена.

Задача 5

Пластинчатый теплообменник используется для нагрева потока 10% раствора NaOH от 40 до 75 ° C. Расход гидроксида натрия составляет 19000 кг / час. Конденсат водяного пара с расходом 16000 кг / час и начальной температурой 95 ° C используется в качестве теплоносителя.Предположим, что коэффициент теплопередачи составляет 1400 Вт / м ² · град. Пожалуйста, рассчитайте основные параметры пластинчатого теплообменника.

Решение

: Найдем количество передаваемого тепла.

Q = G _р с _р (т _{к р} – т _{н р} ) = 19000/3600 · 3860 (75 – 40) = 713 028 W

Из уравнения теплового баланса, давайте определим конечную температуру конденсата.

т _{к х} = (Q · 3600 / G _к с _к ) – 95 = (713028 · 3600) / (16000 · 4190) – 95 = 56.7 ° C

с _{р , к} – теплоемкость раствора и конденсата, значения приведены в справочных материалах.

. Определим средние температуры теплоносителя.

∆t _{н ср} = 95 – 75 = 20;

∆t _{к ср} = 56,7 – 40 = 16,7

∆t _ср = 20 + 16,7 / 2 = 18,4 ° C

Давайте определим поперечное сечение каналов; для расчета примем массовую скорость конденсата Wk = 1500 кг / м ² · сек.

S = G / W = 16000/3600 · 1500 = 0,003 м ²

Предполагая ширину канала b = 6 мм, мы найдем ширину спирали.

B = S / b = 0,003 / 0,006 = 0,5 м

На основании рекомендаций предположим, что ширина спирали соответствует ближайшему большему табличному значению B = 0,58 м.

Давайте уточним сечение канала

S = B · b = 0,58 · 0,006 = 0,0035 м ²

и массовая скорость потоков

W _р = G _р / S = 19000/3600 · 0.0035 = 1508 кг / м ³ · сек

W _к = G _к / S = 16000/3600 · 0,0035 = 1270 кг / м ³ · сек

Поверхность теплопередачи спирального теплообменника определяется следующим образом.

F = Q / K∆t _ср. = 713028 / (1400 · 18,4) = 27,7 м ²

Давайте определим рабочую длину спирали

L = F / 2B = 27,7 / (2 · 0,58) = 23,8 м

Далее, давайте определим шаг спирали, задав толщину листа δ = 5 мм.

т = b + δ = 6 + 5 = 11 мм

o Для расчета числа витков каждой спирали начальный диаметр спирали должен приниматься, исходя из рекомендаций, как d = 200 мм.

N = (√ (2L / πt) + x ² ) – x = (√ (2 · 23,8 / 3,14 · 0,011) +8,6 ² ) – 8,6 = 29,5

, где х = 0,5 (д / т – 1) = 0,5 (200/11 – 1) = 8,6

Необходимый диаметр спирали определяется следующим образом.

D = d + 2Nt + δ = 200 + 2 · 29,5 · 11 + 5 = 860 мм.

Задача 6

Определите гидравлическое сопротивление теплоносителя, созданного в четырехходовом пластинчатом теплообменнике с длиной канала 0,9 м и эквивалентным диаметром 7,5 × 10 ^-3 , когда бутиловый спирт охлаждают водой. Свойства бутилового спирта следующие: скорость потока G = 2,5 кг / с, скорость W = 0,240 м / с и плотность ρ = 776 кг / м ³ (критерий Рейнольдса Re = 1573> 50). Свойства охлаждающей воды следующие: скорость потока G = 5 кг / с, скорость W = 0.175 м / с и плотность ρ = 995 кг / м ³ (критерий Рейнольдса Re = 3101> 50).

Решение

: Определим коэффициент местного гидравлического сопротивления.

ζ _бс = 15 / Re ^0,25 = 15/1573 ^0,25 = 2,38

ζ _в = 15 / Re ^0,25 = 15/3101 ^0,25 = 2,01

Уточним скорость спирта и воды в фитингах (при условии, что d _шт = 0,3 м)

W _шт = G _бс / ρ _бс 0.785d _шт. ² = 2,5 / 776 · 0,785 · 0,3 ² = 0,05 м / с меньше 2 м / с, поэтому его можно игнорировать.

W _шт = G _в / ρ _в 0,785d _шт ² = 5/995 · 0,785 · 0,3 ² = 0,07 м / с меньше 2 м / с, поэтому может быть проигнорированным

Давайте определим гидравлическое сопротивление для бутилового спирта и охлаждающей воды.

∆Р _бс = хζ · (л / д) · (ρ _бс w ² /2) = (4 · 2.38 · 0,9 / 0,0075) · (776 · 0,240 ² /2) = 25532 Па

∆Р _в = хζ · (л / д) · (ρ _в в ² /2) = (4 · 2,01 · 0,9 / 0,0075) · (995 · 0,175 ² /2) = 14699 Па.

,