МАГИСТРАЛЬ ТЕПЛОВОЙ СЕТИ

Полезная модель относится к промышленной теплоэнергетике и может быть использована в сетях теплоснабжения.
Известна магистраль тепловой сети (Патент SU №522822, МПК F16L 59/10, F16L 59/00, 1976 г.), прокладываемая в канале и включающая подающие теплоноситель трубы, расположенные в канале теплотрассы, заполненном теплоизоляционной массой. Канал теплотрассы содержит жесткую изолирующую опору, которая расположена под теплоизоляционной массой, заключенной в пленку, выполненную с отверстиями, при этом концы пленки вверху перекрывают друг друга.
Недостатками известной тепловой сети является ее сложность и высокая стоимость при изготовлении, монтаже и ремонте.
Известна «Магистраль тепловой сети» (Патент на полезную модель RU №33798, МПК F16L 59/00, 2003 г.), включающая подающие теплоноситель трубы, расположенные в канале, внутри труб образовано гидроизоляционное покрытие, а свободное пространство в канале теплотрассы заполнено теплоизоляционной массой. При этом гидроизоляционное покрытие может быть выполнено в виде отрезка полимерной трубы или в виде полимерной оболочки, например, из полиэтилена низкого давления. Теплоизоляционная масса выполнена из пенобетона, который в канал теплотрассы вводят с помощью форсунки или путем заливки. Заполнение теплоизоляционного блока пенобетоном позволит без демонтажа поврежденных участков магистрали тепловой сети восстановить ее теплоизоляцию. При этом пенобетон, вспениваясь, заполнит все свободное пространство в канале теплотрассы, создавая надежную, прочную теплоизоляционную оболочку.
Недостатками указанного технического решения является его низкая эффективность, так как коэффициент теплопроводности пенобетона может достигать значений λ=0,3 Вт/м·°C, что сравнимо с естественной конвекцией в свободном канале. При попадании влаги в канал и увлажнении теплоизоляционного материала, значительно увеличиваются тепловые потери. Недостатком является так же сложность демонтажа при ремонтных работах в канале.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является «Магистраль тепловой сети» (Патент на полезную модель RU №124358 U, МПК F16L 59/00, 2006.01 г.), принятая за прототип, включающая подающие теплоноситель трубопроводы, расположенные в канале теплотрассы, содержит каркасное устройство П-образной формы с элементами опоры, выполненное из пластикового материала, облицованное рамами с теплоотражающими экранами, установленное с зазором 10-50 мм от внутренних поверхностей канала и каркасное устройство П-образной формы с элементами крепления к трубопроводам, выполненное из пластикового материала, облицованное рамами с теплоотражающими экранами, установленное вокруг трубопроводов тепловой сети с зазором 40-50 мм от поверхности трубопроводов тепловой сети, внутри каркасного устройства с элементами опоры. Каркасное устройство с элементами опоры и каркасное устройство П-образной формы с элементами крепления к трубопроводам имеют полчки для установки рам с теплоотражающим экраном. Элементы крепления к трубопроводам выполнены в виде опорной планки и двух фиксирующих планок. Рамы могут быть снабжены двухслойными тепловыми экранами с межслойным зазором 5-10 мм.
Технический результат, достигаемый заявляемой полезной моделью, заключается в уменьшении тепловых потерь в окружающую среду при одновременно уменьшении теплоизоляции трубопроводов, легкость монтажа и демонтажа при ремонтных работах в канале.
Технический результат заключается в том, что магистраль тепловой сети, включающая прямой и обратный трубопроводы, расположенные в канале теплотрассы, каркасное устройство П-образной формы с элементами опоры, облицованное рамами с теплоотражающими экранами, установленное с зазором 10-50 мм от внутренних поверхностей канала теплотрассы и каркасное устройство П-образной формы с элементами крепления к трубопроводам, облицованное рамами с теплоотражающими экранами, установленное вокруг трубопроводов с зазором 40-50 мм к поверхности трубопроводов теплотрассы, на каркасное устройство П-образной формы с элементами крепления к трубопроводам установлены дополнительные рамы с зазором 5-10 мм к рамам с теплоотражающими экранами, установленным вокруг трубопроводов, на дополнительных рамах закреплены двухслойные теплоотражающие экраны с межслойным зазором 5-10 мм, при этом обратный трубопровод не имеет теплоизоляции, а толщину теплоизоляции прямого трубопровода выбирают из условия обеспечения равенства температур на поверхности изоляции прямого трубопровода и на поверхности обратного трубопровода.
На чертеже приведена магистраль тепловой сети.
На чертеже цифрами обозначены: канал теплотрассы 1; прямой трубопровод тепловой сети 2, теплоизоляция 3 прямого трубопровода тепловой сети 2, обратный трубопровод тепловой сети 4, каркасное устройство П-образной формы с элементами опоры 5, каркасное устройство П-образной формы с элементами крепления 6, рамы с теплоотражающими экранами 7, опоры 8, полочки 9, элементы крепления к трубопроводам 10, раскосы 11, дополнительные рамы с двухслойными теплоотражающими экранами 12, дистанционные шайбы 13. Каркасное устройство П-образной формы с элементами опоры 5 и каркасное устройство П-образной формы с элементами крепления 6 выполнены из пластикового материала, в нижней части снабжены полочками 9 для установки рам с теплоотражающими экранами 7. Для придания жесткости каркасные устройства П-образной формы снабжены раскосами 11. Каркасное устройство П-образной формы с элементами опоры 5 устанавливают на донную плиту канала 1 на опоры 8 выполненные, например, в виде «ножек» на расстоянии 10-50 мм от внутренних поверхностей канала. Закрепляют рамы с теплоотражающими экранами 7 на его боковой и верхней поверхностях каркасного устройства 5 и устанавливают рамы с теплоотражающими экранами 7 на полочки 8. Теплоотражающие экраны выполняют из полированной фольги, чтобы исключить лучистый теплообмен между стенкой канала и трубопроводом тепловых сетей. Каркасное устройство П-образной формы с элементами крепления 6 снабжено элементами крепления 10 к трубопроводам, выполненным в виде опорной планки и двух фиксирующих планок. Опорная планка расположена на расстоянии 40-50 мм от верхней планки каркасного устройства 6 для его установки на прямой трубопровод 2 и обратный трубопровод 4 и обеспечения необходимой величины зазора от поверхности трубопроводов 2 и 4. Расстояние между фиксирующими планками выбирают равным ширине трубопроводов для обеспечения фиксации каркасного устройства П-образной формы с элементами крепления 6 на трубопроводах 2 и 4. Расстояние от фиксирующих планок до боковых планок каркасного устройства П-образной формы с элементами крепления 6 выбирают равным 40-50 мм для обеспечения необходимой величины зазора от поверхности трубопроводов 2 и 4. Каркасное устройство П-образной формы с элементами крепления 6 устанавливают на трубопроводы 2 и 4 с помощью элементов крепления 10. На верхнюю и боковые поверхности каркасного устройства П-образной формы с элементами крепления 6, закрепляют рамы 7, затем с зазором 5-10 мм к ним устанавливают дополнительные рамы 12 с двухслойными теплоотражающими экранами с межслойным зазором 5-10 мм. Зазор 5-10 мм между рамами 7 и дополнительными рамами 12 обеспечивается дистанционными шайбами 13. Длину каркасных устройств 5 и 6 выбирают кратной длине укрывающих плит и для удобства монтажа не более 1 метра. Теплоотражающие экраны сохраняют целостность при вскрытии канала теплотрассы 1, при образовании локальных разрывов теплоотражающие экраны могут быть легко заменены или восстановлены, например, наложением заплат.
Установка дополнительных рам с двухслойными теплоотражающими экранами с межслойным зазором 5-10 мм позволяет снизить тепловые потери за счет увеличения термического сопротивления, сохраняя условия по тепловым потерям по сравнению с прототипом, при отсутствии теплоизоляции на обратном трубопроводе и уменьшенной толщины теплоизоляции на прямом трубопроводе. Уменьшение толщины теплоизоляции на прямом трубопроводе будет пропорционально уменьшению разности температур теплоносителя и поверхности теплоизоляции. Например, если по СНИП - тепловые сети 41-02-2003 (приняты и введены в действие с 1 сентября 2003 г. постановлением Госстроя России от 24.06.2003 г. №110),
пов
температура поверхности теплоизоляции ≈t=40°C,
пр
а температура теплоносителя t=150°C,
пр
пов
то разность Δt=t-t=150-40=110°C для этого перепада.
изол
Расчет толщины теплоизоляции - δ.
пр
При t=70°C, разность Δt=150-70=80°C.
изол
Рассчитав по уравнению Фурье: , при равенстве тепловых потерь в обоих случаях (теплоизолированные трубопроводы и с уменьшенной теплоизоляцией) и постоянстве коэффициентов теплопроводности теплоизоляционного материала δ.≡Δt
Поэтому при условии равенства температур на поверхности обратного трубопровода и на поверхности теплоизоляции на прямом трубопроводе:
пов
при t=70°C,
пр
Для t=150°C толщина теплоизоляции будет
Для ;
Для ;
Для .
Приведенный расчет показывает, что теплоизоляция прямого трубопровода может быть снижена в среднем на 40% по сравнению с прототипом. Как показали исследования на экспериментальном стенде, применение заявляемого технического решения обеспечивает снижение тепловых потерь при отсутствии теплоизоляции на обратной трубе и уменьшенной на 40% толщине теплоизоляции на прямой трубе.
Экспериментально установлено, что тепловой поток возвращается в объеме 40-45% от нормируемых тепловых потерь, это приводит к меньшему понижению температуры теплоносителя. Часть лучистого теплового потока от изолированного прямого трубопровода 2 и обратного трубопровода 4 тепловой сети отраженная теплоотражающими экранами, закрепленными в рамах 7 установленных на каркасном устройстве П-образной формы с элементами крепления 6 (примерно 40-45%) воспринимаются теплоносителем в указанных трубопроводах и расходуется на увеличение температуры воздушного пространства между трубопроводами и теплоотражающим экраном.
Остальная часть лучистого теплового потока (55%-60%) доходит до экранов первого слоя, укрепленных на дополнительных рамах 12 установленных на каркасном устройстве П-образной формы с элементами крепления 6. И также 40-45% отражается от экрана (то есть 22-27% от теплового потока от трубопроводов). Отраженная часть расходуется на разогрев воздушного пространства между теплоотражающими экранами, закрепленными на рамам 7 установленных на каркасном устройстве П-образной формы с элементами крепления 6 и экранами первого слоя, закрепленными на дополнительных рамах 12.
Остальная часть теплового потока (29%-38% от теплового потока от трубопроводов) доходит до экранов второго слоя, установленных на дополнительных рамах 12. И также 40-45% отражается от экрана (то есть 12%-17% от теплового потока от трубопроводов) и расходуется на разогрев воздушного пространства между первым и вторым слоями теплоотражающих экранов, закрепленных на дополнительных рамах 12.
Оставшаяся часть теплового потока (11-16% от теплового потока от трубопроводов) доходит до теплоотражающих экранов, закрепленных в рамах 7 каркасное устройство П-образной формы с элементами опоры 5. И также 40-45% отражается от экрана (то есть 4%-7% от теплового потока от трубопроводов) и расходуется на разогрев воздушного пространства канала между теплоотражающими экранами второго слоя, закрепленными на дополнительных рамах 12 и теплоотражающими экранами, закрепленными в рамах 7 каркасного устройства П-образной формы с элементами опоры 5, т.е. свободного пространства канала, остальная часть рассеивается.
Когда наступает стационарный тепловой режим, то температурное поле в объеме, ограниченным тепловыми экранами, значительно отличается от состояния при их отсутствии, а именно лучистый тепловой поток от поверхности трубопроводов будет значительно меньше, так воздушные пространства и экраны будут разогреты.
Применение заявляемого технического решения позволяет практически полностью исключить лучистый теплообмен между стеной канала и трубопроводами тепловых сетей. Дополнительное термическое сопротивление создается за счет воздушной прослойки между экранами и между экраном и внутренней поверхностью канала. При расположении каркасного устройства П-образной формы с элементами опоры 5 на расстоянии 10÷50 мм от внутренних поверхностей канала увеличение сопротивления теплопередачи от введения теплоотражающего экрана в канал теплотрассы составит порядка 0,19-0,25 м2·°C/Вт.
Таким образом, применение заявляемого технического решения обеспечивает уменьшение тепловых потерь в окружающую среду при одновременно уменьшении теплоизоляции трубопроводов, легкость монтажа и демонтажа при ремонтных работах в канале.