Výpočet tepelné ztráty potrubí s izolací

---

Teorie výpočtu tepelné ztráty potrubí

Tepelná ztráta potrubí kruhového průřezu je způsobena vedením tepla jednotlivými vrstvami potrubí a přestupem tepla do okolního prostředí.
Její velikost ovlivňují

• součinitel prostupu tepla válcovou stěnou U_o
• materiál trubky - minimálně
• materiál izolace - podstatně
• přestup tepla mezi povrchem potrubí a okolního prostředí α_e
• délka potrubí l
• rozdíl teploty média uvnitř t_in potrubí a teploty v jeho okolí t_out

Pro vyčíslení součinitele prostupu tepla válcovou stěnou U_o musíme znát


Rozměry

• vnější průměr trubky d nebo vnitřní průměr trubky a tloušťku stěny s_t [m]
• průměr potrubí D nebo tloušťky jednotlivých vrstev potrubí (např. tloušťku izolace s_iz) [m]

Materiálové charakteristiky

• součinitel tepelné vodivosti λ pro jednotlivé vrstvy potrubí (trubka λ_t a izolace λ_iz) [W / m K]
  • závisí také na teplotě daného materiálu
  • lambda materiálu trubky je ve výpočtu uvažována jako konstanta
  • lambda materiálu tepelné izolace je vypočtena z rovnice teplotní závislosti daného materiálu a součinitele při teplotě 0 °C (hodnoty požadované vyhláškou č.193/2007 Sb. jsou udávány také pro 0 °C).
    Uvažovaná teplota, pro kterou je lambda vypočtena, je teplota uprostřed izolační vrstvy. Tato teplota je aritmetickým průměrem teploty média a teploty na povrchu izolace.
    Z důvodu zjednodušení probíhá výpočet pouze 2x. Při první iteraci je vypočtena povrchová teplota, z lambdy při teplotě 0 °C a při druhém přůběhu již výpočet uvažuje lambdu při teplotě uprostřed izolační vrstvy.
    Pokud není výrobcem tepelné izolace stanovena jiná teplotní závislost, uvažujeme teplotní závislost součinitele tepelné vodivosti jako λ(t) = λ₀ (1 + 0.0025 . t).
    Zadáte-li vlastní součinitel tepelné vodivosti materiálu izolace, potom již nedochází k jeho přepočítání podle střední teploty a výpočet proběhne pouze jednou.

Veličiny

• součinitel přestupu tepla α_i mezi médiem a vnitřním povrchem trubky [W / m² K]
  • Při běžných výpočtech můžeme zanedbat, protože tepelný odpor při tomto přestupu tepla je relativně malý.
• součinitel přestupu tepla α_e mezi povrchem potrubí a okolního vzduchu [W / m² K]
  • Hodnota se mění v závislosti například na hustotě, tepelné vodivosti, měrné tepelné kapacitě okolního vzduchu, na typu proudění...
  • Vzhledem k tomu, že se jedná o komplikovaný výpočet, můžeme pro přibližné výpočty tepelné ztráty potrubí uvažovat hodnotu cca 10 W / m² K.

po zjednoduššení (zanedbáme-li tepelný odpor při přestupu tepla mezi médiem a stěnou trubky) dostaneme

Vyhláška č. 193/2007

Vyhláška č. 193/2007 stanovuje (s určitými vyjímkami) povinnost opatřit rozvody pro vytápění a TUV tepelnou izolací a definuje tzv. "Určující součinitele prostupu tepla" v závislosti na DN izolovaných rozvodů.

Pro vnitřní rozvody plastových a měděných potrubí se tloušťka tepelné izolace volí podle vnějšího průměru potrubí nejbližšího vnějšímu průměru potrubí řady DN.

Pro tepelné izolace rozvodů se použije materiál se součinitelem tepelné vodivosti λ u rozvodů menší nebo roven 0,045 W / m K a u vnitřních rozvodů menší nebo roven 0,040 W / m K (hodnoty λ jsou udávány při teplotě 0 °C), pokud to nevylučují bezpečnostně technické požadavky.
Plné znění Vyhlášky č. 193/2007