Изоляция труб с горячей водой снижает потери тепла и может поднять температуру воды на 2–4 °F выше, чем могут доставить неизолированные трубы, что позволяет снизить заданную температуру воды. Вам также не придется долго ждать горячей воды, когда вы включаете кран или насадку для душа, что помогает экономить воду.

Плата за изоляцию ваших труб — как самостоятельный проект — может иметь экономический смысл  . Если в наружных стенах или рядом с ними есть неизолированные водопроводные трубы, они могут лопнуть в морозную погоду, что может привести к катастрофическим последствиям. Выполнение изоляции во время нового строительства дома, во время других работ с водонагревателем или трубами или самостоятельная изоляция труб стоит затраченных усилий. В особых случаях, например, когда топливо, используемое для нагрева воды, очень дорогое, трубы проходят большое расстояние, трубы подвергаются воздействию очень холодного воздуха (в этом случае их все равно следует изолировать, чтобы предотвратить замерзание), и если домохозяйство использует много воды, можно получить гораздо большую экономию энергии. В этих случаях экономия средств может компенсировать оплату того, кто сделает эту работу за вас.

Источник: Энергосбережение дома, ENERGY STAR

URL видео

В этом видеоролике представлены пошаговые инструкции о том, как эффективно изолировать трубы горячего водоснабжения, экономя энергию и деньги.

Министерство энергетики США.

ПЕРЕД НАЧАЛОМ РАБОТЫ

• Определите тип изоляционного материала, который вы хотите использовать, его количество (длину труб) и размер трубы (внутренний диаметр муфты трубы должен соответствовать наружному диаметру трубы для плотная посадка).
• Для электрических водонагревателей наиболее часто используемой изоляцией являются трубы, изготовленные из вспененного полиэтилена или неопрена.
• На газовых водонагревателях изоляция должна находиться на расстоянии не менее 6 дюймов от дымохода. Если трубы находятся в пределах 8 дюймов от дымохода, самым безопасным выбором будет использование стекловолоконной обертки для труб (толщиной не менее 1 дюйма) без облицовки. Вы можете использовать проволоку или ленту из алюминиевой фольги, чтобы прикрепить его к трубе.

СПИСОК ПОКУПОК

• Рулетка
• Втулки для труб или полоски изоляции из стекловолокна можно приобрести в хозяйственном магазине
• Акриловая или клейкая лента, или кабельные стяжки для закрепления втулок — или лента из алюминиевой фольги или проволока для крепления обертки из стекловолокна
• При использовании обертки из стекловолокна, используйте перчатки, одежду с длинными рукавами и штаны
• Ножницы, канцелярский нож или универсальный нож для разрезания изоляции
• Налобный фонарь или фонарь при работе в подполье или темном месте.

ПОШАГОВАЯ ИНСТРУКЦИЯ

1) Измерьте трубы.

Начиная с водонагревателя, измерьте длину изоляции, необходимой для покрытия всех доступных труб горячей воды, особенно первые 3 фута трубы от водонагревателя. Также рекомендуется изолировать впускные трубы холодной воды на первых 3 футах.

2) Отрежьте трубную втулку.

Отрежьте изоляцию необходимой длины.

3) Установите трубную втулку.

Поместите трубную муфту швом вниз на трубу.

4) Закрепите трубную втулку.

Лента, проволока или зажим (с кабельной стяжкой) через каждые фут или два, чтобы прикрепить его к трубе.

Теплообмен в изолированном нефтепроводе – MATLAB и Симулинк – MathWorks España

Теплопередача в изолированном нефтепроводе

Нефтепроводы

Температура играет важную роль при проектировании нефтепровода. Ниже так называемого точки помутнения парафины выпадают в осадок из сырой нефти и начинают накапливаться вдоль Внутренняя часть стенки трубы. Воскообразные отложения ограничивают поток масла, увеличивая мощность требования трубопровода. При еще более низких температурах – ниже заливки точка масла – эти кристаллы становятся настолько многочисленными, что, если им дать застыть, масло становится полутвердым.

В холодном климате кондуктивные потери тепла через стенку трубы могут быть значительными. Чтобы удержать нефть в благоприятном температурном диапазоне, трубопроводы включают в себя некоторые температурные меры контроля. Тепловые пункты, расположенные через определенные промежутки вдоль трубопровода, помогают подогреть масло. Изоляционная прокладка, покрывающая внутреннюю часть стенки трубы, помогает замедлить скорость охлаждения масла.

Вязкое рассеивание обеспечивает дополнительный источник тепла. Как соседние участки нефти текут друг против друга, они испытывают потери энергии, которые проявляются в виде нагревать. Эффект потепления небольшой, но достаточный, чтобы хотя бы частично компенсировать кондуктивные потери тепла, происходящие через утеплитель.

При определенной толщине изоляции рассеивание вязкости точно уравновешивает кондуктивные потери тепла. Нефть сохраняет свою идеальную температуру по всему трубопроводу длина и потребность в тепловых пунктах снижается. С точки зрения дизайна это толщина утеплителя оптимальная.

В этом примере вы моделируете изолированный сегмент нефтепровода. Затем вы запускаете Скрипт оптимизации для определения оптимальной толщины изоляции. Этот пример на основе Simscape™ модель ssc_tl_oil_pipeline .

Рекомендации по моделированию

Физической системой в этом примере является сегмент нефтепровода. Линии изоляции внутреннюю часть стенки трубы, в то время как грунт покрывает внешнюю часть стенки трубы, замедляя кондуктивные потери тепла. Делается упрощающее предположение, что физическая система симметрично относительно центральной линии трубы.

Предполагается, что поток через участок трубопровода полностью развит: профиль скорости протекающей нефти остается постоянной по длине трубопровода. Кроме того, масло является предполагается ньютоновским и сжимаемым: напряжение сдвига пропорционально сдвигу деформация и массовая плотность зависят как от температуры, так и от давления.

Нефть поступает в участок трубопровода при фиксированной температуре, TUpstream , с фиксированным массовым расходом, Vdot* ро0 , где:

Внутри участка трубопровода вязкая диссипация нагревает текущую нефть, а теплопроводность через стенку трубы охлаждает ее. Баланс между двумя процессов определяет температуру нефти на выходе из участка трубопровода.

Количество тепла получено за счет вязкой диссипации зависит частично от вязкости нефти и массового расхода. Чем больше эти величины, тем тем больше вязкое тепловыделение, и тем теплее становится масло. Количество тепло теряется за счет теплопроводности частично зависит от теплового сопротивления изоляции, стенки трубы и грунтового слоя. Чем меньше тепловая сопротивления, тем больше кондуктивные потери тепла и тем холоднее масло. стремится получить.

Используя аналогию с электрической схемой, комбинированное тепловое сопротивление трех Слои материала, расположенные последовательно, равны сумме индивидуальных термических сопротивлений:

R _{вместе взятых} = R _стена + R _дюйм. + R _почва

При условии, что стенка трубы тонкая и ее материал хорошо проводника, можно смело пренебречь тепловым сопротивлением стенки трубы. комбинированное тепловое сопротивление – это просто сумма сопротивления изоляции и грунта. взносы, R _дюйм. и R _грунт .

Термическое сопротивление изоляционного слоя прямо пропорционально его толщина, ( D2 – D1 )/2, и обратно пропорциональна его теплопроводности, kУтеплитель . Аналогично, термическое сопротивление слоя грунта прямо пропорциональна его толщине, z , и обратно пропорционально пропорциональна его теплопроводности, kПочва .

На рисунке показаны соответствующие размеры сегмента трубопровода. Имена переменных соответствуют указанным в модели. Диаметр внутренней изоляции, D1 , также является гидравлическим диаметром участка трубопровода.

Модель Simscape

Модель Simscape ssc_tl_oil_pipeline представляет собой изолированный участок нефтепровода, заглубленный под землю. Чтобы открыть эту модель, в MATLAB ^® командная строка, введите ssc_tl_oil_pipeline . на рисунке показана модель.

Блок Pipe (TL) представляет физическую систему в данном примере, то есть участок нефтепровода. Порт А представляет его вход и порт B его выход. Порт H представляет теплопроводность через стенку трубы. блок счетов для вязкого нагрева.

Блок источника массового расхода (TL) обеспечивает скорость потока через трубу. Блок Upstream действует как источник температуры на входе в трубу, а Блок ниже по течению действует как поглотитель температуры на выход трубы.

Проводящая изоляция-труба и Блоки Conduction Soil-Insulation представляют собой теплопроводность через слои утеплителя и грунта соответственно. Эти блоки появляются в библиотеке Simscape Thermal как Conductive Heat Transfer. Температура почвы (температура Источник) обеспечивает температурное граничное условие на поверхность почвы.

Настройки терможидкости (TL) блок обеспечивает физические свойства масла, выраженные как двумерные справочные таблицы, содержащие зависимость свойств от температуры и давления. Таблица суммирует эти блоки.

Выполнить моделирование

Чтобы проанализировать работу сегмента нефтепровода, выполните моделирование модели. Осциллограф температуры масла отображает температуру масла выше и ниже по течению. температуры. Откройте эту область. Толщина изоляции близка к оптимальной, что приводит лишь к небольшому изменению температуры на расстоянии 1000 метров. В размере ~0,020 К/км, температура масла изменяется приблизительно на 2 К на протяжении 100 км пробега.

Постройте физические свойства с помощью регистрации данных

В качестве альтернативы использованию датчиков и осциллографов вы можете использовать регистрацию данных Simscape, чтобы просмотреть, как физические свойства нефти и других системные переменные изменяются во время моделирования.

1. Выберите блок Pipe (TL).

2. На вкладке Simscape Block в верхней части модели в окне Review Results нажмите Проводник результатов .

3. В левой панели окна Simscape Results Explorer разверните Pipe (TL) узел, который содержит зарегистрированные данные для Трубный (ТЛ) блок. Затем разверните узлы А и В , которые соответствуют A и B порты блока.

4. Выберите переменную T под узлом A , которая представляет собой температуру трубы на входе, чтобы отобразить ее график в правая панель окна Проводника результатов Simscape. Чтобы построить несколько переменных в один раз нажмите клавишу Ctrl и выберите переменную T под узлом B , который является температура на выходе из трубы.

   Как и ожидалось, графики в правой панели окна Simscape Results Explorer эквивалентны графику Oil Результаты измерения температуры.

5. Вы также можете использовать Проводник результатов Simscape, чтобы построить другие физические свойства масла в зависимости от времени моделирования. Например, rho_I — плотность масла.

Моделирование эффектов изменения диаметра изоляции

Поэкспериментируйте с различными значениями внутреннего диаметра изоляции. Путем изменения этот параметр, вы компенсируете баланс между вязким рассеянием, которое нагревает масло и теплопроводность, которая охлаждает масло.

1. Откройте обозреватель моделей.

2. На панели Иерархия модели выберите Базовое рабочее пространство .

3. В Содержание щелкните значение параметр D1.

4. Введите 0,20 .

Уменьшая внутренний диаметр изоляционного слоя до 0,20, вы увеличиваете толщина изоляции, замедляющая потерю тепла через стенку трубы через теплопроводность. Запустите симуляцию. Затем откройте масло Температурный диапазон и автомасштабирование для просмотра полного графика.

Новый график показывает температуру масла на выходе из трубы (верхняя кривой), которая значительно превышает температуру на входе в трубу (нижняя линия). Вязкая диссипация теперь доминирует в балансе тепловой энергии в участок трубопровода. Новая толщина изоляции создает проблему проектирования: в трубопровода, скорость нагрева 1,1 К/км может существенно повысить температуру масла при приемный конец трубопровода.

Попробуйте увеличить внутренний диаметр изоляционного слоя D1 до 0,55. К увеличивая это значение, вы уменьшаете толщину изоляции, ускоряя нагрев потери через стенку трубы за счет теплопроводности. Затем запустите симуляцию. Откройте диапазон температуры масла и выполните автомасштабирование, чтобы просмотреть полный график.

Полученный график показывает, что температура масла на выходе из трубы теперь значительно ниже, чем на входе в трубу. Теплопроводность явно преобладает в балансе тепловой энергии на участке трубопровода. Эта изоляция толщина также представляет собой проблему проектирования: при скорости 0,25 тыс./км масло, протекающее через длинный трубопровод существенно остынет.

Запустить сценарий оптимизации

Модель предоставляет сценарий оптимизации, который можно запустить для определения оптимальный внутренний диаметр изоляции трубы, D1. Скрипт повторяет модель моделирование при различных значениях D1, построение графика скоростей вязкого нагревания и кондуктивное охлаждение друг друга. Точка пересечения двух кривых определяет оптимальную толщину изоляции для модели:

1. В окне модели нажмите Оптимизировать , чтобы запустить Скрипт оптимизации внутреннего диаметра изоляции трубы.

2. В открывшемся графике визуально определите значение горизонтальной оси для точки пересечения двух кривых.

Оптимальный внутренний диаметр слоя утеплителя – 0,37 м. Обновлять параметр D1 на это значение:

1. Откройте обозреватель моделей.

2. На панели Иерархия модели щелкните База Рабочая область .

3. На панели Содержание щелкните значение Д1.