Тепловая изоляция трубопроводов остается одним из самых эффективных энергоресурсосберегающих мероприятий в системах централизованного теплоснабжения. Объект исследования: тепловая изоляция, расположенная на наружной поверхности трубопровода круглого сечения. Цель работы – определение толщины тепловой изоляции трубопровода, при которой суммарные капитальные затраты на приобретение, установку, обслуживание и использование теплоизоляционной конструкции в течение эксплуатационного периода будут достигать минимального значения. Использованные методы и подходы: законы теплообмена для многослойной цилиндрической стенки при стационарных условиях; теория оптимизации; системы компьютерной алгебры из класса систем автоматизированного проектирования (САПР).
В исследовании получены следующие основные результаты: 1. На основе оптимизации целевой функции получено уравнение для определения требуемой толщины тепловой изоляции трубопровода. Предлагаемое в статье решение учитывает как расходы денежных средств на приобретение и установку теплоизоляционной конструкции на поверхности трубопровода, так и текущие цены на тепловую энергию с учетом их ежегодного роста в течение эксплуатационного периода. Рассмотренный метод расчета основан на нормативной методике расчета тепловой изоляции трубопроводов тепловых сетей при их надземной прокладке, представленной в СП 61.13330.2012 «Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов». 2. На примере отдельного участка системы централизованного теплоснабжения вычислена оптимальная толщина теплоизоляционного изделия из пенополиуретана. Для подающего трубопровода с условным диаметром 100 мм оптимальная толщина тепловой изоляции по расчету составила 82 мм (для сравнения требуемая толщина тепловой изоляции трубопровода – 55 мм). В этом случае суммарные капитальные затраты на приобретение, установку, обслуживание и использование теплоизоляционной конструкции за расчетный период эксплуатации трубопровода (15 лет) оказались минимальными и равными 11 405 руб./м. При этом оптимальная линейная плотность теплового потока составила 20 Вт/м (для сравнения норма плотности теплового потока – 26 Вт/м).
Thermal insulation of pipelines remains one of the most effective energy-saving measures in district heating systems. Research subject: thermal insulation located on the outer surface of a circular pipeline. The objective of this study is to determine the thickness of pipeline thermal insulation that minimizes the total capital expenditures for the acquisition, installation, maintenance, and use of the thermal insulation structure over the operational period. Methods and approaches used: heat transfer laws for a multilayer cylindrical wall under steady-state conditions; optimization theory; computer algebra systems from the class of computer-aided design (CAD) systems. 1. Based on the optimization of the objective function, an equation for determining the required pipeline thermal insulation thickness was obtained. The solution proposed in this article takes into account both the cost of purchasing and installing the thermal insulation structure on the pipeline surface and current heat energy prices, taking into account their annual increase over the operational period. The calculation method is based on the standard methodology for calculating the thermal insulation of heating network pipelines for aboveground installations, as presented in set of rules 61.13330.2012 “Designing of thermal insulation of equipment and pipe lines”. 2. Using a specific section of a district heating system as an example, the optimal thickness of a polyurethane foam insulation product was calculated. For a supply pipeline with a nominal diameter of 100 mm, the optimal insulation thickness was calculated to be 82 mm (for comparison, the required pipeline insulation thickness is 55 mm). In this case, the total capital expenditure for the acquisition, installation, maintenance, and use of the insulation structure over the estimated pipeline service life (15 years) was minimal, amounting to 11 405 rubles/m. The optimal linear heat flux density was 20 W/m (for comparison, the standard heat flux density is 26 W/м).
Предпросмотр статьи
Идентификаторы и классификаторы
- SCI
- Строительство
- Префикс DOI
- 10.15593/2224-9826/2026.1.05
- eLIBRARY ID
- 89276667
Определение толщины тепловой изоляции трубопровода при надземной прокладке на основе решения оптимизационной задачи / М.В. Павлов, Д.Ф. Карпов, Р.В. Агафонов, И.О. Банников, В.П. Жукова // Construction and Geotechnics. – 2026. – Т. 17, № 1. – С. 57–72. DOI: 10.15593/2224-9826/2026.1.05
Определение толщины тепловой изоляции трубопровода при надземной прокладке на основе решения оптимизационной задачи / М.В. Павлов, Д.Ф. Карпов, Р.В. Агафонов, И.О. Банников, В.П. Жукова // Construction and Geotechnics. – 2026. – Т. 17, № 1. – С. 57–72. DOI: 10.15593/2224-9826/2026.1.05
Определение толщины тепловой изоляции трубопровода при надземной прокладке на основе решения оптимизационной задачи / М.В. Павлов, Д.Ф. Карпов, Р.В. Агафонов, И.О. Банников, В.П. Жукова // Construction and Geotechnics. – 2026. – Т. 17, № 1. – С. 57–72. DOI: 10.15593/2224-9826/2026.1.05
Если у вас возникли вопросы или появились предложения по содержанию статьи, пожалуйста, направляйте их в рамках данной темы.