Эффективность использования труб с пенополиуретановой изоляцией Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

Е.Е.Якимец

ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТРУБ

С ПЕНОПОЛИУРЕТАНОВОЙ ИЗОЛЯЦИЕЙ

Application penopoliuretan as a thermal isolation is the optimum decision in the field ofsaving up of energy.

Главные проблемы сегодняшних сетей отопления и ГВС в России - крайняя изношенность трубопроводных систем и преобладание в общей массе теплоизоляционных материалов, не отвечающих по теплофизическим характеристикам современным требованиям. В результате высок процент тепловых потерь (по некоторым оценкам - до 30%) отпускаемого тепла, что эквивалентно примерно 60-80 млн. тонн у.е.т. в год, или сотням млрд. рублей ежегодно. В связи с этим особую актуальность приобретает проблема выбора современного теплоизоляционного материала для строящихся новых трубопроводов.

Мировая практика применения трубопроводов с длительным сроком эксплуатации и низкими показателями теплопотерь в странах, климатические условия которых схожи с российскими, свидетельствует об эффективности применения в России предварительно изолированных пенополиуретаном трубопроводов.

Пенополиуретан - неплавкая термореактивная пластмасса с ярко выраженной ячеистой структурой. Только 3% объема пенополиуретана занимает твердый материал, образующий каркас из ребер и стенок. Эта кристаллическая структура придает материалу механическую прочность. Остальные 97% объема занимают полости и поры, заполненные газом фторхлорметаном с чрезвычайно низкой теплопроводностью, причем доля замкнутых пор достигает 90-95%.

Существует два основных вида технологий выпуска труб ППУ - покрытие трубы пенополиуретаном методом напыления или осаждения пенополиуретана (предизоли- рованные трубы) и покрытие трубы пенополиуретановой скорлупой, изготавливаемой отдельно. Скорлупа ППУ изготовляется по технологическому процессу, обеспечивающему удобство ее дальнейшего размещения на трубах, прочность, долговечность, стойкость к различного рода внешним воздействиям.

Трубы, изолированные ППУ, имеют структуру, показанную на рис. 1. Внутри -стальная труба. Далее - пено- полиуретановая изоляция (от 30 до 120 мм),

толщина которой зависит от диаметра трубы. Далее - полиэтиленовая (или оцинкованная) оболочка, выполняющая роль гидрозащиты от грунтовых вод или атмосферной влаги, защищающая ППУ изоляцию, и без того довольно стойкую к различным средам. Часто внутри пенополиуретановой изоляции проложен сигнальный кабель для дистанционного определения места аварийного состояния трубопровода (реагирует чаще всего на влагу).

Защитная оболочка(из полиэтилена) Кабель вывода Стальная труба

Изоляция из полиуретана (ППУ) Рис. 1. Труба в ППУ изоляции.

Эффект предварительно изолированных трубопроводов по сравнению с трубопроводами с традиционной изоляцией в каналах достигается за счет показателей, приведенных в табл. 1. Таблица /

Преимущества труб, изоли рованных ППУ

Резкое снижение тепловых потерь с 30-40% до 24%

Повышение долговечности изоляции трубопроводов в 2-3 раза (до 30 лет)

Снижение капитальных затрат в строительстве в 1,3 раза

Снижение расходов на ремонт теплотрасс в 3 раза

Снижение эксплуатационных расходов в 9 раз

Срок окупаемости до 2-х лет

Пенополиуретан среди теплоизолирующих материалов обладает наиболее низким коэффициентом теплопроводности и высокими гидроизолирующими свойствами. Он химически нейтрален к кислотным и щелочным средам. Класс горючести Г2. ППУ обладает высокой стойкостью к химическим соединениям.

Существенное отличие пенополиуретана от традиционных минераловатных изоляционных материалов - то, что он практически не впитывает влаги и, следовательно, долгое время не меняет своих изоляционных характеристик.

Влагопоглощение минваты достигает 100%. В результате ее теплоизоляционные характеристики начинают снижаться с первых же месяцев эксплуатации, что не только приводит к чрезмерным потерям тепла, но и вызывает преждевременный выход трубопровода из строя в результате ускоренной коррозии его наружной поверхности. На таких трубопроводах уже с третьего-четвертого года работы начинаются аварийные ремонты. 1 nissiitifU Л

Преимущества ППУ перед минеральной ватой

Показатели Пенополи уретан Минвата

Коэффициент теплопроводности, Вт/м°С 0,0190,040 0,05 - 0,07 (сухая) 0,18 (влажная

Средняя плотность, кг/м1 40 - 300 55-150

Пористость Закрытые поры Открытая

Эффективный срок службы, лет 25-50 5

Производство работ Круглогод ично Тёплое время года, сухая погода

Влагонасыщен ие, % объема при 20°С за 30 суток 6 100

Стойкость к воздействиям стоек Теплоизоляци онные

химических свойства

сред: морская теряются,

вода, вос-

растительные становлению

масла, жиры, не подлежит

бензол,

толуол,

бензин,кероси н

Экологическая безопасе аллерген

чистота н

Рабочая от минус от минус 40

температура 250 до до плюс 300

(разные плюс 150

марки), °С

Фактические до 2-3, в до 25

тепловые по- 5-6 раз превышение

тери в ниже нормативных

трубопроводах норматив- после 12

, % ных месяцев эксплуатации

Использовани 80 1 20 88

е: % общего

количества

тепловых се-

тей в мире в

России

Экономия 70

трудозатрат,

%

о^ 0,?0 0,60 0,50 0,40 0,30 0,20 0,10 Коэффициент теплопроводности минваты Коэффициент теплопроводности

ППУ ЛЛП—

по СНиП 1-й год 2-й год 3-й год

Рис. 2. Изменение коэффициентов теплопроводности при эксплуатации

При ИЗОЛЯЦИИ минватой

Капвложения 1-й год 2-й год 3-й год 4-й год

на потери 7*;пла п р ед и зол vi ро ь а н ю и трубы

Ж Сумма экономии от снижения теплопотерь Н Стоимость 1 м.п.

предизолированной трубы 61 Стоимость 1 мл. минералоеатной изоляции

Рис. 3. Диаграмма соотношения величины теплопотерь через изоляцию из

минваты

и пенополиуретана для 1 м трубы диаметром 219 мм.

Применение ППУ в качестве теплоизоляции является оптимальным решением в сфере энергосберегающих технологий, т.к. теплоизоляция из ППУ не имеет альтернативы среди традиционных материалов из-за его высоких теплоизоляционных характеристик.

Применение ППУ гарантированно расширяет возможности, дает существенную экономию энергоресурсов и, таким образом, немалую прибыль. Средства, которые расходуются на оплату теплопотерь, можно направить на реконструкцию или строительство теплосетей.

Анализ эффективности использования труб с ППУ изоляцией на примере тепловых сетей ГОУВПО АмГУ

У АмГУ заключены договоры на теплоснабжение и ГВС с двумя организациями - ОАО Амурские коммунальные системы и Благовещенская ТЭЦ. Протяженность тепловых сетей составляет:

Диаметр Протяженно Нормативн

трубы, мм сть ые

тепловых тепловые

сетей,м потери, Гкал/год

89 5 2

108 81 40

159 449 543

219 154 225

325

287

526

Для расчета потерь теплосети с ППУ-изоляцией воспользуемся Методическими указаниями по составлению энергетической характеристики для систем транспорта тепловой энергии по показателю «Тепловые потери» [ 1 ]. Расчет для подземной прокладки труб: 1. Термическое сопротивление изоляции определяется по формуле R..

.__d

2 ■ п ■ Л„, ),(м-°С)/Вт,

где Ят- коэффициент теплопроводности ППУ изоляции, равный 0,025 Вт/(м-°С); d-наружный диаметр трубопровода, м; 8 - толщина изоляции трубопровода, м.

2. Термическое сопротивление массива грунта определяется по формуле

!П

2-Н

1 + 2 - о j

2 • ж ■ Я„ ).( м-°С )/Вт,

где Н - глубина заложения до оси трубопроводов, м; Л, - коэффициент теплопроводности грунта, равный 2,56 Вт/(м-°С).

3. Термическое сопротивление, учитывающее взаимное влияние подающего и обратного трубопроводов, определяется по формуле

к„ =

1 пф + (2- Н / s)' 2-л ■ Л,„ (м -°С )/ Вт

где s - расстояние между осями трубопроводов, м.

4. Среднегодовые часовые удельные тепловые потери подающего qn и обратного qo трубопроводов определяются по формулам

Чп =

or - с )■ (*». +V- - с) • Ко.

2-^

R

(Вт/м) Я0

(ГГ -11"" )•(R. + R И?'" ^

, ( Вт/ м)

где 1с0р е - среднегодовая температура сетевой воды в обратном трубопроводе; -среднегодовая температура грунта.

5. Общие часовые удельные тепловые потери определяются по формуле ЧрЛЧп+Чо.(Вт/м).

Результаты расчетов сведем в таблицу.

Диам Дли Термическо Уд. Тепловые

етр на е сопро тепло потери

труб труб тивление, вые Гкал/год

ы, ы, (м2-°С)/Вт потери

мм м Вг/м

Rrp Rn. Че мин, ППУ

о. вата

(2007 г.)

89 5 2,4 0,22 0,24 50,67 2 0,39

6 6 3

108 81 2,2 0,22 0,19 40,89 40 10,6

8 1 4 1

159 449 2,1 0,20 0,17 43,98 543 172,

27 2 5 78

219 154 1,9 0,19 0.16 51,2 225 69,0

1 7

325 287 1,7 0,17 0,14 51,36 526 129,

6 13

всего 1336 382,

18

Нормативные тепловые потери на 2007 г. составили 1336 Гкал. По приведенным расчетам при изоляции труб ППУ потери снизятся до 382,18 Гкал.

По тарифу БТЭЦ 700 руб/Гкал экономия за год в денежном эквиваленте составит 667680 руб.

Организация, реализующая трубы в ППУ изоляции в г. Благовещенске - ООО «Амуртеплокомплект», - предлагает следующие расценки:

Для подземной

прокладки ГОСТ

30732-2001

цена цена

стальной стальной

трубы в трубы в

Диаметр стальной теплогидр те-

трубы /диаметр о- плогидро-

оболочки / толщина изоляции изоляции

изоляции ППУ, в по- ППУ, в

лиэтилено по-

вой лиэтиле-

оболочке новой

м.п. (труба оболочке

заказчика) м.п.

57x3,5 /120/31,5 349 499

76x3,5 /160 /39,0 415 618

89x3,5/180/42,5 496 736

108x4,0 /200 /43,0 513 846

133x5,0 /225 /42,5 657 1170

159x5,0 /280 /55,5 926 1543

219x6,0/355/62,0 1344 2485

273x8,0/450/81,5 1553 3446

325x8,0 /500 /79,5 2393 4657

426x9,0 /630 /92,5 3580 6931

530x9,0 /710 /79,0 4847 9034

свыше 630 мм договор, договор,

цена цена

Рис. 4. График окупаемости проекта.

Можно сделать вывод, что использовать трубы с ППУ- изоляцией целесообразно. Если теплоснабжающая организация повысит тарифы, проект окупится менее чем за 2,5 года.

Из сказанного можно сделать следующие выводы:

1) ППУ - легкий и прочный теплоизоляционный материал;

2) он обладает исключительными теплоизоляционными, гидроизоляционными звукоизоляционными свойствами;

3) ограничений для теплоизоляции ППУ практически не существует;

4) покрытие из ППУ не имеет стыков и не нуждается в крепежных элементах, что очень важно при теплоизоляции строительных конструкций, зданий (стены, кровля), технологического оборудования и трубопроводов.

Полная замена теплосетей на предизолированные трубы уже на втором году эксплуатации окупает произведенные вложения и избавляет от затратной технологии регулярного обновления минераловатной изоляции.

По предложенному прайс-листу затраты на приобретение труб составляют 1018160 руб., включая НДС, работы по прокладке - 642940 руб.; в сумме затраты составят 1661100 руб. Этот проект окупается в течение 2,5 лет (рис. 4).

1 Методические указания по составлению энергетической характеристики для систем транспорта тепловой энергии по показателю тепловые потери. - М., 2003.

2. РД 153-34.20.523-2003.

3. СНиП 2.04.07-86 Тепловые сети.