Kas yra U vertė ir kodėl ji svarbi?

Šilumos perdavimo koeficientas U (bendrasis šilumos perdavimo koeficientas) apibūdina šilumos srauto intensyvumą per konstrukciją — kiek šilumos pereina per laiko vienetą, ploto vienetą ir vieną temperatūrų skirtumo laipsnį. Izoliuotiems vamzdžiams U vertė yra pagrindinis izoliacijos sistemos veiksmingumo matas.

Maža U vertė reiškia mažus šilumos nuostolius — tai reiškia mažesnes energijos sąnaudas, stabilesnę proceso temperatūrą ir geresnį eksploatacijos patikimumą. Daugelyje projektų būtent U vertė lemia izoliacinės medžiagos ir storio pasirinkimą.

Standartas LST EN ISO 12241 apibrėžia U vertės skaičiavimo metodiką įvairioms geometrijoms — vamzdžiams, plokštiems paviršiams ir talpykloms. Vamzdžiams metodas grindžiamas logaritmine šiluminės varžos formule per cilindrinius sluoksnius.

Formulė — kas įeina į skaičiavimą?

Izoliuotam vamzdžiui su vienu izoliacijos sluoksniu bendroji šiluminė varža Rtot yra kelių dedamųjų suma:

  • Ri — vidinė konvekcinė varža (tarp terpės ir vamzdžio sienelės)
  • Rvamzd — laidumas per vamzdžio sienelę (paprastai nereikšmingas plieno vamzdžiams)
  • Riz — laidumas per izoliacijos sluoksnį: Riz = ln(diš/dvid) / (2πλ)
  • Riš — išorinė paviršiaus varža (priklauso nuo vėjo greičio ir paviršiaus emisijos koeficiento)

Čia λ yra izoliacinės medžiagos šiluminis laidumas (W/m·K), diš — išorinis skersmuo su izoliacija, o dvid — vidinis izoliacijos skersmuo (= išorinis vamzdžio skersmuo). U vertė tiesiniame vamzdžio metre:

U = 1 / Rtot   [W/(m·K)]

Žingsnis po žingsnio: DN100 vamzdis su 50 mm mineralinės vatos izoliacija

Panagrinėkime konkretų pavyzdį. Turime DN100 plieninį vamzdį (išorinis skersmuo 114,3 mm), terpės temperatūra 350 °C, aplinkos temperatūra 20 °C, 50 mm mineralinė vata su λ = 0,044 W/(m·K) vidutinėje temperatūroje.

1 žingsnis — Nustatome matmenis:

  • Vidinis izoliacijos skersmuo dvid = 114,3 mm = 0,1143 m
  • Išorinis izoliacijos skersmuo diš = 114,3 + 2 × 50 = 214,3 mm = 0,2143 m

2 žingsnis — Apskaičiuojame izoliacijos varžą:

Riz = ln(0,2143 / 0,1143) / (2π × 0,044) = ln(1,875) / 0,2765 = 0,629 / 0,2765 = 2,27 m·K/W

3 žingsnis — Išorinė paviršiaus varža:

Esant 4 m/s vėjo greičiui ir cinkuoto plieno apsauginiam apvalkalui, išorinis šilumos atidavimo koeficientas αiš paprastai yra apie 12 W/(m²·K). Išorinė paviršiaus varža tiesiniam metrui:

Riš = 1 / (αiš × π × diš) = 1 / (12 × π × 0,2143) = 0,124 m·K/W

4 žingsnis — Bendroji U vertė:

Neatsižvelgiame į vidinę konvekcinę varžą ir vamzdžio sienelę (standartinė praktika aukštos temperatūros sistemose su turbulentine tekme):

Rtot = Riz + Riš = 2,27 + 0,124 = 2,394 m·K/W

U = 1 / 2,394 = 0,418 W/(m·K)

Šilumos nuostoliai vamzdžio metrui: Q = U × ΔT = 0,418 × (350 − 20) = 138 W/m.

Dažniausios klaidos, kurių reikia vengti

Praktikoje pastebime keletą pasikartojančių klaidų, dėl kurių gaunamos neteisingos U vertės ir atitinkamai neteisingas izoliacijos parinkimas:

  • Neteisingas λ darbinėje temperatūroje: Izoliacinių medžiagų šiluminis laidumas didėja kylant temperatūrai. Esant 350 °C mineralinės vatos λ gali siekti 0,08–0,10 W/(m·K) — daugiau nei dvigubai, palyginti su kambario temperatūra. Visada naudokite λ vidutinėje izoliacijos temperatūroje, o ne gaminio duomenų lapo vertę esant 10 °C.
  • Neatsižvelgimas į vėjo korekciją: Lauko instaliacijose išorinis šilumos atidavimo koeficientas yra gerokai didesnis nei patalpose. Skirtumas gali siekti 30–50 % didesnę U vertę esant tam pačiam izoliacijos storiui.
  • Neteisingas skersmuo: Vamzdžiams pradinis taškas yra išorinis vamzdžio skersmuo, o ne vardinis dydis (DN). DN100 išorinis skersmuo yra 114,3 mm, ne 100 mm.
  • Neatsižvelgimas į apvalkalą ir tvirtinimo elementus: Metalinis apvalkalas, juostos ir varžtai sukuria šiluminius tiltelius, kurie gali padidinti faktinius šilumos nuostolius 5–15 % viršijant idealų skaičiavimą.

Kaip IsoCal palengvina skaičiavimus

Su IsoCal jums nereikia atsiminti formulių, ieškoti λ verčių teisingoje temperatūroje ar rankiniu būdu koreguoti dėl vėjo. Pasirinkite vamzdį, medžiagą ir darbo sąlygas — ir per kelias sekundes gaukite U vertę, paviršiaus temperatūrą ir šilumos nuostolius. Skaičiavimai atitinka LST EN ISO 12241 ir LST EN ISO 23993, o rezultatus galima eksportuoti kaip PDF su visa dokumentacija. Išbandykite IsoCal nemokamai adresu isocal.aeris.no.