Вопросы и ответы по Workers & Resources: Soviet Republic

[WolfRus 13,198]

1 час назад, Morris812 сказал:

Кто знает разгадку, почему на этих ТП разная температура при условии, что они питаются от одной котельной на расстоянии 2км?)

 

Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы увидеть скрытое содержимое.

перепад высот ? Разная нагрузка (суммарное потребление потребителей) ?  Фаза луны ?

[Morris812 27]

13 часа назад, WolfRus сказал:

перепад высот ? Разная нагрузка (суммарное потребление потребителей) ?  Фаза луны ?

Нет, и нагрузки там вообще нет. Очередная скрытая механика. Хоть и вполне логичная, но почему-то разработчики в который уже раз не стали её упоминать в описании...

 

Спойлер

Один трубопровод подземный, другой надземный. Соответственно, в подземном теплопотери меньше.

 

Изменено 29.04.2025, 07:13:06 пользователем Morris812

[WolfRus 13,198]

8 часов назад, Morris812 сказал:

Нет, и нагрузки там вообще нет. Очередная скрытая механика. Хоть и вполне логичная, но почему-то разработчики в который уже раз не стали её упоминать в описании...

 

Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы увидеть скрытое содержимое. Разгадка (Скрыть)

Один трубопровод подземный, другой надземный. Соответственно, в подземном теплопотери меньше.

 

А вот тут бы я поспорил, ибо теплоемкость грунта и теплоемкость воздуха несколько разная. И труба, закопанная прямо в землю (а еще лучше - погруженная в жидкость), теряет энергии на прогрев окружающей среды намного больше, чем труба, висящая в воздухе.

 

ВОт если не поскупиться на подземную паттерну (чтобы между трубой и грунтом была толстая воздушная прослойка, а еще лучше - вакуум), тогда да, потери будут ниже.

Изменено 29.04.2025, 15:33:04 пользователем WolfRus

[Morris812 27]

1 час назад, WolfRus сказал:

А вот тут бы я поспорил, ибо теплоемкость грунта и теплоемкость воздуха несколько разная. И труба, закопанная прямо в землю (а еще лучше - погруженная в жидкость), теряет энергии на прогрев окружающей среды намного больше, чем труба, висящая в воздухе.

Как бы да, но как бы нет.  Температура грунта под землей не будет ниже 0, в то время как на поверхности может быть все -30, -40.

Ну и не будем, конечно, забывать про канальную прокладку теплотрассы)) 

Спойлер

 

Изменено 29.04.2025, 16:54:31 пользователем Morris812

[WolfRus 13,198]

2 часа назад, Morris812 сказал:

Как бы да, но как бы нет.  Температура грунта под землей не будет ниже 0, в то время как на поверхности может быть все -30, -40.

Ну и не будем, конечно, забывать про канальную прокладку теплотрассы)) 

Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы увидеть скрытое содержимое. Скрыть

Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы увидеть скрытое содержимое.

 

о чем я и говорил - трубы хоть и под землей, но все равно в воздушной прослойке, потому как воздух в качестве теплоизолятора куда лучше, чем грунт.  

Очень грубо:

Теплоемкость среды куда важнее чем непосредственно разница температур.  Чем выше теплоемкость материала, тем больше надо энергии затратить, чтобы нагреть материал на 1 градус.   Удельная теплоемкость воздуха  примерно 1.3 кДж/кубометроградус  Теплоемкость глины примерно  2.42 кДж/кубометроградус

Итого, чтобы нагреть глину вокруг трубы на один градус надо почти в два раза больше энергии, чем нагреть такой же объем воздуха вокруг трубы на один градус.  Поэтому теплоизоляционные материалы почти всегда всегда пористые, с низкой плотностью.

 

Грубо говоря - если тебе надо отнять у трубы максимум тепла - сделай на ней медный радиатор большой площади и погрузи его в проточную воду.  Надо сохранить максимум тепла - обмотай трубу пористым материалом низкой плотности и/или засунь в другую трубу так чтобы их стенки не соприкасались.

Если трубу просто закопать в землю (особенно влажную), то в ней при разнице температур в 100 градусов будет теряться куда больше тепла, чем на открытом воздухе в простом кожухе, при разнице температур 140 градусов.

Изменено 29.04.2025, 19:00:37 пользователем WolfRus

[Valamir 850]

20 часов назад, WolfRus сказал:

И труба, закопанная прямо в землю (а еще лучше - погруженная в жидкость), теряет энергии на прогрев окружающей среды намного больше, чем труба, висящая в воздухе.

Вот как бы нет. У грунта нет такой фигни, как конвекция. Грубо говоря, труба с теплоносителем нагревает землю вокруг себя, но не распространяет тепло дальше, в отличие от воздуха. На воздухе требуется теплоизоляция, в грунте роль такой теплоизоляции играет сам грунт. Плюс к этому более стабильная температура, нет больших перепадов.

 

UPD. Я тут прикинул, для стальных труб без изоляции диаметром 100 мм при температуре теплоносителя 100 градусов по Цельсию при температуре воздуха -20 градусов по тому же Цельсию для закопанных на глубину 3 метра (в суглинок) и на открытом воздухе разница составляет почти 6 раз, и не в пользу открытой трубы - на воздухе теплопотери составили 6200 Вт/м, а в земле (в суглинке) только 950 Вт/м. Для сухой глины теплопотери составили 1140 Вт/м, а для влажной 1580 Вт/м.  При этом сила ветра, и прочая фигня не учитывалась, только теплоёмкость и разница температур. Для более точного расчёта нужно накинуть ещё потери от излучения, там что-то 1900 Вт/м для открытого воздуха. Под землёй это излучение практически отсутствует.  Так что как раз наоборот, в земле теплопотери меньше, и намного.

Изменено 30.04.2025, 12:31:52 пользователем Valamir
Дополнено сообщение.

[WolfRus 13,198]

1 час назад, Valamir сказал:

Вот как бы нет. У грунта нет такой фигни, как конвекция. Грубо говоря, труба с теплоносителем нагревает землю вокруг себя, но не распространяет тепло дальше, в отличие от воздуха. На воздухе требуется теплоизоляция, в грунте роль такой теплоизоляции играет сам грунт. Плюс к этому более стабильная температура, нет больших перепадов.

 

UPD. Я тут прикинул, для стальных труб без изоляции диаметром 100 мм при температуре теплоносителя 100 градусов по Цельсию при температуре воздуха -20 градусов по тому же Цельсию для закопанных на глубину 3 метра (в суглинок) и на открытом воздухе разница составляет почти 6 раз, и не в пользу открытой трубы - на воздухе теплопотери составили 6200 Вт/м, а в земле (в суглинке) только 950 Вт/м. Для сухой глины теплопотери составили 1140 Вт/м, а для влажной 1580 Вт/м.  При этом сила ветра, и прочая фигня не учитывалась, только теплоёмкость и разница температур. Для более точного расчёта нужно накинуть ещё потери от излучения, там что-то 1900 Вт/м для открытого воздуха. Под землёй это излучение практически отсутствует.  Так что как раз наоборот, в земле теплопотери меньше, и намного.

хм. А можешь поделиться методологией расчета ?

Приведенные тобой расчеты могут иметь место только в случае, если обеспечена свободная циркуляция воздуха - отток от трубы теплого и приток на его место холодного, например за счет конвекции.  А вот если надеть на трубу кожух, препятствующий циркуляции - картинка изменится кардинально.

 

Например в теплообменниках, где задача - передать максимум тепловой энергии из теплоносителя вовне, например, для теплопередачи используют не воздух, а куда более плотную и теплоемкую среду - воду или вообще жидкий металл, при этом обеспечивая циркуляцию (зачастую - принудительную) теплообменной среды. Согласись - если радиатор "обдувать" воздухом или тот же самый радиатор с той же интенсивностью (объемной, естественно) "обливать" жидкой глиной, то остывать быстрее будет именно обливаемый глиной, а не воздушный..

 

 

[Valamir 850]

1 час назад, WolfRus сказал:

А можешь поделиться методологией расчета ?

Ну, школьный курс физики. Для воздуха использовалась формула Q=h*A*дельта T, где Q = тепловой поток, количество тепла, передаваемое или теряемое за единицу времени, h - коэффициент теплоотдачи (для воздуха 15 Вт/м^2 х К), А - площадь поверхности трубы (пи*D*L), дельта Т - разность температур. Это без учёта излучения, там ещё нужно накинуть по формуле Стефана-Больцмана -  у меня получилось около 1900 Вт/м для трубы в 1 метр диаметром.

 

Для подземной части формула немного сложнее. Я, блин, даже не знаю как записать. Попробую через скобки. Q = (2*пи*Л *(Т1-Т2))/ln(4h/D), где Q - тепловой поток, Л - теплопроводность грунта в Вт/м*К, D - диаметр трубы, h - глубина залегания, Т1-Т2 - разница температур, ln - натуральный логарифм. Для теплопроводности грунта взяты следующие значения: суглинок = 1,5 Вт/м*К, глина сухая = 1,8 Вт/м*К, глина влажная = 2,5 Вт/м*К. Данные о теплопроводности взяты из гугла, взял среднее число из таблиц. Для суглинка, например, разброс составляет от 1,1 до 2,65 Вт/м. Вот как-то так.

 

1 час назад, WolfRus сказал:

Приведенные тобой расчеты могут иметь место только в случае, если обеспечена свободная циркуляция воздуха - отток от трубы теплого и приток на его место холодного, например за счет конвекции. 

Ну, труба на воздухе как раз и имеет эту самую конвекцию. Если уж быть академически точным, то теплопотери на воздухе = конвекция + излучение.  В земле излучения нет. Точнее, оно есть, но очень небольшое. И вот для того, чтобы уменьшить теплопотери на открытом воздухе и нужно

 

1 час назад, WolfRus сказал:

надеть на трубу кожух

 

Под землёй этот кожух не нужен в принципе, там сам грунт работает вместо него.

Изменено 30.04.2025, 15:45:59 пользователем Valamir

[WolfRus 13,198]

1 час назад, Valamir сказал:

Ну, школьный курс физики. Для воздуха использовалась формула Q=h*A*дельта T, где Q = тепловой поток, количество тепла, передаваемое или теряемое за единицу времени, h - коэффициент теплоотдачи (для воздуха 15 Вт/м^2 х К), А - площадь поверхности трубы (пи*D*L), дельта Т - разность температур. Это без учёта излучения, там ещё нужно накинуть по формуле Стефана-Больцмана -  у меня получилось около 1900 Вт/м для трубы в 1 метр диаметром.

 

Для подземной части формула немного сложнее. Я, блин, даже не знаю как записать. Попробую через скобки. Q = (2*пи*Л *(Т1-Т2))/ln(4h/D), где Q - тепловой поток, Л - теплопроводность грунта в Вт/м*К, D - диаметр трубы, h - глубина залегания, Т1-Т2 - разница температур, ln - натуральный логарифм. Для теплопроводности грунта взяты следующие значения: суглинок = 1,5 Вт/м*К, глина сухая = 1,8 Вт/м*К, глина влажная = 2,5 Вт/м*К. Данные о теплопроводности взяты из гугла, взял среднее число из таблиц. Для суглинка, например, разброс составляет от 1,1 до 2,65 Вт/м. Вот как-то так.

 

Ну, труба на воздухе как раз и имеет эту самую конвекцию, а в земле её нет изначально. Точнее, она есть, но очень небольшая. И вот для того, чтобы уменьшить теплопотери на открытом воздухе и нужно

 

 

Под землёй этот кожух не нужен в принципе, там сам грунт работает вместо него.

Сдается мне, что у тебя системная ошибка. Ты берешь для воздуха формулу, использующую коэффициент теплоотдачи (интенсивность теплопередачи между поверхностью тела и ОМЫВАЮЩЕЙ СРЕДОЙ, то есть средой, УНОСЯЩЕЙ тепло от поверхности),

а для грунта ты берешь тепловой поток через теплопроводность, которая говорит, сколько тепла отводится от заданной площади через заданную толщину стенки.  Закон Фурье для однослойной цилиндрической стенки работает только для стенок ограниченной толщины и только в устоявшемся режиме.  У нас же толщина стенки цилиндра (грунта) практически неограничена, и соответственно на приведение теплового потока к стационарному потребуется очень много времени и тепла.
Поясню - так как стенка (теоретически, при зарывании в грунт) будет бесконечной толщины, то Закон Фурье для однослойной цилиндрической стенки выродится в деление на бесконечность (логарифм бесконечности равен бесконечности), то есть тепловой поток в итоге (когда прогреется ВЕСЬ грунт) будет равен 0.  Если ты возьмешь ту же формулу для "воздушной стенки" бесконечной толщины, то получишь также поток равный нулю (после прогрева всего воздуха).

 

 

 

Совет: Хочешь реально сравнить потери тепла через воздушную или через грунтовую прослойку - используй одинаковые подходы и методы. Иначе цифры получаются в принципе некорректные и непригодные к использованию.

 

ЗЫ кстати следует учесть, что указанные формулы (по крайней мере коэффициенты в них) получены сугубо опытным путем, а потому единство подходов к расчетам  жизненно важно для получения более-менее достоверного результата.

 

 

 

 

Изменено 30.04.2025, 16:31:39 пользователем WolfRus

[Valamir 850]

5 минут назад, WolfRus сказал:

Сдается мне, что у тебя системная ошибка.

Нет тут никакой ошибки. 

 

7 минут назад, WolfRus сказал:

Поясню - так как стенка (теоретически, при зарывании в грунт) будет бесконечной толщины, то Закон Фурье для однослойной цилиндрической стенки выродится в деление на бесконечность (логарифм бесконечности равен бесконечности), то есть тепловой поток в итоге (когда прогреется ВЕСЬ грунт) будет равен 0.  Если ты возьмешь ту же формулу для "воздушной стенки" бесконечной толщины, то получишь также поток равный нулю (после прогрева всего воздуха).

Ну вообще-то логично. Что в одном случает прогревается всё, что в другом. В результате чего потери тепла станут нулевыми, ведь температура окружающей среды будет равна температуре теплоносителя. Вот только в реальности это не работает - мы не прогреваем всё. У нас есть такой параметр, как разница температур, и он не равен нулю. На воздухе мы рассматриваем разницу в 120 градусов, в земле 95 градусов, к тому же теплопроводность окружающей среды тоже разная. Для воздуха использовался коэффициент теплоотдачи воздуха, который состоит из коэффициентов конвективной теплоотдачи и радиационной теплоотдачи, а вот втором случае нет ни конвекции, ни излучения, вместо них работает теплоёмкость грунта. Так что нет никакой ошибки.

[WolfRus 13,198]

2 часа назад, Valamir сказал:

Нет тут никакой ошибки. 

 

Ну вообще-то логично. Что в одном случает прогревается всё, что в другом. В результате чего потери тепла станут нулевыми, ведь температура окружающей среды будет равна температуре теплоносителя. Вот только в реальности это не работает - мы не прогреваем всё. У нас есть такой параметр, как разница температур, и он не равен нулю. На воздухе мы рассматриваем разницу в 120 градусов, в земле 95 градусов, к тому же теплопроводность окружающей среды тоже разная. Для воздуха использовался коэффициент теплоотдачи воздуха, который состоит из коэффициентов конвективной теплоотдачи и радиационной теплоотдачи, а вот втором случае нет ни конвекции, ни излучения, вместо них работает теплоёмкость грунта. Так что нет никакой ошибки.

если ты помнишь, то я писал:

 

5 часов назад, WolfRus сказал:

Приведенные тобой расчеты могут иметь место только в случае, если обеспечена свободная циркуляция воздуха - отток от трубы теплого и приток на его место холодного, например за счет конвекции.  А вот если надеть на трубу кожух, препятствующий циркуляции  - картинка изменится кардинально.

 

Так что еще раз повторю - чтобы что-то сравнивать, надо привести все прочие (не сравниваемые) условия как можно ближе к одинаковости.   А именно - если исключить конвекцию/обдув, то потери тепла при прокладке в грунте будут ВЫШЕ за счет куда большей удельной (на единицу объема) теплоемкости этого самого грунта.

Разница в удельной (по объему) теплоемкости воздуха и грунта - примерно в два раза. Так как разница температур идет как множитель, то для сравнимых тепловых потерь разница температур с окружающей средой в случае "наружки" должна быть при прочих равных примерно в два раза выше, чем в случае "заглубленной".  При температуре теплоносителя в 100 С и температуре грунта в 0 К  это означает, что для примерно равной теплопотери разница температур для "наружки"  должна быть 200 С, то есть воздух должен иметь температуру -100 С.  И чем выше температура теплоносителя, тем выгоднее оставлять воздушную прослойку вокруг трубы.

 

Именно поэтому трубы теплотрасс стараются НЕ ЗАКАПЫВАТЬ напрямую в грунт, а строить подземные паттерны, где между грунтом и трубой  - слой воздуха, недостаточный для серьезной конвекции, но достаточный для теплоизоляции.  А в случае наружной прокладки трубы одевают в кожухи, препятствующие той самой конвекции.

 

Если сравнивать трубу с кожухом снаружи и трубу с кожухом в подземной паттерне - да, патерна выигрывает.  А если трубу внешнюю с кожухом, препятствующим конвекции, и трубу, закопанную в землю - закопанная проигрывает вчистую (если теплоноситель не имеет температуру грунта, конечно же).

 

 

 

 

Изменено 30.04.2025, 19:38:45 пользователем WolfRus

[Valamir 850]

10 часов назад, WolfRus сказал:

А именно - если исключить конвекцию/обдув, то потери тепла при прокладке в грунте будут ВЫШЕ за счет куда большей удельной (на единицу объема) теплоемкости этого самого грунта.

Ниже. Теплоёмкость грунта ниже, чем конвенциальные и радиационные потери на воздухе.

 

10 часов назад, WolfRus сказал:

При температуре теплоносителя в 100 С и температуре грунта в 0 К  это означает, что для примерно равной теплопотери разница температур для "наружки"  должна быть 200 С, то есть воздух должен иметь температуру -100 С.  И чем выше температура теплоносителя, тем выгоднее оставлять воздушную прослойку вокруг трубы.

Заскринил формулы. Бери данные и подставляй. Сам подсчитай и проверь.

 

Спойлер

Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы увидеть скрытое содержимое.

 h -коэффициент теплоотдачи воздуха, смотрим

Спойлер

Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы увидеть скрытое содержимое.

 

А - площадь поверхности (пи*D*L)

дельта Т - разница температур.

 

Спойлер

Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы увидеть скрытое содержимое.

Лямбда - теплопроводность грунта в Вт/м*К

h - глубина укладки трубы

D - диаметр трубы

(Т1 - Т2) - разница температур.

Теплопроводность для суглинка 1,5, для сухой глины 1,8, для влажной глины 2,5 Вт/м*К.

 

Всё, все данные у тебя на руках. Берёшь свои переменные и подставляешь. Ну и меня заодно проверяешь.

 

[WolfRus 13,198]

Слушай, ты что, троллишь, или просто НЕ ЧИТАЕШЬ то, что тебе пишут ?!!

 

43 минуты назад, Valamir сказал:

Ниже. Теплоёмкость грунта ниже, чем конвенциальные и радиационные потери на воздухе.

 

11 час назад, WolfRus сказал:

если исключить конвекцию/обдув, то потери тепла при прокладке в грунте будут ВЫШЕ за счет куда большей удельной (на единицу объема) теплоемкости этого самого грунта.

 

Далее - у каждой формулы (особенно эмпирической) есть ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ.  Ну чтобы ты был в курсе.

 

43 минуты назад, Valamir сказал:

Заскринил формулы. Бери данные и подставляй. Сам подсчитай и проверь.

 

Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы увидеть скрытое содержимое. Для воздуха (Открыть)

Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы увидеть скрытое содержимое.

 h -коэффициент теплоотдачи воздуха, смотрим

Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы увидеть скрытое содержимое. здесь: (Открыть)

Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы увидеть скрытое содержимое.

 

А - площадь поверхности (пи*D*L)

дельта Т - разница температур.

 

эта формула определяет КОНВЕКЦИОННЫЕ потери !   Какого хрена ты ее предлагаешь использовать для расчетов, где по условиям задачи КОНВЕКЦИЕЙ и не пахнет ?!

 

43 минуты назад, Valamir сказал:

Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы увидеть скрытое содержимое. Для трубы в грунте формула такая: (Открыть)

Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы увидеть скрытое содержимое.

Лямбда - теплопроводность грунта в Вт/м*К

h - глубина укладки трубы

D - диаметр трубы

(Т1 - Т2) - разница температур.

Теплопроводность для суглинка 1,5, для сухой глины 1,8, для влажной глины 2,5 Вт/м*К.

 

Всё, все данные у тебя на руках. Берёшь свои переменные и подставляешь. Ну и меня заодно проверяешь.

 

а эта формула описывает тепловой поток через теплопроводность материала, и есть ничто иное, как адаптация формулы Фурье для одностенного цилиндра, где "толщина стенки" принимается условно равной двум толщинам грунтовой прослойки. (в исходной формуле под логарифмом идет отношение r2/r1)

 

С какого перепугу ты предлагаешь использовать для одного и того же процесса ПРИНЦИПИАЛЬНО РАЗНЫЕ формулы ?!  Я тебе РУССКИМ ПО БЕЛОМУ написал - "при прочих равных условиях".   Это означает БЕЗ КОНВЕКЦИИ,  ТОЛЬКО за счет ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ и ТЕПЛОЕМКОСТИ. То есть ПЕРВАЯ ФОРМУЛА  НЕ ПОДХОДИТ В ПРИНЦИПЕ.

 

Посчитай сам, подставь во вторую формулу () теплопроводность ВОЗДУХА  А именно ~0,026 Вт/(м·K).  Разница на ДВА ПОРЯДКА в теплопроводности при вменяемых значениях h и d тебе ни  о чем не говорит ?

 

Или вас совсем думать разучили ?!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Изменено 01.05.2025, 07:16:37 пользователем WolfRus

[Valamir 850]

1 минуту назад, WolfRus сказал:

Или вас совсем думать разучили ?!

Ладно, доказывать тебе я не буду. Где не рулит физика, то и мне делать нечего. Если ты не понимаешь, что теплотрасса на воздухе и теплотрасса в грунте - это разные тепловые системы, то дальнейший разговор представляется бессмысленным. Просто запомни одну простую вещь - на открытом воздухе конвекция присутствует всегда, не зависимо от теплоизоляции трубы. Теплоизоляция может снизить конвекциональные и радиационные потери до приемлимого уровня, но совсем убрать их не сможет. Поэтому теплопотери на открытой теплотрассе всегда выше, чем на уложенной в грунт. Чтобы привести значения теплопотерь близким к грунтовой теплотрассе, требуется многослойная фольгированная теплоизоляция. В грунтовой же трассе нужно просто уложить трубы и завалить их землёй. На этом всё.

[WolfRus 13,198]

3 часа назад, Valamir сказал:

Ладно, доказывать тебе я не буду. Где не рулит физика, то и мне делать нечего. Если ты не понимаешь, что теплотрасса на воздухе и теплотрасса в грунте - это разные тепловые системы, то дальнейший разговор представляется бессмысленным. Просто запомни одну простую вещь - на открытом воздухе конвекция присутствует всегда, не зависимо от теплоизоляции трубы. Теплоизоляция может снизить конвекциональные и радиационные потери до приемлимого уровня, но совсем убрать их не сможет. Поэтому теплопотери на открытой теплотрассе всегда выше, чем на уложенной в грунт. Чтобы привести значения теплопотерь близким к грунтовой теплотрассе, требуется многослойная фольгированная теплоизоляция. В грунтовой же трассе нужно просто уложить трубы и завалить их землёй. На этом всё.

 

Лол, я так понимаю, тебя ничему так и не научили и ты споришь только ради самого спора, причем совершенно не слыша собеседника.  Ты вообще удосужился ПРОЧИТАТЬ то, что я тебе написал ?

Физика - это наука, и соответственно разговаривая о физике надо использовать НАУЧНЫЕ методы, а не пихать нагугленные формулы куда попало, невзирая на условия задачи и области применения этих формул.

Давай ПО ПУНКТАМ разберем мои тезисы и твой взгляд на их правильность:

 

1. Ты согласен, что ПРИ ОТСУТСТВИИ значимой КОНВЕКЦИИ и значимого ТЕПЛОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ тепловой поток от горячего тела в окружающую среду в ОСНОВНОМ определяется теплопроводностью этой самой окружающей среды ? да/нет.

2. Ты согласен, что теплопроводность воздуха примерно на два порядка меньше, чем теплопроводность грунта при прочих равных условиях ? да/нет

3. Ты согласен, что по формуле Фурье для одностенного цилиндра при прочих равных  тепловой поток ЧЕРЕЗ  слой грунта будет на два порядка выше, чем через воздушную прослойку такой же толщины? да/нет

4. Ты согласен, что есть инженерные способы, позволяющие в значительной мере уменьшить конвекцию воздуха или иной среды вокруг "трубы" с теплоносителем? да/нет.

5. Ты согласен, что если при "закапывании" трубы обеспечить наличие между ней и грунтом воздушной прослойки,то теплопотери снизятся во много раз, по сравнению с просто закопать трубу в грунт ? да/нет.

 

 

Изменено 01.05.2025, 11:06:04 пользователем WolfRus

[Valamir 850]

2 часа назад, WolfRus сказал:

1. Ты согласен, что ПРИ ОТСУТСТВИИ значимой КОНВЕКЦИИ и значимого ТЕПЛОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ тепловой поток от горячего тела в окружающую среду в ОСНОВНОМ определяется теплопроводностью этой самой окружающей среды ? да/нет.

Да. При условии, что система замкнутая. Но атмосфера  - открытая система и конвекция в ней никуда не девается. Она не будет воздействовать на саму трубу, но никто не отменял её воздействия на теплоизоляцию. Встречный вопрос - теплоизоляция нагревается? Да/нет

 

2 часа назад, WolfRus сказал:

2. Ты согласен, что теплопроводность воздуха примерно на два порядка меньше, чем теплопроводность грунта при прочих равных условиях ? да/нет

Да - в замкнутой системе. Но атмосфера - открытая система и конвекция в ней никуда не девается. 

 

2 часа назад, WolfRus сказал:

3. Ты согласен, что по формуле Фурье для одностенного цилиндра при прочих равных  тепловой поток ЧЕРЕЗ  слой грунта будет на два порядка выше, чем через воздушную прослойку такой же толщины? да/нет

Да, при условии, что одна система, проложенная в грунте не изолирована, а вторая обладает изоляцией. Т.е. постулат "прочих равных" не соблюдается.

 

2 часа назад, WolfRus сказал:

4. Ты согласен, что есть инженерные способы, позволяющие в значительной мере уменьшить конвекцию воздуха или иной среды вокруг "трубы" с теплоносителем? да/нет.

Да. Но нужно понимать - уменьшить, а не убрать совсем. Убирая конвекцию с трубы с теплоносителем при помощи изоляции, мы переносим её на саму изоляцию. Теплопотери при этом снижаются за счёт меньшей теплоёмкости изоляции, но не исчезают совсем. Напомню, что в грунте конвекция отсутствует по причине разности сред.

 

2 часа назад, WolfRus сказал:

Ты согласен, что если при "закапывании" трубы обеспечить наличие между ней и грунтом воздушной прослойки,то теплопотери снизятся во много раз, по сравнению с просто закопать трубу в грунт ? да/нет.

Разумеется. Вопрос - при "прочих равных" будут ли они больше, чем на открытом воздухе?

 

Ещё раз - мы рассматриваем не абстрактную тепловую систему в вакууме, а вполне конкретную работу теплотрасс. Ты не можешь убрать из реальности конвекцию на открытом воздухе, потому что атмосфера никуда не девается.. Ты можешь только уменьшить её воздействие. Но ты настаиваешь на прочих равных. Т.е. для грунта должна действовать точно такая же изоляция. Ты можешь сам подсчитать потери в обоих случаях и выложить данные сюда. Формулы есть в интернетах. Берёшь свои данные, выставляешь "прочие равные" и считаешь. Всё просто.

 

 

[WolfRus 13,198]

В 5/1/2025 в 5:04 PM, Valamir сказал:

Да. При условии, что система замкнутая. Но атмосфера  - открытая система и конвекция в ней никуда не девается. Она не будет воздействовать на саму трубу, но никто не отменял её воздействия на теплоизоляцию. Встречный вопрос - теплоизоляция нагревается? Да/нет

да, теплоизоляция нагревается.   Но при чем тут теплоизоляция ?  Я описал условие, конкретное.

 

В 5/1/2025 в 5:04 PM, Valamir сказал:

Да - в замкнутой системе. Но атмосфера - открытая система и конвекция в ней никуда не девается. 

что мешает замкнуть систему вокруг трубы, надев на нее кожух ? 

 

В 5/1/2025 в 5:04 PM, Valamir сказал:

Да, при условии, что одна система, проложенная в грунте не изолирована, а вторая обладает изоляцией. Т.е. постулат "прочих равных" не соблюдается.

ЛОЛ.   Никакой "изоляции" НЕТ ни у той ни у той.

Окей, упрощу задачу до упора.  Труба диаметром 1 метр проложена горизонтально в жестяном кожухе диаметром 1.2 метра.  В первом случае зазор между трубой и кожухом заполнен воздухом.  Во втором случае - почвой.  Где будут больше тепловые потери, пусть даже с поверхности кожуха?

 

В 5/1/2025 в 5:04 PM, Valamir сказал:

Да. Но нужно понимать - уменьшить, а не убрать совсем. Убирая конвекцию с трубы с теплоносителем при помощи изоляции, мы переносим её на саму изоляцию. Теплопотери при этом снижаются за счёт меньшей теплоёмкости изоляции, но не исчезают совсем. 

при чем тут "изоляция" ?!! Обычный жестяной кожух. Его "теплоизоляционные" свойства практически нулевые. Теплопотери снижаются не из-за теплоемкости кожуха,  а из-за теплопроводности воздушной прослойки между кожухом и трубой. Именно воздушная прослойка и работает "теплоизолятором".

 

Роль теплоизоляции в первом предложенном мной случае играет слой воздуха, во втором - слой почвы. Воздух в качестве теплоизоляции при прочих равных выигрывает на два порядка у почвы.  В реальных условиях все зависит от самих этих условий - разницы температур атмосферы и теплоносителя, толщине изолирующего слоя, количества слоев, глубине "закапывания", инженерных решений по уменьшению или усилению влияния каких либо факторов и так далее, да даже гравитацию, скорость ветра, уровень влажности и уровень грунтовых вод надо учитывать.

 

В 5/1/2025 в 5:04 PM, Valamir сказал:

Напомню, что в грунте конвекция отсутствует по причине разности сред.

нет, батенька, конвекция в грунте отсутствует, потому что он вязкий (ака "твердый"). Чтобы в грунте появилась конвекция, его надо хорошенько расплавить, сделать очень жидким, ну и чтобы был значимым коэффициент температурного расширения расплава этого грунта вкупе с достаточной гравитацией.

 

В 5/1/2025 в 5:04 PM, Valamir сказал:

Разумеется. Вопрос - при "прочих равных" будут ли они больше, чем на открытом воздухе?

естественно они в большинстве случаев будут меньше. Потому как при этом у одной трубы будет один слой теплоизоляции (воздух) между ней и атмосферой, а у другой - два слоя (воздух, грунт).

 

В 5/1/2025 в 5:04 PM, Valamir сказал:

Ещё раз - мы рассматриваем не абстрактную тепловую систему в вакууме, а вполне конкретную работу теплотрасс. Ты не можешь убрать из реальности конвекцию на открытом воздухе, потому что атмосфера никуда не девается.. Ты можешь только уменьшить её воздействие. Но ты настаиваешь на прочих равных. Т.е. для грунта должна действовать точно такая же изоляция. Ты можешь сам подсчитать потери в обоих случаях и выложить данные сюда. Формулы есть в интернетах. Берёшь свои данные, выставляешь "прочие равные" и считаешь. Всё просто.

Я тебе все написал.  В условиях однослойной теплоизоляции воздух в качестве теплоизолятора намного эффективнее, чем плотный материал с намного большей теплопроводностью, например грунт.  Ты почему-то "под равными условиями" понимаешь, когда с одной стороны отсутствие теплоизоляции вообще (голая труба напрямую контактирует с атмосферой), с другой - труба контактирует с атмосферой через толстенный слой грунта.

Так "равные условия" НЕ РАБОТАЮТ.  

 

Равные условия - это например когда рассматриваются тепловые потери через ОДИН СЛОЙ теплоизолятора.  Например трубу изолирует полметра воздуха (неважно чем ограниченного, хоть презерватив натянут на трубу), а другую трубу изолирует полметра грунта (также ограниченного снаружи хоть тем же презервативом). Снаружи изолирующего слоя и там и там атмосфера -40 градусов.  Где будут выше тепловые потери ?

 

Я тебе русским по белому пишу, что воздух (не атмосфера, как окружающая среда, а воздух, как теплоизолирующий материал) из-за низкой теплопроводности куда лучший теплоизолятор, чем грунт.  А самый лучший теплоизолятор, если ты помнишь - это вакуум. Именно поэтому в качестве теплоизоляции используют пористые материалы низкой плотности.

Если голую трубу поставить на подпорки, и другую - закопать на километр, в большинстве случаев (высокая разница температур с атмосферой и низкая с грунтом, обдув ветром, диаметр трубы, вертикальный или горизонтальный монтаж и так далее) - да, голая труба будет терять больше.  Тем не менее есть варианты, когда эта голая подвешенная труба будет энергетически выгоднее, чем закопанная, к примеру, в зоне вечной мерзлоты или утопленная в грунтовые воды.

 

ЗЫ для информации - несколько относительно тонких слоев теплоизолирующего материала, разделенные между собой очень тонким слоем материала пусть даже с высокой теплопроводностью, работают куда эффективнее, чем один толстый слой (суммарной толщины) этого же материала.

 

 

 

 

 

 

 

Изменено 02.05.2025, 21:39:09 пользователем WolfRus

[Valamir 850]

12 часа назад, WolfRus сказал:

да, теплоизоляция нагревается.   Но при чем тут теплоизоляция ?  Я описал условие, конкретное.

 

12 часа назад, WolfRus сказал:

что мешает замкнуть систему вокруг трубы, надев на нее кожух ? 

 

12 часа назад, WolfRus сказал:

Окей, упрощу задачу до упора.  Труба диаметром 1 метр проложена горизонтально в жестяном кожухе диаметром 1.2 метра.  В первом случае зазор между трубой и кожухом заполнен воздухом.  Во втором случае - почвой.  Где будут больше тепловые потери, пусть даже с поверхности кожуха?

 

12 часа назад, WolfRus сказал:

Обычный жестяной кожух. Его "теплоизоляционные" свойства практически нулевые. Теплопотери снижаются не из-за теплоемкости кожуха,  а из-за теплопроводности воздушной прослойки между кожухом и трубой. Именно воздушная прослойка и работает "теплоизолятором".

Тебе такое явление, как кондукция знакома? Тепловые потери будут исчисляться по формуле Q=Q1+Q2+Q3+Q4, где:

Q1 - потери на кондукцию воздушной прослойки

Q2 - потери на кондукцию внешнего кожуха

Q3 - потери на конвекцию внешнего кожуха, если он находится в воздухе.

Q4 - потери на излучение внешнего кожуха, если  он находится в воздухе.

 

В качестве примера. Стальная труба 1 м диаметром с толщиной стенки 10 мм помещается внутри бетонной (а не жестяной кожух, как в твоём примере) трубы с внутренним диаметром 2 метра и толщиной стенки 50 мм. Трубы расположены равноудалённо и между собой не соприкасаются. Нетрудно заметить, что толщина воздушной прослойки будет равна 0.5 м. Вся эта система расположена на воздухе. Температура теплоносителя в стальной трубе 100 С, температура воздуха снаружи системы 0 С. Как будет происходить теплообмен в этой системе? Теплоноситель нагревает стальную трубу, стальная труба нагревает воздушную прослойку. Воздух находится в ограниченном пространстве и его объём тоже ограничен, поэтому рано или поздно он прогреется весь. Что произойдёт дальше? А дальше нагретый воздух начнёт передавать тепло бетонной трубе и да, бетон начнёт нагреваться. Теперь кондукция пойдёт внутри бетона. Кроме того, никуда не делось излучение от стальной трубы - поместив стальную трубу внутрь бетонной мы убрали только конвекцию. Поскуольку пространство закрыто бетонным кожухом, излучению некуда деваться и оно начнёт работать на нагрев бетона, усиливая кондукцию. И эта фигня будет работать даже в вакууме! Поскольку количество бетона у нас опять таки ограничено, рано или поздно он тоже прогреется. Что произойдёт дальше? А дальше - открытое воздушное пространство с её конвекцией. Я не буду здесь приводить расчёты полностью, они слишком громоздки, приведу только результаты. Потери на прогрев стальной трубы незначительны, ими можно пренебречь (там что-то 0,003 градуса теряется). Дальше идут потери на кондукцию воздушной прослойки 0,5 Вт/м и потеря 5 - 10 градусов на внешней части этой прослойки. Дальше идут потери на кондукцию бетонной оболочки, они составят 1,2 кВт/м. Калькулятор говорит, что температура на внешней стороне бетонной трубы будет приблизительно 19,1 С. Вроде бы 19,1 С это совсем не начальные 100 С, но не забываем, что с увеличением диаметра увеличивается и площадь поверхности. А там атмосфера с её конвекцией и излучением от бетонной трубы. Калькулятор опять таки говорит, что суммарные потери (конвекция + излучение) в таком случае составят 2,36 кВт/м. Поскольку теплотрасса работает непрерывно, то со временем потери внутри системы снизятся до минимума, только на поддержку температуры воздушной прослойки и кондукции бетона. Поэтому можно считать, что постоянные потери в системе будут равны вот этим 2,36 кВт/м, остальными можно пренебречь. Стальная труба с указанными параметрами без изоляции даёт суммарные потери 5420 Вт/м при температуре воздуха 0 С. Т.е. такая изоляция уменьшает потери в 2,3 раза. Вроде зашибись. Но! Такая же стальная труба, неизолированная и уложенная в грунт на глубину 3 метра имеет потери 456 Вт/м при окружающей температуре 0 С. Грубо говоря, чтобы достичь таких же потерь на открытом воздухе, нужно снизить эти самые потери в 12 раз. Тут уже вопрос не столько физики (никаких технических препятствий к этому нет), сколько экономики - будет ли такая изоляция экономически выгоднее, чем простая укладка в грунт.

 

 

UPD. Поправка - тепловые потери не могут быть выше теплового потока. Т.е. для бетона он у нас составляет 1,2 кВт/м, поэтому и окончательные потери будут составлять 1,2 КВт, а не 2,36. Таким образом такая изоляция снижает потери в 4,5 раза.

 

12 часа назад, WolfRus сказал:

Я тебе русским по белому пишу, что воздух (не атмосфера, как окружающая среда, а воздух, как теплоизолирующий материал) из-за низкой теплопроводности куда лучший теплоизолятор, чем грунт.

И вот именно в этом пункте у нас тобой расхождение. Ты рассматриваешь потери только одной части системы, а не потери всей системы. Причём рассматриваешь только и исключительно с точки зрения теплоёмкости материала, упуская из виду, что в системе, кроме теплоёмкости, работают и другие тепловые процессы. Теплотрасса - это не только труба с теплоносителем. Это система из нескольких составляющих и нужно учитывать потери во всех этих составляющих, а не только в одной.

 

12 часа назад, WolfRus сказал:

для информации - несколько относительно тонких слоев теплоизолирующего материала, разделенные между собой очень тонким слоем материала пусть даже с высокой теплопроводностью, работают куда эффективнее, чем один толстый слой (суммарной толщины) этого же материала.

Здесь уже вопрос не столько физики, сколько экономики. А так да, с точки зрения физики комбинированная теплоизоляция эффективнее однослойной. Это никто не оспаривает.

Изменено 03.05.2025, 09:37:06 пользователем Valamir
Дополнено сообщение.

[WolfRus 13,198]

3 часа назад, Valamir сказал:

Тебе такое явление, как кондукция знакома? Тепловые потери будут исчисляться по формуле Q=Q1+Q2+Q3+Q4, где:

Q1 - потери на кондукцию воздушной прослойки

Q2 - потери на кондукцию внешнего кожуха

Q3 - потери на конвекцию внешнего кожуха, если он находится в воздухе.

Q4 - потери на излучение внешнего кожуха, если  он находится в воздухе.

ты издеваешься ?  Я тебе описал один единственный нюанс - низкую теплопроводность воздуха по сравнению с грунтом. И предложил использовать одинаковые формулы для оценки тепловых потерь, исходя из теплопроводности конкретного теплоизолирующего материала.

Ты решил усложнить задачку ? Ну ок.

Замени в Q1 слова "воздушная прослойка" на слова "прослойка из грунта".  Как изменится итоговый результат?

Замени в Q3 и Q4 слова "внешнего кожуха" на слова "нагретой поверхности земли над трубой". Как изменится итоговый результат ?

 

3 часа назад, Valamir сказал:

В качестве примера. Стальная труба 1 м диаметром с толщиной стенки 10 мм помещается внутри бетонной (а не жестяной кожух, как в твоём примере) трубы с внутренним диаметром 2 метра и толщиной стенки 50 мм. Трубы расположены равноудалённо и между собой не соприкасаются. Нетрудно заметить, что толщина воздушной прослойки будет равна 0.5 м. Вся эта система расположена на воздухе. Температура теплоносителя в стальной трубе 100 С, температура воздуха снаружи системы 0 С. Как будет происходить теплообмен в этой системе? Теплоноситель нагревает стальную трубу, стальная труба нагревает воздушную прослойку. Воздух находится в ограниченном пространстве и его объём тоже ограничен, поэтому рано или поздно он прогреется весь. Что произойдёт дальше? А дальше нагретый воздух начнёт передавать тепло бетонной трубе и да, бетон начнёт нагреваться. Теперь кондукция пойдёт внутри бетона. Кроме того, никуда не делось излучение от стальной трубы - поместив стальную трубу внутрь бетонной мы убрали только конвекцию. Поскуольку пространство закрыто бетонным кожухом, излучению некуда деваться и оно начнёт работать на нагрев бетона, усиливая кондукцию. И эта фигня будет работать даже в вакууме! Поскольку количество бетона у нас опять таки ограничено, рано или поздно он тоже прогреется. Что произойдёт дальше? А дальше - открытое воздушное пространство с её конвекцией. Я не буду здесь приводить расчёты полностью, они слишком громоздки, приведу только результаты. Потери на прогрев стальной трубы незначительны, ими можно пренебречь (там что-то 0,003 градуса теряется). Дальше идут потери на кондукцию воздушной прослойки 0,5 Вт/м и потеря 5 - 10 градусов на внешней части этой прослойки. Дальше идут потери на кондукцию бетонной оболочки, они составят 1,2 кВт/м. Калькулятор говорит, что температура на внешней стороне бетонной трубы будет приблизительно 19,1 С. Вроде бы 19,1 С это совсем не начальные 100 С, но не забываем, что с увеличением диаметра увеличивается и площадь поверхности. А там атмосфера с её конвекцией и излучением от бетонной трубы. Калькулятор опять таки говорит, что суммарные потери (конвекция + излучение) в таком случае составят 2,36 кВт/м. Поскольку теплотрасса работает непрерывно, то со временем потери внутри системы снизятся до минимума, только на поддержку температуры воздушной прослойки и кондукции бетона. Поэтому можно считать, что постоянные потери в системе будут равны вот этим 2,36 кВт/м, остальными можно пренебречь. Стальная труба с указанными параметрами без изоляции даёт суммарные потери 5420 Вт/м при температуре воздуха 0 С. Т.е. такая изоляция уменьшает потери в 2,3 раза. Вроде зашибись. Но! Такая же стальная труба, неизолированная и уложенная в грунт на глубину 3 метра имеет потери 456 Вт/м при окружающей температуре 0 С. Грубо говоря, чтобы достичь таких же потерь на открытом воздухе, нужно снизить эти самые потери в 12 раз. Тут уже вопрос не столько физики (никаких технических препятствий к этому нет), сколько экономики - будет ли такая изоляция экономически выгоднее, чем простая укладка в грунт.

Это все здорово и замечательно.  Вот только где здесь равенство условий ?  И почему ты взял именно закопать на три метра ?   А если закопать ее на 30 сантиметров, что изменится ?  А если на 100 метров ?   Сможешь одинаковые условия посчитать? 

Поясню: в первом случае у тебя между трубой и атмосферой грубо 0.5 метра воздушной прослойки.  Следовательно надо сделать расчет для случая, где толщина грунта между трубой и атмосферой будет такая же, 0.5 метра. Посчитай по тем же самым формулам, которым считал температуру поверхности бетонного кожуха, какая устоявшаяся температура будет у поверхности земли над трубой, и примерную площадь поверхности теплого грунта (ах да, учти еще, что ширина "теплого пятна" на поверхности грунта будет во много раз шире самой трубы). И каковы будут конвекционные и радиационные потери с этого "теплого пятна" "в атмосферу", по сравнению с конвекционными и радиационными потерями от "бетонного кожуха" первого случая. Для простоты можешь даже исключить потери на прогрев "бесконечной толщины" грунта вниз от трубы.

 

3 часа назад, Valamir сказал:

UPD. Поправка - тепловые потери не могут быть выше теплового потока. Т.е. для бетона он у нас составляет 1,2 кВт/м, поэтому и окончательные потери будут составлять 1,2 КВт, а не 2,36. Таким образом такая изоляция снижает потери в 4,5 раза.

 

И вот именно в этом пункте у нас тобой расхождение. Ты рассматриваешь потери только одной части системы, а не потери всей системы. Причём рассматриваешь только и исключительно с точки зрения теплоёмкости материала, упуская из виду, что в системе, кроме теплоёмкости, работают и другие тепловые процессы. 

Теплотрасса - это не только труба с теплоносителем. Это система из нескольких составляющих и нужно учитывать потери во всех этих составляющих, а не только в одной.

то есть, как я и упоминал неоднократно, нужно учитывать конкретное инженерное решение и условия окружающей среды в каждом конкретном случае.

Потери системы складываются из потерь составных частей.  Потери каждого вида каждой составной части вполне формализуемы.   И надо сравнивать одинаковые виды потерь одинаковых составных частей. А ПОТОМ уже их суммировать и смотреть, что на что влияет и как.  А ты сходу предложил сравнить теплое с мягким (конвекцию и теплопроводность)

Но некоторый прогресс я вижу - ранее ты упорствовал в том, что для внешней прокладки надо брать формулу, учитывающую только конвекцию, а для подземной - только теплопроводность грунта.

 

 

3 часа назад, Valamir сказал:

Здесь уже вопрос не столько физики, сколько экономики. А так да, с точки зрения физики комбинированная теплоизоляция эффективнее однослойной. Это никто не оспаривает.

ну я тебе так скажу - по опыту строительства оказалось, что например в зоне вечной мерзлоты закапывать трубы в грунт для "уменьшения тепловых потерь"  крайне невыгодно. Да и вообще, никто в здравом уме горячую не теплоизолированную трубу в землю напрямую закапывать не будет, потому как землю и воздух над ней греть очень дорого обходится. В южных краях, где тепло, трубы опять же в землю закапывать нет никакого практического смысла.

Да и по стоимости работ  поставить трубу на подпорки, обмотать трубу стекловатой и закрыть жестяным кожухом  намного дешевле сделать (и потом обслуживать), чем даже выкопать траншею и похоронить трубу в нее, а сверху заровнять и посадить травку, не говоря уже о подземных паттернах, преодолении надземных и подземных коммуникаций, грунтовых вод и так далее).

В городах, где каждый квадратный метр поверхности стоит много денег,  приходится мириться с повышенными расходами. А в малых населенных пунктах или на территориях крупных предприятий, например, теплотрассы спокойно себе пускают "поверху", ибо дешевле и выгоднее это.

 

 

Изменено 03.05.2025, 11:35:01 пользователем WolfRus

[Morris812 27]

Нормально вы тут развели дискуссию). Но факт остается фактом - при подземной прокладке теплопотери меньше, и это учтено механикой игры.

Изменено 04.05.2025, 11:03:15 пользователем Morris812