Denklem 2.1. Denklem 2.2. Isıl iletkenlik dirençleri Denklem Denklem 2.6 dan aşağıdaki gibi hesaplanır. 1 D. = ln. s i. Denklem 2.

Transkript

1 Isı Kaybı Hesabı Ön izolasyonlu paket boruların direk olarak toprağa gömülmesi halinde borunun bir metresinde meydana gelen ısı kaybı,φ, Denklem 2. den aşağıdaki gibi hesaplanır. φ [W/m] φ = U ( t t ) [ W m] f g Denklem 2. : Ön izolasyonlu paket borunun metresinde meydana gelen ısı kaybı U [W/m C] : Ön izolasyonlu paket borunun ısıl iletkenlik katsayısı (Denklem 2.2) t f [ C] t g [ C] : Akışkan sıcaklığı : Toprak sıcaklığı (boruların gömüldüğü derinlikte) Isıl iletkenlik katsayısı,u, Denklem 2.2 den aşağıdaki gibi hesaplanır. U = s + PU + PE + g [ W m C] Denklem 2.2 U [W/m C] : Ön izolasyonlu paket borunun ısıl iletkenlik katsayısı s [m C /W] : Servis borunun ısıl iletkenlik direnci (Denklem 2.3) PU [m C /W] : İzolasyon malzemesinin ısıl iletkenlik direnci (Denklem 2.4) PE [m C /W] : Kılıf borunun ısıl iletkenlik direnci (Denklem 2.5) g [m C /W] : Toprağın ısıl iletkenlik direnci (Denklem 2.6) Isıl iletkenlik dirençleri Denklem Denklem 2.6 dan aşağıdaki gibi hesaplanır. s, Servis borunun Isıl İletkenlik Direnci D D o = ln s 2πλs i Denklem 2.3

2 s [m C /W] : Servis borunun ısıl iletkenlik direnci (Denklem 2.3) D o [mm] : Servis borunun dış çapı D i [mm] : Servis borunun iç çapı λ s [W/m C] : Servis borunun ısıl iletkenlik katsayısı (Tablo 2.) Malzeme Cinslerine Göre Isıl İletkenlik Katsayısı Servis borunun Cinsi Isıl İletkenlik Katsayısı λ (W/m. o C) Siyah Çelik 76 Paslanmaz Çelik 6 PP- 0,5 Bakır 400 CTP 0,3 Polietilen(HD) 0,43 Tablo 2. Malzeme Cinslerine Göre Isıl İletkenlik Katsayısı Şekil 2. Servis ve Kılıf Borunun İç ve ı PU, İzolasyon Malzemesinin Isıl İletkenlik Direnci di D = ln PU 2πλPU o Denklem 2.4

3 PU [m C /W] : İzolasyon malzemesinin ısıl iletkenlik direnci (Denklem 2.4) D o [mm] : Servis borunun dış çapı d i [mm] : Kılıf borunun iç çapı λ PU [W/m C] : İzolasyon malzemesinin ısıl iletkenlik katsayısı Standarta göre poliüretan izolasyon malzemesinin azami değeri 0,033 [W/m C] dir. İZOBO tarafından kullanılan poliüretan izolasyon malzemesinin değeri λ PU = 0,028 [W/m C] dir. PE, Kılıf Borunun Isıl İletkenlik Direnci d = ln 2πλ d o PE PE i Denklem 2.5 PE [m C /W] : Kılıf borunun ısıl iletkenlik direnci d o [mm] : Kılıf borunun dış çapı d i [mm] : Kılıf borunun iç çapı λ PE [W/m C] : Kılıf borunun ısıl iletkenlik katsayısı (Polietilen boru için λ PE = 0,43) g, Toprağın Isıl İletkenlik Direnci 4Z ln 2πλ d g = g o Denklem 2.6 g [m C /W] : Toprağın ısıl iletkenlik direnci d o [mm] : Kılıf borunun dış çapı Z [mm] : Toprak dolgu yüksekliği, Servis borunun merkezinden toprak üst seviyesine ölçülen dolgu yüksekliğine (Z c ) toprağın yüzey direnci (00mm) eklenerek bulunur. Z = Z c + 0,m λ g [W/m C] : Toprağın ısıl iletkenlik katsayısı (Tablo 2.2) Toprak özelliklerinin tam olarak tespit edilemediği durumlarda λ g = 2,0 [W/m C] olarak alınabilir.

4 Cinsi Kum Toprağın Isıl İletkenlik Katsayısı Yoğunluk Hacimsel Nem ρ Oranı Isıl İletkenlik Katsayısı λ (kg/m 3 ) % (W/m. o C) 500 4, , ,50 Killi Toprak ,60 Tablo 2.2 Toprağın Isıl İletkenlik Katsayısı Örnek-2.: Isıtma suyu ihtiyacı 45 [m 3 /h] olan sera ısıtma sisteminin boru çapı DN50 ve ısıtma suyu gidiş sıcaklığı 90[ C] dir. Isıtma sisteminde ön izolasyonlu paket boru (izoleli boru veya jeotermal boru) kullanılmaktadır ve hattının uzunluğu 000[m] dir. Buna göre, borunun metresinde meydana gelen ısı kaybı ve ısıtma suyunun hattın sonundaki sıcaklığı nedir? (Dolgu yüksekliği 500mm ve boruların gömüldüğü derinlikte toprak sıcaklığı 5[ C] dir.) İzoleli borunun özellikleri: D o [mm] = 68,3 D i [mm] = 60,3 d o [mm] = 250,0 d i [mm] = 242,2 λ s [W/m C] = 76 λ PU [W/m C] = 0,028 λ PE [W/m C] = 0,43 λ g [W/m C] =,70 Isıl iletkenlik dirençleri Denklem Denklem 2.6 da yukarıdaki değerler kullanılarak hesaplanır. = 68,3 s ln = 0, 2π 76 60, = 242,2 PU ln = 2, 2π 0,028 68,3 069 = 250,0 PE ln = 0, m C W 2π 0,43 242,2 07 [ ]

5 ( ) = 4 g ln = 0, 2π,70 250,0 799 Isıl iletkenlik katsayısı,u, Denklem 2.2 den aşağıdaki gibi hesaplanır. U = = 0, 0, , ,07 + 0, [ W m C] Borunun bir metresinde meydana gelen ısı kaybı,φ, Denklem 2. den hesaplanır. φ = ( 90 5) 37,59 [ W m] 0,4423 = İzolasyon tiplerine göre, farklı sıcaklıklar ve muhtelif çaplar için toprağa gömülü ön izolasyonlu paket boruların bir metresinde meydana gelen ısı kayıpları Tablo 2.3, Tablo 2.4, ve Tablo 2.5 de gösterilmiştir. Hattın sonundaki akışkan sıcaklığı Denklem 2.7 den aşağıdaki gibi hesaplanır. t 2 = t ΔT = t φ L m ρ C 000 p [ C] Denklem 2.7 t 2 [ C] : Suyun son sıcaklığı t [ C] : Suyun ilk sıcaklığı φ [W/m] : Ön izolasyonlu paket borunun metresinde meydana gelen ısı kaybı L [m] : Boru uzunluğu m [m 3 /s] : Su debisi ρ [kg/m 3 ] : Suyun özkütlesi (Tablo.) C p [kj/kg. C] : Suyun özgül ısısı (Tablo.) Denklem 2.7 den ; 37, t 2 = 90 = 90 0,74 = 89, 26 C ,25 4, [ ]

6 SEİ-* E GÖE TOPAĞA GÖMÜLÜ ÖN İZOLASYONLU PAKET BOUDA MEYDANA GELEN BİİM ISI KAYBI (W/m) Servis Borusu (Siyah Çelik) Kılıf Boru (HDPE) Sevis Borusundaki Su Sıcaklığı Çelik Boru Anma Çapı 60 C 70 C 80 C 90 C DN inch mm mm mm mm W/m W/m W/m W/m 5 ½" 2,3 2,0 75 2,2 7,7 9, 0,5 2,0 20 ¾" 26,9 2,0 90 2,2 8,0 9,5 0,9 2,4 25 " 33,7 2,3 90 2,2 9,9,7 3,4 5,2 32 ¼" 42,4 2,6 0 2,5 0,2 2,0 3,8 5,7 40 ½" 48,3 2,6 0 2,5,8 3,9 6,0 8,2 50 2" 60,3 2,9 25 2,5 3,2 5,6 8,0 20, ½" 76, 2,9 40 3,0 5,9 8,8 2,7 24,6 80 3" 88,9 3,2 60 3,0 6,4 9,4 22,4 25,4 00 4" 4,3 3, ,2 7,2 20,3 23,4 26,5 25 5" 39,7 3, ,5 20, 23,8 27,5 3, 50 6" 68,3 4, ,9 24,3 28,7 33,2 37, " 29, 4,5 35 4,9 26,7 3,6 36,5 4, " 273 5, ,3 25,7 30,3 35,0 39, " 323,9 5, ,0 30,0 35,4 40,9 46, " 355,6 5, ,8 29,0 34,3 39,6 44, " 406,4 6, ,8 3, 36,8 42,4 48, *Seri- : Standart Tip Poliüretan İzolasyon Tablo 2.3 Seri- e Göre Ön İzolasyonlu Paket Boruda Meydana Gelen Isı Kaybı Tasarım Değerleri λ s, Servis borunun ısıl iletkenlik katsayısı = 76 [W/m C] λ PU, İzolasyon malzemesinin ısıl iletkenlik katsayısı = 0,028 [W/m C] λ PE, Kılıf borunun ısıl iletkenlik katsayısı = 0,43 [W/m C] λ g, Toprağın ısıl iletkenlik katsayısı = 2 [W/m C] Z, Toprak dolgu yüksekliği = 500 [mm] t g, Toprak sıcaklığı (boruların gömüldüğü derinlikte) = 5 [ C]

7 SEİ-2 YE GÖE TOPAĞA GÖMÜLÜ ÖN İZOLASYONLU PAKET BOUDA MEYDANA GELEN BİİM ISI KAYBI (W/m) Servis Borusu (Siyah Çelik) Kılıf Boru (HDPE) Sevis Borusundaki Su Sıcaklığı Çelik Boru Anma Çapı 60 C 70 C 80 C 90 C DN inch mm mm mm mm W/m W/m W/m W/m 5 ½" 2,3 2,0 90 2,2 6,7 7,9 9,2 0,4 20 ¾" 26,9 2,0 0 2,5 6,9 8, 9,4 0,6 25 " 33,7 2,3 0 2,5 8,2 9,7,2 2,6 32 ¼" 42,4 2,6 25 2,5 8,9 0,5 2,2 3,8 40 ½" 48,3 2,6 25 2,5 0, 2,0 3,8 5,7 50 2" 60,3 2,9 40 3,0,5 3,6 5,7 7, ½" 76, 2,9 60 3,0 3,0 5,3 7,7 20, 80 3" 88,9 3,2 80 3,2 3,7 6,2 8,6 2, 00 4" 4,3 3, ,5 4,2 6,8 9,4 22,0 25 5" 39,7 3, ,9 6,6 9,6 22,6 25,6 50 6" 68,3 4, ,4 9,0 22,5 25,9 29, " 29, 4, ,6 20,2 23,9 27,5 3, " 273 5, ,0 9,6 23,2 26,7 30, " 323,9 5, ,8 22,7 26,8 30,9 35, 350 4" 355,6 5, ,8 2,8 25,7 29,7 33, " 406,4 6, ,8 22,6 26,7 30,9 35,0 Tablo 2.4 Seri-2 ye Göre Ön İzolasyonlu Paket Boruda Meydana Gelen Isı Kaybı Tasarım Değerleri λ s, Servis borunun ısıl iletkenlik katsayısı = 76 [W/m C] λ PU, İzolasyon malzemesinin ısıl iletkenlik katsayısı = 0,028 [W/m C] λ PE, Kılıf borunun ısıl iletkenlik katsayısı = 0,43 [W/m C] λ g, Toprağın ısıl iletkenlik katsayısı = 2 [W/m C] Z, Toprak dolgu yüksekliği = 500 [mm] t g, Toprak sıcaklığı (boruların gömüldüğü derinlikte) = 5 [ C]

8 SEİ-3 E GÖE TOPAĞA GÖMÜLÜ ÖN İZOLASYONLU PAKET BOUDA MEYDANA GELEN BİİM ISI KAYBI (W/m) Servis Borusu (Siyah Çelik) Kılıf Boru (HDPE) Sevis Borusundaki Su Sıcaklığı Çelik Boru Anma Çapı 60 C 70 C 80 C 90 C DN inch mm mm mm mm W/m W/m W/m W/m 5 ½" 2,3 2,0 0 2,5 5,9 7,0 8,0 9, 20 ¾" 26,9 2,0 25 2,5 6,3 7,4 8,6 9,7 25 " 33,7 2,3 25 2,5 7,4 8,7 0,0,4 32 ¼" 42,4 2,6 40 3,0 8, 9,6, 2,5 40 ½" 48,3 2,6 40 3,0 9, 0,8 2,4 4, 50 2" 60,3 2,9 60 3,0 9,9,7 3,5 5, ½" 76, 2,9 80 3,0,2 3,2 5,2 7,3 80 3" 88,9 3, ,2,9 4,0 6,2 8,3 00 4" 4,3 3, ,9 2,3 4,6 6,8 9, 25 5" 39,7 3, ,4 3,9 6,4 9,0 2,5 50 6" 68,3 4,0 35 4,9 5,5 8,3 2, 23, " 29, 4, ,3 6,2 9,2 22, 25, " 273 5, ,8 6,2 9, 22, 25, " 323,9 5, ,8 8,0 2,3 24,5 27, " 355,6 5, ,8 7,2 20,4 23,5 26, " 406,4 6,3 70, 7,7 2,0 24,2 27,4 Tablo 2.5 Seri-3 e Göre Ön İzolasyonlu Paket Boruda Meydana Gelen Isı Kaybı Tasarım Değerleri λ s, Servis borunun ısıl iletkenlik katsayısı = 76 [W/m C] λ PU, İzolasyon malzemesinin ısıl iletkenlik katsayısı = 0,028 [W/m C] λ PE, Kılıf borunun ısıl iletkenlik katsayısı = 0,43 [W/m C] λ g, Toprağın ısıl iletkenlik katsayısı = 2 [W/m C] Z, Toprak dolgu yüksekliği = 500 [mm] t g, Toprak sıcaklığı (boruların gömüldüğü derinlikte) = 5 [ C]