Wärme- und Kälteverluste Isolierter Rohrleitungen und Wände: Tabellarische Zusammenstellung für die Praxis

249 Pages·1928·24.17 MB·German

by  (auth.)

Walter Jürges
Wärme- und
Kälteverluste
isolierter
Rohrleitungen und
Wände
WÄRME-
UND KÄLTEVERLUSTE
ISOLI ERTER ROH RLEITU NGEN
UND WÄNDE
Tabellarische Zusammenstellung
für die Praxis
Hel'ausgegeben von
GRONZWEIG & HARTMANN G.M.B.H.
lUDWIGSHAFEN IRH.
1 928
SPRINGER-VERLAG BERLIN HEIDELBERG GMBH
ISBN 978-3-662-27978-6 ISBN 978-3-662-29486-4 (eBook)
DOI 10.1007//978-3-662-29486-4
Softcover reprint ofthe hardcover 1s t edition 1928
SPAMERSCHE
B U C H D R U C ~ E R E I
I N L E J P Z I 0
VORWORT
Die zahlreichen Berechnungen von Wärme- und Kälte
verlusten isolierter Rohrleitungen und Wände, die wir tag
täglich durchfuhren müssen, sind so zeitraubend, daß wir
uns veranlaßt sahen für den internen Gebrauch die Werte
systematisch zu errechnen und tabellarisch zu ordnen. Zahl
reichen Anregungen aus der Industrie folgend, haben wir uns
nun entschlossen, auch der Allgemeinheit die Werte zu
gänglich zu machen und sie in Druck zu geben. Die Tafel
ist möglichst allgemein angesetzt, so daß wir hoffen, mit
ihrer Hilfe in Zukunft fast alle Wärmeverlustrechnungen zu
ersparen. Wir haben uns den Arbeiten um so lieber unter
zogen, als wir damit eine allgemein empfundene Lücke in
der Wärmetechnik auszufüllen glauben.
Das Buch wurde von unserer wissenschaftlichen Abteilung
unter Leitung von Herrn Dr.-Ing. W. jürges bearbeitet.
Auch an dieser Stelle möchten wir nochmals allen denjenigen
die durch ihre Mitarbeit zum Gelingen der Wärmeverlusttafel
beitrugen, insbesondere Herrn Dipl.-Ing. H. Kanziger, danken.
GRÜNZWEIG &. HARTMANN
G. m. b. H.
Ludwigshafen a. Rhein
3
INHALTSVERZEICHNIS
1. Vorwort ...... ,. . . . ..... .... . .. .. .. ... . .. .... ........ 3
2. Einleitung.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
3. Stündliche Wärme- und Kälteverluste von Rohrleitungen
in kcal/lfdm (Tabelle 1) ............................ 15
4. Stündliche Wärmeverluste geheizter Räume in kcal/m2
(Tabelle 2);' ....•.................................. 247
5. Stündliche .Wärmeverluste gekühlter Räume in kcal/m2
(Tabelle 3) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 253
6. Vergrößerung der Wärmeverluste von Rohrleitungen durch
Windanfall (5 m/sek Tabelle 4) ...................... 255
7. Wärmeübergangszahlen an einer ebenen Wand bei Wind
anfall (Tabelle 5) . • . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 255
8. Temperaturfaktor a zur Umrechnung des Stefan-Boltz
mann'schen Gesetzes in die lineare Gleichung (Tabelle 6) 256
9. Graphische Darstellungen:
a) Wärmeübergangszahlen an einem Rohr (Figur 1) ... 257
b) Wärmeübergangszahlen an einer ebenen Wand (Fig. 2) 258
c) Wärmeübergangszahlen an einem Rohr bei 5 m/sek
Windanfall (Figur 3) ............................ 259
d) Bestimmung der Oberflächentemperatur eines Rohres
(Figur 4) . . . . • . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 260
e) Bestimmung der Oberflächentemperatur einer ebenen
Wand (Figur 5) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 261
f) Bestimmung der Oberflächentemperatur einer ebenen
Wand (Kühlräume). (Figur 6) .................... 262
10. Die natürlichen Logarithmen von 1-5,0 (Tabelle 7) ..... 263
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EINLEITUNG
Die vorliegende Wärmeverlusttafel wurde zu dem Zweck zusammengestellt,
umständliche Rechenarbeiten in Zukunft zu ersparen. Sie ermöglicht die Wärme
und I(Alteverluste isolierter Rohrleitungen und Wände unmittelbar genau abzulesen
und zwar für alle Fälle, die in der Praxis normalerweise vorkommen. Bisher war
man entweder gezwungen; die Wärmeverluste zu errechnen oder sie aus mehr oder
weniger genauen graphischen Darstellungen oder sonstigen Zusammenstellungen
auf verhältnismäßig umständliche Art zu bestimmen.
Analytische Bestimmung der Wärmeverluste
Die Wärmeverluste eines Rohres pro Meter Rohrlänge errechnen sich nach
der Gleichung
Q = n%· 1 ("d~ 'I) 1 kcal/lfdm, (I)
+
2A IOd, lX.d.
worin
Q = die übertragene Wärmemenge in kcal{lfdm,
% = die Zeit in Std,
t, = die Temperatur des Rohres in C,
0
'. = die Temperatur der 'Luft in C,
0
d, = der äußere Durchmesser des Rohres in m,
d. = der äußere Durchmesser der Isolierung in m,
(Jt = die Wärmeübergangszahl von der Isolierung an die Luft einschließlich
Strahlung in kcal/ml, Std, 0 C und
Ä. = die Wärmeleitzahl der Isolierung in kcal/m, Std, ., C
ist.
Für die ebene Wand lautet die analoge Gleichung für die Wärmeverluste
Q = F· %(1, - '.) kcal, (2)
J... +.! + d1 + ~
IX, l Ä.1 IX.
worin
'. = die Lufttemperätur in C,
0
d, d1 = die liolierstärke in mund
F = die Oberfläche in ml
ist.
7
Die WärmeübergangszahllX setzt sich dabei zusammen aus dem übergang durch
Konvektion (IX.,) und der Strahlung ()I, = a . C.
IX = IXjj + .aC , (3)
worin
C = die Strahlungskonstante in kcal/m8, Std, ° C' und
ist.
Die I(onvektionszahl IXjj ist abhängig von der übertemperatur und der Ge
staltung der Oberfläche; sie errechnet sich für eine ebene Wand zu
IXjj = 3,00 + 0,08 e für €J < 10 0 } bei ruhender Luft nach (4)
IX., = 2,2 Ve für e> 100 Nusselt (s. Fig. 2), (5)
IX., = 5,3 + 3,6 w für w::;;; 5 m/sec } bei bewegter Luft nach (6)
IX., = 6,47 . WO·?8 für w> 5 m/sec Jürges (s. Tabelle 5). (7)
Die I(onvektionszahl für einen zylindrischen I(örper errechnet sich nach
den Gleichungen:
(8)
für ruhende Luft bei Turbulenz nach Koch (s. Fig. I).
IIXII = 0067 l. (1273 + d.w· 0_)0.718 (9)
I , d. z.
für bewegte Luft nach Nusselt (s. Fig.3, für 5 misec Windanfall).
Gemäß der Definition der Wärmeübergangszahl errechnet sich die von der
Oberfläche an die Umgebung abgegebene Wärmemenge, wenn die Oberflächen
temperatur um e ° C größer ist als die Außentemperatur, zu:
Q = IX • p. z· €J kcal. (10)
Nachstehend sind an 3 Beispielen die Wärmeverluste von Wänden und Rohr
leitungen errechnet.
1. Beispiel: Ebene Wand. Gesucht ist der Wärmeverlust einer I(ühlraum
wand, 11/. Backstein, und 10 cm I(erk stark. Die Temperatur im Inneren des
Raumes ist -10°C; die Außenluft hat eit:1e Temperatur von +IO°C. Nach Glei
chung (2) ist
p·z·J
Q = 1 d d J kcal.
-+,+,1+ -
IX, " "I IX.
(t,-t.)=J=(-IO- +10)=20°, P=lm·, z=1 Stunde,
d für Backstein = 0,38 m,
l für Backstein = 0,7 kcaljm, Std, ° C,
d für I(ork = 0,10 m,
l
Al für I(ork = 0,03 kcal/m, Std, 0 C,
IX = I (B); e wird zunächst geschätzt zu 0,9° C, also IX;! = 3,0 + 0;08 • e = 3,07
(aus der Fig. 2 zu entnehmen). Dazu kommt der Strahlungsanteil tx,= a • C.
Auf Seite 256 findet man a mit 0,734, also ist bei einer Strahlungskonstanten C = 4,0
+
der Strahlungsanteil IX, = 2,94. txl ist demnach 3,07 2,94 = 6,01 kcaljm2, Std, °C.
tx. wird zunächst angenähert gleich txl gesetzt.
.I n Gleichung (2) eingesetzt ergibt das
2O.J·l
Q = 1 038 01 1 = 4,79 kcal/mz, Std.
-+-'-+-'-+-
6,01 0,7 0,03 6,01
Dieser Wert wäre richtig, wenn B am Anfang zu 0,9 °C richtig geschätzt worden
wäre. Zur Kontrolle muß also die Oberflächentemperatur nachgerechnet werden.
Sie ergibt sich aus der Gleichung (10)
Q = IX • P • z . 19 kcal
zu
19= -pQ = 0,797°C=0,80°C .
tx • • z
Demnach war 19 = 0,10° C zu groß gewählt. Es muß also eine nochmalige Nach
rechnung mit B = 0,80° C durchgeführt werden:
IXa wird aus Fig. 2 entsprechend B = 0,80° C zu 3,06 abgelesen, der Tempera
turfaktor ist Interpoliert für _100 C und -9,20° C Oberflächentemperatur auf
0,732 (s. Tabelle 6). Demnach ist IX, = 4.0,732 = 2,93. Somit wird IX; = 3,06 + 2,93
= 5,99 kcaljmB, Std, 0 C.
tx.~IXjj + a· C
+
= 3,06 0,902 . 4,0 = 6,67 kcalfml, Std., ° C.
Also ist der Wärmeverlust
Q... 1 0,38 20 0,1 1 = 4,80 kcal/m2, Std.
-+-+-+-
5,99 0,7 0,03 6,67
Der in 2. Annäherung errechnete Wert für Q ist demnach um 0,2% von dem 1. ver
schieden. Die Obertemperatur ist in 2. Annäherung also
Eine weitere J(ontrollrechnung für Q Ist meistens nleht nötig, da der Einfluß
der Änderung der Wärmeübergangszahl auf den Wärmeverlust von isolierten
Rohrleitungen klein ist.
2. Beispiel. Rohr. Gesucht ist der stündliche Wärmeverlust eines Rohres
von 152 mm äußerem Durchmesser bei 80 mm Isolierstärke (l = 0,062) und 220° C
ROhrtemperatur. Die Lufttemperatur ist +100 C.
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Der Wärmeverlust errechnet sich nach Gleichung (1)
Q = :Ir • Z 1 (t,;;: t~ kcal/lfdm.
+
2A In d, ",d.
Eingesetzt ergibt das
220 - 10
Q =:Ir' 1 0312 1 = 106,2 kcal/lfdm, Std.
~~;;;; In -~-- + ,.----~=
2· 0,062 0,152 8· 0,312
oe
'" wurde geschätzt zu 8 kcal/ml, Std, und in der 1. Annäherung so eingesetzt.
Es muß der Gleichung (8)
"'. = -A 9"" bzw. '" = -A 9'.14 + a . C
:lrd. :lrd.
(nach Gleichung 3) genügen.
Aus Q = '" F Z 8 (Gleichung 10) folgt mit F = :Ir d.· 1 :
8 = ~ = 106,2 = 13,5° C.
"':lrd. 7,84
Demnach muß", = -Ad 8°·" + a· C = 2,44 + 4,31 = 6,75 sein. Also statt dem
:Ir •
Wert 8 muß IX mit 6,75 in die Ausgangsgleichung eingesetzt werden. Die 2. An
naherung ergibt also
Q = 105,2 kcal/lfdm, Std.
Die weitere I(ontrollrechnung zeigt, daß dieser Wert Q = 105,2 genügend genau
ist, denn es ergibt sich hieraus, analog errechnet wie oben:
8 = 13,4° und
IX == 6,73 kcal/ml, Std., 0 C; also
Q = 105,1 kcal/lfdm, Std.
Die Differenz ist gegenüber dem in 2. Annäherung errechneten Wert bereIts un
bedeutend.
3. Beispiel: Rohr mit Windanfall. Gesucht ist der stündl. Wärmeverlust
einer 318er Rohrleitung, die im Freien verlegt Ist bel lOO!l1m Isollerstärke,
(J. = 0,082), 400° e Rohrtemperatur, Wlndgeschwingk~it w = 5 rn/sec, Außen
temperatur + 20 C.
0
Unter Schätzung von IX = 19,9 (Flg. 3) wird in Gleichung (I) eingesetzt:
400 - 20
Q - :t 1 0,518 1 = 388 kcal/lfdm, Std.
N,082InO,318 + 19,9·0,518
IX kann hier mit sehr großer Annäherung richtig aus Flg. 3 entnommen werden,
so daß eine weitere I(ontrollrechnung meist unnötig wird.
Graphische Bestimmung der Wärmeverluste
Da die Wärmeübergangszahl '" von der Oberflächentemperatur der Isollenmg
abhängig Ist, so kann der Wärmeverlust nur durch wlederholtes Rechnen gefunden
werden. Um die genaue, aber sehr umständliche analytische Methode zu umgehen,
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