説明

保温の表面温度の計算

保温の表面温度は、放散熱量を表面熱伝達率と外周で割って、周囲温度に加えて求めます。

表面温度の式

θs = q / (π·α·d1) + θr

保温の外面から空気へ逃げる熱は、表面熱伝達率 α × 外周の長さ π·d1 × 表面と空気の温度差(θs − θr)です。これが管の中から保温材を通ってきた放散熱量 q と等しいので、θs = q / (π·α·d1) + θr になります(マグ・イゾベールの技術資料の (9) 式)。

出典 A の計算例 Q4(100A・40 mm・内部流体温度 100 ℃・周囲温度 20 ℃)では、36.3 / (π × 12 × 0.194) + 20 = 25.0 ℃ です(出典の計算結果は 25.0 ℃)。

表面熱伝達率(保温 12・保冷 8)

マグ・イゾベールと JFEロックファイバーの技術資料は、保温の場合 12、保冷の場合 8 W/(m²·K) を使います。エイ・ケー・ケーの熱設計要領の計算例は、ジャケットから外気への熱伝達率を 8 W/(m²·K) として計算しています(ヒーターで保温する配管・保持温度 10 ℃)。

表面熱伝達率は、空気の流れ(対流)と放射の2つを合わせた値です。環境省の資料では、表面が 200 ℃・放射率 0.8 の炉壁で、対流 9.3 と放射 11.0 を合わせて 20.3 W/(m²·K) になっています。風のある屋外や、表面の温度が高いときは大きくなります。

表面熱伝達率を変えたときの表面温度

計算の例(100A・40 mm・内部流体温度 100 ℃・周囲温度 20 ℃・λ は式)で、表面熱伝達率だけを変えた計算結果です。

表面熱伝達率放散熱量(W/m)表面温度(℃)
8 W/(m²·K)35.227.2
10 W/(m²·K)35.925.9
12 W/(m²·K)36.325.0
15 W/(m²·K)36.824.0
20 W/(m²·K)37.223.1

表面熱伝達率が大きいほど、表面温度は周囲温度に近づきます。放散熱量は保温材の熱抵抗でほぼ決まるので、変わり方は小さくなります。

保冷の表面温度と結露

保冷では、保冷材の表面温度が周囲の空気の露点より低いと、表面に結露します。出典 A の計算例 Q5 は、外気 30 ℃・相対湿度 85% の露点を 27.2 ℃ とし、冷媒管 25A(外径 0.034 m)・内部流体温度 −20 ℃ で、表面温度が 27.2 ℃ 以上になる厚さを求めています。

保冷の厚さ侵入熱量(W/m)表面温度(℃)
30 mm9.0226.2
35 mm8.3126.8
39 mm7.8627.2
40 mm7.7627.3
50 mm6.9427.9

39 mm で表面温度が 27.2 ℃ になり、出典は 25A 40 mm 以上を選んでいます。40 mm のときの放散熱量は −7.76 W/m(出典の計算結果は −7.76 W/m)です。露点の計算は、このアプリには含まれていません。

出典

配管の放熱量を計算する