Теплоизоляция трубопровода

Труба без изоляции отдаёт тепло с наружной поверхности:

Труба с изоляцией — последовательно слой изоляции и теплоотдача с её поверхности:

Логарифм появляется потому, что у цилиндра площадь растёт по мере удаления от оси: наружные слои изоляции работают эффективнее внутренних.

Температура поверхности изоляции — из того же потока:

Замерзание остановленной трубы считается в два этапа. Сначала вода остывает до нуля — по экспоненте, как остывает любое тело:

Затем при нуле идёт кристаллизация, и уходит скрытая теплота плавления:

• Термическое сопротивление стенки самой трубы не учитывается. Для металла это верно с большим запасом; для толстостенного полипропилена оно добавляет несколько процентов к сопротивлению.
• Изоляция считается сплошной, без швов и воздушных зазоров. Продольный шов и неплотное прилегание у фитингов заметно ухудшают результат.
• Коэффициент теплоотдачи наружной поверхности задаётся вручную и принимается постоянным. На деле он зависит от температуры поверхности, положения трубы и скорости воздуха.
• Теплопроводность изоляции принята постоянной. Реальная растёт с температурой: у минеральной ваты примерно на 15–20 % при переходе от 20 к 100 °C.
• Расчёт замерзания — для полностью остановленной воды при постоянной наружной температуре, без учёта теплопритока от грунта, стен и соседних труб.
• Арматура, фланцы и опоры не учитываются, хотя именно они обычно и остаются неизолированными.

• Замерзание начинается не там, где считает модель. Расчёт даёт время до полного превращения воды в лёд по всему сечению, но труба рвётся раньше — в самом холодном месте образуется ледяная пробка, а дальше давление растёт локально. Реальный запас времени меньше расчётного, и относиться к цифре надо как к верхней границе.
• Мостики холода в изоляции. Неизолированные фитинги, опоры, участки прохода через стену дают потери в разы больше, чем метр изолированной трубы. На длинной трассе они могут перевесить всё остальное.
• Тонкая изоляция на трубе малого диаметра почти не работает. На трубе 16 мм слой 6 мм увеличивает наружный диаметр почти вдвое, и рост площади поверхности частично съедает выигрыш от сопротивления. Это классический эффект критического диаметра изоляции.
• Мокрая изоляция не изолирует. Минеральная вата, впитавшая воду, теряет до 80 % теплозащитных свойств, а на трубе холодного водоснабжения ещё и начинает конденсировать. Для холодных труб и наружной прокладки нужны материалы с закрытыми порами и пароизоляция.
• Температура поверхности и ожоги. Порог безопасного прикосновения к металлу — около 45–50 °C, к пластику выше. Если расчёт даёт поверхность горячее, изоляция нужна не ради экономии, а по безопасности.