حساب فقدان الحرارة في خزانات تخزين البيتومين: دليل سُمك العزل وتكلفة الطاقة

عزل خزانات تخزين البيتومين لا يقتصر الأمر على اختيار صوف معدني بسماكة 50 مم أو 100 مم. فالسماكة المناسبة تعتمد على شكل الخزان، ودرجة حرارة التخزين، والمناخ، وموصلية العزل، والتعرض للرياح، وتفاصيل السقف، وجدول التشغيل. يوضح هذا الدليل كيفية تقدير فقد الحرارة لخزان البيتومين، ومقارنة سماكات العزل، وتحويل النتيجة إلى ميزانية أولية لطاقة التدفئة.

ما الذي يسبب فقدان الحرارة من خزان تخزين البيتومين؟

يفقد خزان البيتومين المُسخّن الطاقة عبر جداره الأسطواني وسقفه ودعاماته وفوهاته ونقاط الوصول والأنابيب المتصلة به. كما تنقل الأسطح المكشوفة الحرارة إلى الهواء المحيط عبر الحمل الحراري والإشعاع. ويمكن أن يؤدي العزل الرطب أو المضغوط، والكسوة التالفة، والجسور الحرارية إلى زيادة الخسائر الفعلية بشكل ملحوظ. ويختلف سلوك قاع الخزان المدعوم بالأرض عن السقف المكشوف: إذ تعتمد خسائره على طبقات الأساس وظروف التربة، لذا يجب تقييمها بشكل منفصل.

الفرق بين الحفاظ على درجة الحرارة و التسخين الأولي يُعدّ العزل أمرًا بالغ الأهمية. فهو يُقلّل من الحرارة المستمرة اللازمة للحفاظ على درجة حرارة البيتومين، ولكنه لا يُلغي الطاقة الأكبر بكثير اللازمة لتسخين خزان ممتلئ من حالة بدء التشغيل الباردة. للاطلاع على معلومات حول التسخين الأولي واختيار السخان، يُرجى مراجعة قسمنا. دليل حساب سعة سخان الزيت الحراري.

صيغة بسيطة لفقدان الحرارة للتقديرات في المراحل المبكرة

بالنسبة لسطح معزول مسطح نسبياً، يكون التقدير الأولي لحالة الاستقرار كما يلي:

Q = A × ΔT / (t/k + 1/h_o)

هنا، Q هي كمية الحرارة المفقودة بالواط (W)، وA هي المساحة بالمتر المربع (m²)، وΔT هو الفرق التقريبي في درجة الحرارة بين الداخل والمحيط بالكلفن أو الدرجة المئوية (°C)، وt هو سمك العزل بالأمتار، وk هي الموصلية الحرارية للعزل بالواط/(متر·كلفن)، وh_o يمثل معامل انتقال الحرارة الخارجي المُجمّع بوحدة واط/(م²·كلفن). يُهمل هذا التبسيط مقاومة الغلاف الخارجي والطبقة الداخلية، ويُعامل درجة حرارة العزل على الجانب الساخن على أنها تقريبًا درجة حرارة البيتومين. هذه حسابات أولية وليست تصميمًا معتمدًا.

بالنسبة لجدار خزان أسطواني، استخدم طريقة المقاومة الشعاعية الأكثر دقة:

سؤال_جانب = 2πLΔT / [ln(r₂/r₁)/k + 1/(h_oر₂)]

حيث L هو ارتفاع الخزان ذو الجوانب المستقيمة، r₁ نصف القطر الخارجي قبل العزل و r₂ = r₁ + t. بالنسبة للأسطح المستوية، يمكن استخدام نموذج بسيط يعتمد على المساحة. يجب أن تتضمن التصاميم التفصيلية الإشعاع، والتوصيل الحراري المعتمد على درجة الحرارة، والحمل الحراري الداخلي، وانبعاثية الكسوة، وهندسة السقف، والظروف الجوية المحلية. تتضمن منهجية الخزانات الصناعية التابعة لوزارة الطاقة الأمريكية هذه المقاومات الحرارية؛ كما تنشر الرابطة الوطنية للعزل حسابات العزل الأسطواني.

الافتراضات الخاصة بأمثلة 50 م³ و 100 م³

المقارنات التالية هي حسابات هندسية توضيحية، وليست قياسات لأداء معدات FEITENG أو مواصفات العزل العالمية.

الأبعاد المذكورة هي أمثلة رياضية مختارة لإعطاء أحجام اسمية تقريبية، وليست رسومات نموذجية من شركة FEITENG. في المشاريع الحقيقية، يجب التحقق من موصلية الخدمة الساخنة عند متوسط درجة حرارة العزل المناسبة؛ فقد لا تنطبق قيم المواد الاسمية لدرجة الحرارة المحيطة عند 150 درجة مئوية.

مقارنة محسوبة بين عزل بسمك 50 مم و100 مم و150 مم

لـ خزان توضيحي سعة 100 متر مكعبيؤدي رفع سماكة العزل من 50 مم إلى 100 مم إلى خفض الفقد الحراري المُقدَّر للجدران والأسقف من 11.98 كيلوواط إلى 6.38 كيلوواط. كما يؤدي رفع السماكة من 100 مم إلى 150 مم إلى خفضه أكثر إلى 4.38 كيلوواط. وتُحقق السماكة الإضافية وفورات مطلقة متناقصة. لذا، لا ينبغي اعتبار هذه الأرقام نسبة مئوية متوقعة للانخفاض في محطة حقيقية، لأن عوامل أخرى قد تؤثر بشكل كبير، مثل الأنابيب والجسور الحرارية وتصميم السقف وممارسات التشغيل.

كيفية تقدير تكلفة الطاقة الحرارية والوقود اليومية

بالنسبة لخزان يعمل بثبات عند درجة حرارة:

الطاقة الحرارية اليومية (كيلوواط ساعة/يوم) = فقدان الحرارة المُنمذج (كيلوواط) × ساعات التشغيل (ساعة).

إذا استخدم المثال الذي تبلغ سعته 100 متر مكعب عازلاً بسمك 100 ملم، فإن فقد الحرارة المُقدَّر له يبلغ 6.38 كيلوواط. وعلى مدار 24 ساعة، يُعادل ذلك تقريبًا 153 كيلوواط ساعة من الطاقة الحرارية المُوَصَّلة يومياً بالنسبة للأسطح المشمولة في النموذج. لا يصل استهلاك الطاقة الكهربائية إلى 153 كيلوواط ساعة إلا إذا تم استخدام التسخين بالمقاومة الكهربائية مع تجاهل الفاقد الآخر.

بالنسبة لنظام يعمل بالوقود، فإن التقدير الأساسي لكمية الوقود الداخلة هو الطاقة الحرارية ÷ كفاءة النظام الموسميةبافتراض كفاءة صافية تبلغ 80%، فإن 153.1 ÷ 0.80 = تقريبًا 191.4 كيلوواط ساعة/يوم من مدخلات طاقة الوقوداضرب في تعريفة الوقود المحلية لكل كيلوواط ساعة من طاقة الوقود لتقدير التكلفة. تحقق من أساس القيمة الحرارية للوقود، وأداء الموقد، وفقدان الطاقة في وضع الاستعداد، وجدول التشغيل قبل إعداد الميزانية.

لماذا يؤثر المناخ وهندسة الخزان على الإجابة؟

بافتراض ثبات العزل وانتقال الحرارة السطحي، يزداد فقدان الحرارة تقريبًا بما يتناسب مع فرق درجة الحرارة. فخزان درجة حرارته 150 درجة مئوية في جو محيط درجة حرارته 0 درجة مئوية يكون له قوة دافعة حرارية أكبر من الخزان نفسه عند درجة حرارة 20 درجة مئوية. ومع ذلك، فإن الرياح تُغير معامل انتقال الحرارة الخارجي، كما أن المطر أو تلف الغلاف الخارجي أو رطوبة العزل قد تُبطل أي تعديل تناسبي بسيط.

لا تكفي السعة الاسمية وحدها لحساب فقد الحرارة. فخزانان بسعة 100 متر مكعب بنسب قطر إلى ارتفاع مختلفة لهما مساحات معرضة مختلفة. ويتطلب الخزان الأفقي، والخزان الرأسي المُجمَّع في الموقع، والخزان المتنقل المُعبأ في حاوية، حسابات هندسية وافتراضات منفصلة لفقدان الدعم. إذا كنت لا تزال بصدد تحديد حجم الخزان، فاستخدم نموذجنا. حساب سعة خزان تخزين البيتومين قبل الانتهاء من عملية العزل.

كيفية اختيار مادة العزل وسمكها

بالنسبة لخزانات البيتومين الصناعية، غالبًا ما يُقيّم المصممون عزل الصوف المعدني مع غلاف معدني مقاوم للعوامل الجوية، ولكن يجب أن يفي النظام النهائي بدرجة حرارة التشغيل، وتصنيف الحريق، وإدارة التآكل، والمتطلبات الهندسية المحلية. اطلب من الموردين معلومات عن الموصلية الحرارية المعلنة عند متوسط درجة حرارة التشغيل، وأداء مقاومة الرطوبة، وقوة الضغط عند الاقتضاء، وتفاصيل التركيب المناسبة.

ينبغي عند اختيار السماكة مقارنة تكلفة التركيب الرأسمالية مع وفورات الطاقة الحرارية السنوية، وليس الاعتماد على قاعدة عامة مثل "100 مم كافية دائمًا". يجب تضمين فتحات الوصول، وصناديق الفوهات، وفتحات الأنابيب، وأغطية الصيانة القابلة للإزالة، ودعامات الخزانات، ووصلات السقف بالهيكل في المواصفات. قد تتطلب المشاريع في المناطق الباردة عناية خاصة بالحماية من التجمد، ومنع تسرب المياه، والعزل ضد العوامل الجوية.

التدفئة بالزيت الحراري مقابل التدفئة الكهربائية: ما هي التغييرات؟

تعتمد الخسائر الحرارية الناتجة عن عزل الخزان بشكل أساسي على درجة الحرارة والشكل الهندسي وتصميم الغلاف، وليس على مصدر الحرارة. ويحتاج كل من نظام التدفئة بالزيت الحراري والسخان الكهربائي إلى تعويض هذه الخسائر. أما الاختلافات فتكمن في كفاءة المصدر، والطاقة أو الوقود المتاح، واستراتيجية التحكم، وتكلفة التركيب، وخسائر التوزيع.

بالنسبة للأنظمة متعددة الخزانات، قد توفر دوائر الزيت الحراري حلاً مركزياً، ولكن يجب مراعاة فاقد الطاقة في وضع الاستعداد للغلاية والأنابيب المُسخّنة. تتجنب الأنظمة الكهربائية وجود معدات حرق الوقود عند الخزان، ولكنها قد تُحمّل النظام برسوم طلب عالية أو قيود على إمدادات الطاقة. راجع قسمنا دليل هندسة خزانات تخزين البيتومين لاعتبارات تصميمية أوسع.

المعلومات التي يجب تضمينها في طلب عرض أسعار لأنظمة العزل والتدفئة

• عدد الخزانات، والسعات الاسمية، والاتجاه، والرسومات، ومساحات الأسطح المكشوفة.
• درجة البيتومين، ودرجة حرارة التشغيل العادية، والحد الأدنى لدرجة حرارة بدء التشغيل، والحد الأقصى المسموح به لدرجة الحرارة.
• موقع المشروع، والحد الأدنى والمتوسط لدرجة الحرارة المحيطة، والتعرض للرياح، والظروف الجوية.
• الوقت اللازم للتسخين وساعات التشغيل اليومية.
• مادة العزل، الموصلية المعلنة مقابل درجة الحرارة، السماكة الاسمية وتفاصيل التغليف.
• عزل الأساسات، وتفاصيل السقف، والجسور الحرارية، وفتحات التفتيش، وشبكة الأنابيب، وأنظمة التدفئة.
• نوع الوقود، وسعر الكهرباء، وكفاءة النظام المتوقعة، والتكرار المطلوب.
• معايير الوصول للصيانة ومعايير قبول أداء الطاقة أو درجة الحرارة القابلة للقياس.

الأسئلة الشائعة

ما مقدار الحرارة التي يفقدها خزان البيتومين الذي تبلغ سعته 100 متر مكعب؟

لا يوجد رقم واحد يعتمد على السعة وحدها. في الشكل الهندسي والظروف الموضحة أعلاه، تبلغ خسائر الجدران الجانبية والسقف المحسوبة 6.38 كيلوواط مع عزل بسمك 100 مم. يجب أن تشمل الخسائر الفعلية أيضًا القاع، والدعامات، والأنابيب، والاختراقات، والتأثيرات البيئية.

هل العزل بسمك 100 مم أفضل من العزل بسمك 50 مم؟

بشكل عام، يقلل العزل السميك من الفقد الحراري عند تشابه المواد والظروف. ويعتمد جدوى زيادة السماكة على تكلفة التركيب، والمناخ، وساعات التشغيل، وتعريفات الطاقة.

هل يمكن أن يؤثر فقدان الحرارة من الخزان على حجم غلاية الزيت الحراري؟

يقتصر الأمر على جزء الحفاظ على درجة الحرارة فقط. يجب أن يأخذ حجم السخان في الاعتبار أيضًا التسخين الأولي، وأحمال الخزانات المتزامنة، والدوران، وأداء المبادل الحراري، وخطوط الأنابيب، وأجهزة التحكم، والسعة الاحتياطية.

هل تبقى موصلية الصوف المعدني ثابتة عند درجة حرارة 150 درجة مئوية؟

لا. إن استخدام الموصلية الثابتة في هذا المثال العملي يُسهّل المقارنة. احصل على بيانات المورد عند متوسط درجة حرارة العزل المناسبة لإجراء الحسابات النهائية.

الخلاصة: تقييم العزل كجزء من نظام الخزان الكامل

تساعد حسابات فقدان الحرارة المشترين على مقارنة خيارات العزل، لكن الأداء الموثوق يعتمد على نظام تخزين وتسخين البيتومين المتكامل. يمكن لشركة FEITENG مراجعة حجم الخزان، ودرجة الحرارة المستهدفة، والظروف المحلية، وطريقة التسخين عند مناقشة تصميم خاص بمشروع معين. تواصل مع شركة FEITENG عبر BitumenMachine مع رسومات الخزان ومتطلبات التشغيل الخاصة بك لإجراء مناقشة هندسية.

تنويه بشأن الحسابات: جميع النتائج المُجدولة هي تقديرات أولية توضيحية لحالة الاستقرار، وليست ضمانات للمعدات. يجب أن يلتزم التصميم النهائي بالمعايير المعمول بها وأن يتم التحقق منه من قبل مهندس حراري/ميكانيكي مؤهل باستخدام بيانات الشركة المصنعة والظروف الخاصة بالموقع.