配管

【配管】保温の厚みと放熱の関係、最適な保温の厚みは何mm!?

高温の流体を扱う場合、火傷防止や放熱ロスを削減するため保温は必須です。

しかし、いざ保温について検討しようと思うと何mm程度の厚みがあればいいのか?今、ついている保温の厚みは最適なのか?が分からないという方もいると思います。

そこで今回は保温の厚みと放熱ロスの関係、そこから分かる最適な保温の厚みについて検証した結果を書いていきたいと思います。

最適な保温の厚みはどれくらい?

今回は次の3パターンで計算を行いました。放熱ロスの計算方法についてはこちらの記事を参照にしてください。

【配管】放熱量を簡単に計算する方法。保温の効果はどれくらい?

配管や熱交換器に保温をすべきか検討するのに、現在の放熱量を簡単に計算したいときってありませんか? イ ...

  1. 高温流体200℃、外気温20℃の場合
  2. 高温流体400℃、外気温20℃の場合
  3. 高温流体90℃、外気温20℃の場合

計算に用いる条件は次のものを用いています。

  • 高温流体側熱伝達率 h1:10000 [W/㎡K]
  • 熱伝導率(鉄) λ1:84 [W/mK]
  • 配管厚み L1:5 [mm]
  • 保温材の熱伝導率 λ2:0.05 [W/mK]
  • 空気の熱伝達率 h2:20 [W/㎡K]

上記の条件で、配管の中に高温流体を流し、外気温20℃の時にどの程度の放熱ロスが発生するかを計算した結果、次のようなグラフが得られました。

横軸が保温の厚み(mm)で縦軸左が放熱量(W/㎡)、縦軸右が保温の表面温度(℃)を表しています。

どれも同じようなカーブを描いており、10mm程度までは放熱量が大きく下がっていますが、ある程度まで下がると、カーブは緩やかになっていきます。

つまり、保温の厚みは厚ければ厚いほど効果が得られるというものではなく、ある程度の厚みがあればそれ以上厚くしてもほとんど効果は得られないという事になります。

今回の場合、最適な保温の厚みは次のようになります。

  1. 高温流体200℃、外気温20℃の場合 ⇒ 20mm
  2. 高温流体400℃、外気温20℃の場合 ⇒ 20mm
  3. 高温流体90℃、外気温20℃の場合 ⇒ 15~20mm

内部流体の温度が2倍になったからと言って2倍の厚みが必要という訳でもなさそうです。

火傷防止という観点から見ても、保温の表面温度が50℃程度まで下がっていれば全く問題ないと言えます。

保温の厚みと省エネメリット

次に保温の厚みと省エネメリットについて考えてみたいと思います。

先ほどと同様の3パターンで、100A配管を100m保温した場合の放熱ロスを金額のグラフにしてみました。

年間ロス金額を計算するために次の条件を加えています。

  • 年間稼働時間:7000 [時間]
  • 熱量単価:0.002 [円/kJ]
  • 100A配管表面積:35.91 [㎡](100m当たり)

すると、次のようなグラフが得られました。

横軸が保温の厚み(mm)で縦軸左が放熱ロス金額(円/年)、縦軸右が保温の表面温度(℃)を表しています。

例え5mmであっても保温をするだけで数百万円のメリットが出ることが分かります。ただ、保温を分厚くすればするほど、保温コストに対して得られるメリットが少なくなります。

そのため、経済的に最もバランスのいい厚みを探っていく事になります。

保温の厚みと表面温度

保温の厚みが厚くなればなるほど表面温度は下がっていきます。

どの程度下がるかは、これまでのグラフの通りですが計算方法は熱収支と同様の考え方で次のように行っています。

【熱力学】ヒートバランスって何?計算方法や使い方は?

タンクや釜など、ひとつの容器に複数の物体を入れるときにその容器の中が一体何℃になるのかを計算しないと ...

例えば、保温材表面で見た場合、単位面積あたりに入ってくる熱量(Qin)と出ていく熱量(Qout)は次の計算で表すことができます。

$$Qin=Uin×(t2-t1)$$

$$Qout=Uout×(t3-t2)$$

$$\frac{1}{Uin}=\frac{1}{h1}+\frac{L1}{λ1}+\frac{L2}{λ2}$$

$$\frac{1}{Uout}=\frac{1}{h2}$$

熱収支の釣り合う点によって温度は決まるので

$$Qin=Qout$$

t1:高温流体温度、t2:保温材表面温度、t3:空気温度

これらの方程式を計算することによって保温材の表面温度(t2)を計算することができます。

U値に関しては次の記事を参照してください。

【伝熱工学】熱伝導率と熱伝達率の違いは!?2つを合わせたU値の求め方

熱伝導率と熱伝達率の違いは何でしょう? どちらも熱の伝わりやすさを表しているので勘違いすることもあり ...

実際には次のようなエクセルを用いて計算をしています。

実際にエクセルを使って条件を変えて計算したいという方は、ココナラでエクセルファイルを1000円で販売しているので購入していただけるとありがたいです。

「配管放熱の保温に関する計算を自動で出来ます」というサービスで検索してもらえると出てきます。

自分で1から作るとなると数時間はかかるので時間の削減になりますよ。熱の勉強をしたいという方にもおすすめです。

配管放熱の保温に関する計算を自動で出来ます 放熱計算を行い投資採算性を計算することができます。

まとめ

  • 保温の最適な厚みは表面温度が50℃程度まで下がるポイント。
  • 今回の場合は20mm程度あれば十分。
  • 省エネ効果と投資のバランスを考えながら検討する。

高温流体の温度によってもう少し差が出るかと思いましたが、どちらも同じ厚みで問題なさそうという結果になりました。

保温の厚みについて計算したいという方は、是非参考にしてみてはいかがでしょうか?

【バルブ】バルブに保温は必要?年間放熱ロス金額と保温カバーの投資採算性について

高温流体を送る配管には、火傷防止、省エネの観点で保温は必須です。保温をするかしないかで年間数百万円も ...

続きを見る

配管

2021/10/1

【配管】SWとBWの違い、使い分けは?

バルブや配管の接続方式について考えるとき、同じ溶接接続方式でもSW(ソケットウェルド)とBW(バッドウェルド)のどちらが良いのか迷うことってありますよね。 今回は、SW(ソケットウェルド)とBW(バッドウェルド)の使い分けについて解説したいと思います。配管接続方式の違いについてはこちらの記事をご覧ください。 目次SW(ソケットウェルド)とBW(バッドウェルド)の使い分けSW(ソケットウェルド)とBW(バッドウェルド)の構造まとめ SW(ソケットウェルド)とBW(バッドウェルド)の使い分け まず、SW(ソケ ...

ReadMore

配管

2021/8/29

【配管】相フランジとは何か。組フランジとの違いは?

購買仕様書などの取合点でよく「相フランジ」という言葉を見ます。 汎用的な機器を扱う場合はあまり聞きなれない言葉ですが、認識を間違っていると工事の際に部品が足りないなどのトラブルにつながります。 今回は、相フランジとは何かについて解説したいと思います。 目次相フランジとは相フランジと組フランジの違いまとめ 相フランジとは 相フランジとは特殊なフランジ規格の場合、機器と接続するために用意する相手側のフランジのことを言います。 まず、一般的なフランジ接続の場合、機器側と配管側で次のように接続されます。 フランジ ...

ReadMore

配管

2021/8/29

【配管】電縫管とシームレス管の違い、使い分けは?

配管の選定をしていると、サイズだけではなく材質や強度、接続方式、保温、塗装など考えないといけないものがたくさんあって迷いますよね。 今回は、その中でも迷いやすい「電縫管とシームレス管の違い」について解説したいと思います。 目次電縫管(溶接管)とはシームレス管とは電縫管とシームレス管の違いまとめ 電縫管(溶接管)とは 電縫管は板状の鋼を円形に成形し、接続部を電気抵抗溶接によって接合したものです。炭素鋼鋼管、ステンレス鋼管。低合金鋼管など様々な材質の配管が製造できます。 8A程度の小径から650A程度の大口径 ...

ReadMore

配管

2021/8/30

【配管】配管接続の区別は?ねじ込み、フランジ、溶接の違い・使い分け

配管設計の際に、接続はどれを選べばいいのか迷うことはないでしょうか? 実は、配管接続をどの方式で行うかによって施工しやすさ、コスト、メンテナンス性に大きく影響が出てきてしまいます。 今回は、それぞれの違いが分からないという方向けに、ねじ込み・フランジ・溶接の用途や使い分けについて解説したいと思います。 目次ねじ込み接続とはフランジ接続とは溶接とは3つの使い分けは?まとめ ねじ込み接続とは ねじ込み接続は配管末端におねじ、もしくはめねじの切り込みのあるものを使用し、片方を回して接続する方式です。 めねじ側は ...

ReadMore

配管

2021/8/30

【配管】伸縮継手とフレキシブルチューブの違い、使い分けは?

配管の設計を行う際、配管膨張について検討するかと思います。 フレキシブルチューブと伸縮継手って似た用途だけどどう使い分けるの?という疑問をお持ちの方も多いと思いますので、今回は伸縮継手とフレキシブルチューブの使い分けについて解説してきたいと思います。 目次フレキシブルチューブとは伸縮継手とは伸縮継手とフレキシブルチューブの使い分けは?まとめ フレキシブルチューブとは フレキシブルチューブとは、その名の通り柔軟性のある配管のことで、各種のステンレスで製作されているものが多いです。 配管部分はベローズ(蛇腹) ...

ReadMore

\Youtubeチャンネルやってます!/

ブログ記事を元にした見るだけで1つ賢くなれる動画が300本以上!
月に5本程度のペースでアップしていくのでチャンネル登録お願いします!

チャンネル登録はコチラ

  • この記事を書いた人

エコおじい

プラントエンジニアです。工業技術をどこよりも分かりやすく解説するをテーマに2017年から情報発信をしています。最近、Youtubeも始めました。応援していただけるという方は更新情報などを発信するので、Twitterのフォローお願いします。

技術系資格取得を目指す方必見!おすすめ通信講座

最短で資格を取得するためには、いかに効率よく学習するかが重要です。モチベーションを維持しながら最短で資格取得を目指すなら通信講座を利用するのもおすすめです。

超シンプルで分かりやすいSAT『エネルギー管理士熱分野』

現場技術系専門の通信講座です。イラストを多用したシンプルで分かりやすいテキストと動画がセットになっています。

価格もお手頃で、特に熱力学などを学んだことのない初学者におすすめの通信講座です。

エネルギー管理士以外にも電験や衛生管理者など25の資格の通信講座を展開しています。

最短で電験取得を目指すならSAT『第三種電気主任技術者講座』

イメージしにくい交流回路についても多様なイラストと解説動画で詳しく解説してくれます。独学ではなかなか勉強が進まないという方に特におすすめの講座です。電気について詳しく学べるので実務で電気を使うという方には最適な教材です。※無料サンプルあります!

技術系資格の最高峰SAT『技術士合格講座』

論文添削やZOOMマンツーマン指導が付いており、面接対策もWeb上で行うことが出来ます。また、テキストは毎年改定されているので常に最新の教材で勉強することが出来ます。

おすすめ記事

1

これからエネルギー管理士試験を受けるあなたのために、最短時間でエネルギー管理士に合格する方法を紹介し ...

2

エネルギー管理士資格はもちろん独学でも取得できますが、ある程度の前知識がないと分厚い参考書を前に挫折 ...

3

電験三種は合格率が10%未満の大変難しい資格です。また、範囲が非常に広いので普段の業務で電気を扱わな ...

4

電験三種は毎年受験者が4万人以上の資格で出題範囲が広く、合格率も10%以下と低いので色々な会社が通信 ...

-配管

© 2021 エネ管.com Powered by AFFINGER5