Hydraulický výpočet tepelných sietí: koncept, definícia, metóda výpočtu s príkladmi, úlohami a návrhom

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Naposledy zmenené: 2023-12-17 10:39

V hydraulickom výpočte tepelných sietí sa nastavuje celkový prietok hlavnej teplej vody pre vykurovanie, klimatizáciu, vetranie a teplú vodu. Na základe takéhoto výpočtu sa určia potrebné parametre čerpacej techniky, výmenníkov tepla a priemery potrubí hlavnej siete.

Niečo o teórii a problémoch

Hlavnou úlohou hydraulického výpočtu tepelných sietí je výber geometrických parametrov potrubia a štandardných veľkostí ovládacích prvkov s cieľom poskytnúť:

• kvalitatívno-kvantitatívna distribúcia chladiacej kvapaliny do jednotlivých vykurovacích zariadení;
• tepelno-hydraulická spoľahlivosť a ekonomická realizovateľnosť uzavretého tepelného systému;
• optimalizácia investičných a prevádzkových nákladov organizácie zásobovania teplom.

Hydraulický výpočet tepelných sietí vytvára predpoklady, aby vykurovacie a teplovodné zariadenia dosahovali požadovaný výkon pri danom teplotnom rozdiele. Napríklad pri T-grafe 150-70 ^oS sa to bude rovnať 80 ^{oS. To sa dosiahne vytvorením požadovaného tlaku vody alebo tlaku chladiacej kvapaliny v každom bode ohrevu.}

Takýto predpoklad pre prevádzku tepelného systému je realizovaný kompetentným nastavením zariadení siete v súlade s projektovými podmienkami, inštaláciou zariadení na základe výsledkov hydraulického výpočtu tepelných sietí.

Etapy sieťovej hydrauliky:

1. Výpočet pred spustením.
2. Prevádzkový predpis.

Prebieha počiatočná hydraulika siete:

• prostredníctvom výpočtov;
• metóda merania.

V Ruskej federácii prevláda výpočtová metóda, ktorá určuje všetky parametre prvkov systému zásobovania teplom v jednej sídelnej oblasti (dom, štvrť, mesto). Bez toho bude sieť deregulovaná a chladivo nebude privádzané do horných poschodí viacpodlažných budov. Preto začiatok výstavby akéhokoľvek zariadenia na zásobovanie teplom, aj toho najmenšieho, začína hydraulickým výpočtom tepelných sietí.

Návrh schémy tepelných sietí

Pred hydraulickými výpočtami sa vykoná predbežná schéma hlavného vedenia s uvedením dĺžky L v metroch a D inžinierskych potrubí v mm a odhadovaných objemov sieťovej vody pre projektované časti schémy. Straty hlavy v systémoch zásobovania teplom sú rozdelené na lineárne, vznikajúce v súvislosti strenie média o steny potrubia a straty v častiach spôsobené lokálnym konštrukčným odporom v dôsledku prítomnosti T-kusov, ohybov, kompenzátorov, ohybov a iných zariadení.

Príklad výpočtu hydraulického výpočtu tepelných sietí:

1. Najskôr sa vykoná rozšírený výpočet s cieľom určiť maximálny výkon siete, ktorý môže obyvateľom plne poskytnúť služby vykurovania.
2. Po dokončení sa stanovia kvalitatívne a kvantitatívne ukazovatele hlavnej a vnútroštvrťovej siete vrátane konečného tlaku a teploty nosiča na vstupných uzloch odberateľov tepla, berúc do úvahy tepelné straty.
3. Vykonajte skúšobný hydraulický výpočet vykurovacieho systému a dodávky teplej vody.
4. Stanovujú skutočné náklady v častiach schémy a na vstupoch do obytných zariadení, množstvo tepla prijatého účastníkmi pri výpočte teploty chladiacej kvapaliny v prívodnom vodovodnom potrubí vykurovacích systémov a dostupný tlak vo výstupnom potrubí, zdôvodnenie hydrotermálnych režimov, predpokladaná teplota v obytných priestoroch.
5. Určite požadovanú teplotu prívodu výstupného tepla.
6. Nastavte maximálnu veľkosť T ohriatej vody na výstupe z kotolne alebo iného zdroja tepla, získanú na základe hydraulického výpočtu tepelnej siete. Musí zabezpečiť vnútorné hygienické normy.

Uplatnenie normatívnej metódy

Hydraulika sietí sa vykonáva na základe tabuliek maximálneho hodinového tepelného zaťaženia a schémy zásobovania teplom pre mesto alebo okres s uvedením zdrojov, polohy hlavných, resp.vnútroštvrťové a vnútrodomové inžinierske systémy, s vyznačením hraníc súvahového vlastníctva vlastníkov sietí. Hydraulický výpočet potrubí vykurovacích sietí každej sekcie až po vyššie uvedenú schému sa vykonáva samostatne.

Táto metóda výpočtu sa používa nielen pre vykurovacie siete, ale aj pre všetky potrubia prepravujúce kvapalné médiá vrátane plynového kondenzátu a iných chemických kvapalných médií. Pri potrubných systémoch zásobovania teplom je potrebné vykonať zmeny, aby sa zohľadnila kinematická viskozita a hustota nosiča. Je to spôsobené tým, že tieto charakteristiky ovplyvňujú špecifickú tlakovú stratu v potrubiach a rýchlosť prúdenia súvisí s hustotou tranzitného média.

Parametre hydraulického výpočtu siete ohrevu vody

Spotreba tepla Q a množstvo chladiva G pre pozemky sú uvedené v tabuľke maximálnych ukazovateľov hodinovej spotreby tepla za zimnú a letnú sezónu samostatne a zodpovedajú súčtu spotreby tepla za štvrťroky zahrnuté v schéma.

Príklad hydraulického výpočtu tepelnej siete je uvedený nižšie.

Vzhľadom na to, že výpočty závisia od mnohých ukazovateľov, vykonávajú sa pomocou mnohých tabuliek, diagramov, grafov, nomogramov, konečná hodnota spotreby tepla Q pre systémy vykurovania v dome sa získa interpoláciou.

Množstvo tekutiny cirkulujúcej vo vykurovacej sieti m3/hod, pri výpočte hydraulického režimu vykurovacej siete, je určené vzorcom:

G=(D2 /4) x V, Kde:

• G – spotreba operátora, m3/hodinu;
• D – priemer potrubia, mm;
• V - rýchlosť prúdenia, m/s.

Lineárne tlakové straty v hydraulickom výpočte tepelných sietí sú prevzaté zo špeciálnych tabuliek. Pri inštalácii vykurovacích systémov sa do nich inštalujú desiatky a stovky pomocných prvkov: ventily, armatúry, odvzdušňovacie otvory, oblúky a iné, vytvárajúce odpor voči tranzitnému médiu.

Príčiny poklesu tlaku v potrubiach môžu zahŕňať aj vnútorný stav materiálov potrubia a prítomnosť usadenín soli na nich. Hodnoty koeficientov používané v technických výpočtoch sú uvedené v tabuľkách.

Štandardná metodológia a procesné kroky

Podľa spôsobu hydraulického výpočtu tepelných sietí prebieha v dvoch etapách:

1. Vybudovanie schémy vykurovacej siete, na ktorej sú očíslované úseky, najprv v oblasti centrálnej diaľnice - dlhšia a objemnejšia sieťová linka z hľadiska zaťaženia od miesta pripojenia k viacerým zariadenie na vzdialenú spotrebu.
2. Výpočet tlakovej straty každého úseku potrubia, schéma. Vykonáva sa pomocou tabuliek a nomogramov, ktoré sú označené požiadavkami štátnych noriem a noriem.

Po prvé, výpočty pre hlavnú diaľnicu sa vykonajú podľa nákladov stanovených podľa schémy. Zároveň sa používajú referenčné údaje špecifických tlakových strát v sieťach.

Po vypočítaní priemerov rúrok vypočítajú:

1. Počet kompenzátorov podľa schémy.
2. Odpory na skutočne nainštalovaných prvkochvykurovacie siete.

Strata hlavy sa vypočíta podľa vzorcov a nomogramov. S týmito údajmi v celej sieti sa potom vypočíta hydromechanický režim jednotlivých úsekov od miesta rozdelenia toku až po koncového užívateľa.

Výpočty sú spojené s výberom priemerov odbočiek. Rozdiel nie je väčší ako 10 %. Nadmerný tlak vo vykurovacom systéme sa uhasí v uzloch výťahu, škrtiacich dýzach alebo automatických regulátoroch vo výkonných bodoch domu.

Pri dostupnom tlaku hlavného vykurovacieho systému a vetiev najprv nastavte približný špecifický odpor Rm, Pa/m.

Pri výpočtoch sa používajú tabuľky, nomogramy pre hydraulický výpočet potrubí tepelných sietí a iná referenčná literatúra, povinná pre všetky etapy, ktorú možno ľahko nájsť na internete a v odbornej literatúre.

Doprava teplej vody

Algoritmus schémy výpočtu je stanovený regulačnou a technickou dokumentáciou, štátnymi a hygienickými normami a je vykonávaný v prísnom súlade so stanoveným postupom.

V článku je uvedený príklad výpočtu hydraulického výpočtu vykurovacieho systému. Postup sa vykonáva v nasledujúcom poradí:

1. Na schválenej schéme zásobovania teplom mesta a okresu sú vyznačené uzlové body výpočtu, zdroj tepla, trasovanie inžinierskych sietí s uvedením všetkých vetiev, pripojených spotrebných objektov.
2. Objasnite hranice vlastníctva spotrebiteľských sietí v súvahe.
3. Priraďte čísla k pozemku podľa schémy, počnúc číslovanímod zdroja ku koncovému používateľovi.

Systém číslovania by mal jasne oddeľovať typy sietí: hlavná vnútroštvrťová, vnútropodniková od tepelného vrtu až po hranice súvahy, pričom lokalita je nastavená ako segment siete, ohraničený dve pobočky.

Schéma zobrazuje všetky parametre hydraulického výpočtu hlavnej tepelnej siete z centrály:

• Q – GJ/hodina;
• G m3/hodina;
• D - mm;
• V – m/s;
• L - dĺžka sekcie, m.

Výpočet priemeru sa nastavuje podľa vzorca.

Parné vykurovacie siete

Táto vykurovacia sieť je určená pre systém zásobovania teplom využívajúci nosič tepla vo forme pary.

Odlišnosti tejto schémy od predchádzajúcej sú spôsobené indikátormi teploty a tlakom média. Štrukturálne sú tieto siete kratšie, vo veľkých mestách zvyčajne zahŕňajú len tie hlavné, teda od zdroja po miesto ústredného kúrenia. Nepoužívajú sa ako vnútrookresné a vnútropodnikové siete, s výnimkou malých priemyselných areálov.

Schéma zapojenia sa vykonáva v rovnakom poradí ako pri vodnom chladení. Na sekciách sú uvedené všetky parametre siete pre každú vetvu, údaje sú prevzaté zo súhrnnej tabuľky hraničnej hodinovej spotreby tepla s postupným sčítaním ukazovateľov spotreby od koncového spotrebiteľa až po zdroj.

Geometrické rozmerypotrubia sa inštalujú na základe výsledkov hydraulického výpočtu, ktorý sa vykonáva v súlade so štátnymi normami a pravidlami, a najmä SNiP. Určujúcou hodnotou je tlaková strata média plynného kondenzátu od zdroja dodávky tepla k spotrebiteľovi. Pri väčšej tlakovej strate a menšej vzdialenosti medzi nimi bude rýchlosť pohybu veľká a priemer parovodu bude musieť byť menší. Výber priemeru sa vykonáva podľa špeciálnych tabuliek na základe parametrov chladiacej kvapaliny. Potom sa údaje vložia do kontingenčných tabuliek.

Nosič tepla pre sieť kondenzátu

Výpočet pre takúto tepelnú sieť sa výrazne líši od predchádzajúcich, pretože kondenzát je súčasne v dvoch stavoch - v pare a vo vode. Tento pomer sa mení, keď sa pohybuje smerom k spotrebiteľovi, t. j. para je stále vlhkejšia a nakoniec sa úplne zmení na kvapalinu. Preto sa výpočty pre potrubia každého z týchto médií líšia a sú už zohľadnené inými normami, najmä SNiP 2.04.02-84.

Postup na výpočet potrubí kondenzátu:

1. Tabuľky nastavujú vnútornú ekvivalentnú drsnosť rúr.
2. Ukazovatele tlakovej straty v potrubiach v časti siete, od výstupu chladiacej kvapaliny z čerpadiel na dodávku tepla k spotrebiteľovi, sú akceptované podľa SNiP 2.04.02-84.
3. Výpočet týchto sietí nezohľadňuje spotrebu tepla Q, ale iba spotrebu pary.

Konštrukčné vlastnosti tohto typu siete výrazne ovplyvňujú kvalitu meraní, pretože potrubia na tentotypy chladiacich kvapalín sú vyrobené z čiernej ocele, sieťové úseky po sieťových čerpadlách v dôsledku úniku vzduchu rýchlo korodujú prebytočným kyslíkom, potom vzniká nekvalitný kondenzát s oxidmi železa, ktorý spôsobuje koróziu kovov. Preto sa v tejto časti odporúča inštalovať potrubia z nehrdzavejúcej ocele. Hoci konečný výber bude urobený až po dokončení štúdie realizovateľnosti tepelnej siete.

Programy dizajnu

Straty energie v dôsledku ventilov, armatúr a ohybov sú spôsobené lokalizovanými poruchami prietoku. Strata energie sa vyskytuje v konečnom a nie nevyhnutne krátkom úseku potrubia, avšak pre hydraulické výpočty sa predpokladá, že celý objem tejto straty sa berie do úvahy v mieste zariadenia. Pri potrubných systémoch s relatívne dlhými potrubiami sa často stáva, že výsledné straty budú zanedbateľné vo vzťahu k celkovej tlakovej strate v potrubí.

Strata v potrubí sa meria pomocou skutočných experimentálnych údajov a potom sa analyzuje, aby sa určil lokálny stratový faktor, ktorý možno použiť na výpočet straty fitingu, pretože sa mení s prietokom tekutiny cez toto zariadenie.

Softvér Pipe Flow uľahčuje určenie strát fitingu a iných strát pri výpočtoch diferenčného tlaku, pretože sa dodávajú s predinštalovanou databázou ventilov, ktorá obsahuje mnoho štandardných faktorov pre ventily aarmatúry rôznych veľkostí. Čerpadlo sa často používa vo vnútri potrubného systému na pridanie dodatočného tlaku na prekonanie trecích a iných strát odporu.

Výkon čerpadla je určený krivkou. Dopravná výška produkovaná čerpadlom sa mení s prietokom, nájsť prevádzkový bod na výkonovej krivke čerpadla nie je vždy jednoduchá úloha.

Ak používate hydraulický výpočtový program Pipe Flow Expert, je celkom jednoduché nájsť presný pracovný bod na krivke čerpadla, čím sa zabezpečí, že prietoky a tlaky budú v celom systéme vyvážené, aby ste mohli urobiť presné rozhodnutie o návrhu potrubia.

Online výpočet sa vykonáva s cieľom vybrať optimálny priemer, ktorý poskytuje najlepšie prevádzkové parametre, nízku tlakovú stratu a vysokú rýchlosť pohybu média, čo zabezpečí dobré technické a ekonomické ukazovatele vykurovacích sietí ako celku.

Minimalizuje námahu a poskytuje vyššiu presnosť. Obsahuje všetky potrebné referenčné tabuľky a nomogramy. Straty na meter potrubia sa teda odoberajú v rozsahu 81 - 251 Pa / m (8,1 - 25,1 mm vodného stĺpca), čo závisí od materiálu potrubia. Rýchlosť vody v systéme závisí od priemeru inštalovaných potrubí a je zvolená v konkrétnom rozsahu. Najvyššia rýchlosť vody pre vykurovacie siete je 1,5 m/s. Výpočet navrhuje hraničné hodnoty rýchlosti vody v potrubiach s vnútorným priemerom:

1. 15,0 mm – 0,3 m/s;
2. 20,0 mm – 0,65 m/s;
3. 25, 0 mm – 0,8 m/s;
4. 32,0 mm – 1,0 m/s.
5. Pre iné priemery nie viac ako 1,5 m/s.
6. Pre potrubia protipožiarnych systémov je povolená stredná rýchlosť do 5,0 m/s.

Inštrumentálny geoinformačný systém

GIS Zulu - geoinformačný program pre hydraulický výpočet tepelných sietí. Spoločnosť sa špecializuje na štúdium GIS aplikácií, ktoré vyžadujú vizualizáciu 3D geodát vo vektorovej a rastrovej verzii, topologické štúdium a ich vzťah k sémantickým databázam. Zulu vám umožňuje vytvárať rôzne plány a pracovné postupy, vrátane tepelných a parných sietí pomocou topológie, dokáže pracovať s rastrami a získavať údaje z rôznych databáz, ako je BDE alebo ADO.

Výpočty sú realizované v úzkej integrácii s geoinformačným systémom, sú realizované vo verzii rozšíreného modulu. Sieť je elementárna a názorne zadávaná do GIS myšou alebo podľa zadaných súradníc. Potom sa okamžite vytvorí schéma výpočtu. Potom sa nastavia parametre obvodov a potvrdí sa začiatok procesu. Výpočty sa aplikujú na slepé a kruhové vykurovacie systémy, vrátane sieťových čerpacích jednotiek a škrtiacich zariadení napájaných z jedného alebo viacerých zdrojov. Výpočet vykurovania je možné vykonať s prihliadnutím na úniky z rozvodných sietí a tepelné straty vo vykurovacích potrubiach.

Ak chcete nainštalovať špeciálny program na PC, stiahnite si z internetu cez torrent „Hydraulický výpočet tepelných sietí 3.5.2“.

Štruktúra krokov definície:

1. Definícia komutácie.
2. Kontrola hydromechanického výpočtu vykurovacej siete.
3. Uvedenie do prevádzky tepelno-hydraulický výpočet hlavného potrubia a potrubia v rámci štvrte.
4. Výber dizajnu zariadenia vykurovacej siete.
5. Výpočet piezometrického grafu.

Nástroj pre vývojárov Microsoft Excel

Microsoft Excel pre hydraulické výpočty v tepelných sieťach je pre používateľov najdostupnejším nástrojom. Jeho komplexný tabuľkový editor dokáže vyriešiť mnoho výpočtových problémov. Pri vykonávaní výpočtov tepelných systémov však musia byť splnené špeciálne požiadavky. Môžu byť uvedené:

• nájdenie predchádzajúcej časti smerom k médiu;
• výpočet priemeru potrubia podľa tohto podmieneného ukazovateľa a spätný výpočet;
• nastavenie korekčného faktora pre veľkosť špecifickej tlakovej straty podľa údajov a ekvivalentnej drsnosti materiálu potrubia;
• výpočet hustoty média z jeho teploty.

Používanie Microsoft Excel pre hydraulické výpočty v tepelných sieťach samozrejme neumožňuje absolútne zjednodušiť priebeh výpočtov, čo spočiatku vytvára pomerne vysoké mzdové náklady.

Softvér pre hydromechanické výpočty sietí alebo balík GRTS - počítačová aplikácia, ktorá vykonáva hydromechanické výpočty viacrúrových sietí vrátane konfigurácie slepej uličky. Platforma GRTS obsahuje jazykovú funkcionalitu vzorcov, čo umožňujestanoviť potrebné charakteristiky výpočtu a vybrať vzorce pre presnosť ich určenia. Vďaka použitiu tejto funkcionality má kalkulačka možnosť samostatne nájsť technológiu výpočtu a nastaviť požadovanú zložitosť.

Existujú dve verzie aplikácie GRTS: 1.0 a 1.1. Na konci dostane používateľ nasledujúce výsledky:

• kalkulácia, ktorá dôkladne popisuje metodiku výpočtu;
• prehľad vo forme tabuľky;
• prenos výpočtových databáz do programu Microsoft Excel;
• piezometrický graf;
• graf teploty nosiča tepla.

Aplikácia GRTS 1.1 je považovaná za najmodernejšiu modifikáciu a podporuje najnovšie štandardy:

1. Výpočet priemerov rúr na základe daných tlakov v koncových bodoch tepelného diagramu.
2. Platforma pomoci bola inovovaná. Tím "?" otvorí oblasť pomocníka aplikácie na obrazovke monitora.

Hydraulický výpočet tepelných sietí

Príklad výpočtu je uvedený nižšie.

Minimálne základné parametre potrebné na návrh potrubného systému zahŕňajú:

1. Charakteristiky a fyzikálne vlastnosti kvapaliny.
2. Požadovaný hmotnostný prietok (alebo objem) prepravovaného média, ktoré sa má prepraviť.
3. Tlak, teplota v počiatočnom bode.
4. Tlak, teplota a nadmorská výška v koncovom bode.
5. Vzdialenosť medzi dvoma bodmi a ekvivalentná dĺžka (tlaková strata) inštalovaných ventilov a armatúr.

Tieto základné parametre sú nevyhnutné pre návrh potrubného systému. Za predpokladu ustáleného prietoku existuje množstvo rovníc založených na všeobecnej energetickej rovnici, ktoré možno použiť na návrh potrubného systému.

Premenné súvisiace s prietokom kvapaliny, pary alebo dvojfázového kondenzátu ovplyvňujú výsledok výpočtu. To vedie k odvodeniu a vývoju rovníc použiteľných pre konkrétnu tekutinu. Hoci potrubné systémy a ich dizajn sa môžu stať zložitými, veľkú väčšinu konštrukčných problémov, ktorým čelí inžinier, možno vyriešiť štandardnými Bernoulliho rovnicami toku.

Základnou rovnicou vyvinutou na reprezentáciu stacionárneho prúdenia tekutiny je Bernoulliho rovnica, ktorá predpokladá, že celková mechanická energia je zachovaná pre stabilný, nestlačiteľný, neviskálny izotermický prúd bez prenosu tepla. Tieto obmedzujúce podmienky môžu skutočne reprezentovať mnohé fyzické systémy.

Hlavové straty spojené s ventilmi a armatúrami možno vypočítať aj tak, že sa vezmú do úvahy ekvivalentné „dĺžky“častí potrubia pre každý ventil a armatúru. Inými slovami, vypočítaná tlaková strata spôsobená kvapalinou prechádzajúcou cez ventil je vyjadrená ako dodatočná dĺžka potrubia, ktorá sa pri výpočte poklesu tlaku pripočíta k skutočnej dĺžke potrubia.

Všetky ekvivalentné dĺžky spôsobené ventilmi a armatúrami v segmentepotrubia sa spočítajú, aby sa vypočítal pokles tlaku pre vypočítaný segment potrubia.

V súhrne môžeme povedať, že cieľom hydraulického výpočtu tepelnej siete v koncovom bode je spravodlivé rozloženie tepelnej záťaže medzi odberateľov tepelných systémov. Platí tu jednoduchá zásada: každý radiátor – podľa potreby, teda väčší radiátor, ktorý je určený na zabezpečenie väčšieho objemu vykurovania priestoru, by mal dostať väčší prietok chladiacej kvapaliny. Správne vykonaný výpočet siete môže zabezpečiť tento princíp.