Càlcul hidràulic d'un sistema de calefacció d'un i dos tubs amb fórmules, taules i exemples
La rendibilitat del confort tèrmic a la casa està assegurada pel càlcul de la hidràulica, la seva instal·lació d'alta qualitat i el seu correcte funcionament. Els components principals del sistema de calefacció són una font de calor (caldera), un conducte tèrmic (conductes) i dispositius de transferència de calor (radiadors). Per a un subministrament de calor eficient, és necessari mantenir els paràmetres inicials del sistema a qualsevol càrrega, independentment de l'estació.
Abans de començar els càlculs hidràulics, feu:
- Recollida i tractament d'informació sobre l'objecte per:
- determinar la quantitat de calor necessària;
- elecció de l'esquema de calefacció.
- Càlcul tèrmic del sistema de calefacció amb justificació:
- volums d'energia tèrmica;
- càrregues;
- pèrdua de calor.
Si es reconeix l'escalfament d'aigua com la millor opció, es realitza un càlcul hidràulic.
Per calcular la hidràulica mitjançant programes, cal familiaritzar-se amb la teoria i les lleis de la resistència. Si les fórmules següents us semblen difícils d'entendre, podeu escollir les opcions que oferim en cadascun dels programes.
Els càlculs es van fer amb el programa Excel. El resultat final es pot veure al final de les instruccions.
Determinació del nombre de punts de control de gas de fracturació hidràulica
Els punts de control de gas estan dissenyats per reduir la pressió del gas i mantenir-lo a un nivell determinat, independentment del cabal.
Amb un consum estimat conegut de combustible gasós, el districte de la ciutat determina el nombre de fractura hidràulica, a partir del rendiment òptim de fracturació hidràulica (V=1500-2000 m3/hora) segons la fórmula:
n = , (27)
on n és el nombre de fractura hidràulica, unitats;
VR — consum estimat de gas pel districte de la ciutat, m3/hora;
Va l'engròs — Productivitat òptima de fracturació hidràulica, m3/hora;
n=586.751/1950=3.008 unitats.
Després de determinar el nombre d'estacions de fracturació hidràulica, la seva ubicació es planifica al pla general del districte de la ciutat, instal·lant-les al centre de la zona gasificada al territori dels barris.
Visió general del programa
Per a la comoditat dels càlculs, s'utilitzen programes de càlcul hidràulic amateur i professional.
El més popular és Excel.
Podeu utilitzar el càlcul en línia a Excel Online, CombiMix 1.0 o la calculadora hidràulica en línia. El programa estacionari es selecciona tenint en compte els requisits del projecte.
La principal dificultat per treballar amb aquests programes és el desconeixement dels fonaments bàsics de la hidràulica. En alguns d'ells, no hi ha descodificació de fórmules, no es tenen en compte les característiques de ramificació de canonades i el càlcul de resistències en circuits complexos.
- HERZ C.O. 3.5 - realitza un càlcul segons el mètode de pèrdues de pressió lineals específiques.
- DanfossCO i OvertopCO poden comptar sistemes de circulació natural.
- "Flux" (flux) - us permet aplicar el mètode de càlcul amb una diferència de temperatura variable (lliscant) al llarg de les barres.
Heu d'especificar els paràmetres d'entrada de dades per a la temperatura - Kelvin / Celsius.
Què és el càlcul hidràulic
Aquesta és la tercera etapa del procés de creació d'una xarxa de calefacció. És un sistema de càlculs que permet determinar:
- diàmetre i rendiment de les canonades;
- pèrdues de pressió locals a les zones;
- requisits d'equilibri hidràulic;
- pèrdues de pressió a tot el sistema;
- cabal d'aigua òptim.
Segons les dades obtingudes, es realitza la selecció de bombes.
Per als habitatges de temporada, en absència d'electricitat, és adequat un sistema de calefacció amb circulació natural del refrigerant (enllaç a la revisió).
L'objectiu principal del càlcul hidràulic és garantir que els costos calculats dels elements del circuit coincideixen amb els costos reals (operatius). La quantitat de refrigerant que entra als radiadors ha de crear un equilibri tèrmic a l'interior de l'habitatge, tenint en compte les temperatures exteriors i les que l'usuari fixa per a cada habitació segons la seva finalitat funcional (soterrani +5, dormitori +18, etc.).
Tasques complexes - minimització de costos:
- capital - instal·lació de canonades de diàmetre i qualitat òptims;
- operatiu:
- dependència del consum d'energia de la resistència hidràulica del sistema;
- estabilitat i fiabilitat;
- silenciositat.
La substitució del mode de subministrament de calor centralitzat per un de individual simplifica el mètode de càlcul
Per al mode autònom, s'apliquen 4 mètodes de càlcul hidràulic del sistema de calefacció:
- per pèrdues específiques (càlcul estàndard del diàmetre de la canonada);
- per longituds reduïdes a un equivalent;
- segons les característiques de conductivitat i resistència;
- Comparació de pressions dinàmiques.
Els dos primers mètodes s'utilitzen amb una caiguda de temperatura constant a la xarxa.
Les dues últimes ajudaran a distribuir l'aigua calenta als anells del sistema si la baixada de temperatura a la xarxa ja no coincideix amb la caiguda de les rampes / branques.
Visió general dels programes per a càlculs hidràulics
Programa de mostra per al càlcul de la calefacció
De fet, qualsevol càlcul hidràulic dels sistemes de calefacció d'aigua és una tasca d'enginyeria complexa. Per solucionar-ho, s'han desenvolupat una sèrie de paquets de programari que simplifiquen la implementació d'aquest procediment.
Podeu provar de fer un càlcul hidràulic del sistema de calefacció a la carcassa d'Excel, utilitzant fórmules ja fetes. Tanmateix, es poden produir els problemes següents:
- Gran error. En la majoria dels casos, els esquemes d'una o dues canonades es prenen com a exemple de càlcul hidràulic d'un sistema de calefacció. Trobar aquests càlculs per al col·leccionista és problemàtic;
- Per tenir en compte correctament la resistència hidràulica de la canonada, calen dades de referència, que no estan disponibles al formulari. Cal cercar-los i introduir-los addicionalment.
Tenint en compte aquests factors, els experts recomanen utilitzar programes per al càlcul. La majoria són de pagament, però alguns tenen una versió de demostració amb funcions limitades.
Oventrop CO
Programa de càlcul hidràulic
El programa més senzill i entenedor per al càlcul hidràulic del sistema de subministrament de calor. Una interfície intuïtiva i una configuració flexible us ajudaran a gestionar ràpidament els matisos de l'entrada de dades. Poden sorgir problemes menors durant la configuració inicial del complex. Caldrà introduir tots els paràmetres del sistema, començant pel material de la canonada i acabant amb la ubicació dels elements de calefacció.
Es caracteritza per la flexibilitat de la configuració, la capacitat de fer un càlcul hidràulic simplificat de la calefacció tant per a un nou sistema de subministrament de calor com per actualitzar un d'antic. Es diferencia dels analògics en una interfície gràfica convenient.
Instal-Therm HCR
El paquet de programari està dissenyat per a la resistència hidràulica professional del sistema de subministrament de calor. La versió gratuïta té moltes limitacions. Àmbit: disseny de calefacció en grans edificis públics i industrials.
A la pràctica, per al subministrament de calor autònom de cases i apartaments privats, el càlcul hidràulic no sempre es realitza. No obstant això, això pot provocar un deteriorament del funcionament del sistema de calefacció i una ràpida fallada dels seus elements: radiadors, canonades i caldera. Per evitar-ho, cal calcular els paràmetres del sistema de manera oportuna i comparar-los amb els reals per tal d'optimitzar encara més el funcionament de la calefacció.
Un exemple de càlcul hidràulic d'un sistema de calefacció:
Verificació del càlcul hidràulic del ramal del gasoducte
Finalitat del càlcul: Comprovació de la pressió a l'entrada de l'estació de distribució de gas.
Dades inicials:
taula
|
Rendiment, qday, milions de m3/dia |
8,4 |
|
Pressió inicial de la secció del gasoducte, Рn , MPa |
2,0 |
|
Pressió final de la secció del gasoducte, Рк , MPa |
1,68 |
|
Longitud del tram del gasoducte, L, km |
5,3 |
|
Diàmetre de la secció del gasoducte, dn x, mm |
530 x 11 |
|
Temperatura mitjana anual del sòl a la profunditat del gasoducte, tgr, 0С |
11 |
|
Temperatura del gas a l'inici de la secció del gasoducte, tn, 0C |
21 |
|
Coeficient de transferència de calor del gas al sòl, k, W / (m20С) |
1,5 |
|
Capacitat calorífica del gas, cf, kcal/(kg °C) |
0,6 |
|
Composició del gas |
Taula 1 — Composició i paràmetres principals dels components gasosos del jaciment d'Orenburg
|
Component |
Fórmula química |
Concentració en fraccions d'una unitat |
Massa molar, kg/kmol |
Temperatura crítica, K |
Pressió crítica, MPa |
Viscositat dinàmica, kgf s/m2x10-7 |
|
metà |
CH4 |
0,927 |
16,043 |
190,5 |
4,49 |
10,3 |
|
etano |
C2H6 |
0,022 |
30,070 |
306 |
4,77 |
8,6 |
|
Propà |
С3Н8 |
0,008 |
44,097 |
369 |
4,26 |
7,5 |
|
Butà |
С4Н10 |
0,022 |
58,124 |
425 |
3,5 |
6,9 |
|
Pentà |
C5H12 |
0,021 |
72,151 |
470,2 |
3,24 |
6,2 |
Per realitzar un càlcul hidràulic, primer calculem els principals paràmetres de la mescla de gasos.
Determineu el pes molecular de la mescla de gasos, M cm, kg / kmol
on а1, а2, аn — concentració volumètrica, fraccions d'unitats, ;
M1, M2, Mn són les masses molars dels components, kg/kmol, .
Mcm = 0,927 16,043 + 0,022 30,070 + 0,008 44,097 + 0,022 58,124 +
+ 0,021 72,151 = 18,68 kg/kmol
Determinem la densitat de la mescla de gasos, s, kg/m3,
on M cm és el pes molecular, kg/mol;
22,414 és el volum d'1 quilomol (número d'Avogadro), m3/kmol.
Determinem la densitat de la mescla de gas a l'aire, D,
on és la densitat del gas, kg/m3;
1,293 és la densitat de l'aire sec, kg/m3.
Determineu la viscositat dinàmica de la mescla de gasos, cm, kgf s/m2
on 1, 2, n, és la viscositat dinàmica dels components de la mescla de gasos, kgf s/m2, ;
Determinem els paràmetres crítics de la mescla de gasos, Tcr.cm. , A
on Тcr1, Тcr2, Тcrn — temperatura crítica dels components de la mescla de gasos, K, ;
on Pcr1, Pcr2, Pcrn són la pressió crítica dels components de la mescla, MPa, ;
Determinem la pressió mitjana del gas a la secció del gasoducte, Рav, MPa
on Рн és la pressió inicial a la secció del gasoducte, MPa;
Pk és la pressió final a la secció del gasoducte, MPa.
Determinem la temperatura mitjana del gas al llarg de la secció calculada del gasoducte, tav, ° С,
on tn és la temperatura del gas a l'inici de la secció de càlcul, °C;
dn és el diàmetre exterior de la secció del gasoducte, mm;
l és la longitud de la secció del gasoducte, km;
qday és la capacitat de rendiment de la secció del gasoducte, milions de m3/dia;
és la densitat relativa del gas a l'aire;
Cp és la capacitat calorífica del gas, kcal/(kg°C);
k- coeficient de transferència de calor del gas al sòl, kcal/(m2h°С);
e és la base del logaritme natural, e = 2,718.
Determinem la temperatura i pressió reduïdes del gas, Tpr i Rpr,
on Rsr. i Tsr. són la pressió i la temperatura mitjanes del gas, MPa i K, respectivament;
Rcr.cm i Tcr.cm. són la pressió i la temperatura crítiques del gas, MPa i K, respectivament.
Determinem el coeficient de compressibilitat del gas segons el nomograma en funció de Ppr i Tpr.
Z=0,9
Per determinar la capacitat de producció d'un gasoducte o la seva secció en estat estacionari de transport de gas, sense tenir en compte el relleu de la ruta, utilitzeu la fórmula, q, milions de m3 / dia,
on din és el diàmetre intern del gasoducte, mm;
Рн i Рк - pressions inicial i final de la secció del gasoducte, respectivament, kgf/cm2;
l és el coeficient de resistència hidràulica (tenint en compte les resistències locals al llarg del recorregut del gasoducte: fricció, aixetes, transicions, etc.). Es permet prendre un 5% més que el ltr;
D és la gravetat específica relativa del gas a l'aire;
Тav és la temperatura mitjana del gas, K;
? — Longitud de la secció del gasoducte, km;
W és el factor de compressibilitat del gas;
A partir de la fórmula (4.13) expressem Рк, , kgf/cm2,
El càlcul hidràulic es realitza en la següent seqüència. Determineu el nombre de Reynolds, Re,
on qday és la capacitat de producció diària de la secció del gasoducte, milions de m3/dia;
din és el diàmetre intern del gasoducte, mm;
és la densitat relativa del gas;
— viscositat dinàmica del gas natural; kgf s/m2;
Des de Re >> 4000, el mode de moviment del gas a través del gasoducte és turbulent, zona quadràtica.
El coeficient de resistència de fricció per a tots els règims de flux de gas està determinat per la fórmula, ltr ,
on EC és la rugositat equivalent (alçada dels ressalts que creen resistència al moviment del gas), EC = 0,06 mm
Determinem el coeficient de resistència hidràulica de la secció del gasoducte, tenint en compte les seves resistències locals mitjanes, l,
on E és el coeficient d'eficiència hidràulica, E = 0,95.
Segons la fórmula (4.14), determinem la pressió al final de la secció del gasoducte.
Conclusió: El valor de pressió obtingut correspon a l'operativa del tram final del gasoducte.
Càlcul de la hidràulica del sistema de calefacció
Necessitem dades del càlcul tèrmic del local i del diagrama axonomètric.
Pas 1: compta el diàmetre de la canonada
Com a dades inicials, s'utilitzen resultats econòmicament justificats del càlcul tèrmic:
1a. La diferència òptima entre el refrigerant calent (tg) i el refrigerat (a) per a un sistema de dos tubs és de 20º
1b. Caudal de refrigerant G, kg/hora — per a un sistema d'una sola canonada.
2. La velocitat òptima del refrigerant és ν 0,3-0,7 m/s.
Com més petit sigui el diàmetre interior de les canonades, més gran serà la velocitat. Arribant als 0,6 m/s, el moviment de l'aigua comença a anar acompanyat de soroll en el sistema.
3. Flux de calor calculat - Q, W.
Expressa la quantitat de calor (W, J) transferida per segon (unitat de temps τ):
Fórmula per calcular el cabal de calor
4. Densitat estimada de l'aigua: ρ = 971,8 kg/m3 a tav = 80 °С
5. Paràmetres de traçat:
- consum d'energia - 1 kW per 30 m³
- reserva d'energia tèrmica - 20%
- volum de l'habitació: 18 * 2,7 = 48,6 m³
- consum d'energia: 48,6 / 30 = 1,62 kW
- marge de gelada: 1,62 * 20% = 0,324 kW
- potència total: 1,62 + 0,324 = 1,944 kW
Trobem el valor Q més proper a la taula:
Obtenim l'interval del diàmetre interior: 8-10 mm. Parcel·la: 3-4. Longitud de la parcel·la: 2,8 metres.
Pas 2: càlcul de resistències locals
Per determinar el material de la canonada, cal comparar els indicadors de la seva resistència hidràulica a totes les parts del sistema de calefacció.
Factors de resistència:
Tubs per a la calefacció
- a la pròpia canonada:
- rugositat;
- lloc d'estrenyiment / expansió del diàmetre;
- girar;
- llargada.
- en connexions:
- samarreta;
- vàlvula de bola;
- dispositius d'equilibri.
La secció calculada és una canonada de diàmetre constant amb un flux d'aigua constant corresponent al balanç de calor de disseny de l'habitació.
Per determinar les pèrdues, es prenen dades tenint en compte la resistència de les vàlvules de control:
- longitud del tub a la secció de disseny / l, m;
- diàmetre de la canonada de la secció calculada / d, mm;
- velocitat suposada del refrigerant/u, m/s;
- dades de la vàlvula de control del fabricant;
- dades de referència:
- coeficient de fricció/λ;
- pèrdues per fricció/∆Рl, Pa;
- densitat líquida calculada/ρ = 971,8 kg/m3;
- especificacions del producte:
- rugositat equivalent del tub/ke mm;
- gruix de paret del tub/dн×δ, mm.
Per a materials amb valors de ke similars, els fabricants proporcionen el valor de la pèrdua de pressió específica R, Pa/m per a tota la gamma de canonades.
Per determinar de manera independent les pèrdues per fricció específiques / R, Pa / m, n'hi ha prou amb conèixer la d exterior de la canonada, el gruix de la paret / dn × δ, mm i la taxa de subministrament d'aigua / W, m / s (o el cabal d'aigua / G , kg/h).
Per cercar la resistència hidràulica / ΔP en una secció de la xarxa, substituïm les dades per la fórmula de Darcy-Weisbach:
Pas 3: equilibri hidràulic
Per equilibrar les caigudes de pressió, necessitareu vàlvules de tancament i control.
- càrrega de disseny (cabal massiu del refrigerant - aigua o líquid de baixa congelació per a sistemes de calefacció);
- dades dels fabricants de canonades sobre resistència dinàmica específica / A, Pa / (kg / h) ²;
- Característiques tècniques dels accessoris.
- el nombre de resistències locals a la zona.
Tasca. igualar les pèrdues hidràuliques a la xarxa.
En el càlcul hidràulic de cada vàlvula, s'especifiquen les característiques de la instal·lació (muntatge, caiguda de pressió, rendiment). D'acord amb les característiques de resistència, es determinen els coeficients de fuita a cada riser i després a cada dispositiu.
Fragment de les característiques de fàbrica de la vàlvula de papallona
Anem a triar el mètode de característiques de resistència S, Pa / (kg / h) ² per als càlculs.
Les pèrdues de pressió / ∆P, Pa són directament proporcionals al quadrat del cabal d'aigua a l'àrea / G, kg / h:
- ξpr és el coeficient reduït per a les resistències locals de la secció;
- A és la pressió específica dinàmica, Pa/(kg/h)².
La pressió específica és la pressió dinàmica que es produeix a un cabal massiu d'1 kg/h de refrigerant en una canonada d'un diàmetre determinat (la informació la proporciona el fabricant).
Σξ és el terme dels coeficients de les resistències locals a la secció.
Coeficient reduït:
Pas 4: determinació de pèrdues
La resistència hidràulica a l'anell de circulació principal està representada per la suma de les pèrdues dels seus elements:
- circuit primari/ΔPIk ;
- sistemes locals/ΔPm;
- generador de calor/ΔPtg;
- intercanviador de calor/ΔPto.
La suma dels valors ens dóna la resistència hidràulica del sistema / ΔPco:
Càlcul hidràulic del gasoducte intershop
La capacitat de rendiment dels gasoductes s'ha de prendre de les condicions de creació, a la màxima pèrdua de pressió de gas permesa, el sistema més econòmic i fiable en funcionament, garantint l'estabilitat del funcionament de les unitats de control de gas i fracturació hidràulica (GRU), com així com el funcionament dels cremadors de consum en intervals de pressió de gas acceptables.
Els diàmetres interns estimats dels gasoductes es determinen en funció de la condició de garantir el subministrament ininterromput de gas a tots els consumidors durant les hores de consum màxim de gas.
Els valors de la pèrdua de pressió de gas calculada en dissenyar gasoductes de totes les pressions per a empreses industrials es prenen en funció de la pressió del gas al punt de connexió, tenint en compte les característiques tècniques dels equips de gas acceptats per a la instal·lació, els dispositius d'automatització de seguretat i control automàtic del règim tecnològic de les unitats tèrmiques.
La caiguda de pressió per a xarxes de mitjana i alta pressió ve determinada per la fórmula
on Pn és la pressió absoluta a l'inici del gasoducte, MPa;
Рк – pressió absoluta al final del gasoducte, MPa;
Р0 = 0,101325 MPa;
l és el coeficient de fricció hidràulica;
l és la longitud estimada d'un gasoducte de diàmetre constant, m;
d és el diàmetre intern del gasoducte, cm;
r0 – densitat del gas en condicions normals, kg/m3;
Q0 – consum de gas, m3/h, en condicions normals;
Per a gasoductes exteriors i interns, la longitud estimada dels gasoductes ve determinada per la fórmula
on l1 és la longitud real del gasoducte, m;
Sx és la suma dels coeficients de resistències locals de la secció del gasoducte;
Quan es realitza un càlcul hidràulic de gasoductes, el diàmetre intern calculat de la canonada de gas s'ha de determinar prèviament mitjançant la fórmula
on dp és el diàmetre calculat, cm;
A, B, t, t1 - coeficients determinats en funció de la categoria de la xarxa (per pressió) i el material del gasoducte;
Q0 és el cabal de gas calculat, m3/h, en condicions normals;
DPr - pèrdua de pressió específica, MPa / m, determinada per la fórmula
on DPdop - pèrdua de pressió permesa, MPa/m;
L és la distància al punt més llunyà, m.
on Р0 = 0,101325 MPa;
Pt - pressió mitjana del gas (absoluta) a la xarxa, MPa.
on Pn, Pk són la pressió inicial i final a la xarxa, respectivament, MPa.
Acceptem un esquema de subministrament de gas sense sortida. Realitzem el traçat del gasoducte interbotiga d'alta pressió. Dividim la xarxa en seccions separades. L'esquema de disseny del gasoducte intershop es mostra a la figura 1.1.
Determinem les pèrdues de pressió específiques per als gasoductes intershop:
Determinem preliminarment el diàmetre intern calculat a les seccions de la xarxa:
Dispositius d'intercanvi de calor
L'ús eficient de la calor als forns rotatius només és possible quan s'instal·la un sistema d'intercanviadors de calor al forn i al forn. Bescanviadors de calor dins del forn.
sistema de façana
Per tal de donar a l'edifici reconstruït un aspecte arquitectònic modern i augmentar radicalment el nivell de protecció tèrmica dels murs exteriors, el sistema de “vetes.
techno house
Aquest estil, sorgit als anys 80 del segle passat, com una mena de resposta irònica a les brillants perspectives d'industrialització i el domini del progrés tecnològic, es va proclamar en els seus inicis.
Com treballar en EXCEL
L'ús de taules Excel és molt convenient, ja que els resultats del càlcul hidràulic sempre es redueixen a una forma tabular. N'hi ha prou amb determinar la seqüència d'accions i preparar les fórmules exactes.
Introducció de dades inicials
Es selecciona una cel·la i s'introdueix un valor. Tota la resta d'informació simplement es té en compte.
- el valor de D15 es torna a calcular en litres, de manera que és més fàcil percebre el cabal;
- cel·la D16: afegiu el format segons la condició: "Si v no entra en el rang de 0,25 ... 1,5 m / s, el fons de la cel·la és vermell / el tipus de lletra és blanc".
Per a canonades amb una diferència d'alçada entre l'entrada i la sortida, als resultats s'afegeix la pressió estàtica: 1 kg / cm2 per 10 m.
Registre de resultats
L'esquema de colors de l'autor comporta una càrrega funcional:
- Les cèl·lules de color turquesa clar contenen les dades originals: es poden canviar.
- Les cel·les de color verd pàl·lid són constants d'entrada o dades poc subjectes a canvis.
- Les cel·les grogues són càlculs preliminars auxiliars.
- Les cel·les grogues clares són el resultat dels càlculs.
- Tipus de lletra:
- blau - dades inicials;
- negre - resultats intermedis/no principals;
- vermell: els resultats principals i finals del càlcul hidràulic.
Resultats en full de càlcul Excel
Exemple d'Alexander Vorobyov
Un exemple de càlcul hidràulic senzill a Excel per a una secció de canonada horitzontal.
- longitud del tub 100 metres;
- ø108 mm;
- gruix de paret 4 mm.
Taula de resultats de càlcul de resistències locals
Complicant els càlculs pas a pas a Excel, és millor dominar la teoria i estalviar parcialment el treball de disseny. Gràcies a un enfocament competent, el vostre sistema de calefacció serà òptim en termes de costos i transferència de calor.
