Hydraulický výpočet jednotrubkového a dvoutrubkového otopného systému se vzorci, tabulkami a příklady
Hospodárnost tepelné pohody v domě je zajištěna výpočtem hydrauliky, její kvalitní montáží a správným provozem. Hlavními součástmi topného systému jsou zdroj tepla (kotel), teplovod (potrubí) a zařízení pro přenos tepla (radiátory). Pro efektivní zásobování teplem je nutné udržovat výchozí parametry systému při jakémkoli zatížení, bez ohledu na roční období.
Před zahájením hydraulických výpočtů proveďte:
- Shromažďování a zpracování informací o objektu za účelem:
- stanovení množství potřebného tepla;
- výběr schématu vytápění.
- Tepelný výpočet otopné soustavy s odůvodněním:
- objemy tepelné energie;
- zatížení;
- ztráta tepla.
Pokud je ohřev vody uznán jako nejlepší možnost, provede se hydraulický výpočet.
Pro výpočet hydrauliky pomocí programů je nutná znalost teorie a zákonů odporu. Pokud se níže uvedené vzorce zdají být obtížně srozumitelné, můžete si vybrat možnosti, které nabízíme v každém z programů.
Výpočty byly provedeny v programu Excel. Konečný výsledek je vidět na konci návodu.
Stanovení počtu kontrolních bodů plynu hydraulického štěpení
Kontrolní body plynu jsou navrženy tak, aby snižovaly tlak plynu a udržovaly jej na dané úrovni bez ohledu na průtok.
Při známé odhadované spotřebě plynného paliva stanoví městská část počet hydraulického štěpení na základě optimálního výkonu hydraulického štěpení (V=1500-2000 m3/hod) podle vzorce:
n = , (27)
kde n je počet hydraulického štěpení, ks;
PROTIR — předpokládaná spotřeba plynu městskou částí, m3/hod.;
PROTIvelkoobchod — optimální produktivita hydraulického štěpení, m3/hod;
n=586,751/1950=3,008 ks.
Po určení počtu stanic hydraulického štěpení je jejich umístění naplánováno na obecný plán městské části a instalovány ve středu zplynované oblasti na území čtvrtí.
přehled programu
Pro usnadnění výpočtů se používají amatérské i profesionální výpočtové programy hydrauliky.
Nejoblíbenější je Excel.
Můžete použít online výpočet v Excelu Online, CombiMix 1.0 nebo online hydraulické kalkulačce. Stacionární program je vybrán s ohledem na požadavky projektu.
Hlavním problémem při práci s takovými programy je neznalost základů hydrauliky. V některých z nich chybí dekódování vzorců, nejsou brány v úvahu vlastnosti větvení potrubí a výpočet odporů ve složitých obvodech.
- HERZ C.O. 3.5 - provede výpočet podle metody měrných lineárních tlakových ztrát.
- DanfossCO a OvertopCO umí počítat systémy přirozené cirkulace.
- "Flow" (Flow) - umožňuje aplikovat metodu výpočtu s proměnným (klouzavým) teplotním rozdílem podél stoupaček.
Měli byste zadat parametry zadávání dat pro teplotu - Kelvin / Celsius.
Co je to hydraulický výpočet
Jedná se o třetí fázi procesu vytváření topné sítě. Je to systém výpočtů, který umožňuje určit:
- průměr a průchodnost potrubí;
- lokální tlakové ztráty v oblastech;
- požadavky na hydraulické vyvážení;
- tlakové ztráty v celém systému;
- optimální průtok vody.
Podle získaných údajů se provádí výběr čerpadel.
Pro sezónní bydlení, při absenci elektřiny v něm, je vhodný topný systém s přirozenou cirkulací chladicí kapaliny (odkaz na recenzi).
Hlavním účelem hydraulické kalkulace je zajistit, aby se kalkulované náklady na obvodové prvky shodovaly se skutečnými (provozními) náklady. Množství chladicí kapaliny vstupující do radiátorů by mělo vytvářet tepelnou bilanci uvnitř domu s přihlédnutím k venkovním teplotám a teplotám nastaveným uživatelem pro každou místnost podle jejího funkčního účelu (suterén +5, ložnice +18 atd.).
Komplexní úkoly – minimalizace nákladů:
- kapitál - instalace potrubí optimálního průměru a kvality;
- provozní:
- závislost spotřeby energie na hydraulickém odporu systému;
- stabilita a spolehlivost;
- bezhlučnost.
Nahrazení režimu centralizovaného zásobování teplem individuálním zjednodušuje způsob výpočtu
Pro autonomní režim jsou použitelné 4 způsoby hydraulického výpočtu topného systému:
- měrnými ztrátami (standardní výpočet průměru potrubí);
- délkami zmenšenými na jeden ekvivalent;
- podle charakteristik vodivosti a odporu;
- srovnání dynamických tlaků.
První dva způsoby se používají s konstantním teplotním spádem v síti.
Poslední dva pomohou distribuovat horkou vodu do okruhů systému, pokud pokles teploty v síti již neodpovídá poklesu stoupaček / větví.
Přehled programů pro hydraulické výpočty
Vzorový program pro výpočet vytápění
Ve skutečnosti je jakýkoli hydraulický výpočet systémů ohřevu vody složitým inženýrským úkolem. K jeho vyřešení byla vyvinuta řada softwarových balíků, které zjednodušují implementaci tohoto postupu.
Můžete se pokusit provést hydraulický výpočet topného systému v prostředí Excel pomocí hotových vzorců. Mohou však nastat následující problémy:
- Velká chyba. Ve většině případů se jako příklad hydraulického výpočtu topného systému berou jednotrubková nebo dvoutrubková schémata. Najít takové výpočty pro kolektor je problematické;
- Pro správné zohlednění hydraulického odporu potrubí jsou nutné referenční údaje, které nejsou ve formuláři k dispozici. Je třeba je vyhledat a zadat dodatečně.
Vzhledem k těmto faktorům odborníci doporučují používat pro výpočet programy. Většina z nich je placená, ale některé mají demo verzi s omezenými funkcemi.
Oventrop CO
Program pro hydraulické výpočty
Nejjednodušší a nejsrozumitelnější program pro hydraulický výpočet systému zásobování teplem. Intuitivní rozhraní a flexibilní nastavení vám pomohou rychle se vypořádat s nuancemi zadávání dat. Menší problémy mohou nastat během počátečního nastavení komplexu. Bude nutné zadat všechny parametry systému, počínaje materiálem potrubí a konče umístěním topných prvků.
Vyznačuje se flexibilitou nastavení, schopností provést zjednodušený hydraulický výpočet vytápění jak pro nový systém zásobování teplem, tak pro modernizaci starého. Liší se od analogů pohodlným grafickým rozhraním.
Instal-Therm HCR
Softwarový balík je určen pro profesionální hydraulický odpor systému zásobování teplem. Bezplatná verze má mnoho omezení. Rozsah - projektování vytápění ve velkých veřejných a průmyslových objektech.
V praxi se pro autonomní zásobování teplem soukromých domů a bytů ne vždy provádí hydraulický výpočet. To však může vést ke zhoršení provozu topného systému a rychlému selhání jeho prvků - radiátorů, potrubí a kotle. Aby se tomu zabránilo, je nutné včas vypočítat parametry systému a porovnat je se skutečnými, aby se dále optimalizoval provoz vytápění.
Příklad hydraulického výpočtu topného systému:
Ověřovací hydraulický výpočet větve plynovodu
Účel výpočtu: Kontrola tlaku na vstupu do rozvodny plynu.
Počáteční údaje:
stůl
|
Propustnost, qday, miliony m3/den |
8,4 |
|
Počáteční tlak v úseku plynovodu, Рn , MPa |
2,0 |
|
Konečný tlak v úseku plynovodu, Рк , MPa |
1,68 |
|
Délka úseku plynovodu, L, km |
5,3 |
|
Průměr sekce plynovodu, dn x, mm |
530 x 11 |
|
Průměrná roční teplota půdy v hloubce plynovodu, tgr, 0C |
11 |
|
Teplota plynu na začátku úseku plynovodu, tn, 0C |
21 |
|
Koeficient prostupu tepla z plynu do půdy, k, W / (m20С) |
1,5 |
|
Tepelná kapacita plynu, cf, kcal/(kg°С) |
0,6 |
|
Složení plynu |
Tabulka 1 — Složení a hlavní parametry složek plynu na poli Orenburg
|
Komponent |
Chemický vzorec |
Koncentrace ve zlomcích jednotky |
Molární hmotnost, kg/kmol |
Kritická teplota, K |
Kritický tlak, MPa |
Dynamická viskozita, kgf s/m2x10-7 |
|
Metan |
CH4 |
0,927 |
16,043 |
190,5 |
4,49 |
10,3 |
|
Etan |
C2H6 |
0,022 |
30,070 |
306 |
4,77 |
8,6 |
|
Propan |
С3Н8 |
0,008 |
44,097 |
369 |
4,26 |
7,5 |
|
Butan |
С4Н10 |
0,022 |
58,124 |
425 |
3,5 |
6,9 |
|
pentan |
C5H12 |
0,021 |
72,151 |
470,2 |
3,24 |
6,2 |
Pro provedení hydraulického výpočtu nejprve vypočítáme hlavní parametry plynné směsi.
Určete molekulovou hmotnost plynné směsi, M cm, kg / kmol
kde а1, а2, аn — objemová koncentrace, zlomky jednotek, ;
M1, M2, Mn jsou molární hmotnosti složek, 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
Stanovíme hustotu směsi plynů, s, kg / m3,
kde M cm je molekulová hmotnost, kg/mol;
22,414 je objem 1 kilomol (Avogadro číslo), m3/kmol.
Určíme hustotu směsi plynů ve vzduchu, D,
kde je hustota plynu, kg/m3;
1,293 je hustota suchého vzduchu, kg/m3.
Určete dynamickou viskozitu plynné směsi, cm, kgf s/m2
kde 1, 2, n, je dynamická viskozita složek plynné směsi, kgf s/m2, ;
Stanovíme kritické parametry plynné směsi Tcr.cm. , TO
kde Тcr1, Тcr2, Тcrn — kritická teplota složek směsi plynů, K, ;
kde Pcr1, Pcr2, Pcrn jsou kritické tlaky složek směsi, MPa, ;
Zjišťujeme průměrný tlak plynu v úseku plynovodu, Рav, MPa
kde Рн je počáteční tlak v úseku plynovodu, MPa;
Pk je konečný tlak v úseku plynovodu, MPa.
Určujeme průměrnou teplotu plynu po délce vypočteného úseku plynovodu, tav, ° С,
kde tn je teplota plynu na začátku výpočtového úseku, °C;
dn je vnější průměr části plynovodu, mm;
l je délka úseku plynovodu, km;
qday je průtočná kapacita úseku plynovodu, mil. m3/den;
je relativní hustota plynu ve vzduchu;
Cp je tepelná kapacita plynu, kcal/(kg°C);
k- koeficient přestupu tepla z plynu do půdy, kcal/(m2h°С);
e je základ přirozeného logaritmu, e = 2,718.
Stanovíme redukovanou teplotu a tlak plynu, Tpr a Rpr,
kde Rsr. a Tsr. jsou průměrný tlak a teplota plynu, MPa a K, v tomto pořadí;
Rcr.cm a Tcr.cm. jsou kritický tlak a teplota plynu, MPa a K, v tomto pořadí.
Koeficient stlačitelnosti plynu určíme podle nomogramu v závislosti na Ppr a Tpr.
Z = 0,9
Pro stanovení průtočné kapacity plynovodu nebo jeho úseku v ustáleném stavu přepravy plynu, bez zohlednění reliéfu trasy, použijte vzorec, q, milion m3 / den,
kde din je vnitřní průměr plynovodu, mm;
Рн a Рк - počáteční a konečné tlaky úseku plynovodu, kgf/cm2;
l je součinitel hydraulického odporu (s přihlédnutím k místním odporům podél trasy plynovodu: tření, odbočky, přechody atd.). Je povoleno brát o 5 % vyšší než ltr;
D je relativní specifická hmotnost plynu ve vzduchu;
Тav je průměrná teplota plynu, K;
? — délka úseku plynovodu, km;
W je faktor stlačitelnosti plynu;
Ze vzorce (4.13) vyjádříme Рк, , kgf/cm2,
Hydraulický výpočet se provádí v následujícím pořadí. Určete Reynoldsovo číslo, Re,
kde qday je denní průtočná kapacita úseku plynovodu, mil. m3/den;
din je vnitřní průměr plynovodu, mm;
je relativní hustota plynu;
— dynamická viskozita zemního plynu; kgf s/m2;
Od Re >> 4000 je způsob pohybu plynu potrubím turbulentní, kvadratická zóna.
Součinitel třecího odporu pro všechny režimy proudění plynu je určen vzorcem ltr ,
kde EC je ekvivalentní drsnost (výška výstupků, které vytvářejí odpor vůči pohybu plynu), EC = 0,06 mm
Stanovíme součinitel hydraulického odporu úseku plynovodu s přihlédnutím k jeho průměrným místním odporům, l,
kde E je koeficient hydraulické účinnosti, E = 0,95.
Podle vzorce (4.14) určíme tlak na konci úseku plynovodu.
Závěr: Získaná hodnota tlaku odpovídá provozní hodnotě na koncovém úseku plynovodu.
Výpočet hydrauliky topného systému
Potřebujeme data z tepelného výpočtu prostor a axonometrického diagramu.
Krok 1: spočítejte průměr trubky
Jako výchozí údaje se používají ekonomicky odůvodněné výsledky tepelného výpočtu:
1a. Optimální rozdíl mezi horkou (tg) a chlazenou (to) chladicí kapalinou pro dvoutrubkový systém je 20º
1b. Průtok chladicí kapaliny G, kg/hod — pro jednotrubkový systém.
2. Optimální rychlost chladicí kapaliny je ν 0,3-0,7 m/s.
Čím menší je vnitřní průměr trubek, tím vyšší je rychlost. Při dosažení 0,6 m/s začíná být pohyb vody doprovázen hlukem v systému.
3. Výpočtový tepelný tok - Q, W.
Vyjadřuje množství tepla (W, J) přeneseného za sekundu (časová jednotka τ):
Vzorec pro výpočet rychlosti tepelného toku
4. Odhadovaná hustota vody: ρ = 971,8 kg/m3 při tav = 80 °С
5. Parametry pozemku:
- spotřeba energie - 1 kW na 30 m³
- tepelná rezerva energie - 20%
- objem místnosti: 18 * 2,7 = 48,6 m³
- příkon: 48,6 / 30 = 1,62 kW
- mrazová rezerva: 1,62 * 20 % = 0,324 kW
- celkový výkon: 1,62 + 0,324 = 1,944 kW
Najdeme nejbližší hodnotu Q v tabulce:
Dostaneme interval vnitřního průměru: 8-10 mm. Děj: 3-4. Délka pozemku: 2,8 metru.
Krok 2: výpočet místních odporů
Pro stanovení materiálu potrubí je nutné porovnat ukazatele jejich hydraulického odporu ve všech částech topného systému.
Faktory odporu:
Trubky pro vytápění
- v samotném potrubí:
- drsnost;
- místo zúžení / rozšíření průměru;
- otočit se;
- délka.
- ve spojeních:
- tričko;
- kulový ventil;
- vyvažovací zařízení.
Vypočtený úsek je potrubí konstantního průměru s konstantním průtokem vody odpovídajícím návrhové tepelné bilanci místnosti.
K určení ztrát se berou data s ohledem na odpor v regulačních ventilech:
- délka potrubí v konstrukční části / l, m;
- průměr trubky vypočteného úseku / d, mm;
- předpokládaná rychlost chladicí kapaliny/u, m/s;
- údaje regulačního ventilu od výrobce;
- referenční údaje:
- koeficient tření/λ;
- ztráty třením/∆Рl, Pa;
- vypočtená hustota kapaliny/ρ = 971,8 kg/m3;
- Specifikace produktu:
- ekvivalentní drsnost trubky/ke mm;
- tloušťka stěny trubky/dн×δ, mm.
Pro materiály s podobnými hodnotami ke výrobci uvádějí hodnotu měrné tlakové ztráty R, Pa/m pro celý sortiment potrubí.
Pro nezávislé určení specifických ztrát třením / R, Pa / m stačí znát vnější d potrubí, tloušťku stěny / dn × δ, mm a rychlost přívodu vody / W, m / s (nebo průtok vody / G , kg/h).
Pro vyhledání hydraulického odporu / ΔP v jedné části sítě dosadíme data do Darcy-Weisbachova vzorce:
Krok 3: hydraulické vyvážení
K vyrovnání tlakových ztrát budete potřebovat uzavírací a regulační ventily.
- návrhové zatížení (hmotnostní průtok chladicí kapaliny - voda nebo nízkotuhnoucí kapalina pro topné systémy);
- údaje výrobců potrubí o specifickém dynamickém odporu / A, Pa / (kg / h) ²;
- technické vlastnosti armatur.
- počet místních odbojů v oblasti.
Úkol. vyrovnat hydraulické ztráty v síti.
V hydraulickém výpočtu pro každý ventil jsou specifikovány instalační charakteristiky (montáž, tlaková ztráta, průchodnost). Podle odporových charakteristik se určí koeficienty úniku do každé stoupačky a následně do každého zařízení.
Fragment továrních charakteristik klapky
Zvolme pro výpočty metodu odporových charakteristik S,Pa/(kg/h)².
Tlakové ztráty / ∆P, Pa jsou přímo úměrné druhé mocnině průtoku vody v oblasti / G, kg / h:
- ξpr je redukovaný koeficient pro místní odpory průřezu;
- A je dynamický měrný tlak, Pa/(kg/h)².
Měrný tlak je dynamický tlak, který vzniká při hmotnostním průtoku chladiva 1 kg/h v potrubí daného průměru (údaje uvádí výrobce).
Σξ je člen součinitelů pro místní odpory v řezu.
Snížený koeficient:
Krok 4: Stanovení ztrát
Hydraulický odpor v hlavním cirkulačním kroužku je reprezentován součtem ztrát jeho prvků:
- primární okruh/ΔPIk ;
- lokální systémy/ΔPm;
- generátor tepla/ΔPtg;
- výměník tepla/ΔPto.
Součet hodnot nám dává hydraulický odpor systému / ΔPco:
Hydraulický výpočet mezidílenského plynovodu
Průchodnost plynovodů by měla být převzata z podmínek vytvoření, při maximální dovolené tlakové ztrátě plynu, co nejhospodárnějšího a nejspolehlivějšího systému v provozu, zajišťujícího stabilitu provozu jednotek hydraulického štěpení a řízení plynu (GRU), as stejně jako provoz spotřebitelských hořáků v přijatelných rozmezích tlaku plynu.
Předpokládané vnitřní průměry plynovodů jsou stanoveny na základě podmínky zajištění nepřetržité dodávky plynu všem spotřebitelům v hodinách maximálního odběru plynu.
Hodnoty vypočítané tlakové ztráty plynu při navrhování plynovodů všech tlaků pro průmyslové podniky se berou v závislosti na tlaku plynu v místě připojení, s přihlédnutím k technickým vlastnostem plynového zařízení přijatého k instalaci, bezpečnostním automatizačním zařízením a automatické řízení technologického režimu tepelných celků.
Pokles tlaku pro sítě středního a vysokého tlaku je určen vzorcem
kde Pn je absolutní tlak na začátku plynovodu, MPa;
Рк – absolutní tlak na konci plynovodu, MPa;
Р0 = 0,101325 MPa;
l je koeficient hydraulického tření;
l je odhadovaná délka plynovodu o konstantním průměru, m;
d je vnitřní průměr plynovodu, cm;
r0 – hustota plynu za normálních podmínek, kg/m3;
Q0 – spotřeba plynu, m3/h, za normálních podmínek;
U vnějších nadzemních a vnitřních plynovodů je odhadovaná délka plynovodů určena vzorcem
kde l1 je skutečná délka plynovodu, m;
Sx je součet součinitelů místních odporů úseku plynovodu;
Při provádění hydraulického výpočtu plynovodů by měl být vypočtený vnitřní průměr plynovodu předběžně určen vzorcem
kde dp je vypočítaný průměr, cm;
A, B, t, t1 - koeficienty stanovené v závislosti na kategorii sítě (podle tlaku) a materiálu plynovodu;
Q0 je vypočtený průtok plynu, m3/h, za normálních podmínek;
DPr - měrná tlaková ztráta, MPa / m, určená vzorcem
kde DPdop – přípustná tlaková ztráta, MPa/m;
L je vzdálenost k nejvzdálenějšímu bodu, m.
kde Р0 = 0,101325 MPa;
Pt - průměrný tlak plynu (absolutní) v síti, MPa.
kde Pn, Pk jsou počáteční a koncový tlak v síti, v tomto pořadí, MPa.
Přijímáme schéma dodávek plynu ve slepé uličce. Provádíme trasování vysokotlakého mezidílenského plynovodu. Síť rozdělíme na samostatné části. Návrhové schéma mezidílenského plynovodu je na obrázku 1.1.
Zjišťujeme měrné tlakové ztráty pro dílenské plynovody:
Předběžně určíme vypočítaný vnitřní průměr v úsecích sítě:
Zařízení pro výměnu tepla
Efektivní využití tepla v rotačních pecích je možné pouze při instalaci systému výměníků tepla v peci a peci. Výměníky tepla uvnitř pece.
fasádní systém
S cílem dodat rekonstruovanému objektu moderní architektonický vzhled a radikálně zvýšit úroveň tepelné ochrany obvodových stěn byl zaveden systém „žil.
techno dům
Tento styl, který vznikl v 80. letech minulého století jako jakási ironická reakce na světlé vyhlídky industrializace a dominance technologického pokroku, hlásal na jeho počátku.
Jak pracovat v EXCELu
Použití excelových tabulek je velmi pohodlné, protože výsledky hydraulického výpočtu jsou vždy redukovány do tabulkové podoby. Stačí určit posloupnost akcí a připravit přesné vzorce.
Zadání počátečních údajů
Vybere se buňka a zadá se hodnota. Všechny ostatní informace jsou jednoduše zohledněny.
- hodnota D15 je přepočítána na litry, takže je snazší vnímat průtok;
- buňka D16 - doplňte formátování dle podmínky: "Pokud v nespadá do rozsahu 0,25 ... 1,5 m/s, pak je pozadí buňky červené / písmo bílé."
U potrubí s výškovým rozdílem mezi vstupem a výstupem se k výsledkům připočítává statický tlak: 1 kg / cm2 na 10 m.
Registrace výsledků
Barevné schéma autora nese funkční zatížení:
- Světle tyrkysové buňky obsahují původní údaje - lze je změnit.
- Světle zelené buňky jsou vstupní konstanty nebo data, která se jen málo mění.
- Žluté buňky jsou pomocné předběžné výpočty.
- Světle žluté buňky jsou výsledky výpočtů.
- Písma:
- modrá - počáteční údaje;
- černá - střední/nehlavní výsledky;
- červená - hlavní a konečné výsledky hydraulického výpočtu.
Výsledky v excelové tabulce
Příklad od Alexandra Vorobyova
Příklad jednoduchého hydraulického výpočtu v Excelu pro vodorovný úsek potrubí.
- délka potrubí 100 metrů;
- ø108 mm;
- tloušťka stěny 4 mm.
Tabulka výsledků výpočtu lokálních odporů
Zkomplikováním výpočtů krok za krokem v Excelu si lépe osvojíte teorii a částečně ušetříte za projekční práce. Díky kompetentnímu přístupu se váš topný systém stane optimálním z hlediska nákladů a přenosu tepla.
