Hidraulički proračun jednocijevnog i dvocijevnog sustava grijanja s formulama, tablicama i primjerima
Isplativost toplinske udobnosti u kući osigurava se izračunom hidraulike, njezinom visokokvalitetnom ugradnjom i pravilnim radom. Glavne komponente sustava grijanja su izvor topline (bojler), vod topline (cijevi) i uređaji za prijenos topline (radijatori). Za učinkovitu opskrbu toplinom potrebno je održavati početne parametre sustava pri bilo kojem opterećenju, bez obzira na godišnje doba.
Prije početka hidrauličnih proračuna, izvršite:
- Prikupljanje i obrada informacija o objektu kako bi se:
- određivanje potrebne količine topline;
- izbor sheme grijanja.
- Toplinski proračun sustava grijanja s obrazloženjem:
- količine toplinske energije;
- opterećenja;
- Gubitak topline.
Ako je grijanje vode prepoznato kao najbolja opcija, provodi se hidraulički proračun.
Za proračun hidraulike pomoću programa potrebno je poznavanje teorije i zakona otpora. Ako vam se formule u nastavku čine teško razumljivim, možete odabrati opcije koje nudimo u svakom od programa.
Izračuni su provedeni u programu Excel. Gotov rezultat možete vidjeti na kraju uputa.
Određivanje broja plinskih kontrolnih točaka hidrauličkog lomljenja
Plinske kontrolne točke dizajnirane su za smanjenje tlaka plina i održavanje na zadanoj razini, bez obzira na brzinu protoka.
Uz poznatu procijenjenu potrošnju plinovitog goriva, gradska četvrt određuje broj hidrauličkog frakturiranja, na temelju optimalne izvedbe hidrauličkog lomljenja (V=1500-2000 m3/sat) prema formuli:
n = , (27)
gdje je n broj hidrauličkog frakturiranja, kom;
VR — procijenjena potrošnja plina po gradskoj četvrti, m3/sat;
Vveleprodaja — optimalna produktivnost hidrauličkog frakturiranja, m3/sat;
n=586,751/1950=3,008 kom.
Nakon utvrđivanja broja stanica za hidrauličko frakturiranje, njihova lokacija se planira na generalnom planu gradske četvrti, postavljajući ih u središte plinificiranog područja na području četvrti.
Pregled programa
Za praktičnost izračuna koriste se amaterski i profesionalni hidraulični programi za proračun.
Najpopularniji je Excel.
Možete koristiti online izračun u programu Excel Online, CombiMix 1.0 ili online hidrauličkom kalkulatoru. Stacionarni program odabire se uzimajući u obzir zahtjeve projekta.
Glavna poteškoća u radu s takvim programima je nepoznavanje osnova hidraulike. U nekima od njih nema dekodiranja formula, ne razmatraju se značajke grananja cjevovoda i proračun otpora u složenim krugovima.
- HERZ C.O. 3.5 - vrši proračun prema metodi specifičnih linearnih gubitaka tlaka.
- DanfossCO i OvertopCO mogu računati prirodne cirkulacijske sustave.
- "Protok" (Protok) - omogućuje vam primjenu metode izračuna s promjenjivom (kliznom) temperaturnom razlikom duž uspona.
Trebali biste navesti parametre za unos podataka za temperaturu - Kelvin/Celzius.
Što je hidraulički proračun
Ovo je treća faza u procesu stvaranja mreže grijanja. To je sustav izračuna koji vam omogućuje da odredite:
- promjer i propusnost cijevi;
- lokalni gubici tlaka u područjima;
- zahtjevi za hidrauličko balansiranje;
- gubici tlaka u cijelom sustavu;
- optimalan protok vode.
Prema dobivenim podacima vrši se odabir crpki.
Za sezonsko stanovanje, u nedostatku električne energije u njemu, prikladan je sustav grijanja s prirodnom cirkulacijom rashladne tekućine (veza na pregled).
Glavna svrha hidrauličkog proračuna je osigurati da se izračunati troškovi za elemente kruga podudaraju sa stvarnim (operativnim) troškovima. Količina rashladne tekućine koja ulazi u radijatore treba stvoriti toplinsku ravnotežu unutar kuće, uzimajući u obzir vanjske temperature i one koje korisnik postavlja za svaku prostoriju prema njenoj funkcionalnoj namjeni (podrum +5, spavaća soba +18 itd.).
Složeni zadaci - minimizacija troškova:
- kapital - ugradnja cijevi optimalnog promjera i kvalitete;
- operativni:
- ovisnost potrošnje energije o hidrauličkom otporu sustava;
- stabilnost i pouzdanost;
- bešumnost.
Zamjena centraliziranog načina opskrbe toplinom pojedinačnim pojednostavljuje metodu izračuna
Za autonomni način rada, primjenjive su 4 metode hidrauličkog proračuna sustava grijanja:
- po specifičnim gubicima (standardni izračun promjera cijevi);
- duljinama smanjenim na jedan ekvivalent;
- prema karakteristikama vodljivosti i otpora;
- usporedba dinamičkih pritisaka.
Prve dvije metode koriste se uz konstantan pad temperature u mreži.
Posljednja dva pomoći će u distribuciji tople vode na prstenove sustava ako pad temperature u mreži više ne odgovara padu u usponima / granama.
Pregled programa za hidraulične proračune
Primjer programa za proračun grijanja
Zapravo, svaki hidraulički proračun sustava grijanja vode složen je inženjerski zadatak. Kako bi se to riješilo, razvijen je niz softverskih paketa koji pojednostavljuju provedbu ovog postupka.
Možete pokušati napraviti hidraulički izračun sustava grijanja u ljusci Excel, koristeći gotove formule. Međutim, mogu se pojaviti sljedeći problemi:
- Velika greška. U većini slučajeva, jednocijevne ili dvocijevne sheme uzimaju se kao primjer hidrauličkog proračuna sustava grijanja. Pronalaženje takvih izračuna za kolektora je problematično;
- Za ispravan obračun hidrauličkog otpora cjevovoda potrebni su referentni podaci, koji nisu dostupni u obrascu. Potrebno ih je dodatno pretražiti i unijeti.
S obzirom na ove čimbenike, stručnjaci preporučuju korištenje programa za izračun. Većina njih se plaća, ali neki imaju demo verziju s ograničenim značajkama.
Oventrop CO
Program za hidraulički proračun
Najjednostavniji i najrazumljiviji program za hidraulički proračun sustava opskrbe toplinom. Intuitivno sučelje i fleksibilne postavke pomoći će vam da se brzo nosite s nijansama unosa podataka. Tijekom početnog postavljanja kompleksa mogu se pojaviti mali problemi. Bit će potrebno unijeti sve parametre sustava, počevši od materijala cijevi i završavajući s mjestom grijaćih elemenata.
Karakterizira ga fleksibilnost postavki, mogućnost izrade pojednostavljenog hidrauličkog proračuna grijanja kako za novi sustav opskrbe toplinom tako i za nadogradnju starog. Razlikuje se od analoga u prikladnom grafičkom sučelju.
Instal-Therm HCR
Programski paket je dizajniran za profesionalni hidraulički otpor sustava opskrbe toplinom. Besplatna verzija ima mnoga ograničenja. Opseg - projektiranje grijanja u velikim javnim i industrijskim zgradama.
U praksi se za autonomnu opskrbu toplinom privatnih kuća i stanova hidraulički proračun ne izvodi uvijek. Međutim, to može dovesti do pogoršanja rada sustava grijanja i brzog kvara njegovih elemenata - radijatora, cijevi i kotla. Kako bi se to izbjeglo, potrebno je pravovremeno izračunati parametre sustava i usporediti ih sa stvarnim kako bi se dodatno optimizirao rad grijanja.
Primjer hidrauličkog proračuna sustava grijanja:
Ovjerni hidraulički proračun grane plinovoda
Svrha proračuna: Provjera tlaka na ulazu u plinsku distribucijsku stanicu.
Početni podaci:
stol
|
Propusnost, qdan, milijun m3/dan |
8,4 |
|
Početni tlak dionice plinovoda, Rn , MPa |
2,0 |
|
Konačni tlak dionice plinovoda, Rk , MPa |
1,68 |
|
Duljina dionice plinovoda, L, km |
5,3 |
|
Promjer dijela plinovoda, dn x, mm |
530 x 11 |
|
Prosječna godišnja temperatura tla na dubini plinovoda, tgr, 0C |
11 |
|
Temperatura plina na početku dionice plinovoda, tn, 0C |
21 |
|
Koeficijent prijenosa topline iz plina u tlo, k, W / (m20S) |
1,5 |
|
Toplinski kapacitet plina, cf, kcal/(kg°C) |
0,6 |
|
Sastav plina |
Tablica 1 — Sastav i glavni parametri plinskih komponenti Orenburškog polja
|
komponenta |
Kemijska formula |
Koncentracija u ulomcima jedinice |
Molarna masa, kg/kmol |
Kritična temperatura, K |
Kritični tlak, MPa |
Dinamička viskoznost, 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 |
S3N8 |
0,008 |
44,097 |
369 |
4,26 |
7,5 |
|
Butan |
S4N10 |
0,022 |
58,124 |
425 |
3,5 |
6,9 |
|
pentan |
C5H12 |
0,021 |
72,151 |
470,2 |
3,24 |
6,2 |
Za izvođenje hidrauličkog proračuna najprije izračunamo glavne parametre mješavine plina.
Odredite molekulsku masu mješavine plinova, M cm, kg / kmol
gdje je a1, a2, an — volumetrijska koncentracija, udjeli jedinica, ;
M1, M2, Mn su molarne mase komponenti, 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
Određujemo gustoću mješavine plinova, s, kg / m3,
gdje je M cm molekulska masa, kg/mol;
22,414 je volumen od 1 kilomola (Avogadrov broj), m3/kmol.
Određujemo gustoću mješavine plinova u zraku, D,
gdje je gustoća plina, kg/m3;
1,293 je gustoća suhog zraka, kg/m3.
Odredite dinamičku viskoznost mješavine plinova, cm, kgf s/m2
gdje je 1, 2, n dinamička viskoznost komponenti plinske smjese, kgf s/m2, ;
Određujemo kritične parametre plinske smjese, Tcr.cm. , TO
gdje je Tcr1, Tcr2, Tcrn — kritična temperatura komponenti plinske smjese, K, ;
gdje su Pcr1, Pcr2, Pcrn kritični tlak komponenti smjese, MPa, ;
Određujemo prosječni tlak plina u dijelu plinovoda, Rav, MPa
gdje je Rn početni tlak u dijelu plinovoda, MPa;
Pk je konačni tlak u dijelu plinovoda, MPa.
Određujemo prosječnu temperaturu plina duž duljine izračunate dionice plinovoda, tav, ° C,
gdje je tn temperatura plina na početku odjeljka proračuna, °C;
dn je vanjski promjer dijela plinovoda, mm;
l je duljina dionice plinovoda, km;
qdan je propusni kapacitet dionice plinovoda, milijun m3/dan;
je relativna gustoća plina u zraku;
Cp je toplinski kapacitet plina, kcal/(kg°C);
k- koeficijent prijelaza topline iz plina u tlo, kcal/(m2h°S);
e je baza prirodnog logaritma, e = 2,718.
Određujemo smanjenu temperaturu i tlak plina, Tpr i Rpr,
gdje je Rsr. i Tsr. su prosječni tlak i temperatura plina, MPa i K, redom;
Rcr.cm i Tcr.cm. su kritični tlak i temperatura plina, MPa i K, respektivno.
Određujemo koeficijent stišljivosti plina prema nomogramu ovisno o Ppr i Tpr.
Z=0,9
Za određivanje propusnog kapaciteta plinovoda ili njegovog dijela u stabilnom stanju transporta plina, bez uzimanja u obzir reljefa trase, koristite formulu, q, milijun m3 / dan,
gdje je din unutarnji promjer plinovoda, mm;
Rn i Rk - početni i konačni tlak dionice plinovoda, kgf/cm2;
l je koeficijent hidrauličkog otpora (uzimajući u obzir lokalne otpore duž trase plinovoda: trenje, slavine, prijelaze itd.). Dopušteno je uzeti 5% više od ltr;
D je relativna specifična težina plina u zraku;
Tav je prosječna temperatura plina, K;
? — duljina dionice plinovoda, km;
W je faktor kompresije plina;
Iz formule (4.13) izražavamo Rk, , kgf/cm2,
Hidraulički proračun izvodi se sljedećim redoslijedom. Odredite Reynoldsov broj, Re,
gdje je qdan dnevni kapacitet dionice plinovoda, milijun m3/dan;
din je unutarnji promjer plinovoda, mm;
je relativna gustoća plina;
— dinamička viskoznost prirodnog plina; kgf s/m2;
Od Re >> 4000, način kretanja plina kroz cjevovod je turbulentna, kvadratna zona.
Koeficijent otpora trenja za sve režime strujanja plina određuje se formulom, ltr ,
gdje je EC ekvivalentna hrapavost (visina izbočina koje stvaraju otpor gibanju plina), EC = 0,06 mm
Određujemo koeficijent hidrauličkog otpora dijela plinovoda, uzimajući u obzir njegove prosječne lokalne otpore, l,
gdje je E koeficijent hidrauličke učinkovitosti, E = 0,95.
Prema formuli (4.14) određujemo tlak na kraju dionice plinovoda.
Zaključak: Dobivena vrijednost tlaka odgovara radnoj na završnoj dionici plinovoda.
Proračun hidraulike sustava grijanja
Potrebni su nam podaci iz toplinskog proračuna prostora i aksonometrijskog dijagrama.
Korak 1: izbrojite promjer cijevi
Kao početni podaci koriste se ekonomski opravdani rezultati toplinskog proračuna:
1a. Optimalna razlika između vruće (tg) i hlađene (to) rashladne tekućine za dvocijevni sustav je 20º
1b. Brzina protoka rashladne tekućine G, kg/sat — za jednocijevni sustav.
2. Optimalna brzina rashladne tekućine je ν 0,3-0,7 m/s.
Što je manji unutarnji promjer cijevi, to je veća brzina. Postižući 0,6 m/s, kretanje vode počinje biti popraćeno bukom u sustavu.
3. Izračunati protok topline - Q, W.
Izražava količinu topline (W, J) prenesenu u sekundi (jedinica vremena τ):
Formula za izračun protoka topline
4. Procijenjena gustoća vode: ρ = 971,8 kg/m3 pri tav = 80 °S
5. Parametri grafikona:
- potrošnja energije - 1 kW na 30 m³
- rezerva toplinske snage - 20%
- zapremina prostorije: 18 * 2,7 = 48,6 m³
- potrošnja energije: 48,6 / 30 = 1,62 kW
- marža mraza: 1,62 * 20% = 0,324 kW
- ukupna snaga: 1,62 + 0,324 = 1,944 kW
U tablici nalazimo najbližu Q vrijednost:
Dobivamo interval unutarnjeg promjera: 8-10 mm. Radnja: 3-4. Dužina parcele: 2,8 metara.
Korak 2: proračun lokalnih otpora
Za određivanje materijala cijevi potrebno je usporediti pokazatelje njihovog hidrauličkog otpora u svim dijelovima sustava grijanja.
Faktori otpornosti:
Cijevi za grijanje
- u samoj cijevi:
- hrapavost;
- mjesto suženja / proširenja promjera;
- skretanje;
- duljina.
- u vezama:
- Tee;
- kuglasti ventil;
- uređaji za balansiranje.
Izračunati presjek je cijev konstantnog promjera s konstantnim protokom vode koji odgovara projektnoj toplinskoj bilanci prostorije.
Za određivanje gubitaka uzimaju se podaci uzimajući u obzir otpor u regulacijskim ventilima:
- duljina cijevi u projektnom dijelu / l, m;
- promjer cijevi izračunatog presjeka / d, mm;
- pretpostavljena brzina rashladnog sredstva/u, m/s;
- podaci regulacijskog ventila od proizvođača;
- referentni podaci:
- koeficijent trenja/λ;
- gubici trenjem/∆Rl, Pa;
- izračunata gustoća tekućine/ρ = 971,8 kg/m3;
- Specifikacije proizvoda:
- ekvivalentna hrapavost cijevi/ke mm;
- debljina stijenke cijevi/dn×δ, mm.
Za materijale sa sličnim ke vrijednostima, proizvođači daju vrijednost specifičnog gubitka tlaka R, Pa/m za cijeli niz cijevi.
Za samostalno određivanje specifičnih gubitaka trenja / R, Pa / m, dovoljno je znati vanjski d cijevi, debljinu stijenke / dn × δ, mm i brzinu dovoda vode / W, m / s (ili protok vode / G , kg / h).
Za traženje hidrauličkog otpora / ΔP u jednom dijelu mreže, zamjenjujemo podatke u Darcy-Weisbach formulu:
Korak 3: hidrauličko balansiranje
Da biste uravnotežili pad tlaka, trebat će vam zaporni i kontrolni ventili.
- projektno opterećenje (maseni protok rashladne tekućine - voda ili tekućina s niskim smrzavanjem za sustave grijanja);
- podaci proizvođača cijevi o specifičnom dinamičkom otporu / A, Pa / (kg / h)²;
- tehničke karakteristike armature.
- broj lokalnih otpora na tom području.
Zadatak. izjednačiti hidraulične gubitke u mreži.
U hidrauličkom proračunu za svaki ventil navedene su karakteristike ugradnje (montaža, pad tlaka, propusnost). Prema karakteristikama otpora određuju se koeficijenti propuštanja u svaki uspon, a zatim u svaki uređaj.
Ulomak tvorničkih karakteristika leptir ventila
Odaberimo za izračune metodu karakteristika otpora S,Pa/(kg/h)².
Gubici tlaka / ∆P, Pa izravno su proporcionalni kvadratu protoka vode u području / G, kg / h:
- ξpr je smanjeni koeficijent za lokalne otpore presjeka;
- A je dinamički specifični tlak, Pa/(kg/h)².
Specifični tlak je dinamički tlak koji se javlja pri masenom protoku od 1 kg/h rashladne tekućine u cijevi zadanog promjera (podatke daje proizvođač).
Σξ je član koeficijenata za lokalne otpore u presjeku.
Sniženi koeficijent:
Korak 4: Određivanje gubitaka
Hidraulički otpor u glavnom cirkulacijskom prstenu predstavljen je zbrojem gubitaka njegovih elemenata:
- primarni krug/ΔPIk ;
- lokalni sustavi/ΔPm;
- generator topline/ΔPtg;
- izmjenjivač topline/ΔPto.
Zbroj vrijednosti daje nam hidraulički otpor sustava / ΔPco:
Hidraulički proračun međuradničkog plinovoda
Kapacitet propusnosti plinovoda treba uzeti iz uvjeta stvaranja, pri najvećem dopuštenom gubitku tlaka plina, najekonomičnijeg i najpouzdanijeg sustava u radu, osiguravajući stabilnost rada jedinica za hidrauličko frakturiranje i kontrolu plina (GRU), kao što je kao i rad potrošačkih plamenika u prihvatljivim rasponima tlaka plina.
Procijenjeni unutarnji promjeri plinovoda određuju se na temelju uvjeta osiguranja nesmetane opskrbe plinom svih potrošača u satima maksimalne potrošnje plina.
Vrijednosti izračunatog gubitka tlaka plina pri projektiranju plinovoda svih tlakova za industrijska poduzeća uzimaju se ovisno o tlaku plina na mjestu spajanja, uzimajući u obzir tehničke karakteristike plinske opreme prihvaćene za ugradnju, sigurnosne automatske uređaje i automatska kontrola tehnološkog režima toplinskih jedinica.
Pad tlaka za srednje i visokotlačne mreže određuje se formulom
gdje je Pn apsolutni tlak na početku plinovoda, MPa;
Rk – apsolutni tlak na kraju plinovoda, MPa;
R0 = 0,101325 MPa;
l je koeficijent hidrauličkog trenja;
l je procijenjena duljina plinovoda konstantnog promjera, m;
d je unutarnji promjer plinovoda, cm;
r0 – gustoća plina u normalnim uvjetima, kg/m3;
Q0 – potrošnja plina, m3/h, u normalnim uvjetima;
Za vanjske nadzemne i unutarnje plinovode procijenjena duljina plinovoda određena je formulom
gdje je l1 stvarna duljina plinovoda, m;
Sx je zbroj koeficijenata lokalnih otpora dionice plinovoda;
Prilikom izvođenja hidrauličkog proračuna plinovoda, izračunati unutarnji promjer plinovoda treba prethodno odrediti formulom
gdje je dp izračunati promjer, cm;
A, B, t, t1 - koeficijenti koji se određuju ovisno o kategoriji mreže (prema tlaku) i materijalu plinovoda;
Q0 je izračunata brzina protoka plina, m3/h, u normalnim uvjetima;
DPr - specifični gubitak tlaka, MPa / m, određen formulom
gdje je DPdop – dopušteni gubitak tlaka, MPa/m;
L je udaljenost do najudaljenije točke, m.
gdje je R0 = 0,101325 MPa;
Pt - prosječni tlak plina (apsolutni) u mreži, MPa.
gdje su Pn, Pk početni i konačni tlak u mreži, MPa.
Prihvaćamo shemu opskrbe plinom u slijepoj ulici. Izvodimo trasiranje visokotlačnog međufabričkog plinovoda. Mrežu razbijamo u zasebne dijelove. Shema projektiranja međuradničkog plinovoda prikazana je na slici 1.1.
Određujemo specifične gubitke tlaka za međuradničke plinovode:
Preliminarno određujemo izračunati unutarnji promjer u dijelovima mreže:
Uređaji za izmjenu topline
Učinkovito korištenje topline u rotacijskim pećima moguće je samo pri ugradnji sustava izmjenjivača topline u peći i peći. Izmjenjivači topline unutar peći.
fasadni sustav
Kako bi se rekonstruiranoj zgradi dao moderan arhitektonski izgled i radikalno povećala razina toplinske zaštite vanjskih zidova, sustav „vena.
tehno kuća
Ovaj stil, koji je nastao 80-ih godina prošlog stoljeća, kao svojevrsni ironični odgovor na svijetle izglede za industrijalizaciju i dominaciju tehnološkog napretka, proklamiran je na svom početku.
Kako raditi u EXCEL-u
Korištenje Excel tablica je vrlo zgodno, budući da se rezultati hidrauličkog proračuna uvijek svode na tablični oblik. Dovoljno je odrediti slijed radnji i pripremiti točne formule.
Unos početnih podataka
Odabire se ćelija i upisuje se vrijednost. Sve ostale informacije jednostavno se uzimaju u obzir.
- vrijednost D15 se preračunava u litrama, tako da je lakše uočiti brzinu protoka;
- ćelija D16 - dodajte oblikovanje prema uvjetu: "Ako v ne padne u raspon od 0,25 ... 1,5 m / s, tada je pozadina ćelije crvena / font je bijeli."
Za cjevovode s visinskom razlikom između ulaza i izlaza, rezultatima se dodaje statički tlak: 1 kg / cm2 na 10 m.
Registracija rezultata
Autorova shema boja nosi funkcionalno opterećenje:
- Svjetlo tirkizne ćelije sadrže izvorne podatke - mogu se mijenjati.
- Blijedozelene ćelije su ulazne konstante ili podaci koji su malo podložni promjenama.
- Žute ćelije su pomoćni preliminarni izračuni.
- Svijetložute stanice su rezultati izračuna.
- Fontovi:
- plava - početni podaci;
- crna - srednji/ne-glavni rezultati;
- crvena - glavni i konačni rezultati hidrauličkog proračuna.
Rezultati u Excel proračunskoj tablici
Primjer Aleksandra Vorobjova
Primjer jednostavnog hidrauličkog proračuna u Excelu za horizontalni dio cjevovoda.
- duljina cijevi 100 metara;
- ø108 mm;
- debljina stijenke 4 mm.
Tablica rezultata proračuna lokalnih otpora
Komplicirajući izračune korak po korak u Excelu, bolje ćete svladati teoriju i djelomično uštedjeti na dizajnu. Zahvaljujući kompetentnom pristupu, vaš će sustav grijanja postati optimalan u smislu troškova i prijenosa topline.
