Calcolo delle perdite idrauliche secondo SP 42-101-2003, Exel

Calcolo idraulico di un impianto di riscaldamento monotubo e bitubo con formule, tabelle ed esempi

L'economicità del comfort termico in casa è assicurata dal calcolo dell'idraulica, dalla sua installazione di alta qualità e dal corretto funzionamento. I componenti principali dell'impianto di riscaldamento sono una fonte di calore (caldaia), una conduttura di calore (tubazioni) e dispositivi di trasferimento del calore (radiatori). Per un'efficiente fornitura di calore, è necessario mantenere i parametri iniziali dell'impianto a qualsiasi carico, indipendentemente dalla stagione.

Prima di iniziare i calcoli idraulici, eseguire:

• Raccolta ed elaborazione delle informazioni sull'oggetto al fine di:
  • determinare la quantità di calore richiesta;
  • scelta dello schema di riscaldamento.
• Calcolo termico dell'impianto di riscaldamento con giustificazione:
  • volumi di energia termica;
  • carichi;
  • perdita di calore.

Se il riscaldamento dell'acqua è riconosciuto come l'opzione migliore, viene eseguito un calcolo idraulico.

Per calcolare l'idraulica utilizzando i programmi, è richiesta familiarità con la teoria e le leggi della resistenza. Se le formule seguenti sembrano difficili da capire, puoi scegliere le opzioni che offriamo in ciascuno dei programmi.

I calcoli sono stati eseguiti nel programma Excel. Il risultato finale può essere visto alla fine delle istruzioni.

Determinazione del numero di punti di controllo del gas di fratturazione idraulica

I punti di controllo del gas sono progettati per ridurre la pressione del gas e mantenerla a un determinato livello, indipendentemente dalla portata.

Con un consumo stimato noto di combustibile gassoso, il distretto cittadino determina il numero di fratturazioni idrauliche, in base alla prestazione di fratturazione idraulica ottimale (V=1500-2000 m3/ora) secondo la formula:

n = , (27)

dove n è il numero di fratture idrauliche, pz.;

V_R — consumo di gas stimato dal distretto cittadino, m3/ora;

V_{vendita all'ingrosso} — produttività ottimale della fratturazione idraulica, m3/ora;

n=586.751/1950=3.008 pz.

Determinato il numero delle stazioni di fratturazione idraulica, si pianifica la loro ubicazione sulla pianta generale del quartiere cittadino, installandole al centro dell'area gassificata nel territorio dei quartieri.

Osservazione del Programma

Per comodità di calcolo, vengono utilizzati programmi di calcolo idraulico amatoriale e professionale.

Il più popolare è Excel.

È possibile utilizzare il calcolo online in Excel Online, CombiMix 1.0 o il calcolatore idraulico online. Il programma stazionario viene selezionato tenendo conto dei requisiti del progetto.

La principale difficoltà nel lavorare con tali programmi è l'ignoranza delle basi dell'idraulica. In alcuni di essi non esiste la decodifica delle formule, le caratteristiche della ramificazione delle tubazioni e il calcolo delle resistenze in circuiti complessi non vengono considerate.

• HERZ CO 3.5 - effettua un calcolo secondo il metodo delle perdite di carico lineari specifiche.
• DanfossCO e OvertopCO possono contare i sistemi di circolazione naturale.
• "Flow" (Flow) - consente di applicare il metodo di calcolo con una differenza di temperatura variabile (scorrevole) lungo le colonne montanti.

È necessario specificare i parametri di immissione dei dati per la temperatura - Kelvin / Celsius.

Cos'è il calcolo idraulico

Questa è la terza fase del processo di creazione di una rete di riscaldamento. È un sistema di calcoli che permette di determinare:

• diametro e portata dei tubi;
• perdite di carico locali nelle aree;
• requisiti di bilanciamento idraulico;
• perdite di carico a livello di sistema;
• flusso d'acqua ottimale.

In base ai dati ottenuti, viene eseguita la selezione delle pompe.

Per le abitazioni stagionali, in assenza di energia elettrica al suo interno, è idoneo un impianto di riscaldamento con circolazione naturale del liquido di raffreddamento (link alla recensione).

Lo scopo principale del calcolo idraulico è garantire che i costi calcolati per gli elementi del circuito coincidano con i costi (operativi) effettivi. La quantità di liquido di raffreddamento che entra nei radiatori dovrebbe creare un bilancio termico all'interno dell'abitazione, tenendo conto delle temperature esterne e di quelle impostate dall'utente per ogni stanza in base alla sua destinazione funzionale (seminterrato +5, camera da letto +18, ecc.).

Compiti complessi - minimizzazione dei costi:

1. capitale - installazione di tubi di diametro e qualità ottimali;
2. operativo:
   • dipendenza del consumo energetico dalla resistenza idraulica del sistema;
   • stabilità e affidabilità;
   • silenziosità.

La sostituzione della modalità di fornitura di calore centralizzata con una singola semplifica il metodo di calcolo

Per la modalità autonoma sono applicabili 4 metodi di calcolo idraulico dell'impianto di riscaldamento:

1. da perdite specifiche (calcolo standard del diametro del tubo);
2. da lunghezze ridotte a un equivalente;
3. secondo le caratteristiche di conducibilità e resistenza;
4. confronto delle pressioni dinamiche.

I primi due metodi vengono utilizzati con un calo costante della temperatura nella rete.

Gli ultimi due aiuteranno a distribuire l'acqua calda agli anelli dell'impianto se il calo di temperatura nella rete non corrisponde più al calo di colonne montanti/diramazioni.

Panoramica dei programmi per i calcoli idraulici

Esempio di programma per il calcolo del riscaldamento

In effetti, qualsiasi calcolo idraulico dei sistemi di riscaldamento dell'acqua è un compito ingegneristico complesso. Per risolverlo, sono stati sviluppati numerosi pacchetti software che semplificano l'implementazione di questa procedura.

Puoi provare a fare un calcolo idraulico dell'impianto di riscaldamento nella shell di Excel, usando formule già pronte. Tuttavia, possono verificarsi i seguenti problemi:

• Grande errore. Nella maggior parte dei casi, gli schemi a un tubo oa due tubi vengono presi come esempio di calcolo idraulico di un sistema di riscaldamento. Trovare tali calcoli per il collezionista è problematico;
• Per tenere correttamente conto della resistenza idraulica della condotta, sono necessari dati di riferimento, che non sono disponibili nel modulo. Devono essere cercati e inseriti in aggiunta.

Dati questi fattori, gli esperti raccomandano di utilizzare i programmi per il calcolo. La maggior parte di loro sono a pagamento, ma alcuni hanno una versione demo con funzionalità limitate.

Oventrop CO

Programma per il calcolo idraulico

Il programma più semplice e comprensibile per il calcolo idraulico del sistema di alimentazione del calore. Un'interfaccia intuitiva e impostazioni flessibili ti aiuteranno a gestire rapidamente le sfumature dell'immissione dei dati. Durante la configurazione iniziale del complesso possono sorgere piccoli problemi. Sarà necessario inserire tutti i parametri del sistema, partendo dal materiale del tubo e terminando con la posizione degli elementi riscaldanti.

Si caratterizza per la flessibilità delle impostazioni, la possibilità di effettuare un calcolo idraulico semplificato del riscaldamento sia per un nuovo sistema di alimentazione del calore che per l'adeguamento di uno vecchio. Differisce dagli analoghi in una comoda interfaccia grafica.

Installa-Therm HCR

Il pacchetto software è progettato per la resistenza idraulica professionale del sistema di alimentazione del calore. La versione gratuita ha molte limitazioni. Ambito: progettazione del riscaldamento in grandi edifici pubblici e industriali.

In pratica, per la fornitura di calore autonomo di case e appartamenti privati, non sempre viene eseguito il calcolo idraulico. Tuttavia, ciò può portare a un deterioramento del funzionamento dell'impianto di riscaldamento e al rapido guasto dei suoi elementi: radiatori, tubi e una caldaia. Per evitare ciò, è necessario calcolare in modo tempestivo i parametri dell'impianto e confrontarli con quelli effettivi in ​​modo da ottimizzare ulteriormente il funzionamento del riscaldamento.

Un esempio di calcolo idraulico di un impianto di riscaldamento:

Verifica calcolo idraulico del ramo gasdotto

Lo scopo del calcolo: controllare la pressione all'ingresso della stazione di distribuzione del gas.

Dati iniziali:

tavolo

Throughput, qday, milioni di m3/giorno	8,4
Pressione iniziale della sezione del gasdotto, Рn , MPa	2,0
Pressione finale della sezione del gasdotto, Рк , MPa	1,68
Lunghezza del tratto del gasdotto, L, km	5,3
Diametro della sezione del gasdotto, dn x, mm	530 x 11
Temperatura media annuale del suolo alla profondità del gasdotto, tgr, 0С	11
Temperatura del gas all'inizio della sezione del gasdotto, tn, 0C	21
Coefficiente di scambio termico dal gas al suolo, k, W / (m20С)	1,5
Capacità termica del gas, cf, kcal/(kg°C)	0,6
Composizione del gas

Tabella 1 — Composizione e principali parametri dei componenti gassosi del giacimento di Orenburg

Componente	Formula chimica	Concentrazione in frazioni di unità	Massa molare, kg/kmol	Temperatura critica, K	Pressione critica, MPa	Viscosità dinamica, kgf s/m2x10-7
Metano	CH4	0,927	16,043	190,5	4,49	10,3
Etano	C2H6	0,022	30,070	306	4,77	8,6
Propano	С3Н8	0,008	44,097	369	4,26	7,5
Butano	С4Н10	0,022	58,124	425	3,5	6,9
Pentano	C5H12	0,021	72,151	470,2	3,24	6,2

Per eseguire un calcolo idraulico, calcoliamo prima i parametri principali della miscela di gas.

Determinare il peso molecolare della miscela di gas, M cm, kg / kmol

dove а1, а2, an — concentrazione volumetrica, frazioni di unità, ;

M1, M2, Mn sono le masse molari dei componenti, 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

Determiniamo la densità della miscela di gas, s, kg / m3,

dove M cm è il peso molecolare, kg/mol;

22.414 è il volume di 1 kilomole (numero di Avogadro), m3/kmol.

Determiniamo la densità della miscela di gas nell'aria, D,

dove è la densità del gas, kg/m3;

1.293 è la densità dell'aria secca, kg/m3.

Determinare la viscosità dinamica della miscela di gas, cm, kgf s/m2

dove 1, 2, n, è la viscosità dinamica dei componenti della miscela di gas, kgf s/m2, ;

Determiniamo i parametri critici della miscela di gas, Tcr.cm. , A

dove Тcr1, Тcr2, Тcrn — temperatura critica dei componenti della miscela di gas, K, ;

dove Pcr1, Pcr2, Pcrn sono la pressione critica dei componenti della miscela, MPa, ;

Determiniamo la pressione media del gas nella sezione del gasdotto, Рav, MPa

dove Рн è la pressione iniziale nella sezione del gasdotto, MPa;

Pk è la pressione finale nella sezione del gasdotto, MPa.

Determiniamo la temperatura media del gas lungo la lunghezza della sezione calcolata del gasdotto, tav, ° С,

dove tn è la temperatura del gas all'inizio della sezione di calcolo, °C;

dn è il diametro esterno della sezione del gasdotto, mm;

l è la lunghezza della sezione del gasdotto, km;

qday è la capacità di throughput della sezione del gasdotto, milioni di m3/giorno;

è la densità relativa del gas nell'aria;

Cp è la capacità termica del gas, kcal/(kg°C);

k- coefficiente di trasmissione del calore dal gas al suolo, kcal/(m2h°С);

e è la base del logaritmo naturale, e = 2,718.

Determiniamo la temperatura e la pressione ridotte del gas, Tpr e Rpr,

dove Rsr. e Tsr. sono rispettivamente la pressione e la temperatura media del gas, MPa e K;

Rcr.cm e Tcr.cm. sono rispettivamente la pressione critica e la temperatura del gas, MPa e K.

Determiniamo il coefficiente di compressibilità del gas secondo il nomogramma dipendente da Ppr e Tpr.

Z=0,9

Per determinare la capacità di flusso di un gasdotto o della sua sezione in regime stazionario di trasporto del gas, senza tener conto del rilievo del percorso, utilizzare la formula, q, milioni di m3 / giorno,

dove din è il diametro interno del gasdotto, mm;

Рн e Рк - pressioni iniziale e finale della sezione del gasdotto, rispettivamente, kgf/cm2;

l è il coefficiente di resistenza idraulica (tenendo conto delle resistenze locali lungo il percorso del gasdotto: attrito, rubinetti, transizioni, ecc.). È consentito assumere il 5% in più rispetto a ltr;

D è il peso specifico relativo del gas nell'aria;

Тav è la temperatura media del gas, K;

? — lunghezza del tratto del gasdotto, km;

W è il fattore di compressibilità del gas;

Dalla formula (4.13) esprimiamo Рк, , kgf/cm2,

Il calcolo idraulico viene eseguito nella sequenza seguente. Determina il numero di Reynolds, Re,

dove qday è la capacità produttiva giornaliera della sezione del gasdotto, milioni di m3/giorno;

din è il diametro interno del gasdotto, mm;

è la densità relativa del gas;

— viscosità dinamica del gas naturale; kgf m/mq;

Da Re >> 4000, la modalità di movimento del gas attraverso il gasdotto è una zona quadratica turbolenta.

Il coefficiente di resistenza all'attrito per tutti i regimi di flusso del gas è determinato dalla formula, ltr ,

dove EC è la rugosità equivalente (altezza delle sporgenze che creano resistenza al movimento del gas), EC = 0,06 mm

Determiniamo il coefficiente di resistenza idraulica della sezione del gasdotto, tenendo conto delle sue resistenze locali medie, l,

dove E è il coefficiente di efficienza idraulica, E = 0,95.

Secondo la formula (4.14), determiniamo la pressione alla fine della sezione del gasdotto.

Conclusione: il valore di pressione ottenuto corrisponde a quello operativo nella sezione finale del gasdotto.

Calcolo dell'idraulica dell'impianto di riscaldamento

Abbiamo bisogno dei dati del calcolo termico dei locali e del diagramma assonometrico.

Passaggio 1: contare il diametro del tubo

Come dati iniziali, vengono utilizzati risultati economicamente giustificati del calcolo termico:

1a. La differenza ottimale tra il liquido di raffreddamento caldo (tg) e quello raffreddato (to) per un sistema a due tubi è di 20º

1b. Portata del liquido di raffreddamento G, kg/ora — per un sistema a un tubo.

2. La velocità ottimale del liquido di raffreddamento è ν 0,3-0,7 m/s.

Minore è il diametro interno dei tubi, maggiore è la velocità. Raggiungendo 0,6 m/s, il movimento dell'acqua inizia ad essere accompagnato da rumore nel sistema.

3. Portata termica calcolata - Q, W.

Esprime la quantità di calore (W, J) trasferita al secondo (unità di tempo τ):

Formula per il calcolo della portata termica

4. Densità dell'acqua stimata: ρ = 971,8 kg/m3 a tav = 80 °С

5. Parametri della trama:

• consumo energetico - 1 kW per 30 m³
• riserva di carica termica - 20%

• volume della stanza: 18 * 2,7 = 48,6 m³
• consumo energetico: 48,6 / 30 = 1,62 kW
• margine di gelo: 1,62 * 20% = 0,324 kW
• potenza totale: 1,62 + 0,324 = 1,944 kW

Troviamo il valore Q più vicino nella tabella:

Otteniamo l'intervallo del diametro interno: 8-10 mm. Trama: 3-4. Lunghezza terreno: 2,8 metri.

Step 2: calcolo delle resistenze locali

Per determinare il materiale del tubo, è necessario confrontare gli indicatori della loro resistenza idraulica in tutte le parti dell'impianto di riscaldamento.

Fattori di resistenza:

Tubi per riscaldamento

• nel tubo stesso:
  • rugosità;
  • luogo di restringimento/espansione del diametro;
  • giro;
  • lunghezza.
• nei collegamenti:
  • tee;
  • valvola a sfera;
  • dispositivi di bilanciamento.

La sezione calcolata è un tubo di diametro costante con una portata d'acqua costante corrispondente al bilancio termico di progetto della stanza.

Per determinare le perdite, i dati vengono presi tenendo conto della resistenza nelle valvole di controllo:

1. lunghezza del tubo nella sezione di progetto / l, m;
2. diametro del tubo della sezione calcolata / d, mm;
3. velocità presunta del refrigerante/u, m/s;
4. dati della valvola di controllo dal produttore;
5. dati di riferimento:
   • coefficiente di attrito/λ;
   • perdite per attrito/∆Рl, Pa;
   • densità del liquido calcolata/ρ = 971,8 kg/m3;
6. specifiche del prodotto:
   • rugosità tubo equivalente/ke mm;
   • spessore della parete del tubo/dн×δ, mm.

Per materiali con valori ke simili, i produttori forniscono il valore della perdita di carico specifica R, Pa/m per l'intera gamma di tubi.

Per determinare indipendentemente le perdite per attrito specifiche / R, Pa / m, è sufficiente conoscere la d esterna del tubo, lo spessore della parete / dn × δ, mm e la portata idrica / W, m / s (o portata d'acqua / G , kg/h).

Per cercare la resistenza idraulica / ΔP in una sezione della rete, sostituiamo i dati nella formula di Darcy-Weisbach:

Fase 3: bilanciamento idraulico

Per bilanciare le perdite di carico, avrai bisogno di valvole di intercettazione e controllo.

• carico di progetto (portata massica del liquido di raffreddamento - acqua o liquido a basso congelamento per impianti di riscaldamento);
• dati dei produttori di tubi sulla resistenza dinamica specifica / A, Pa / (kg / h) ²;
• caratteristiche tecniche degli allestimenti.
• il numero delle resistenze locali nell'area.

Compito. equalizzare le perdite idrauliche nella rete.

Nel calcolo idraulico di ciascuna valvola vengono specificate le caratteristiche di installazione (montaggio, caduta di pressione, portata). In base alle caratteristiche di resistenza, vengono determinati i coefficienti di dispersione in ciascun montante e quindi in ciascun dispositivo.

Frammento delle caratteristiche di fabbrica della valvola a farfalla

Scegliamo il metodo delle caratteristiche di resistenza S, Pa / (kg / h) ² per i calcoli.

Le perdite di carico / ∆P, Pa sono direttamente proporzionali al quadrato della portata d'acqua nell'area / G, kg / h:

• ξpr è il coefficiente ridotto per le resistenze locali della sezione;
• A è la pressione specifica dinamica, Pa/(kg/h)².

La pressione specifica è la pressione dinamica che si verifica ad una portata massica di 1 kg/h di refrigerante in un tubo di un determinato diametro (le informazioni sono fornite dal produttore).

Σξ è il termine dei coefficienti per le resistenze locali nella sezione.

Coefficiente ridotto:

Passaggio 4: determinazione delle perdite

La resistenza idraulica nell'anello di circolazione principale è rappresentata dalla somma delle perdite dei suoi elementi:

• circuito primario/ΔPIk ;
• sistemi locali/ΔPm;
• generatore di calore/ΔPtg;
• scambiatore di calore/ΔPto.

La somma dei valori ci dà la resistenza idraulica del sistema / ΔPco:

Calcolo idraulico del gasdotto intershop

La capacità di flusso dei gasdotti dovrebbe essere presa dalle condizioni di creare, alla massima perdita di pressione del gas consentita, il sistema più economico e affidabile in funzione, garantendo la stabilità del funzionamento delle unità di fratturazione idraulica e di controllo del gas (GRU), in quanto nonché il funzionamento di bruciatori di consumo in intervalli di pressione del gas accettabili.

I diametri interni stimati dei gasdotti sono determinati in base alla condizione di garantire un'alimentazione ininterrotta di gas a tutti i consumatori durante le ore di massimo consumo di gas.

I valori della perdita di pressione del gas calcolata durante la progettazione di gasdotti di tutte le pressioni per le imprese industriali sono presi in base alla pressione del gas nel punto di connessione, tenendo conto delle caratteristiche tecniche delle apparecchiature a gas accettate per l'installazione, dei dispositivi di automazione di sicurezza e controllo automatico del regime tecnologico delle unità termiche.

La caduta di pressione per le reti a media e alta pressione è determinata dalla formula

dove Pn è la pressione assoluta all'inizio del gasdotto, MPa;

Рк – pressione assoluta alla fine del gasdotto, MPa;

Р0 = 0,101325 MPa;

l è il coefficiente di attrito idraulico;

l è la lunghezza stimata di un gasdotto di diametro costante, m;

d è il diametro interno del gasdotto, cm;

r0 – densità del gas in condizioni normali, kg/m3;

Q0 – consumo di gas, m3/h, in condizioni normali;

Per i gasdotti esterni fuori terra e interni, la lunghezza stimata dei gasdotti è determinata dalla formula

dove l1 è la lunghezza effettiva del gasdotto, m;

Sx è la somma dei coefficienti delle resistenze locali della sezione del gasdotto;

Quando si esegue un calcolo idraulico dei gasdotti, il diametro interno calcolato del gasdotto deve essere determinato preliminarmente dalla formula

dove dp è il diametro calcolato, cm;

A, B, t, t1 - coefficienti determinati in base alla categoria della rete (in pressione) e al materiale del gasdotto;

Q0 è la portata di gas calcolata, m3/h, in condizioni normali;

DPr - perdita di pressione specifica, MPa / m, determinata dalla formula

dove DPdop – perdita di carico ammissibile, MPa/m;

L è la distanza dal punto più lontano, m.

dove Р0 = 0,101325 MPa;

Pt - pressione media del gas (assoluta) nella rete, MPa.

dove Pn, Pk sono rispettivamente la pressione iniziale e finale nella rete, MPa.

Accettiamo uno schema di fornitura di gas senza uscita. Eseguiamo il tracciamento del gasdotto intershop ad alta pressione. Dividiamo la rete in sezioni separate. Lo schema di progettazione del gasdotto intershop è mostrato nella Figura 1.1.

Determiniamo le perdite di carico specifiche per i gasdotti intershop:

Determiniamo preliminarmente il diametro interno calcolato nelle sezioni di rete:

Dispositivi di scambio termico
L'uso efficiente del calore nei forni rotanti è possibile solo quando si installa un sistema di scambiatori di calore nel forno e nel forno. Scambiatori di calore interni al forno.

sistema di facciata
Al fine di conferire all'edificio ricostruito un aspetto architettonico moderno e aumentare radicalmente il livello di protezione termica dei muri perimetrali, il sistema delle “vene.

casa tecno

Questo stile, sorto negli anni '80 del secolo scorso, come una sorta di risposta ironica alle luminose prospettive dell'industrializzazione e del predominio del progresso tecnologico, ha proclamato il suo inizio.

Come lavorare in EXCEL

L'uso delle tabelle Excel è molto comodo, poiché i risultati del calcolo idraulico sono sempre ridotti a una forma tabellare. È sufficiente determinare la sequenza di azioni e preparare le formule esatte.

Immissione dei dati iniziali

Viene selezionata una cella e viene immesso un valore. Tutte le altre informazioni vengono semplicemente prese in considerazione.

• il valore di D15 viene ricalcolato in litri, quindi è più facile percepire la portata;
• cella D16 - aggiungi la formattazione in base alla condizione: "Se v non rientra nell'intervallo di 0,25 ... 1,5 m / s, lo sfondo della cella è rosso / il carattere è bianco".

Per le tubazioni con un dislivello tra l'ingresso e l'uscita, ai risultati si aggiunge la pressione statica: 1 kg / cm2 per 10 m.

Registrazione dei risultati

La combinazione di colori dell'autore ha un carico funzionale:

• Le celle turchese chiaro contengono i dati originali: possono essere modificati.
• Le celle verde chiaro sono costanti di input o dati che sono poco soggetti a modifiche.
• Le celle gialle sono calcoli preliminari ausiliari.
• Le celle di colore giallo chiaro sono i risultati dei calcoli.
• Caratteri:
  • blu - dati iniziali;
  • nero - risultati intermedi/non principali;
  • rosso: i risultati principali e finali del calcolo idraulico.

Risultati nel foglio di calcolo Excel

Esempio di Alexander Vorobyov

Un esempio di un semplice calcolo idraulico in Excel per una sezione di tubazione orizzontale.

• lunghezza del tubo 100 metri;
• ø108 mm;
• spessore parete 4 mm.

Tabella dei risultati del calcolo delle resistenze locali

Complicando i calcoli passo dopo passo in Excel, è meglio padroneggiare la teoria e risparmiare parzialmente sul lavoro di progettazione. Grazie ad un approccio competente, il vostro impianto di riscaldamento diventerà ottimale in termini di costi e scambio termico.