Hydraulisk beräkning av ett enrörs- och tvårörsvärmesystem med formler, tabeller och exempel
Kostnadseffektiviteten för termisk komfort i huset säkerställs genom beräkning av hydraulik, dess högkvalitativa installation och korrekt drift. Huvudkomponenterna i värmesystemet är en värmekälla (panna), en värmeledning (rör) och värmeöverföringsanordningar (radiatorer). För effektiv värmeförsörjning är det nödvändigt att upprätthålla de initiala parametrarna för systemet vid vilken belastning som helst, oavsett årstid.
Innan du börjar hydrauliska beräkningar, utför:
- Insamling och bearbetning av information om objektet för att:
- bestämma mängden värme som krävs;
- val av värmeschema.
- Termisk beräkning av värmesystemet med motivering:
- volymer av termisk energi;
- massor;
- värmeförlust.
Om vattenuppvärmning anses vara det bästa alternativet, utförs en hydraulisk beräkning.
För att beräkna hydraulik med hjälp av program krävs kunskap om motståndets teori och lagar. Om formlerna nedan verkar svåra att förstå kan du välja alternativen som vi erbjuder i vart och ett av programmen.
Beräkningarna utfördes i Excel-programmet. Det färdiga resultatet kan ses i slutet av instruktionerna.
Bestämning av antalet gaskontrollpunkter för hydraulisk sprickbildning
Gaskontrollpunkter är utformade för att minska gastrycket och hålla det på en given nivå, oavsett flödeshastighet.
Med en känd uppskattad förbrukning av gasformigt bränsle bestämmer stadsdelen antalet hydrauliska sprickningar, baserat på den optimala hydrauliska sprickningsprestandan (V=1500-2000 m3/timme) enligt formeln:
n = , (27)
där n är antalet hydrauliska sprickor, st.;
VR — Uppskattad gasförbrukning för stadsdelen, m3/timme.
Vgrossist- — Optimal produktivitet för hydraulisk sprickbildning, m3/timme.
n=586.751/1950=3.008 st.
Efter att ha bestämt antalet hydrauliska spräckningsstationer planeras deras placering i stadsdistriktets allmänna plan, och installerar dem i mitten av det förgasade området på kvarterens territorium.
Programöversikt
För att underlätta beräkningar används amatörer och professionella hydraulikberäkningsprogram.
Den mest populära är Excel.
Du kan använda onlineberäkningen i Excel Online, CombiMix 1.0 eller online-hydraulikräknaren. Det stationära programmet väljs med hänsyn till projektets krav.
Den största svårigheten att arbeta med sådana program är okunnighet om grunderna för hydraulik. I några av dem finns det ingen avkodning av formler, funktionerna i förgrening av rörledningar och beräkning av motstånd i komplexa kretsar beaktas inte.
- HERZ C.O. 3.5 - gör en beräkning enligt metoden för specifika linjära tryckförluster.
- DanfossCO och OvertopCO kan räkna naturliga cirkulationssystem.
- "Flöde" (Flöde) - låter dig tillämpa beräkningsmetoden med en variabel (glidande) temperaturskillnad längs stigarna.
Du bör ange datainmatningsparametrarna för temperatur - Kelvin / Celsius.
Vad är hydraulisk beräkning
Detta är det tredje steget i processen att skapa ett värmenätverk. Det är ett beräkningssystem som låter dig bestämma:
- diameter och genomströmning av rör;
- lokala tryckförluster i områdena;
- krav på hydraulisk balansering;
- systemomfattande tryckförluster;
- optimalt vattenflöde.
Enligt de erhållna uppgifterna utförs valet av pumpar.
För säsongsbetonade bostäder, i avsaknad av el i det, är ett värmesystem med naturlig cirkulation av kylvätskan lämpligt (länk till recension).
Huvudsyftet med den hydrauliska beräkningen är att säkerställa att de beräknade kostnaderna för kretselementen överensstämmer med de faktiska (drifts)kostnaderna. Mängden kylvätska som kommer in i radiatorerna bör skapa en värmebalans inne i huset, med hänsyn till utomhustemperaturerna och de som ställs in av användaren för varje rum enligt dess funktionella syfte (källare +5, sovrum +18, etc.).
Komplexa uppgifter - kostnadsminimering:
- kapital - installation av rör med optimal diameter och kvalitet;
- operativ:
- beroende av energiförbrukning på systemets hydrauliska motstånd;
- stabilitet och tillförlitlighet;
- ljudlöshet.
Att ersätta det centraliserade värmeförsörjningsläget med ett individuellt förenklar beräkningsmetoden
För autonomt läge är 4 metoder för hydraulisk beräkning av värmesystemet tillämpliga:
- genom specifika förluster (standardberäkning av rördiameter);
- med längder reducerade till en ekvivalent;
- enligt egenskaperna för konduktivitet och motstånd;
- jämförelse av dynamiska tryck.
De två första metoderna används med konstant temperaturfall i nätverket.
De två sista hjälper till att distribuera varmvatten till systemets ringar om temperaturfallet i nätverket inte längre matchar fallet i stigare / grenar.
Översikt över program för hydrauliska beräkningar
Exempelprogram för värmeberäkning
Faktum är att varje hydraulisk beräkning av vattenvärmesystem är en komplex ingenjörsuppgift. För att lösa det har ett antal mjukvarupaket utvecklats som förenklar implementeringen av denna procedur.
Du kan försöka göra en hydraulisk beräkning av värmesystemet i Excel-skalet med hjälp av färdiga formler. Följande problem kan dock uppstå:
- Stort fel. I de flesta fall tas ett- eller tvårörsscheman som ett exempel på en hydraulisk beräkning av ett värmesystem. Att hitta sådana beräkningar för samlaren är problematiskt;
- För att korrekt redogöra för rörledningens hydrauliska motstånd krävs referensdata, som inte finns tillgängliga i formuläret. De måste genomsökas och anges ytterligare.
Med tanke på dessa faktorer rekommenderar experter att du använder program för beräkning. De flesta av dem är betalda, men vissa har en demoversion med begränsade funktioner.
Oventrop CO
Program för hydraulisk beräkning
Det enklaste och mest förståeliga programmet för hydraulisk beräkning av värmeförsörjningssystemet. Ett intuitivt gränssnitt och flexibla inställningar hjälper dig att snabbt hantera nyanserna av datainmatning. Mindre problem kan uppstå under den inledande installationen av komplexet. Det kommer att vara nödvändigt att ange alla parametrar i systemet, med början från rörmaterialet och slutar med platsen för värmeelementen.
Det kännetecknas av flexibilitet i inställningarna, möjligheten att göra en förenklad hydraulisk beräkning av uppvärmning både för ett nytt värmeförsörjningssystem och för att uppgradera ett gammalt. Skiljer sig från analoger i ett bekvämt grafiskt gränssnitt.
Instal-Therm HCR
Mjukvarupaketet är utformat för professionellt hydrauliskt motstånd hos värmeförsörjningssystemet. Gratisversionen har många begränsningar. Omfattning - projektering av uppvärmning i stora offentliga och industriella byggnader.
I praktiken, för autonom värmeförsörjning av privata hus och lägenheter, utförs inte alltid hydraulisk beräkning. Detta kan dock leda till en försämring av driften av värmesystemet och det snabba felet i dess element - radiatorer, rör och en panna. För att undvika detta är det nödvändigt att beräkna systemparametrarna i tid och jämföra dem med de faktiska för att ytterligare optimera uppvärmningsdriften.
Ett exempel på en hydraulisk beräkning av ett värmesystem:
Verifiering av hydraulisk beräkning av gasledningens gren
Syftet med beräkningen: Kontrollera trycket vid inloppet till gasdistributionsstationen.
Initial data:
tabell
|
Genomströmning, qdag, miljoner m3/dag |
8,4 |
|
Initialt tryck för gasledningssektionen, Рn , MPa |
2,0 |
|
Sluttryck för gasledningssektionen, Рк , MPa |
1,68 |
|
Gasledningssektionens längd, L, km |
5,3 |
|
Diameter på gasledningssektionen, dn x, mm |
530 x 11 |
|
Genomsnittlig årlig jordtemperatur på gasledningens djup, tgr, 0C |
11 |
|
Gastemperatur i början av gasledningssektionen, tn, 0C |
21 |
|
Värmeöverföringskoefficient från gas till jord, k, W / (m20С) |
1,5 |
|
Gasens värmekapacitet, jfr, kcal/(kg°С) |
0,6 |
|
Gassammansättning |
Tabell 1 — Sammansättning och huvudparametrar för gaskomponenter i Orenburgfältet
|
Komponent |
Kemisk formel |
Koncentration i bråkdelar av en enhet |
Molvikt, kg/kmol |
Kritisk temperatur, K |
Kritiskt tryck, MPa |
Dynamisk viskositet, 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 |
För att utföra en hydraulisk beräkning beräknar vi först huvudparametrarna för gasblandningen.
Bestäm gasblandningens molekylvikt, M cm, kg / kmol
där а1, а2, аn — volymetrisk koncentration, andelar av enheter, ;
M1, M2, Mn är komponenternas molära massor, 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
Vi bestämmer densiteten för blandningen av gaser, s, kg / m3,
där M cm är molekylvikten, kg/mol;
22.414 är volymen 1 kilomol (Avogadros tal), m3/kmol.
Vi bestämmer gasblandningens densitet i luft, D,
var är gasdensiteten, kg/m3;
1,293 är densiteten för torr luft, kg/m3.
Bestäm den dynamiska viskositeten för gasblandningen, cm, kgf s/m2
där 1, 2, n, är den dynamiska viskositeten för gasblandningskomponenterna, kgf s/m2, ;
Vi bestämmer de kritiska parametrarna för gasblandningen, Tcr.cm. , TO
där Тcr1, Тcr2, Тcrn — kritisk temperatur för gasblandningskomponenter, K, ;
där Pcr1, Pcr2, Pcrn är det kritiska trycket för blandningskomponenterna, MPa, ;
Vi bestämmer det genomsnittliga gastrycket i gasledningssektionen, Рav, MPa
där Рн är det initiala trycket i gasledningssektionen, MPa;
Pk är sluttrycket i gasledningssektionen, MPa.
Vi bestämmer den genomsnittliga gastemperaturen längs längden av den beräknade sektionen av gasledningen, tav, ° С,
där tn är gastemperaturen i början av beräkningsavsnittet, °С;
dn är den yttre diametern av gasledningssektionen, mm;
l är längden på gasledningssektionen, km;
qdag är genomströmningskapaciteten för gasledningssektionen, miljoner m3/dag;
är den relativa densiteten för gasen i luft;
Cp är gasens värmekapacitet, kcal/(kg°C);
k- koefficient för värmeöverföring från gas till jord, kcal/(m2h°С);
e är basen för den naturliga logaritmen, e = 2,718.
Vi bestämmer den reducerade temperaturen och trycket för gasen, Tpr och Rpr,
där Rsr. och Tsr. är medeltrycket och temperaturen för gasen, MPa respektive K;
Rcr.cm och Tcr.cm. är gasens kritiska tryck och temperatur, MPa respektive K.
Vi bestämmer gaskompressibilitetskoefficienten enligt nomogrammet beroende på Ppr och Tpr.
Z=0,9
För att bestämma genomströmningskapaciteten för en gasledning eller dess sektion i det stabila tillståndet för gastransport, utan att ta hänsyn till avlastningen av rutten, använd formeln, q, miljoner m3 / dag,
där din är gasledningens inre diameter, mm;
Рн och Рк - initialt och slutligt tryck för gasledningssektionen, kgf/cm2;
l är koefficienten för hydrauliskt motstånd (med hänsyn till lokala motstånd längs gasledningsvägen: friktion, kranar, övergångar, etc.). Det är tillåtet att ta 5% högre än ltr;
D är den relativa specifika vikten för gasen i luft;
Тav är medelgastemperaturen, K;
? — Längden på gasledningens sektion, km.
W är gaskompressibilitetsfaktorn;
Från formel (4.13) uttrycker vi Рк, , kgf/cm2,
Hydraulisk beräkning utförs i följande sekvens. Bestäm Reynolds-talet, Re,
där qdag är den dagliga genomströmningskapaciteten för gasledningssektionen, miljoner m3/dag;
din är gasledningens inre diameter, mm;
är gasens relativa densitet;
— Naturgasens dynamiska viskositet. kgf s/m2;
Sedan Re >> 4000 är läget för gasrörelse genom rörledningen turbulent, kvadratisk zon.
Friktionsmotståndskoefficienten för alla gasflödesregimer bestäms av formeln, ltr ,
där EC är ekvivalent grovhet (höjden på utsprång som skapar motstånd mot gasrörelser), EC = 0,06 mm
Vi bestämmer koefficienten för hydrauliskt motstånd för gasledningssektionen, med hänsyn till dess genomsnittliga lokala motstånd, l,
där E är koefficienten för hydraulisk verkningsgrad, E = 0,95.
Enligt formel (4.14) bestämmer vi trycket i slutet av gasledningssektionen.
Slutsats: Det erhållna tryckvärdet motsvarar det operativa vid den sista delen av gasledningen.
Beräkning av värmesystemets hydraulik
Vi behöver data från den termiska beräkningen av lokalerna och det axonometriska diagrammet.
Steg 1: räkna rördiametern
Som initiala data används ekonomiskt motiverade resultat av termisk beräkning:
1a. Den optimala skillnaden mellan varm (tg) och kyld (till) kylvätska för ett tvårörssystem är 20º
Ib. Kylvätskeflöde G, kg/timme — för ett enrörssystem.
2. Den optimala hastigheten för kylvätskan är ν 0,3-0,7 m/s.
Ju mindre rörens innerdiameter, desto högre hastighet. När man når 0,6 m/s börjar vattnets rörelse åtföljas av buller i systemet.
3. Beräknad värmeflöde - Q, W.
Uttrycker mängden värme (W, J) som överförs per sekund (tidsenhet τ):
Formel för beräkning av värmeflödet
4. Uppskattad densitet av vatten: ρ = 971,8 kg/m3 vid tav = 80 °С
5. Rita parametrar:
- strömförbrukning - 1 kW per 30 m³
- termisk effektreserv - 20 %
- rumsvolym: 18 * 2,7 = 48,6 m³
- effektförbrukning: 48,6 / 30 = 1,62 kW
- frostmarginal: 1,62 * 20% = 0,324 kW
- total effekt: 1,62 + 0,324 = 1,944 kW
Vi hittar det närmaste Q-värdet i tabellen:
Vi får intervallet för den inre diametern: 8-10 mm. Handling: 3-4. Tomtlängd: 2,8 meter.
Steg 2: beräkning av lokala motstånd
För att bestämma rörmaterialet är det nödvändigt att jämföra indikatorerna för deras hydrauliska motstånd i alla delar av värmesystemet.
Motståndsfaktorer:
Rör för uppvärmning
- i själva röret:
- grovhet;
- plats för avsmalning / expansion av diametern;
- sväng;
- längd.
- i samband:
- tee;
- kulventil;
- balanseringsanordningar.
Den beräknade sektionen är ett rör med konstant diameter med ett konstant vattenflöde som motsvarar rummets designvärmebalans.
För att bestämma förlusterna tas data med hänsyn till motståndet i styrventilerna:
- rörlängd i designsektionen / l, m;
- diameter på röret av den beräknade sektionen / d, mm;
- antagen kylvätskehastighet/u, m/s;
- styrventildata från tillverkaren;
- referensdata:
- friktionskoefficient/λ;
- friktionsförluster/∆Рl, Pa;
- beräknad vätskedensitet/ρ = 971,8 kg/m3;
- Produktspecifikationer:
- ekvivalent rörgrovhet/ke mm;
- rörets väggtjocklek/dн×δ, mm.
För material med liknande ke-värden, tillhandahåller tillverkare värdet för specifik tryckförlust R, Pa/m för hela sortimentet av rör.
För att självständigt bestämma de specifika friktionsförlusterna / R, Pa / m räcker det att känna till rörets yttre d, väggtjocklek / dn × δ, mm och vattentillförselhastighet / W, m / s (eller vattenflöde / G , kg/h).
För att söka efter hydrauliskt motstånd / ΔP i en sektion av nätverket, ersätter vi data med Darcy-Weisbach-formeln:
Steg 3: hydraulisk balansering
För att balansera tryckfallen behöver du avstängnings- och reglerventiler.
- designbelastning (kylvätskans massflöde - vatten eller lågfrysande vätska för värmesystem);
- data från rörtillverkare om specifikt dynamiskt motstånd / A, Pa / (kg / h) ²;
- tekniska egenskaper hos beslag.
- antalet lokala motstånd i området.
Uppgift. utjämna hydrauliska förluster i nätet.
I den hydrauliska beräkningen för varje ventil anges installationsegenskaper (montering, tryckfall, genomströmning). Enligt resistansegenskaperna bestäms läckagekoefficienterna in i varje stigare och sedan in i varje anordning.
Fragment av fjärilsventilens fabriksegenskaper
Låt oss välja metoden för resistansegenskaper S, Pa / (kg / h) ² för beräkningar.
Tryckförluster / ∆P, Pa är direkt proportionella mot kvadraten på vattenflödet i området / G, kg / h:
- ξpr är den reducerade koefficienten för sektionens lokala motstånd;
- A är det dynamiska specifika trycket, Pa/(kg/h)².
Det specifika trycket är det dynamiska trycket som uppstår vid en massflödeshastighet på 1 kg/h kylvätska i ett rör med en given diameter (information tillhandahålls av tillverkaren).
Σξ är termen för koefficienterna för lokala motstånd i sektionen.
Reducerad koefficient:
Steg 4: Fastställande av förluster
Det hydrauliska motståndet i huvudcirkulationsringen representeras av summan av förlusterna av dess element:
- primärkrets/ΔPIk ;
- lokala system/ΔPm;
- värmegenerator/ΔPtg;
- värmeväxlare/ΔPto.
Summan av värdena ger oss systemets hydrauliska motstånd / ΔPco:
Hydraulisk beräkning av intershop-gasledningen
Genomströmningskapaciteten för gasledningar bör tas från förutsättningarna för att skapa, vid maximalt tillåtna gastrycksförlust, det mest ekonomiska och pålitliga systemet i drift, vilket säkerställer driftstabiliteten för hydrauliska sprickbildnings- och gasstyrenheter (GRU), som samt driften av konsumentbrännare i acceptabla gastrycksintervall.
Uppskattade inre diametrar för gasledningar bestäms baserat på villkoret för att säkerställa oavbruten gastillförsel till alla konsumenter under timmarna med maximal gasförbrukning.
Värdena för den beräknade gastrycksförlusten vid design av gasledningar av alla tryck för industriföretag tas beroende på gastrycket vid anslutningspunkten, med hänsyn till de tekniska egenskaperna hos gasutrustningen som accepteras för installation, säkerhetsautomationsanordningar och automatisk kontroll av den tekniska regimen för termiska enheter.
Tryckfallet för medel- och högtrycksnätverk bestäms av formeln
där Pn är det absoluta trycket i början av gasledningen, MPa;
Рк – absolut tryck i slutet av gasledningen, MPa;
R0 = 0,101325 MPa;
l är koefficienten för hydraulisk friktion;
l är den uppskattade längden av en gasledning med konstant diameter, m;
d är gasledningens inre diameter, cm;
r0 – gasdensitet under normala förhållanden, kg/m3;
Q0 – gasförbrukning, m3/h, under normala förhållanden;
För externa ovanjordiska och interna gasledningar bestäms den beräknade längden av gasledningar av formeln
där l1 är gasledningens faktiska längd, m;
Sx är summan av koefficienterna för lokala motstånd för gasledningssektionen;
När man utför en hydraulisk beräkning av gasledningar bör den beräknade inre diametern för gasledningen preliminärt bestämmas av formeln
där dp är den beräknade diametern, cm;
A, B, t, t1 - koefficienter som bestäms av beroende på nätverkets kategori (efter tryck) och materialet i gasledningen;
Q0 är den beräknade gasflödeshastigheten, m3/h, under normala förhållanden;
DPr - specifik tryckförlust, MPa / m, bestäms av formeln
där DPdop – tillåtet tryckförlust, MPa/m;
L är avståndet till den längsta punkten, m.
där R0 = 0,101325 MPa;
Pt - genomsnittligt gastryck (absolut) i nätverket, MPa.
där Pn, Pk är det initiala och slutliga trycket i nätverket, MPa.
Vi accepterar en återvändsgränd gasförsörjning. Vi genomför spårningen av högtrycksgasledningen mellan butiker. Vi delar upp nätverket i separata sektioner. Designschemat för gasledningen mellan verkstäder visas i figur 1.1.
Vi bestämmer de specifika tryckförlusterna för gasledningar mellan butiker:
Vi bestämmer preliminärt den beräknade inre diametern i nätverkssektionerna:
Värmeväxlingsanordningar
Effektiv användning av värme i roterande ugnar är endast möjlig när man installerar ett system med värmeväxlare i ugnen och ugnen. Värmeväxlare i ugnen.
fasadsystem
För att ge den rekonstruerade byggnaden ett modernt arkitektoniskt utseende och radikalt öka nivån av termiskt skydd av ytterväggarna, systemet med "vener.
techno house
Denna stil, som uppstod på 80-talet av förra seklet, som ett slags ironiskt svar på de ljusa utsikterna för industrialisering och dominansen av tekniska framsteg, proklamerade i början.
Hur man arbetar i EXCEL
Användningen av Excel-kalkylblad är mycket bekväm, eftersom resultaten av den hydrauliska beräkningen alltid reduceras till en tabellform. Det räcker att bestämma sekvensen av åtgärder och förbereda exakta formler.
Mata in initiala data
En cell väljs och ett värde anges. All annan information tas helt enkelt i beaktande.
- D15-värdet räknas om i liter, så det är lättare att uppfatta flödeshastigheten;
- cell D16 - lägg till formatering enligt villkoret: "Om v inte faller inom intervallet 0,25 ... 1,5 m / s, då är bakgrunden på cellen röd / teckensnittet är vitt."
För rörledningar med höjdskillnad mellan inlopp och utlopp läggs statiskt tryck till resultaten: 1 kg / cm2 per 10 m.
Registrering av resultat
Författarens färgschema har en funktionell belastning:
- Ljusa turkosa celler innehåller originaldata - de kan ändras.
- Blekgröna celler är indatakonstanter eller data som inte kan ändras mycket.
- Gula celler är preliminära hjälpberäkningar.
- Ljusgula celler är resultatet av beräkningar.
- Teckensnitt:
- blå - initiala data;
- svart - mellan-/icke-huvudresultat;
- röd - de viktigaste och slutliga resultaten av den hydrauliska beräkningen.
Resultat i Excel-kalkylblad
Exempel från Alexander Vorobyov
Ett exempel på en enkel hydraulisk beräkning i Excel för en horisontell rörledningssektion.
- rörlängd 100 meter;
- ø108 mm;
- väggtjocklek 4 mm.
Tabell över resultat för beräkning av lokala motstånd
Genom att komplicera steg för steg-beräkningar i Excel, behärskar du teorin bättre och delvis sparar på designarbete. Tack vare ett kompetent tillvägagångssätt blir ditt värmesystem optimalt vad gäller kostnader och värmeöverföring.
