Hidraulički proračun toplinskih mreža: koncept, definicija, metoda proračuna s primjerima, zadacima i dizajnom

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Zadnja promjena: 2023-12-17 10:29

U hidrauličkom proračunu toplinskih mreža postavlja se ukupni protok glavne tople vode za grijanje, klimatizaciju, ventilaciju i toplu vodu. Na temelju takvog proračuna određuju se potrebni parametri crpne opreme, izmjenjivača topline i promjera cijevi glavne mreže.

Malo o teoriji i problemima

Glavni zadatak hidrauličkog proračuna toplinskih mreža je odabir geometrijskih parametara cijevi i standardnih veličina upravljačkih elemenata kako bi se osiguralo:

• kvalitativno-kvantitativna distribucija rashladne tekućine na pojedinačne uređaje za grijanje;
• termalno-hidraulička pouzdanost i ekonomska izvedivost zatvorenog toplinskog sustava;
• optimizacija investicijskih i operativnih troškova organizacije za opskrbu toplinom.

Hidraulički proračun toplinskih mreža stvara preduvjete da uređaji za grijanje i toplu vodu postignu potrebnu snagu pri zadanoj temperaturnoj razlici. Na primjer, s T-kartom od 150-70 ^oS, bit će jednako 80 ^{oS. To se postiže stvaranjem potrebnog tlaka vode ili tlaka rashladne tekućine na svakoj točki grijanja.}

Takav preduvjet za rad toplinskog sustava ostvaruje se kompetentnim postavljanjem mrežne opreme u skladu s projektnim uvjetima, ugradnjom opreme na temelju rezultata hidrauličkog proračuna toplinskih mreža.

Fazije mrežne hidraulike:

1. Izračun prije pokretanja.
2. Operativna regulativa.

Početna mrežna hidraulika u tijeku:

• kroz izračune;
• metoda mjerenja.

U Ruskoj Federaciji prevladava metoda izračuna, ona određuje sve parametre elemenata sustava opskrbe toplinom u jednom naselju (kuća, četvrt, grad). Bez toga, mreža će biti deregulirana, a rashladna tekućina neće biti opskrbljena gornjim katovima višekatnih zgrada. Zato početak izgradnje bilo kojeg objekta za opskrbu toplinom, pa i najmanjeg, počinje hidrauličkim proračunom toplinskih mreža.

Izrada dijagrama toplinskih mreža

Prije hidrauličnih proračuna izrađuje se preliminarna shema magistralnog voda s naznakom duljine L u metrima i D inženjerskih vodova u mm i procijenjene količine vode mreže za projektne dijelove sheme. Gubici glave u sustavima opskrbe toplinom dijele se na linearne, nastaju u vezi strljanje medija o zidove cijevi i gubici u presjecima uzrokovani lokalnim otporom konstrukcije zbog prisutnosti T-ova, zavoja, kompenzatora, zavoja i drugih uređaja.

Primjer proračuna hidrauličkog proračuna toplinskih mreža:

1. Prvo se provodi uvećani izračun kako bi se odredila maksimalna učinkovitost mreže koja stanovnicima može u potpunosti pružiti usluge grijanja.
2. Po završetku uspostavljaju se kvalitativni i kvantitativni pokazatelji glavne i unutarkvartalne mreže, uključujući konačni tlak i temperaturu nosača na ulaznim čvorovima potrošača topline, uzimajući u obzir gubitke topline.
3. Izvršite probni hidraulički proračun sustava grijanja i opskrbe toplom vodom.
4. Utvrđuju stvarne troškove u odjeljcima sheme i na ulazima u stambene objekte, količinu topline koju primaju pretplatnici pri izračunu temperature rashladne tekućine u cjevovodu dovodne vode sustava grijanja i raspoloživi tlak u izlaznom razdjelniku, obrazloženje za hidrotermalne režime, predviđena temperatura unutar stambenih prostora.
5. Odredite željenu izlaznu temperaturu dovoda topline.
6. Postavite maksimalnu veličinu T zagrijane vode na izlazu iz kotlovnice ili drugog izvora topline, dobivenu na temelju hidrauličkog proračuna toplinske mreže. Mora osigurati unutarnje higijenske standarde.

Primjena normativne metode

Hidraulika mreža izvodi se na temelju tablica maksimalnih toplinskih opterećenja po satu i sheme opskrbe toplinom za grad ili okrug s naznakom izvora, lokacije glavnog,unutarkvartnih i unutar-kućnih inženjerskih sustava, s oznakom granica bilančnog vlasništva vlasnika mreža. Hidraulički proračun cjevovoda toplinskih mreža svake dionice do gornje sheme provodi se zasebno.

Ova metoda izračuna se koristi ne samo za mreže grijanja, već i za sve cjevovode koji transportiraju tekuće medije, uključujući plinski kondenzat i druge kemijske tekuće medije. Za cjevovodne sustave opskrbe toplinom potrebno je izvršiti promjene kako bi se uzela u obzir kinematička viskoznost i gustoća nosača. To je zbog činjenice da ove karakteristike utječu na specifični gubitak glave u cijevima, a brzina protoka je povezana s gustoćom tranzitnog medija.

Parametri hidrauličkog proračuna mreže za grijanje vode

Potrošnja topline Q i količina rashladne tekućine G za parcele prikazani su u tablici maksimalnih pokazatelja satne potrošnje topline za zimsku i ljetnu sezonu posebno i odgovaraju zbroju potrošnje topline za kvartale uključene u shema.

Primjer hidrauličkog proračuna toplinske mreže prikazan je u nastavku.

Budući da izračuni ovise o mnogim pokazateljima, izvode se pomoću brojnih tablica, dijagrama, grafikona, nomograma, konačna vrijednost potrošnje topline Q za kućne sustave grijanja dobiva se interpolacijom.

Količina tekućine koja cirkulira u mreži grijanja m3/sat, prilikom izračunavanja hidrauličkog načina grijanja, određuje se po formuli:

G=(D2 /4) x V, Gdje:

• G - potrošnja operatera, m3/sat;
• D – promjer cjevovoda, mm;
• V - brzina protoka, m/s.

Linearni padovi tlaka u hidrauličkom proračunu toplinskih mreža uzeti su iz posebnih tablica. Prilikom ugradnje sustava grijanja u njih se ugrađuju deseci i stotine pomoćnih elemenata: ventili, armature, otvori za zrak, zavoji i drugi koji stvaraju otpor prolaznom mediju.

Razlozi pada tlaka u cjevovodima također mogu uključivati unutarnje stanje materijala cijevi i prisutnost naslaga soli na njima. Vrijednosti koeficijenta korištene u tehničkim izračunima date su u tablicama.

Standardna metodologija i koraci procesa

Prema metodi hidrauličkog proračuna toplinskih mreža, provodi se u dvije faze:

1. Izgradnja sheme toplinske mreže, na kojoj su dionice numerirane, prvo na području centralne magistrale - duži i opsežniji mrežni vod od priključne točke do više objekt za daljinsku potrošnju.
2. Proračun gubitka glave svakog dijela cijevi, shema. Provodi se pomoću tablica i nomograma, koji su naznačeni zahtjevima državnih normi i standarda.

Prvo, kalkulacije za glavnu autocestu se provode prema troškovima postavljenim prema shemi. Istovremeno se koriste referentni podaci o specifičnim gubicima tlaka u mrežama.

Dalje, nakon izračunavanja promjera cijevi, izračunavaju:

1. Broj kompenzatora prema shemi.
2. Otpori na stvarno ugrađenim elementimamreže grijanja.

Gubitak glave izračunava se formulama i nomogramima. Zatim, imajući te podatke u cijeloj mreži, izračunava se hidromehanički režim pojedinih dionica od mjesta cijepanja protoka do krajnjeg korisnika.

Izračuni su povezani s izborom promjera cijevi grana. Razlika nije veća od 10%. Višak tlaka u sustavu grijanja gasi se na čvorovima dizala, mlaznicama gasa ili autoregulatorima u izvršnim točkama kuće.

Uz raspoloživi tlak glavnog sustava grijanja i grana, prvo postavite približni specifični otpor Rm, Pa/m.

U proračunima se koriste tablice, nomogrami za hidraulički proračun cjevovoda toplinskih mreža i druga referentna literatura, obavezna za sve faze, lako se može pronaći na internetu i posebnoj literaturi.

prijevoz tople vode

Algoritam proračunske sheme utvrđen je regulatornom i tehničkom dokumentacijom, državnim i sanitarnim standardima i provodi se strogo u skladu s utvrđenom procedurom.

U članku je prikazan primjer izračuna hidrauličkog proračuna sustava grijanja. Postupak se izvodi sljedećim redoslijedom:

1. Na odobrenoj shemi opskrbe toplinom grada i kotara označene su čvorne točke proračuna, izvor topline, trasiranje inženjerskih sustava s naznakom svih grana, spojenih potrošačkih objekata.
2. Pojasnite granice bilančnog vlasništva potrošačkih mreža.
3. Dodijelite brojeve parceli prema shemi, počevši od numeriranjaod izvora do krajnjeg korisnika.

Sustav numeriranja trebao bi jasno odvojiti vrste mreža: glavne unutar-kvartalne, inter-house od termalnog bunara do granica bilance, dok je mjesto postavljeno kao segment mreže, ograđeno dvije grane.

Diagram prikazuje sve parametre hidrauličkog proračuna glavne toplinske mreže iz stanice centralnog grijanja:

• Q - GJ/sat;
• G m3/sat;
• D - mm;
• V - m/s;
• L - duljina presjeka, m.

Izračun promjera postavlja se formulom.

Mreže parnog grijanja

Ova mreža grijanja je dizajnirana za sustav opskrbe toplinom koristeći nosač topline u obliku pare.

Razlike ove sheme od prethodne su uzrokovane indikatorima temperature i tlakom medija. Strukturno su te mreže kraće, u velikim gradovima obično uključuju samo glavne, odnosno od izvora do centralnog grijanja. Ne koriste se kao mreže unutar okruga i unutar kuće, osim za male industrijske lokacije.

Sklopna shema se izvodi istim redoslijedom kao i kod vodenog rashladnog sredstva. Svi parametri mreže za svaku granu naznačeni su na odjeljcima, podaci su preuzeti iz zbirne tablice granične satne potrošnje topline, s korak-po-korak zbrajanjem pokazatelja potrošnje od krajnjeg potrošača do izvora.

Geometrijske dimenzijecjevovodi se postavljaju na temelju rezultata hidrauličkog proračuna, koji se provodi u skladu s državnim normama i pravilima, a posebno SNiP-om. Odlučujuća vrijednost je gubitak tlaka medija plinskog kondenzata od izvora opskrbe toplinom do potrošača. S većim gubitkom tlaka i manjim razmakom između njih, brzina kretanja bit će velika, a promjer parnog cjevovoda morat će biti manji. Izbor promjera provodi se prema posebnim tablicama, na temelju parametara rashladne tekućine. Nakon toga, podaci se unose u zaokretne tablice.

Nosač topline za kondenzacijsku mrežu

Proračun za takvu toplinsku mrežu značajno se razlikuje od prethodnih, budući da je kondenzat istovremeno u dva stanja - u pari i u vodi. Taj se omjer mijenja kako se kreće prema potrošaču, tj. para postaje sve vlažnija i na kraju se potpuno pretvara u tekućinu. Stoga proračuni za cijevi svakog od ovih medija imaju razlike i već se uzimaju u obzir drugim standardima, posebno SNiP 2.04.02-84.

Procedura za izračun cjevovoda kondenzata:

1. Tablice postavljaju unutarnju ekvivalentnu hrapavost cijevi.
2. Indikatori gubitka tlaka u cijevima u dijelu mreže, od izlaza rashladne tekućine od pumpi za opskrbu toplinom do potrošača, prihvaćeni su prema SNiP 2.04.02-84.
3. Izračun ovih mreža ne uzima u obzir potrošnju topline Q, već samo potrošnju pare.

Obilježja dizajna ove vrste mreže značajno utječu na kvalitetu mjerenja, budući da su cjevovodi za ovuvrste rashladne tekućine izrađene su od crnog čelika, mrežni dijelovi nakon mrežnih pumpi zbog propuštanja zraka brzo korodiraju od viška kisika, nakon čega nastaje nekvalitetni kondenzat sa željeznim oksidima, što uzrokuje koroziju metala. Stoga se u ovom dijelu preporuča ugradnja cjevovoda od nehrđajućeg čelika. Iako će konačni izbor biti donesen nakon završetka studije izvedivosti toplinske mreže.

Programi za dizajn

Gubici energije zbog ventila, armatura i zavoja uzrokovani su lokaliziranim smetnjama protoka. Gubitak energije nastaje u konačnom i ne nužno kratkom dijelu cjevovoda, međutim, za hidraulične proračune pretpostavlja se da se cijeli volumen tog gubitka uzima u obzir na mjestu uređaja. Za sustave cjevovoda s relativno dugim cijevima, često je slučaj da će rezultirajući gubici biti zanemarivi u odnosu na ukupni gubitak tlaka u cijevi.

Gubitak cijevi se mjeri korištenjem stvarnih eksperimentalnih podataka, a zatim se analizira kako bi se odredio lokalni faktor gubitka koji se može koristiti za izračunavanje gubitka spoja jer varira s protokom tekućine kroz ovaj uređaj.

Softver za protok cijevi olakšava određivanje gubitaka pri ugradnji i drugih gubitaka u izračunima diferencijalnog tlaka jer dolaze s predučitanom bazom podataka ventila koja sadrži mnoge standardne faktore za ventile iokovi raznih veličina. Pumpa se često koristi unutar sustava cjevovoda za dodavanje dodatnog tlaka za prevladavanje gubitaka od trenja i drugih otpora.

Učinak crpke određuje krivulja. Visina koju pumpa proizvodi varira s protokom, pronalaženje radne točke na krivulji performansi pumpe nije uvijek lak zadatak.

Ako koristite program za hidraulički proračun Pipe Flow Expert, vrlo je lako pronaći točnu radnu točku na krivulji crpke, osiguravajući da su protoci i tlakovi uravnoteženi u cijelom sustavu, kako bi se donijela točna odluka o dizajnu cjevovodi.

Online proračun se vrši radi odabira optimalnog promjera koji osigurava najbolje radne parametre, male gubitke glave i velike brzine kretanja medija, što će osigurati dobre tehničke i ekonomske pokazatelje mreže grijanja u cjelini.

Minimizira napor i pruža veću preciznost. Sadrži sve potrebne referentne tablice i nomograme. Dakle, gubici po metru cijevi uzimaju se u iznosu od 81 - 251 Pa / m (8,1 - 25,1 mm vodenog stupca), što ovisi o materijalu cijevi. Brzina vode u sustavu ovisi o promjeru instaliranih cijevi i odabire se u određenom rasponu. Najveća brzina vode za toplinske mreže je 1,5 m/s. Izračun sugerira granične vrijednosti brzine vode u cjevovodima s unutarnjim promjerom:

1. 15.0mm-0.3m/s;
2. 20,0 mm-0,65 m/s;
3. 25, 0 mm - 0,8 m/s;
4. 32,0 mm-1,0 m/s.
5. Za ostale promjere ne više od 1,5 m/s.
6. Za cjevovode sustava za gašenje požara dopuštena je srednja brzina do 5,0 m/s.

Instrumentalni geoinformacijski sustav

GIS Zulu - geoinformacijski program za hidraulički proračun toplinskih mreža. Tvrtka je specijalizirana za proučavanje GIS aplikacija koje zahtijevaju vizualizaciju 3D geopodataka u vektorskim i rasterskim verzijama, topološke studije i njihov odnos sa semantičkim bazama podataka. Zulu vam omogućuje stvaranje različitih planova i tokova rada, uključujući toplinske i parne mreže koristeći topologiju, može raditi s rasterima i prikupljati podatke iz različitih baza podataka, kao što su BDE ili ADO.

Proračuni se provode u bliskoj integraciji s geoinformacijskim sustavom, izvode se u verziji proširenog modula. Mreža je elementarna i slikovito unesena u GIS mišem ili prema zadanim koordinatama. Nakon toga se odmah stvara shema izračuna. Nakon toga se postavljaju parametri krugova i potvrđuje se početak procesa. Izračuni se primjenjuju na slijepe i prstenaste sustave grijanja, uključujući mrežne crpne jedinice i uređaje za prigušivanje, napajane iz jednog ili više izvora. Proračun grijanja može se izvesti uzimajući u obzir curenje iz distribucijske mreže i gubitke topline u cijevima za grijanje.

Da biste instalirali poseban program na PC, preuzmite na Internetu putem torrenta "Hidraulički proračun toplinskih mreža 3.5.2".

Struktura koraka definicije:

1. Definicija komutacije.
2. Provjera hidromehaničkog proračuna toplinske mreže.
3. Puštanje u pogon toplinsko-hidrauličkog proračuna glavnih i intra-četvrt cijevi.
4. Izbor dizajna opreme za grijanje.
5. Izračun piezometrijskog grafa.

Microsoft Excel Developer Tool

Microsoft Excel za hidraulički proračun u toplinskim mrežama je najpristupačniji alat korisnicima. Njegov sveobuhvatni uređivač proračunskih tablica može riješiti mnoge računske probleme. Međutim, pri izvođenju proračuna toplinskih sustava moraju se ispuniti posebni zahtjevi. Mogu se navesti:

• pronalaženje prethodnog odjeljka u smjeru medija;
• proračun promjera cijevi prema ovom uvjetnom pokazatelju i obrnuti izračun;
• postavljanje faktora korekcije za veličinu specifičnog gubitka glave prema podacima i ekvivalentnoj hrapavosti materijala cijevi;
• proračun gustoće medija iz njegove temperature.

Naravno, korištenje Microsoft Excela za hidraulički proračun u toplinskim mrežama ne omogućuje apsolutno pojednostavljenje tijeka proračuna, što u početku stvara relativno velike troškove rada.

Softver za hidromehanički proračun mreža ili paket GRTS - računalna aplikacija koja izvodi hidromehaničke proračune višecijevnih mreža, uključujući konfiguraciju slijepe ulice. GRTS platforma sadrži jezičnu funkcionalnost formula, što omogućujeutvrditi potrebne karakteristike proračuna i odabrati formule za točnost njihova određivanja. Zbog korištenja ove funkcionalnosti, kalkulator ima mogućnost samostalnog pronalaženja tehnologije izračuna i postavljanja potrebne složenosti.

Postoje dvije verzije aplikacije GRTS: 1.0 i 1.1. Na kraju, korisnik će dobiti sljedeće rezultate:

• izračun, koji pažljivo opisuje metodologiju izračuna;
• izvješće u tabličnom obliku;
• prijenos računalnih baza podataka u Microsoft Excel;
• piezometrijski graf;
• graf temperature nosača topline.

Aplikacija GRTS 1.1 smatra se najmodernijom modifikacijom i podržava najnovije standarde:

1. Proračun promjera cijevi na temelju zadanih tlakova na krajnjim točkama toplinskog dijagrama.
2. Platforma za pomoć je nadograđena. Tim "?" otvara područje pomoći aplikacije na zaslonu monitora.

Hidraulički proračun toplinskih mreža

Primjer izračuna prikazan je u nastavku.

Minimalni osnovni parametri potrebni za projektiranje cjevovodnog sustava uključuju:

1. Karakteristike i fizička svojstva tekućine.
2. Potreban protok mase (ili volumen) tranzitnog medija koji se transportira.
3. Tlak, temperatura na početnoj točki.
4. Tlak, temperatura i nadmorska visina na krajnjoj točki.
5. Razmak između dvije točke i ekvivalentna duljina (gubitak tlaka) instaliranih ventila i fitinga.

Ovi osnovni parametri potrebni su za projektiranje cjevovodnog sustava. Uz pretpostavku stabilnog protoka, postoji niz jednadžbi temeljenih na općoj energijskoj jednadžbi koje se mogu koristiti za projektiranje sustava cjevovoda.

Varijable povezane s tekućinom, parom ili dvofaznim protokom kondenzata utječu na rezultat izračuna. To dovodi do izvođenja i razvoja jednadžbi primjenjivih na određeni fluid. Iako sustavi cjevovoda i njihov dizajn mogu postati složeni, velika većina projektnih problema s kojima se inženjer suočava može se riješiti standardnim Bernoullijevim jednadžbama toka.

Osnovna jednadžba razvijena za predstavljanje stacionarnog protoka tekućine je Bernoullijeva jednadžba, koja pretpostavlja da je ukupna mehanička energija očuvana za stabilan, nestlačiv, neviscidan izotermni tok bez prijenosa topline. Ovi ograničavajući uvjeti mogu doista biti reprezentativni za mnoge fizičke sustave.

Gubici glave povezani s ventilima i spojevima također se mogu izračunati uzimajući u obzir ekvivalentne "duljine" dijelova cijevi za svaki ventil i spoj. Drugim riječima, izračunati gubitak glave uzrokovan prolaskom tekućine kroz ventil izražava se kao dodatna duljina cijevi koja se dodaje stvarnoj duljini cijevi pri izračunu pada tlaka.

Sve ekvivalentne duljine uzrokovane ventilima i spojevima u segmentucijevi će se zbrajati kako bi se izračunao pad tlaka za izračunati segment cijevi.

Rezimirajući, možemo reći da je cilj hidrauličkog proračuna toplinske mreže na krajnjoj točki pravedna raspodjela toplinskih opterećenja između pretplatnika toplinskih sustava. Ovdje vrijedi jednostavno načelo: svaki radijator – prema potrebi, odnosno veći radijator, koji je predviđen za pružanje veće količine grijanja prostora, trebao bi dobiti veći protok rashladne tekućine. Ispravno izveden mrežni izračun može osigurati ovaj princip.