Hidraulički proračun toplotnih mreža: koncept, definicija, metoda proračuna sa primjerima, zadacima i dizajnom

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Zadnja izmjena: 2023-12-17 10:20

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

Malo o teoriji i problemima

Glavni zadatak hidrauličkog proračuna toplotnih mreža je odabir geometrijskih parametara cijevi i standardnih veličina kontrolnih elemenata kako bi se obezbijedilo:

• kvalitativno-kvantitativna distribucija rashladnog sredstva na pojedinačne uređaje za grijanje;
• termo-hidraulička pouzdanost i ekonomska izvodljivost zatvorenog termalnog sistema;
• optimizacija investicionih i operativnih troškova organizacije za snabdevanje toplotom.

Hidraulički proračun toplotnih mreža stvara preduslove da uređaji za grijanje i toplu vodu postignu potrebnu snagu pri datoj temperaturnoj razlici. Na primjer, sa T-grafikom od 150-70 ^oS, to će biti jednako 80 ^{oS. Ovo se postiže stvaranjem potrebnog pritiska vode ili rashladnog sredstva na svakoj tački grejanja.}

Ovakav preduslov za rad toplotnog sistema ostvaruje se kompetentnim postavljanjem mrežne opreme u skladu sa projektnim uslovima, ugradnjom opreme na osnovu rezultata hidrauličkog proračuna toplotnih mreža.

Fazije mrežne hidraulike:

1. Izračun prije lansiranja.
2. Operativna regulativa.

Početna mrežna hidraulika u toku:

• kroz kalkulacije;
• metoda mjerenja.

U Ruskoj Federaciji preovlađuje metod proračuna, koji određuje sve parametre elemenata sistema za snabdevanje toplotom u jednom naselju (kuća, kvart, grad). Bez toga, mreža će biti deregulisana, a rashladna tečnost neće biti isporučena na gornje spratove višespratnica. Zato početak izgradnje bilo kog, pa i najmanjeg, toplotnog objekta počinje hidrauličkim proračunom toplotnih mreža.

Izrada dijagrama toplotnih mreža

Prije hidrauličnih proračuna, radi se preliminarna šema magistralnog voda sa naznakom dužine L u metrima i D inženjerskih vodova u mm i procijenjene količine vode mreže za projektne dijelove šeme. Gubici glave u sistemima za opskrbu toplinom dijele se na linearne, koji nastaju u vezi satrljanje medija o zidove cijevi i gubici u presjecima uzrokovani lokalnim otporom konstrukcije zbog prisustva T-ova, krivina, kompenzatora, krivina i drugih uređaja.

Primjer proračuna hidrauličkog proračuna toplotnih mreža:

1. Prvo se vrši uvećana kalkulacija kako bi se odredile maksimalne performanse mreže koje mogu u potpunosti pružiti stanovnicima usluge grijanja.
2. Po završetku uspostavljaju se kvalitativni i kvantitativni pokazatelji glavne i unutarkvartalne mreže, uključujući konačni pritisak i temperaturu nosača na ulaznim čvorovima potrošača topline, uzimajući u obzir gubitke topline.
3. Izvršite probni hidraulički proračun sistema grijanja i opskrbe toplom vodom.
4. Utvrđuju stvarne troškove u dijelovima šeme i na ulazima u stambene objekte, količinu topline koju primaju pretplatnici prilikom izračunavanja temperature rashladne tekućine u dovodnom vodovodu sistema grijanja i raspoloživog pritiska u izlaznom razvodniku, obrazloženje za hidrotermalne režime, predviđena temperatura unutar stambenih prostorija.
5. Odredite željenu izlaznu temperaturu dovoda topline.
6. Podesite maksimalnu veličinu T zagrejane vode na izlazu iz kotlarnice ili drugog izvora toplote, dobijenu na osnovu hidrauličkog proračuna toplotne mreže. Mora osigurati higijenske standarde u zatvorenom prostoru.

Primjena normativne metode

Hidraulika mreža se izvodi na osnovu tabela maksimalnih satnih toplotnih opterećenja i sheme opskrbe toplinom za grad ili okrug s naznakom izvora, lokacije glavne,intra-kvartalni i unutar-kućni inženjerski sistemi, sa naznakom granica bilansnog vlasništva vlasnika mreža. Hidraulički proračun cevovoda toplovodnih mreža svake sekcije do gornje šeme vrši se posebno.

Ova metoda proračuna se koristi ne samo za mreže grijanja, već i za sve cjevovode koji transportuju tečne medije, uključujući gasni kondenzat i druge hemijske tečne medije. Za cevovodne sisteme za snabdevanje toplotom, promene se moraju izvršiti kako bi se uzeli u obzir kinematička viskoznost i gustina nosača. To je zbog činjenice da ove karakteristike utiču na specifični gubitak glave u cijevima, a brzina protoka je povezana s gustinom tranzitnog medija.

Parametri hidrauličkog proračuna mreže za grijanje vode

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

Primjer hidrauličkog proračuna toplinske mreže je predstavljen ispod.

Budući da kalkulacije zavise od mnogih pokazatelja, vrše se korištenjem brojnih tabela, dijagrama, grafikona, nomograma, konačna vrijednost potrošnje toplote Q za sisteme grijanja u kući se dobija interpolacijom.

Količina tečnosti koja cirkuliše u mreži grejanja m3/sat, prilikom izračunavanja hidrauličkog režima grejne mreže, određuje se po formuli:

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

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

Linearni padovi pritiska u hidrauličkom proračunu toplotnih mreža uzeti su iz posebnih tabela. Prilikom ugradnje sistema grijanja u njih se ugrađuju na desetine i stotine pomoćnih elemenata: ventili, armature, ventilacioni otvori, krivine i drugo, stvarajući otpor prolaznom mediju.

Razlozi za pad pritiska u cjevovodima mogu uključivati i unutrašnje stanje materijala cijevi i prisustvo naslaga soli na njima. Vrijednosti koeficijenata korištenih u tehničkim proračunima date su u tabelama.

Standardna metodologija i koraci procesa

Prema metodi hidrauličkog proračuna toplotnih mreža, izvodi se u dve faze:

1. Izgradnja šeme toplovodne mreže, na kojoj su numerisane deonice, prvo u zoni centralnog magistralnog puta - duži i obimniji mrežni vod u smislu opterećenja od priključne tačke do većeg objekat daljinske potrošnje.
2. Proračun gubitka glave svake sekcije cijevi, shema. Izvodi se pomoću tabela i nomograma, koji su naznačeni zahtjevima državnih normi i standarda.

Prvo, kalkulacije za glavni autoput se provode prema troškovima postavljenim prema šemi. Istovremeno se koriste referentni podaci o specifičnim gubicima pritiska u mrežama.

Dalje, nakon što su izračunali prečnike cijevi, izračunavaju:

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

Gubitak glave se izračunava po formulama i nomogramima. Zatim, raspolažući ovim podacima u cijeloj mreži, izračunava se hidromehanički režim pojedinih dionica od mjesta podjele protoka do krajnjeg korisnika.

Proračuni su povezani sa izborom prečnika grana. Odstupanje nije veće od 10%. Višak pritiska u sistemu grejanja se gasi na čvorovima lifta, mlaznicama gasa ili autoregulatorima u izvršnim tačkama kuće.

Sa raspoloživim pritiskom glavnog sistema grijanja i ogranaka, prvo postavite približni specifični otpor Rm, Pa/m.

U proračunima se koriste tabele, nomogrami za hidraulički proračun cevovoda toplotnih mreža i druga referentna literatura, obavezna za sve faze, lako se može naći na internetu i specijalnoj literaturi..

Prevoz tople vode

Algoritam proračunske šeme utvrđen je regulatornom i tehničkom dokumentacijom, državnim i sanitarnim standardima i sprovodi se u strogom skladu sa utvrđenom procedurom.

U članku je dat primjer proračuna hidrauličkog proračuna sistema grijanja. Postupak se izvodi u sljedećem redoslijedu:

1. Na odobrenoj šemi toplotnog snabdevanja grada i okruga označene su čvorne tačke obračuna, izvor toplote, trasiranje inženjerskih sistema sa naznakom svih grana, priključenih potrošačkih objekata.
2. Pojasnite granice bilansnog vlasništva potrošačkih mreža.
3. Dodijelite brojeve parceli prema šemi, počevši od numeracijeod izvora do krajnjeg korisnika.

Sistem numeracije treba jasno razdvojiti tipove mreža: glavne unutarkvartne, inter-house od termalnog bunara do granica bilansa stanja, dok je lokacija postavljena kao segment mreže, ograđena dvije grane.

Diagram prikazuje sve parametre hidrauličkog proračuna glavne toplotne mreže iz stanice za centralno grijanje:

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

Izračun prečnika je postavljen po formuli.

Mreže parnog grijanja

Ova toplotna mreža je projektovana za sistem za snabdevanje toplotom koristeći nosač toplote u obliku pare.

Razlike ove šeme od prethodne su uzrokovane indikatorima temperature i pritiska medija. Strukturno, ove mreže su 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.

Šema strujnog kruga se izvodi istim redoslijedom kao i kod vodenog rashladnog sredstva. Svi parametri mreže za svaku granu su naznačeni na sekcijama, podaci su preuzeti iz zbirne tabele granične satne potrošnje toplotne energije, sa korak-po-korak zbirom indikatora potrošnje od krajnjeg potrošača do izvora.

Geometrijske dimenzijecjevovodi se postavljaju na osnovu 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 dovoda topline do potrošača. S većim gubitkom tlaka i manjim rastojanjem između njih, brzina kretanja će biti velika, a promjer parnog cjevovoda morat će biti manji. Izbor prečnika vrši se prema posebnim tabelama, na osnovu parametara rashladnog sredstva. Nakon toga, podaci se unose u pivot tabele.

Nosač toplote za kondenzacionu mrežu

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

Procedura za proračun cjevovoda kondenzata:

1. Tabele određuju internu ekvivalentnu hrapavost cijevi.
2. Indikatori gubitka pritiska u cevima u delu mreže, od izlaza rashladne tečnosti od pumpi za snabdevanje toplotom do potrošača, prihvaćeni su prema SNiP 2.04.02-84.
3. Proračun ovih mreža ne uzima u obzir potrošnju toplote Q, već samo potrošnju pare.

Konstruktivne karakteristike ove vrste mreže značajno utiču na kvalitet merenja, budući da su cjevovodi za ovuvrste rashladne tekućine su izrađene od crnog čelika, mrežni dijelovi nakon mrežnih pumpi zbog curenja zraka brzo korodiraju od viška kisika, nakon čega nastaje nekvalitetni kondenzat sa željeznim oksidima, što uzrokuje koroziju metala. Stoga se preporučuje ugradnja cjevovoda od nehrđajućeg čelika u ovom dijelu. Iako će konačan izbor biti napravljen nakon završetka studije izvodljivosti toplovodne mreže.

Programi za dizajn

Gubici energije zbog ventila, fitinga i krivina uzrokovani su lokaliziranim smetnjama protoka. Gubitak energije nastaje u konačnom i ne nužno kratkom dijelu cjevovoda, međutim, za hidraulične proračune, pretpostavlja se da se cjelokupni volumen ovog gubitka uzima u obzir na lokaciji uređaja. Za cevovodne sisteme sa relativno dugim cevima, često je slučaj da će rezultirajući gubici biti zanemarljivi u odnosu na ukupan gubitak pritiska u cevi.

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 fitinga jer varira s protokom tekućine kroz ovaj uređaj.

Softver za protok cijevi olakšava određivanje gubitaka pri montaži i drugih gubitaka u proračunima diferencijalnog tlaka jer dolaze unaprijed učitani s bazom podataka ventila koja sadrži mnoge standardne faktore za ventile iokovi raznih veličina. Pumpa se često koristi unutar sistema cjevovoda kako bi se dodao dodatni pritisak kako bi se savladali gubici zbog trenja i drugih otpora.

Performanse pumpe su određene krivom. Visina koju proizvodi pumpa varira sa protokom, pronalaženje radne tačke na krivulji performansi pumpe nije uvijek lak zadatak.

Ako koristite program za hidraulički proračun Pipe Flow Expert, prilično je lako pronaći tačnu radnu tačku na krivulji pumpe, osiguravajući da su tokovi i pritisci uravnoteženi u cijelom sistemu, kako bi se donijela tačna odluka o dizajnu cjevovodi.

Online kalkulacija se vrši u cilju odabira optimalnog prečnika koji obezbeđuje najbolje radne parametre, male gubitke glave i velike brzine kretanja medija, što će obezbediti dobre tehničke i ekonomske pokazatelje grejne mreže u celini.

Minimizira napor i pruža veću preciznost. Sadrži sve potrebne referentne tabele 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 sistemu zavisi od prečnika instaliranih cevi i bira se u određenom opsegu. Najveća brzina vode za toplovodne mreže je 1,5 m/s. Proračun predlaže granične vrijednosti brzine vode u cjevovodima sa unutrašnjim prečnikom:

1. 15.0mm-0.3m/s;
2. 20.0mm-0.65m/s;
3. 25, 0 mm - 0,8 m/s;
4. 32.0mm-1.0m/s.
5. Za druge prečnike ne više od 1,5 m/s.
6. Za cjevovode sistema za gašenje požara dozvoljena je srednja brzina do 5,0 m/s.

Instrumentalni geoinformacioni sistem

GIS Zulu - geoinformacioni program za hidraulički proračun toplotnih mreža. Kompanija je specijalizovana za proučavanje GIS aplikacija koje zahtevaju vizuelizaciju 3D geopodataka u vektorskim i rasterskim verzijama, topološke studije i njihov odnos sa semantičkim bazama podataka. Zulu vam omogućava da kreirate različite planove i tokove rada, uključujući toplotne i parne mreže koristeći topologiju, može raditi sa rasterima i prikupljati podatke iz različitih baza podataka, kao što su BDE ili ADO.

Proračuni se vrše u bliskoj integraciji sa geoinformacionim sistemom, izvode se u verziji proširenog modula. Mreža je elementarna i slikovito unesena u GIS mišem ili po zadatim koordinatama. Nakon toga se odmah kreira proračunska shema. Nakon toga se postavljaju parametri kola i potvrđuje se početak procesa. Proračuni se primjenjuju na slijepe i prstenaste sisteme grijanja, uključujući mrežne pumpne jedinice i uređaje za prigušivanje, napajane iz jednog ili više izvora. Proračun grijanja se može izvršiti uzimajući u obzir curenje iz distributivnih mreža i gubitke toplote u toplovodima.

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

Struktura koraka definicije:

1. Definicija komutacije.
2. Provjera hidromehaničkog proračuna toplinske mreže.
3. Puštanje u rad termo-hidrauličkog proračuna glavnih i intra-kvart cijevi.
4. Izbor dizajna opreme za grijanje.
5. Izračunavanje piezometrijskog grafa.

Microsoft Excel Developer Tool

Microsoft Excel za hidraulički proračun u termalnim mrežama je najpristupačniji alat za korisnike. Njegov sveobuhvatni uređivač proračunskih tablica može riješiti mnoge računske probleme. Međutim, prilikom izvođenja proračuna termičkih sistema moraju se ispuniti posebni zahtjevi. Ovo se može navesti:

• pronalaženje prethodnog odjeljka u smjeru medija;
• proračun prečnika cevi prema ovom uslovnom indikatoru i obrnuti proračun;
• podešavanje faktora korekcije za veličinu specifičnog gubitka glave prema podacima i ekvivalentnoj hrapavosti materijala cijevi;
• proračun gustine medija iz njegove temperature.

Naravno, upotreba Microsoft Excel-a za hidraulički proračun u toplotnim mrežama ne omogućava apsolutno pojednostavljenje toka proračuna, što u početku stvara relativno velike troškove rada.

Softver za hidromehanički proračun mreža ili paket GRTS - kompjuterska aplikacija koja izvodi hidromehaničke proračune višecevnih mreža, uključujući i konfiguraciju bezizlazne mreže. GRTS platforma sadrži jezičku funkcionalnost formula, što omogućavautvrditi potrebne karakteristike proračuna i odabrati formule za tačnost njihovog određivanja. Zbog upotrebe ove funkcionalnosti, kalkulator ima mogućnost da samostalno pronađe tehnologiju proračuna i postavi potrebnu složenost.

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

• kalkulacija, koja pažljivo opisuje metodologiju izračuna;
• izvještaj u tabelarnom obliku;
• prenos računskih baza podataka u Microsoft Excel;
• piezometrijski graf;
• grafikon temperature nosača toplote.

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

1. Proračun prečnika cevi na osnovu datih pritisaka na krajnjim tačkama termičkog dijagrama.
2. Platforma za pomoć je nadograđena. Tim "?" otvara oblast pomoći aplikacije na ekranu monitora.

Hidraulički proračun toplotnih mreža

Primjer obračuna je prikazan ispod.

Minimalni osnovni parametri potrebni za projektovanje sistema cjevovoda uključuju:

1. Karakteristike i fizička svojstva tečnosti.
2. Potreban protok mase (ili zapremine) tranzitnog medija koji se transportuje.
3. Pritisak, temperatura na početnoj tački.
4. Pritisak, temperatura i nadmorska visina na krajnjoj tački.
5. Razmak između dvije tačke i ekvivalentna dužina (gubitak pritiska) instaliranih ventila i fitinga.

Ovi osnovni parametri su neophodni za projektovanje cevovodnog sistema. Uz pretpostavku stabilnog protoka, postoji niz jednačina zasnovanih na opštoj energetskoj jednadžbi koje se mogu koristiti za projektovanje cevovodnog sistema.

Varijable povezane s tekućinom, parom ili dvofaznim protokom kondenzata utiču na rezultat proračuna. Ovo dovodi do izvođenja i razvoja jednačina primjenjivih na određeni fluid. Iako sistemi cjevovoda i njihov dizajn mogu postati složeni, velika većina projektnih problema sa kojima se suočava inženjer može se riješiti standardnim Bernoullijevim jednačinama protoka.

Osnovna jednačina razvijena za predstavljanje stacionarnog toka fluida je Bernoullijeva jednačina, koja pretpostavlja da je ukupna mehanička energija očuvana za stabilan, nestišljiv, neviscidan izotermni tok bez prijenosa topline. Ovi ograničavajući uslovi mogu zaista biti reprezentativni za mnoge fizičke sisteme.

Gubici glave povezani sa ventilima i fitingima se takođe mogu izračunati uzimajući u obzir ekvivalentne "dužine" sekcija cevi za svaki ventil i fiting. Drugim riječima, izračunati gubitak glave uzrokovan protokom fluida kroz ventil izražava se kao dodatna dužina cijevi koja se dodaje stvarnoj dužini cijevi kada se izračuna pad tlaka.

Sve ekvivalentne dužine uzrokovane ventilima i spojnicama u segmentucijevi će se sabrati kako bi se izračunao pad tlaka za izračunati segment cijevi.

Rezimirajući, možemo reći da je cilj hidrauličkog proračuna toplotne mreže na krajnjoj tački pravedna raspodela toplotnog opterećenja između pretplatnika toplotnih sistema. Ovdje se primjenjuje jednostavan princip: svaki radijator – po potrebi, odnosno veći radijator, koji je dizajniran da obezbijedi veću zapreminu grijanja prostora, treba da dobije veći protok rashladne tekućine. Ispravno izvršeni proračun mreže može osigurati ovaj princip.