Calcul hidraulic al rețelelor termice: concept, definiție, metodă de calcul cu exemple, sarcini și proiectare

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Modificat ultima dată: 2023-12-17 10:39

În calculul hidraulic al rețelelor de căldură se stabilește debitul total al apei calde principale pentru încălzire, aer condiționat, ventilație și apă caldă. Pe baza unui astfel de calcul, se determină parametrii necesari ai echipamentelor de pompare, schimbătoarelor de căldură și diametrelor conductelor rețelei principale.

Puțin despre teorie și probleme

Sarcina principală a calculului hidraulic al rețelelor de căldură este selectarea parametrilor geometrici ai conductei și a dimensiunilor standard ale elementelor de control pentru a asigura:

• distribuția calitativ-cantitativă a lichidului de răcire pe dispozitivele individuale de încălzire;
• fiabilitatea termo-hidraulică și fezabilitatea economică a unui sistem termic închis;
• optimizarea costurilor de investiții și operare ale organizației de furnizare a căldurii.

Calculul hidraulic al rețelelor de căldură creează condițiile preliminare pentru ca dispozitivele de încălzire și apă caldă să atingă puterea necesară la o diferență de temperatură dată. De exemplu, cu o diagramă T de 150-70 ^oS, va fi egal cu 80 ^{oS. Acest lucru se realizează prin crearea presiunii necesare apei sau a lichidului de răcire la fiecare punct de încălzire.}

O astfel de condiție prealabilă pentru funcționarea sistemului termic este implementată prin configurarea competentă a echipamentelor de rețea în conformitate cu condițiile de proiectare, instalarea de echipamente pe baza rezultatelor calculului hidraulic al rețelelor termice.

Etape ale sistemului hidraulic al rețelei:

1. Calcul înainte de lansare.
2. Regulament operațional.

Hidraulică inițială a rețelei în curs:

• prin calcule;
• metoda de măsurare.

În Federația Rusă, metoda de calcul este predominantă, determinând toți parametrii elementelor sistemului de alimentare cu căldură într-o singură zonă de așezare (casă, cartier, oraș). Fără aceasta, rețeaua va fi dereglată, iar lichidul de răcire nu va fi furnizat la etajele superioare ale clădirilor cu mai multe etaje. De aceea începerea construcției oricărei instalații de alimentare cu căldură, chiar și cea mai mică, începe cu un calcul hidraulic al rețelelor de căldură.

Elaborarea unei diagrame a rețelelor termice

Înainte de calcule hidraulice se realizează o schemă preliminară a liniei principale indicând lungimea L în metri și D a conductelor inginerești în mm și volumele estimate de apă din rețea pentru secțiunile de proiectare ale schemei. Pierderile de cap în sistemele de alimentare cu căldură sunt împărțite în liniare, care apar în legătură cufrecarea mediilor de pereții țevilor și pierderile în secțiuni cauzate de rezistența structurală locală din cauza prezenței unor teuri, coturi, compensatoare, coturi și alte dispozitive.

Exemplu de calcul al calculului hidraulic al rețelelor termice:

1. În primul rând, se efectuează un calcul extins pentru a determina performanța maximă a rețelei care poate oferi rezidenților servicii de încălzire.
2. La finalizare se stabilesc indicatorii calitativi și cantitativi ai rețelelor principale și intra-sferice, inclusiv presiunea finală și temperatura purtătorului la nodurile de intrare ale consumatorilor de căldură, ținând cont de pierderile de căldură.
3. Efectuați un calcul hidraulic de test al sistemului de încălzire și al alimentării cu apă caldă.
4. Se stabilesc costurile efective în secțiunile schemei și la intrările în instalațiile rezidențiale, cantitatea de căldură primită de abonați la calcularea temperaturii lichidului de răcire în conducta de alimentare cu apă a sistemelor de încălzire și presiunea disponibilă. în galeria de evacuare, rațiunea regimurilor hidrotermale, temperatura prevăzută în interiorul spațiilor rezidențiale.
5. Determinați temperatura dorită de alimentare cu căldură la ieșire.
6. Setați dimensiunea maximă T a apei încălzite la ieșirea din camera cazanului sau altă sursă de căldură, obținută pe baza calculului hidraulic al rețelei de căldură. Trebuie să asigure standarde de igienă interioară.

Aplicarea metodei normative

Hidraulica rețelelor se realizează pe baza tabelelor cu sarcini termice maxime orare și a unei scheme de alimentare cu căldură pentru un oraș sau cartier indicând sursele, locația principalului,sisteme de inginerie intra-trimestrială și intra-casă, cu desemnarea limitelor proprietății bilanțului deținătorilor de rețele. Calculul hidraulic al conductelor rețelelor de încălzire din fiecare secțiune până la schema de mai sus se efectuează separat.

Această metodă de calcul este utilizată nu numai pentru rețelele de încălzire, ci și pentru toate conductele care transportă medii lichide, inclusiv condens de gaz și alte medii lichide chimice. Pentru sistemele de alimentare cu căldură prin conducte, trebuie făcute modificări pentru a ține cont de vâscozitatea cinematică și densitatea purtătorului. Acest lucru se datorează faptului că aceste caracteristici afectează pierderea de sarcină specifică în conducte, iar viteza curgerii este legată de densitatea mediului de tranzit.

Parametrii calculului hidraulic al rețelei de încălzire a apei

Consumul de căldură Q și cantitatea de lichid de răcire G pentru parcele sunt indicate în tabelul indicatorilor maximi ai consumului orar de căldură pentru anotimpurile de iarnă și vară separat și corespund sumei consumului de căldură pentru trimestrele incluse în schema.

Un exemplu de calcul hidraulic al unei rețele de căldură este prezentat mai jos.

Deoarece calculele depind de mulți indicatori, ele sunt efectuate folosind numeroase tabele, diagrame, grafice, nomograme, valoarea finală a consumului de căldură Q pentru sistemele de încălzire interne se obține prin interpolare.

Cantitatea de fluid care circulă în rețeaua de încălzire m3/oră, la calcularea regimului hidraulic al rețelei de încălzire, este determinată de formula:

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

• G - consumul operatorului, m3/oră;
• D – diametrul conductei, mm;
• V - viteza curgerii, m/s.

Căderile de presiune lineare în calculul hidraulic al rețelelor de căldură sunt preluate din tabele speciale. În timpul instalării sistemelor de încălzire, în acestea sunt instalate zeci și sute de elemente auxiliare: supape, fitinguri, orificii de aerisire, coturi și altele, creând rezistență la mediul de tranzit.

Motivele scăderii presiunii în conducte pot include și starea internă a materialelor conductelor și prezența depunerilor de sare pe acestea. Valorile coeficienților utilizate în calculele tehnice sunt date în tabele.

Metodologie standard și pași ai procesului

Conform metodei de calcul hidraulic al rețelelor termice, se realizează în două etape:

1. Construirea unei scheme de rețea de încălzire, pe care sunt numerotate tronsoane, mai întâi în zona autostrăzii centrale - o linie de rețea mai lungă și mai voluminoasă în ceea ce privește sarcina de la punctul de conectare la o linie mai lungă și mai voluminoasă. instalație de consum la distanță.
2. Calculul pierderii de sarcină a fiecărei secțiuni de conductă, schemă. Se realizează folosind tabele și nomograme, care sunt indicate de cerințele normelor și standardelor de stat.

În primul rând, calculele pentru autostrada principală se efectuează în funcție de costurile stabilite conform schemei. În același timp, sunt utilizate date de referință ale pierderilor de presiune specifice în rețele.

În continuare, după ce au calculat diametrele țevilor, calculează:

1. Numărul de compensatori conform schemei.
2. Rezistențe pe elementele instalate efectivrețele de încălzire.

Pierderea capului este calculată prin formule și nomograme. Apoi, având aceste date în întreaga rețea, se calculează regimul hidromecanic al secțiunilor individuale de la locul de divizare a debitului până la utilizatorul final.

Calculele sunt legate de alegerea diametrelor conductelor de ramificație. Discrepanța nu este mai mare de 10%. Excesul de presiune din sistemul de încălzire este stins la nodurile liftului, duzele de accelerație sau autoregulatoarele din punctele executive ale casei.

Cu presiunea disponibilă a sistemului principal de încălzire și a ramurilor, setați mai întâi rezistența specifică aproximativă Rm, Pa/m.

Calculele folosesc tabele, nomograme pentru calculul hidraulic al conductelor rețelelor de căldură și alte literaturi de referință, obligatorii pentru toate etapele, este ușor de găsit pe Internet și literatură specială.

Transport cu apă caldă

Algoritmul schemei de calcul este stabilit prin documentație de reglementare și tehnică, standarde de stat și sanitare și se realizează în strictă conformitate cu procedura stabilită.

Articolul oferă un exemplu de calcul al calculului hidraulic al sistemului de încălzire. Procedura se efectuează în următoarea secvență:

1. Pe schema de alimentare cu energie termică aprobată a orașului și raionului, punctele nodale de calcul, sursa de căldură, trasarea sistemelor de inginerie sunt marcate cu indicarea tuturor ramurilor, obiectelor de consum conectate.
2. Clarificați limitele proprietății bilanțului rețelelor de consumatori.
3. Atribuiți numere plotului conform schemei, începând cu numerotareade la sursă la utilizatorul final.

Sistemul de numerotare ar trebui să separe în mod clar tipurile de rețele: intra-sfert principal, inter-casa de la puțul termic până la limitele bilanțului, în timp ce amplasamentul este stabilit ca un segment de rețea, delimitat de două ramuri.

Diagrama indică toți parametrii calculului hidraulic al rețelei principale de căldură de la centrala termică:

• Q - GJ/oră;
• G m3/oră;
• D - mm;
• V - m/s;
• L - lungimea secțiunii, m.

Calculul diametrului este stabilit de formula.

Rețele de încălzire cu abur

Această rețea de încălzire este proiectată pentru un sistem de alimentare cu căldură care folosește un purtător de căldură sub formă de abur.

Diferențele acestei scheme față de cea anterioară sunt cauzate de indicatorii de temperatură și presiunea mediului. Din punct de vedere structural, aceste rețele au o lungime mai scurtă; în orașele mari, ele le includ de obicei doar pe cele principale, adică de la sursă până la punctul central de încălzire. Acestea nu sunt utilizate ca rețele intra-cartier și intra-casă, cu excepția site-urilor industriale mici.

Schema circuitului este realizată în aceeași ordine ca și în cazul lichidului de răcire cu apă. Toți parametrii de rețea pentru fiecare ramură sunt indicați pe secțiuni, datele sunt preluate din tabelul rezumativ al consumului orar marginal de căldură, cu o însumare pas cu pas a indicatorilor de consum de la consumatorul final la sursă.

Dimensiuni geometriceconductele sunt instalate pe baza rezultatelor unui calcul hidraulic, care se efectuează în conformitate cu normele și regulile de stat, în special cu SNiP. Valoarea determinantă este pierderea de presiune a mediului gazos condensat de la sursa de alimentare cu căldură către consumator. Cu o pierdere de presiune mai mare și o distanță mai mică între ele, viteza de mișcare va fi mare, iar diametrul conductei de abur va trebui să fie mai mic. Alegerea diametrului se realizează conform unor tabele speciale, pe baza parametrilor lichidului de răcire. După aceea, datele sunt introduse în tabele pivot.

Transport de căldură pentru rețeaua de condens

Calculul pentru o astfel de rețea de căldură diferă semnificativ de cele anterioare, deoarece condensul este simultan în două stări - în abur și în apă. Acest raport se modifică pe măsură ce se deplasează către consumator, adică aburul devine din ce în ce mai umed și în cele din urmă se transformă complet într-un lichid. Prin urmare, calculele pentru conductele fiecăruia dintre aceste medii au diferențe și sunt deja luate în considerare de alte standarde, în special de SNiP 2.04.02-84.

Procedura de calcul al conductelor de condens:

1. Tabelele stabilesc rugozitatea echivalentă internă a țevilor.
2. Indicatorii pierderii de presiune în conductele din secțiunea de rețea, de la evacuarea lichidului de răcire de la pompele de alimentare cu căldură la consumator, sunt acceptați conform SNiP 2.04.02-84.
3. Calculul acestor rețele nu ține cont de consumul de căldură Q, ci doar de consumul de abur.

Caracteristicile de proiectare ale acestui tip de rețea afectează semnificativ calitatea măsurătorilor, deoarece conductele pentru acesttipurile de lichid de răcire sunt fabricate din oțel negru, secțiunile de rețea după pompele de rețea din cauza scurgerilor de aer se corodează rapid din excesul de oxigen, după care se formează condens de calitate scăzută cu oxizi de fier, care provoacă coroziunea metalului. Prin urmare, se recomandă instalarea conductelor din oțel inoxidabil în această secțiune. Deși alegerea finală se va face după finalizarea studiului de fezabilitate al rețelei de încălzire.

Programe de proiectare

Pierderile de energie datorate supapelor, fitingurilor și curbelor sunt cauzate de perturbări localizate de curgere. Pierderea de energie are loc într-o secțiune finită și nu neapărat scurtă a conductei, cu toate acestea, pentru calculele hidraulice, se presupune că întregul volum al acestei pierderi este luat în considerare la locația dispozitivului. Pentru sistemele de conducte cu conducte relativ lungi, este adesea cazul ca pierderile rezultate să fie neglijabile în raport cu pierderea totală de presiune în conductă.

Pierderea tubulaturii este măsurată utilizând date experimentale reale și apoi analizată pentru a determina un factor de pierdere local care poate fi utilizat pentru a calcula pierderea la fiting, deoarece variază în funcție de debitul de fluid prin acest dispozitiv.

Pipe Flow Software facilitează determinarea pierderilor de fiting și a altor pierderi în calculele de presiune diferențială, deoarece acestea sunt preîncărcate cu o bază de date de supape care conține mulți factori standard pentru supape șifitinguri de diferite dimensiuni. O pompă este adesea folosită în interiorul unui sistem de conducte pentru a adăuga presiune suplimentară pentru a depăși pierderile de rezistență prin frecare și alte pierderi.

Performanța pompei este determinată de curbă. Înălțimea produsă de pompă variază în funcție de debitul, găsirea punctului de funcționare pe curba de performanță a pompei nu este întotdeauna o sarcină ușoară.

Dacă utilizați programul de calcul hidraulic Pipe Flow Expert, este destul de ușor să găsiți punctul exact de funcționare pe curba pompei, asigurându-vă că debitele și presiunile sunt echilibrate în întregul sistem, pentru a lua o decizie de proiectare precisă conducte.

Calculul online se face pentru a selecta diametrul optim care oferă cei mai buni parametri de funcționare, pierderi de sarcină reduse și viteze mari de deplasare a mediilor, ceea ce va asigura indicatori tehnici și economici buni ai rețelelor de încălzire în ansamblu.

Minimizează efortul și oferă o precizie mai mare. Include toate tabelele de referință și nomogramele necesare. Astfel, pierderile pe metru de țevi sunt luate în valoare de 81 - 251 Pa / m (8,1 - 25,1 mm coloană de apă), care depinde de materialul țevilor. Viteza apei în sistem depinde de diametrul țevilor instalate și este selectată într-un interval specific. Cea mai mare viteză a apei pentru rețelele de încălzire este de 1,5 m/s. Calculul sugerează valorile limită ale vitezei apei în conductele cu un diametru interior:

1. 15,0 mm-0,3 m/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. Pentru alte diametre nu mai mult de 1,5 m/s.
6. Pentru conductele sistemelor de stingere a incendiilor, este permisă viteza medie de până la 5,0 m/s.

Sistem instrumental de geoinformații

GIS Zulu - program de geoinformare pentru calculul hidraulic al rețelelor termice. Compania este specializată în studiul aplicațiilor GIS care necesită vizualizarea geodatelor 3D în versiuni vectoriale și raster, studiul topologic și relația acestora cu bazele de date semantice. Zulu vă permite să creați diferite planuri și fluxuri de lucru, inclusiv rețele de căldură și abur folosind topologia, poate lucra cu rastere și poate achiziționa date din diferite baze de date, cum ar fi BDE sau ADO.

Calculele sunt realizate în strânsă integrare cu sistemul geoinformatic, sunt executate în versiunea modulului extins. Rețeaua este elementară și viu introdusă în GIS cu mouse-ul sau în funcție de coordonatele date. După aceea, se creează imediat o schemă de calcul. După aceea, parametrii circuitelor sunt setați și începerea procesului este confirmată. Calculele sunt aplicate sistemelor de încălzire în fundătură și inel, inclusiv unități de pompare din rețea și dispozitive de reglare, alimentate din una sau mai multe surse. Calculul încălzirii poate fi efectuat luând în considerare scurgerile din rețelele de distribuție și pierderile de căldură în conductele de încălzire.

Pentru a instala un program special pe un PC, descărcați de pe Internet prin torrent „Calcul hidraulic al rețelelor de căldură 3.5.2”.

Structura pașilor de definire:

1. Definiția comutației.
2. Verificarea calculului hidromecanic al rețelei de încălzire.
3. Darea în exploatare calculul termo-hidraulic al conductelor principale și intra-sfert.
4. Selecția de proiectare a echipamentelor de rețea de încălzire.
5. Calculul graficului piezometric.

Instrument pentru dezvoltatori Microsoft Excel

Microsoft Excel pentru calculul hidraulic în rețelele termice este cel mai accesibil instrument pentru utilizatori. Editorul său cuprinzător de foi de calcul poate rezolva multe probleme de calcul. Cu toate acestea, atunci când se efectuează calcule ale sistemelor termice, trebuie îndeplinite cerințe speciale. Acestea pot fi listate:

• găsirea secțiunii anterioare în direcția mediului;
• calcul diametrului conductei conform acestui indicator condiționat și calcul invers;
• setarea factorului de corecție pentru dimensiunea pierderii de sarcină specifice în funcție de date și de rugozitatea echivalentă a materialului țevii;
• calculul densității unui mediu din temperatura sa.

Desigur, utilizarea Microsoft Excel pentru calculul hidraulic în rețelele de căldură nu face posibilă simplificarea absolută a cursului calculelor, ceea ce creează inițial costuri relativ mari ale forței de muncă.

Software pentru calculul hidromecanic al rețelelor sau pachetul GRTS - o aplicație informatică care efectuează calcule hidromecanice ale rețelelor cu mai multe conducte, inclusiv o configurație de capăt. Platforma GRTS conține funcționalitatea de limbaj a formulelor, care permitestabiliți caracteristicile necesare calculului și selectați formule pentru acuratețea determinării lor. Datorită utilizării acestei funcționalități, calculatorul are capacitatea de a găsi în mod independent tehnologia de calcul și de a seta complexitatea necesară.

Există două versiuni ale aplicației GRTS: 1.0 și 1.1. La final, utilizatorul va primi următoarele rezultate:

• calcul, care descrie cu atenție metodologia de calcul;
• raport în formă tabelară;
• transfer de baze de date computaționale în Microsoft Excel;
• grafic piezometric;
• Graficul temperaturii agentului termic

Aplicația GRTS 1.1 este considerată cea mai modernă modificare și acceptă cele mai recente standarde:

1. Calculul diametrelor conductei pe baza presiunilor date la punctele finale ale diagramei termice.
2. Platforma de ajutora fost actualizată. Echipa "?" deschide zona de ajutor a aplicației pe ecranul monitorului.

Calcul hidraulic al rețelelor de căldură

Un exemplu de calcul este prezentat mai jos.

Parametrii de bază minimi necesari pentru proiectarea unui sistem de conducte includ:

1. Caracteristicile și proprietățile fizice ale lichidului.
2. Debitul de masă necesar (sau volumul) al mediului de tranzit care urmează să fie transportat.
3. Presiune, temperatura la punctul de pornire.
4. Presiune, temperatură și altitudine la punctul final.
5. Distanța dintre două puncte și lungimea echivalentă (pierderea de presiune) a supapelor și fitingurilor instalate.

Acești parametri de bază sunt necesari pentru proiectarea sistemului de conducte. Presupunând un flux constant, există o serie de ecuații bazate pe ecuația generală a energiei care pot fi utilizate pentru a proiecta un sistem de conducte.

Variabilele asociate cu fluxul de lichid, abur sau condens în două faze afectează rezultatul calculului. Aceasta conduce la derivarea și dezvoltarea ecuațiilor aplicabile unui anumit fluid. Deși sistemele de conducte și proiectarea lor pot deveni complexe, marea majoritate a problemelor de proiectare cu care se confruntă un inginer pot fi rezolvate prin ecuațiile standard ale debitului Bernoulli.

Ecuația de bază dezvoltată pentru a reprezenta fluxul staționar de fluid este ecuația Bernoulli, care presupune că energia mecanică totală este conservată pentru un flux izotermic constant, incompresibil, neviscid, fără transfer de căldură. Aceste condiții limitatoare pot fi într-adevăr reprezentative pentru multe sisteme fizice.

Pierderile de sarcină asociate supapelor și fitingurilor pot fi, de asemenea, calculate ținând cont de „lungimile” echivalente ale secțiunilor de țeavă pentru fiecare supapă și fiting. Cu alte cuvinte, pierderea de sarcină calculată cauzată de fluidul care trece prin supapă este exprimată ca o lungime suplimentară a conductei care se adaugă la lungimea reală a conductei atunci când se calculează căderea de presiune.

Toate lungimile echivalente cauzate de supape și fitinguri din segmentțevile vor fi adăugate pentru a calcula căderea de presiune pentru segmentul de țeavă calculat.

Rezumând, putem spune că scopul calculului hidraulic al rețelei termice la punctul final este o distribuție corectă a sarcinilor termice între abonații sistemelor termice. Un principiu simplu se aplică aici: fiecare radiator - după cum este necesar, adică un radiator mai mare, care este proiectat să ofere un volum mai mare de încălzire a spațiului, ar trebui să primească un debit mai mare de lichid de răcire. Calculul rețelei efectuat corect poate asigura acest principiu.