Hydraulisk beräkning av värmenät: koncept, definition, beräkningsmetod med exempel, uppgifter och design

2024 Författare: Howard Calhoun | [email protected]. Senast ändrad: 2023-12-17 10:41

I den hydrauliska beräkningen av värmenätverk ställs det totala flödet av huvudvarmvattnet för uppvärmning, luftkonditionering, ventilation och varmvatten in. På grundval av en sådan beräkning bestäms de nödvändiga parametrarna för pumputrustning, värmeväxlare och rördiametrar för huvudnätet.

Lite om teori och problem

Huvuduppgiften för den hydrauliska beräkningen av värmenätverk är valet av de geometriska parametrarna för röret och standardstorlekarna på kontrollelementen för att tillhandahålla:

• kvalitativ-kvantitativ distribution av kylvätskan till individuella värmeenheter;
• termisk-hydraulisk tillförlitlighet och ekonomisk genomförbarhet av ett slutet termiskt system;
• optimering av investerings- och driftskostnader för värmeförsörjningsorganisationen.

Den hydrauliska beräkningen av värmenät skapar förutsättningar för värme- och varmvattenanordningar att nå erforderlig effekt vid en given temperaturskillnad. Till exempel, med ett T-diagram på 150-70 ^oS, blir det lika med 80 ^{oS. Detta uppnås genom att skapa det erforderliga vattentrycket eller kylvätsketrycket vid varje uppvärmningspunkt.}

En sådan förutsättning för driften av det termiska systemet implementeras genom att kompetent ställa in nätverksutrustningen i enlighet med konstruktionsvillkoren, installera utrustning baserad på resultaten av den hydrauliska beräkningen av termiska nätverk.

stadier av nätverkshydraulik:

1. Förlanseringsberäkning.
2. Driftsreglering.

Initial nätverkshydraulik pågår:

• genom beräkningar;
• mätmetod.

I Ryska federationen är beräkningsmetoden dominerande, den bestämmer alla parametrar för elementen i värmeförsörjningssystemet i ett enda bosättningsområde (hus, kvarter, stad). Utan detta kommer nätverket att avregleras och kylvätskan kommer inte att tillföras de övre våningarna i flervåningshus. Det är därför början av byggandet av en värmeförsörjningsanläggning, även den minsta, börjar med en hydraulisk beräkning av värmenätverk.

Utformning av ett diagram över värmenätverk

Före hydrauliska beräkningar utförs ett preliminärt schema för huvudledningen som anger längden L i meter och D för tekniska ledningar i mm och de uppskattade volymerna nätverksvatten för konstruktionssektionerna av schemat. Tryckförluster i värmeförsörjningssystem är uppdelade i linjära, uppkomna i samband medgnidning av media mot rörväggar och förluster i sektioner orsakade av lok alt strukturellt motstånd på grund av närvaron av T-stycken, böjar, kompensatorer, böjar och andra enheter.

Exempel på beräkning av hydraulisk beräkning av värmenät:

1. Först utförs en förstorad beräkning för att fastställa den maximala nätverksprestanda som fullt ut kan förse invånarna med värmetjänster.
2. När de är färdigställda fastställs de kvalitativa och kvantitativa indikatorerna för huvud- och intrakvartalsnäten, inklusive sluttrycket och temperaturen för bäraren vid värmeförbrukarnas inloppsnoder, med hänsyn tagen till värmeförluster.
3. Utför en hydraulisk provberäkning av värmesystemet och varmvattenförsörjningen.
4. De fastställer de faktiska kostnaderna i sektionerna av systemet och vid ingångarna till bostäder, mängden värme som mottas av abonnenter vid beräkning av temperaturen på kylvätskan i tillförselvattenledningen för värmesystem och det tillgängliga trycket i utloppsgrenröret, skälen till hydrotermiska regimer, den förutspådda temperaturen i bostadslokaler.
5. Bestämma önskad utloppsvärmetemperatur.
6. Ställ in den maximala storleken T för uppvärmt vatten vid utloppet av pannrummet eller annan värmekälla, erhållen på basis av den hydrauliska beräkningen av värmenätet. Den måste säkerställa inomhushygienstandarder.

Tillämpa den normativa metoden

Nätverkens hydraulik utförs på basis av tabeller över maximala värmebelastningar per timme och ett värmeförsörjningsschema för en stad eller ett distrikt som indikerar källor, plats för huvud,internt och internt tekniska system, med angivande av gränserna för balansräkningens ägande av nätägare. Hydraulisk beräkning av rörledningar i värmenätverk för varje sektion upp till ovanstående schema utförs separat.

Denna beräkningsmetod används inte bara för värmenätverk, utan också för alla rörledningar som transporterar flytande media, inklusive gaskondensat och andra kemiska flytande medier. För värmeförsörjningssystem i rörledningar måste ändringar göras för att ta hänsyn till kinematisk viskositet och bärartäthet. Detta beror på det faktum att dessa egenskaper påverkar den specifika tryckhöjdsförlusten i rör, och flödeshastigheten är relaterad till transportmediets densitet.

Parametrar för den hydrauliska beräkningen av vattenvärmenätverket

Värmeförbrukning Q och mängden kylvätska G för tomterna anges i tabellen över maximala indikatorer för värmeförbrukning per timme för vinter- och sommarsäsongen separat och motsvarar summan av värmeförbrukningen för de kvartal som ingår i schema.

Ett exempel på en hydraulisk beräkning av ett värmenät presenteras nedan.

Eftersom beräkningar beror på många indikatorer, utförs de med hjälp av ett flertal tabeller, diagram, grafer, nomogram. Det slutliga värdet på värmeförbrukningen Q för interna värmesystem erhålls genom interpolation.

Mängden vätska som cirkulerar i värmenätet m3/timme, vid beräkning av värmenätets hydrauliska läge, bestäms av formeln:

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

• G - operatörens förbrukning, m3/timme;
• D – rörledningsdiameter, mm;
• V - flödeshastighet, m/s.

Linjära tryckfall i den hydrauliska beräkningen av värmenät är hämtade från speciella tabeller. Under installationen av värmesystem installeras tiotals och hundratals hjälpelement i dem: ventiler, beslag, luftventiler, böjar och andra, vilket skapar motstånd mot transportmediet.

Orsakerna till tryckfallet i rörledningar kan också inkludera rörmaterialens inre tillstånd och förekomsten av s altavlagringar på dem. Koefficientvärdena som används i tekniska beräkningar anges i tabellerna.

Standardmetodik och processsteg

Enligt metoden för hydraulisk beräkning av värmenätverk utförs den i två steg:

1. Uppbyggnad av ett värmenätsystem, på vilket sektioner är numrerade, först i området för den centrala motorvägen - en längre och mer voluminös nätlinje i termer av belastning från anslutningspunkten till en mer fjärrkonsumtionsanläggning.
2. Beräkning av fallhöjd för varje rörsektion, schema. Det utförs med hjälp av tabeller och nomogram, som anges av kraven i statliga normer och standarder.

För det första utförs beräkningarna för huvudvägen enligt de kostnader som fastställts enligt schemat. Samtidigt används referensdata för specifika tryckförluster i nätverk.

Vidare, efter att ha beräknat diametern på rören, beräknar de:

1. Antal kompensatorer enligt schemat.
2. Motstånd på faktiskt installerade elementvärmenätverk.

Huvudförlust beräknas med formler och nomogram. Sedan, med dessa data i hela nätverket, beräknas den hydromekaniska regimen för individuella sektioner från platsen för flödesdelning upp till slutanvändaren.

Beräkningar är kopplade till valet av grenrörsdiametrar. Avvikelsen är inte mer än 10 %. Övertryck i värmesystemet släcks vid hissnoderna, gasspjällsmunstyckena eller autoregulatorerna i husets verkställande punkter.

Med det tillgängliga trycket för huvudvärmesystemet och grenarna, ställ först in det ungefärliga specifika motståndet Rm, Pa/m.

Beräkningarna använder tabeller, nomogram för hydraulisk beräkning av rörledningar i värmenät och annan referenslitteratur, obligatorisk för alla steg, det är lätt att hitta på Internet och speciallitteratur.

Varmvattentransport

Algorithmen för beräkningsschemat är etablerad av reglerande och teknisk dokumentation, statliga och sanitära standarder och utförs i strikt enlighet med det fastställda förfarandet.

Artikeln ger ett exempel på beräkningen av den hydrauliska beräkningen av värmesystemet. Proceduren utförs i följande ordning:

1. På det godkända värmeförsörjningsschemat för staden och distriktet är nodpunkterna för beräkning, värmekällan, spårning av tekniska system märkta med en indikation av alla grenar, anslutna konsumentobjekt.
2. Klargöra gränserna för balansräkningens ägande av konsumentnätverk.
3. Tilldela nummer till tomten enligt schemat, börja numreringenfrån källa till slutanvändare.

Numreringssystemet bör tydligt separera typerna av nätverk: huvudsakliga intra-kvartal, inter-house från den termiska brunnen till gränserna för balansräkningen, medan platsen är satt som ett segment av nätverket, omsluten av två grenar.

Diagrammet visar alla parametrar för den hydrauliska beräkningen av huvudvärmenätet från centralvärmestationen:

• Q - GJ/timme;
• G m3/timme;
• D - mm;
• V - m/s;
• L - sektionslängd, m.

Diameterberäkning ställs in med formeln.

Ångvärmenätverk

Detta värmenät är designat för ett värmeförsörjningssystem som använder en värmebärare i form av ånga.

Skillnader mellan det här schemat från det föregående orsakas av temperaturindikatorer och mediets tryck. Strukturellt är dessa nätverk kortare i längd; i stora städer inkluderar de vanligtvis bara de viktigaste, det vill säga från källan till centralvärmepunkten. De används inte som nätverk inom distriktet och inom huset, förutom för små industrianläggningar.

Kretsschemat utförs i samma ordning som med kylvattnet. Alla nätverksparametrar för varje gren är indikerade på sektionerna, data är hämtade från den sammanfattande tabellen över marginell timvärmeförbrukning, med en steg-för-steg summering av förbrukningsindikatorer från slutkonsument till källan.

Geometriska måttrörledningar installeras baserat på resultaten av en hydraulisk beräkning, som utförs i enlighet med statliga normer och regler, och i synnerhet SNiP. Det avgörande värdet är tryckförlusten för gaskondensatmediet från värmekällan till konsumenten. Med en större tryckförlust och ett mindre avstånd mellan dem kommer rörelsehastigheten att vara stor, och diametern på ångrörledningen måste vara mindre. Valet av diameter utförs enligt speciella tabeller, baserat på parametrarna för kylvätskan. Därefter läggs data in i pivottabeller.

Värmebärare för kondensatnätverk

Beräkningen för ett sådant värmenät skiljer sig väsentligt från de tidigare, eftersom kondensatet samtidigt är i två tillstånd - i ånga och i vatten. Detta förhållande förändras när det rör sig mot konsumenten, det vill säga ångan blir allt fuktigare och blir så småningom helt till en vätska. Därför har beräkningarna för rören för vart och ett av dessa medier skillnader och beaktas redan av andra standarder, särskilt SNiP 2.04.02-84.

Procedur för beräkning av kondensatrörledningar:

1. Tabellerna anger rörens inre ekvivalenta grovhet.
2. Indikatorer på tryckförlust i rör i nätdelen, från kylvätskeutloppet från värmepumparna till konsumenten, accepteras enligt SNiP 2.04.02-84.
3. Beräkningen av dessa nät tar inte hänsyn till värmeförbrukningen Q, utan endast ångförbrukningen.

Designfunktionerna för denna typ av nätverk påverkar avsevärt kvaliteten på mätningarna, eftersom rörledningar för dettatyper av kylvätska är gjorda av svart stål, nätverkssektioner efter nätverkspumpar på grund av luftläckor korroderar snabbt från överskott av syre, varefter lågkvalitetskondensat med järnoxider bildas, vilket orsakar metallkorrosion. Därför rekommenderas det att installera rörledningar av rostfritt stål i detta avsnitt. Även om det slutgiltiga valet kommer att göras efter slutförandet av förstudien av värmenätet.

Designprogram

Energiförluster på grund av ventiler, armaturer och böjar orsakas av lokala flödesstörningar. Energiförlust uppstår i en ändlig och inte nödvändigtvis kort sektion av rörledningen, men för hydrauliska beräkningar antas det att hela volymen av denna förlust tas med i beräkningen vid platsen för anordningen. För rörsystem med relativt långa rör är det ofta så att de resulterande förlusterna blir försumbara i förhållande till den totala tryckförlusten i röret.

Slangförlust mäts med hjälp av verkliga experimentdata och analyseras sedan för att bestämma en lokal förlustfaktor som kan användas för att beräkna passningsförlust eftersom den varierar med vätskeflödet genom denna enhet.

Rörflödesmjukvaran gör det enkelt att fastställa kopplingsförluster och andra förluster i differenti altrycksberäkningar eftersom de kommer förladdade med en ventildatabas som innehåller många standardfaktorer för ventiler ochbeslag av olika storlekar. En pump används ofta inuti ett rörsystem för att lägga till extra tryck för att övervinna friktions- och andra motståndsförluster.

Pumpens prestanda bestäms av kurvan. Tryckhöjden som produceras av pumpen varierar med flödeshastigheten, det är inte alltid lätt att hitta arbetspunkten på pumpens prestandakurva.

Om du använder det hydrauliska beräkningsprogrammet Pipe Flow Expert är det ganska lätt att hitta den exakta driftspunkten på pumpkurvan, vilket säkerställer att flöden och tryck är balanserade i hela systemet, för att kunna fatta ett korrekt designbeslut pipelines.

Online beräkning görs för att välja den optimala diametern som ger de bästa driftsparametrarna, låga tryckhöjdsförluster och höga mediarörelsehastigheter, vilket kommer att säkerställa bra tekniska och ekonomiska indikatorer för värmenätverk som helhet.

Det minimerar ansträngningen och ger högre noggrannhet. Den innehåller alla nödvändiga referenstabeller och nomogram. Således tas förluster per meter rör i mängden 81 - 251 Pa / m (8,1 - 25,1 mm vattenpelare), vilket beror på rörens material. Vattnets hastighet i systemet beror på diametern på de installerade rören och väljs i ett specifikt område. Den högsta vattenhastigheten för värmenät är 1,5 m/s. Beräkningen föreslår gränsvärdena för vattenhastigheten i rörledningar med en inre diameter:

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. För andra diametrar högst 1,5 m/s.
6. För rörledningar i brandbekämpningssystem är medelhastigheter upp till 5,0 m/s tillåten.

Instrumentellt geoinformationssystem

GIS Zulu - geoinformationsprogram för hydraulisk beräkning av värmenät. Företaget är specialiserat på studier av GIS-applikationer som kräver visualisering av 3D-geodata i vektor- och rasterversioner, topologiska studier och deras relation till semantiska databaser. Zulu låter dig skapa olika planer och arbetsflöden, inklusive värme- och ångnätverk med topologi, kan arbeta med raster och hämta data från olika databaser, som BDE eller ADO.

Beräkningarna utförs i nära integration med geoinformationssystemet, de exekveras i versionen av den utökade modulen. Nätverket är elementärt och levande in i GIS med musen eller enligt de givna koordinaterna. Därefter skapas omedelbart ett beräkningsschema. Därefter ställs parametrarna för kretsarna in och processens start bekräftas. Beräkningarna tillämpas på återvändsgränd och ringvärmesystem, inklusive nätverkspumpenheter och strypanordningar, som drivs från en eller flera källor. Värmeberäkning kan utföras med hänsyn till läckage från distributionsnät och värmeförluster i värmerör.

För att installera ett speciellt program på en PC, ladda ner på Internet via torrent "Hydraulisk beräkning av värmenätverk 3.5.2".

Definitionsstegens struktur:

1. Kommutationsdefinition.
2. Kontrollerar hydromekanisk beräkning av värmenätet.
3. Idrifttagning av termisk-hydraulisk beräkning av huvud- och kvartsrör.
4. Designval av utrustning för värmenätverk.
5. Beräkning av den piezometriska grafen.

Microsoft Excel Developer Tool

Microsoft Excel för hydraulisk beräkning i termiska nätverk är det mest tillgängliga verktyget för användare. Dess omfattande kalkylbladsredigerare kan lösa många beräkningsproblem. Vid beräkningar av termiska system måste dock särskilda krav uppfyllas. Dessa kan listas:

• hitta föregående avsnitt i mediets riktning;
• beräkning av rördiametern enligt denna villkorsindikator och omvänd beräkning;
• inställning av korrigeringsfaktorn för storleken på den specifika tryckhöjdsförlusten enligt data och motsvarande grovhet hos rörmaterialet;
• beräkning av ett mediums densitet utifrån dess temperatur.

Självklart gör användningen av Microsoft Excel för hydraulisk beräkning i värmenät det inte möjligt att absolut förenkla beräkningsförloppet, vilket initi alt skapar relativt stora arbetskostnader.

Programvara för hydromekanisk beräkning av nätverk eller paket GRTS - en datorapplikation som utför hydromekaniska beräkningar av flerrörsnätverk, inklusive en återvändsgränd konfiguration. GRTS-plattformen innehåller formlers språkfunktionalitet, vilket tillåterfastställa de nödvändiga egenskaperna för beräkningen och välj formler för noggrannheten i deras bestämning. Tack vare användningen av denna funktion har räknaren förmågan att självständigt hitta beräkningstekniken och ställa in den nödvändiga komplexiteten.

Det finns två versioner av GRTS-applikationen: 1.0 och 1.1. I slutet kommer användaren att få följande resultat:

• beräkning, som noggrant beskriver beräkningsmetoden;
• rapport i tabellform;
• överföring av beräkningsdatabaser till Microsoft Excel;
• piezometrisk graf;
• värmebärarens temperaturdiagram.

GRTS 1.1-applikationen anses vara den modernaste modifieringen och stöder de senaste standarderna:

1. Beräkning av rördiametrar baserat på givna tryck vid ändpunkterna av termodiagrammet.
2. Hjälpplattformen har uppgraderats. Team "?" öppnar hjälpområdet för applikationen på skärmen.

Hydraulisk beräkning av värmenät

Ett exempel på beräkningen visas nedan.

Minsta grundläggande parametrar som krävs för att designa ett rörsystem inkluderar:

1. Vätskans egenskaper och fysikaliska egenskaper.
2. Krävs massflöde (eller volym) av transportmediet som ska transporteras.
3. Tryck, temperatur vid startpunkten.
4. Tryck, temperatur och höjd vid ändpunkten.
5. Avstånd mellan två punkter och motsvarande längd (tryckförlust) på installerade ventiler och kopplingar.

Dessa grundläggande parametrar är nödvändiga för utformningen av rörsystemet. Om man antar ett stadigt flöde finns det ett antal ekvationer baserade på den allmänna energiekvationen som kan användas för att designa ett rörsystem.

Variabler förknippade med vätska, ånga eller tvåfas kondensatflöde påverkar beräkningsresultatet. Detta leder till härledning och utveckling av ekvationer som är tillämpliga på en viss vätska. Även om rörsystem och deras design kan bli komplexa, kan de allra flesta designproblem som en ingenjör står inför lösas med standard Bernoullis flödesekvationer.

Den grundläggande ekvationen som utvecklats för att representera stationärt vätskeflöde är Bernoullis ekvation, som antar att den totala mekaniska energin bevaras för ett stadigt, inkompressibelt, inviscid isotermiskt flöde utan värmeöverföring. Dessa begränsande villkor kan verkligen vara representativa för många fysiska system.

Högförluster förknippade med ventiler och kopplingar kan också beräknas genom att ta hänsyn till motsvarande "längder" av rörsektioner för varje ventil och koppling. Med andra ord, den beräknade tryckhöjden som orsakas av vätskan som passerar genom ventilen uttrycks som en extra rörlängd som läggs till den faktiska rörlängden vid beräkning av tryckfallet.

Alla motsvarande längder orsakade av ventiler och kopplingar i segmentetrör kommer att läggas samman för att beräkna tryckfallet för det beräknade rörsegmentet.

Sammanfattningsvis kan vi säga att målet med den hydrauliska beräkningen av värmenätet vid slutpunkten är en rättvis fördelning av värmelaster mellan abonnenter av termiska system. En enkel princip gäller här: varje radiator - efter behov, det vill säga en större radiator, som är konstruerad för att ge en större volym rumsuppvärmning, ska få ett större flöde av kylvätska. Korrekt utförd nätverksberäkning kan säkerställa denna princip.