Hydraulický výpočet tepelných sítí: koncept, definice, metoda výpočtu s příklady, úkoly a návrhem

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Naposledy změněno: 2023-12-17 10:22

V hydraulickém výpočtu tepelných sítí se nastavuje celkový průtok hlavní teplé vody pro vytápění, klimatizaci, ventilaci a teplou vodu. Na základě takového výpočtu jsou stanoveny potřebné parametry čerpacího zařízení, výměníků a průměry potrubí hlavní sítě.

Něco o teorii a problémech

Hlavním úkolem hydraulického výpočtu tepelných sítí je výběr geometrických parametrů potrubí a standardních velikostí ovládacích prvků tak, aby bylo zajištěno:

• kvalitativní-kvantitativní distribuce chladicí kapaliny do jednotlivých topných zařízení;
• tepelně-hydraulická spolehlivost a ekonomická proveditelnost uzavřeného tepelného systému;
• optimalizace investičních a provozních nákladů organizace zásobování teplem.

Hydraulický výpočet tepelných sítí vytváří předpoklady pro to, aby topná a teplovodní zařízení dosahovala požadovaného výkonu při daném teplotním rozdílu. Například s T-grafem 150-70 ^oS se bude rovnat 80 ^{oS. Toho je dosaženo vytvořením požadovaného tlaku vody nebo tlaku chladicí kapaliny v každém bodu ohřevu.}

Takový předpoklad pro provoz tepelného systému je realizován kompetentním nastavením zařízení sítě v souladu s projektovými podmínkami, instalací zařízení na základě výsledků hydraulického výpočtu tepelných sítí.

Fáze síťové hydrauliky:

1. Výpočet před spuštěním.
2. Provozní předpis.

Počáteční hydraulika sítě probíhá:

• přes výpočty;
• metoda měření.

V Ruské federaci převládá metoda výpočtu, která určuje všechny parametry prvků systému zásobování teplem v jedné sídelní oblasti (dům, čtvrť, město). Bez toho bude síť deregulována a chladicí kapalina nebude přiváděna do horních pater vícepodlažních budov. Proto počátek výstavby jakéhokoli teplovodního zařízení, i toho nejmenšího, začíná hydraulickým výpočtem tepelných sítí.

Návrh schématu tepelných sítí

Před hydraulickými výpočty je provedeno předběžné schéma hlavního vedení s uvedením délky L v metrech a D inženýrských potrubí v mm a předpokládané objemy síťové vody pro návrhové části schématu. Tlakové ztráty v soustavách zásobování teplem dělíme na lineární, vznikající v souvislosti stření média o stěny potrubí a ztráty v úsecích způsobené místním konstrukčním odporem v důsledku přítomnosti T-kusů, ohybů, kompenzátorů, ohybů a dalších zařízení.

Příklad výpočtu hydraulického výpočtu tepelných sítí:

1. Nejprve se provede rozšířený výpočet, aby se určil maximální výkon sítě, který může obyvatelům plně poskytnout služby vytápění.
2. Po dokončení jsou stanoveny kvalitativní a kvantitativní ukazatele hlavní a vnitročtvrťové sítě, včetně konečného tlaku a teploty nosiče na vstupních uzlech spotřebitelů tepla s přihlédnutím k tepelným ztrátám.
3. Proveďte zkušební hydraulický výpočet topného systému a dodávky teplé vody.
4. Stanovují skutečné náklady v částech schématu a na vstupech do obytných zařízení, množství tepla přijatého předplatiteli při výpočtu teploty chladicí kapaliny v přívodním vodovodním potrubí topných systémů a dostupný tlak ve výstupním potrubí, zdůvodnění hydrotermálních režimů, předpokládaná teplota uvnitř obytných prostor.
5. Určete požadovanou výstupní teplotu přívodu tepla.
6. Nastavte maximální velikost T ohřáté vody na výstupu z kotelny nebo jiného zdroje tepla, získanou na základě hydraulického výpočtu tepelné sítě. Musí zajistit vnitřní hygienické normy.

Uplatnění normativní metody

Hydraulika sítí se provádí na základě tabulek maximálních hodinových tepelných zátěží a schématu dodávky tepla pro město nebo okres s uvedením zdrojů, umístění hlavních,vnitropodnikové a vnitropodnikové inženýrské systémy, s vyznačením hranic bilančního vlastnictví vlastníků sítí. Hydraulický výpočet potrubí tepelných sítí každého úseku až do výše uvedeného schématu se provádí samostatně.

Tato metoda výpočtu se používá nejen pro topné sítě, ale také pro všechna potrubí přepravující kapalná média, včetně plynového kondenzátu a jiných chemických kapalných médií. U potrubních systémů zásobování teplem je třeba provést změny, které zohlední kinematickou viskozitu a hustotu nosiče. To je způsobeno skutečností, že tyto charakteristiky ovlivňují specifickou tlakovou ztrátu v potrubí a rychlost proudění souvisí s hustotou tranzitního média.

Parametry hydraulického výpočtu sítě ohřevu vody

Spotřeba tepla Q a množství chladiva G pro parcely jsou uvedeny v tabulce maximálních ukazatelů hodinové spotřeby tepla pro zimní a letní sezónu samostatně a odpovídají součtu spotřeby tepla za čtvrtletí zahrnuté v schéma.

Příklad hydraulického výpočtu tepelné sítě je uveden níže.

Vzhledem k tomu, že výpočty závisí na mnoha ukazatelích, provádějí se pomocí četných tabulek, diagramů, grafů, nomogramů, konečná hodnota spotřeby tepla Q pro systémy vytápění domu se získá interpolací.

Množství kapaliny cirkulující v topné síti m3/hod je při výpočtu hydraulického režimu topné sítě určeno vzorcem:

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

• G – spotřeba operátora, m3/hodinu;
• D – průměr potrubí, mm;
• V - rychlost proudění, m/s.

Lineární tlakové ztráty v hydraulickém výpočtu tepelných sítí jsou převzaty ze speciálních tabulek. Při instalaci topných systémů se do nich instalují desítky a stovky pomocných prvků: ventily, armatury, odvzdušňovací otvory, kolena a další, vytvářející odpor vůči tranzitnímu médiu.

Příčiny poklesu tlaku v potrubí mohou také zahrnovat vnitřní stav materiálů potrubí a přítomnost usazenin soli na nich. Hodnoty koeficientů používané v technických výpočtech jsou uvedeny v tabulkách.

Standardní metodologie a procesní kroky

Podle způsobu hydraulického výpočtu tepelných sítí se provádí ve dvou fázích:

1. Výstavba schématu topné sítě, na kterém jsou očíslovány úseky, nejprve v oblasti centrální dálnice - delší a objemnější síťová linka z hlediska zatížení od místa připojení k více zařízení pro vzdálenou spotřebu.
2. Výpočet tlakové ztráty každého úseku potrubí, schéma. Provádí se pomocí tabulek a nomogramů, které jsou označeny požadavky státních norem a norem.

Nejprve se provedou výpočty pro hlavní dálnici podle nákladů stanovených podle schématu. Současně se používají referenční data specifických tlakových ztrát v sítích.

Po výpočtu průměrů trubek vypočítají:

1. Počet kompenzátorů podle schématu.
2. Odpory na skutečně instalovaných prvcíchtopné sítě.

Ztráta hlavy se vypočítává pomocí vzorců a nomogramů. S těmito údaji v celé síti se pak vypočítá hydromechanický režim jednotlivých úseků od místa rozdělení toku až ke koncovému uživateli.

Výpočty jsou spojeny s výběrem průměrů odboček. Rozdíl není větší než 10 %. Nadměrný tlak v topném systému se uhasí v uzlech výtahu, škrticích tryskách nebo automatických regulátorech ve výkonných bodech domu.

S dostupným tlakem hlavního topného systému a větví nejprve nastavte přibližný specifický odpor Rm, Pa/m.

Výpočty využívají tabulky, nomogramy pro hydraulický výpočet potrubí tepelných sítí a další referenční literaturu, povinná pro všechny etapy, kterou lze snadno najít na internetu a ve speciální literatuře.

Doprava teplé vody

Algoritmus schématu výpočtu je stanoven regulační a technickou dokumentací, státními a hygienickými normami a je prováděn v přísném souladu se zavedeným postupem.

V článku je uveden příklad výpočtu hydraulického výpočtu otopné soustavy. Postup se provádí v následujícím pořadí:

1. Na schváleném schématu zásobování teplem města a městské části jsou vyznačeny uzlové body výpočtu, zdroj tepla, trasování inženýrských sítí s uvedením všech větví, připojených spotřebních objektů.
2. Vyjasněte hranice vlastnictví spotřebitelských sítí v rozvaze.
3. Přidělte grafu čísla podle schématu, počínaje číslovánímod zdroje ke koncovému uživateli.

Systém číslování by měl jasně oddělovat typy sítí: hlavní intra-kvartál, inter-house od tepelného vrtu k hranicím rozvahy, zatímco místo je nastaveno jako segment sítě, ohraničený dvě větve.

V diagramu jsou uvedeny všechny parametry hydraulického výpočtu hlavní tepelné sítě z centrální výtopny:

• Q – GJ/hodina;
• G m3/hod;
• D - mm;
• V – m/s;
• L - délka sekce, m.

Výpočet průměru je nastaven podle vzorce.

Sítě parního vytápění

Tato topná síť je určena pro systém zásobování teplem využívající nosič tepla ve formě páry.

Odlišnosti tohoto schématu od předchozího jsou způsobeny ukazateli teploty a tlakem média. Konstrukčně jsou tyto sítě kratší, ve velkých městech obvykle zahrnují pouze ty hlavní, tedy od zdroje k místu centrálního vytápění. Nejsou používány jako vnitrookresní a vnitropodnikové sítě, s výjimkou malých průmyslových areálů.

Schéma zapojení se provádí ve stejném pořadí jako u vodní chladicí kapaliny. Na sekcích jsou uvedeny všechny parametry sítě pro každou větev, údaje jsou převzaty ze souhrnné tabulky mezní hodinové spotřeby tepla s postupným sčítáním ukazatelů spotřeby od koncového spotřebitele ke zdroji.

Geometrické rozměrypotrubí se instaluje na základě výsledků hydraulického výpočtu, který se provádí v souladu se státními normami a pravidly, a zejména SNiP. Určující hodnotou je tlaková ztráta média plynného kondenzátu od zdroje dodávky tepla ke spotřebiteli. Při větší tlakové ztrátě a menší vzdálenosti mezi nimi bude rychlost pohybu velká a průměr parního potrubí bude potřeba menší. Výběr průměru se provádí podle speciálních tabulek na základě parametrů chladicí kapaliny. Poté se data zadají do kontingenčních tabulek.

Nosič tepla pro síť kondenzátu

Výpočet pro takovou tepelnou síť se výrazně liší od předchozích, protože kondenzát je současně ve dvou stavech - v páře a ve vodě. Tento poměr se mění, jak se pohybuje směrem ke spotřebiteli, to znamená, že pára je stále více vlhčí a nakonec se úplně změní na kapalinu. Proto se výpočty pro potrubí každého z těchto médií liší a jsou již zohledněny jinými normami, zejména SNiP 2.04.02-84.

Postup pro výpočet potrubí kondenzátu:

1. Tabulky nastavují vnitřní ekvivalentní drsnost trubek.
2. Ukazatele tlakové ztráty v potrubí v části sítě, od výstupu chladicí kapaliny z čerpadel tepelného zásobování ke spotřebiteli, jsou akceptovány podle SNiP 2.04.02-84.
3. Výpočet těchto sítí nebere v úvahu spotřebu tepla Q, ale pouze spotřebu páry.

Konstrukční vlastnosti tohoto typu sítě významně ovlivňují kvalitu měření, protože potrubí protypy chladicí kapaliny jsou vyrobeny z černé oceli, síťové sekce po síťových čerpadlech vlivem netěsností vzduchu rychle korodují přebytečným kyslíkem, načež se tvoří nekvalitní kondenzát s oxidy železa, který způsobuje korozi kovů. Proto se v této části doporučuje instalovat nerezové potrubí. I když konečný výběr bude proveden až po dokončení studie proveditelnosti tepelné sítě.

Programy designu

Ztráty energie způsobené ventily, armaturami a koleny jsou způsobeny lokalizovanými poruchami proudění. Ke ztrátě energie dochází v konečném a ne nutně krátkém úseku potrubí, nicméně pro hydraulické výpočty se předpokládá, že celý objem této ztráty je zohledněn v místě umístění zařízení. U potrubních systémů s relativně dlouhým potrubím se často stává, že výsledné ztráty budou zanedbatelné v poměru k celkové tlakové ztrátě v potrubí.

Ztráta potrubí je měřena pomocí skutečných experimentálních dat a poté analyzována za účelem určení místního ztrátového faktoru, který lze použít k výpočtu ztráty fitinkem, protože se mění s průtokem kapaliny tímto zařízením.

Software Pipe Flow usnadňuje určování ztrát armatur a dalších ztrát ve výpočtech diferenčního tlaku, protože jsou dodávány s předinstalovanou databází ventilů, která obsahuje mnoho standardních faktorů pro ventily aarmatury různých velikostí. Čerpadlo se často používá uvnitř potrubního systému k přidání dodatečného tlaku k překonání třecích a jiných ztrát odporu.

Výkon čerpadla je určen křivkou. Dopravní výška produkovaná čerpadlem se mění s průtokem, nalezení provozního bodu na výkonnostní křivce čerpadla není vždy snadný úkol.

Pokud používáte hydraulický výpočetní program Pipe Flow Expert, je docela snadné najít přesný provozní bod na křivce čerpadla a zajistit, aby průtoky a tlaky byly v celém systému vyrovnány, abyste mohli učinit přesné rozhodnutí o návrhu potrubí.

Online výpočet se provádí za účelem výběru optimálního průměru, který poskytuje nejlepší provozní parametry, nízkou tlakovou ztrátu a vysokou rychlost pohybu média, což zajistí dobré technické a ekonomické ukazatele topných sítí jako celku.

Minimalizuje námahu a poskytuje vyšší přesnost. Obsahuje všechny potřebné referenční tabulky a nomogramy. Ztráty na metr potrubí se tedy odebírají ve výši 81 - 251 Pa/m (8,1 - 25,1 mm vodního sloupce), což závisí na materiálu potrubí. Rychlost vody v systému závisí na průměru instalovaného potrubí a je zvolena v určitém rozsahu. Nejvyšší rychlost vody pro topné sítě je 1,5 m/s. Výpočet navrhuje hraniční hodnoty rychlosti vody v potrubí s vnitřním průměrem:

1. 15,0mm-0,3m/s;
2. 20,0mm-0,65m/s;
3. 25, 0 mm – 0,8 m/s;
4. 32,0 mm–1,0 m/s.
5. Pro jiné průměry ne více než 1,5 m/s.
6. Pro potrubí protipožárních systémů je povolena střední rychlost až 5,0 m/s.

Instrumentální geoinformační systém

GIS Zulu - geoinformační program pro hydraulický výpočet tepelných sítí. Společnost se specializuje na studium GIS aplikací, které vyžadují vizualizaci 3D geodat ve vektorové a rastrové verzi, topologické studie a jejich vztah k sémantickým databázím. Zulu vám umožňuje vytvářet různé plány a pracovní postupy, včetně tepelných a parních sítí pomocí topologie, umí pracovat s rastry a získávat data z různých databází, jako je BDE nebo ADO.

Výpočty jsou prováděny v úzké integraci s geoinformačním systémem, jsou prováděny ve verzi rozšířeného modulu. Síť je elementární a názorně zadávána do GIS pomocí myši nebo podle zadaných souřadnic. Poté se okamžitě vytvoří schéma výpočtu. Poté se nastaví parametry obvodů a potvrdí se zahájení procesu. Výpočty jsou aplikovány na slepé a kruhové topné systémy, včetně síťových čerpacích jednotek a škrticích zařízení, napájených z jednoho nebo více zdrojů. Výpočet vytápění lze provést s ohledem na úniky z rozvodů a tepelné ztráty v topných potrubích.

Chcete-li nainstalovat speciální program na PC, stáhněte si z internetu přes torrent "Hydraulický výpočet tepelných sítí 3.5.2".

Struktura kroků definice:

1. Definice komutace.
2. Kontrola hydromechanického výpočtu topné sítě.
3. Uvedení do provozu tepelně-hydraulický výpočet hlavního potrubí a potrubí uvnitř čtvrtletí.
4. Výběr návrhu zařízení topné sítě.
5. Výpočet piezometrického grafu.

Vývojářský nástroj Microsoft Excel

Microsoft Excel pro hydraulické výpočty v tepelných sítích je pro uživatele nejdostupnějším nástrojem. Jeho komplexní tabulkový editor dokáže vyřešit mnoho výpočetních problémů. Při provádění výpočtů tepelných systémů však musí být splněny speciální požadavky. Mohou být uvedeny:

• hledání předchozí části směrem k médiu;
• výpočet průměru potrubí podle tohoto podmíněného ukazatele a zpětný výpočet;
• nastavení korekčního faktoru pro velikost specifické tlakové ztráty podle údajů a ekvivalentní drsnosti materiálu trubky;
• výpočet hustoty média z jeho teploty.

Použití Microsoft Excelu pro hydraulické výpočty v tepelných sítích samozřejmě neumožňuje absolutně zjednodušit průběh výpočtů, což zpočátku vytváří poměrně velké mzdové náklady.

Software pro hydromechanické výpočty sítí nebo balíček GRTS - počítačová aplikace provádějící hydromechanické výpočty vícetrubkových sítí včetně slepé konfigurace. Platforma GRTS obsahuje jazykovou funkcionalitu vzorců, což umožňujestanovit potřebné charakteristiky výpočtu a vybrat vzorce pro přesnost jejich určení. Díky použití této funkce má kalkulačka schopnost samostatně najít technologii výpočtu a nastavit požadovanou složitost.

Existují dvě verze aplikace GRTS: 1.0 a 1.1. Na konci uživatel obdrží následující výsledky:

• kalkulace, která pečlivě popisuje metodiku výpočtu;
• přehled v tabulkové formě;
• převod výpočetních databází do Microsoft Excel;
• piezometrický graf;
• graf teploty nosiče tepla.

Aplikace GRTS 1.1 je považována za nejmodernější modifikaci a podporuje nejnovější standardy:

1. Výpočet průměrů potrubí na základě daných tlaků v koncových bodech tepelného diagramu.
2. Platforma nápovědy byla upgradována. Tým "?" otevře oblast nápovědy aplikace na obrazovce monitoru.

Hydraulický výpočet tepelných sítí

Příklad výpočtu je uveden níže.

Minimální základní parametry požadované pro návrh potrubního systému zahrnují:

1. Charakteristiky a fyzikální vlastnosti kapaliny.
2. Požadovaný hmotnostní průtok (nebo objem) přepravovaného média.
3. Tlak, teplota ve výchozím bodě.
4. Tlak, teplota a nadmořská výška v koncovém bodě.
5. Vzdálenost mezi dvěma body a ekvivalentní délka (tlaková ztráta) nainstalovaných ventilů a armatur.

Tyto základní parametry jsou nezbytné pro návrh potrubního systému. Za předpokladu ustáleného průtoku existuje řada rovnic založených na obecné energetické rovnici, kterou lze použít k návrhu potrubního systému.

Proměnné související s průtokem kapaliny, páry nebo dvoufázového kondenzátu ovlivňují výsledek výpočtu. To vede k odvození a vývoji rovnic použitelných pro konkrétní tekutinu. Ačkoli se potrubní systémy a jejich konstrukce mohou stát složitými, drtivou většinu konstrukčních problémů, kterým čelí inženýr, lze vyřešit standardními Bernoulliho rovnicemi proudění.

Základní rovnicí vyvinutou pro reprezentaci stacionárního proudění tekutiny je Bernoulliho rovnice, která předpokládá, že celková mechanická energie je zachována pro stabilní, nestlačitelné, nevazké izotermické proudění bez přenosu tepla. Tyto omezující podmínky mohou skutečně reprezentovat mnoho fyzických systémů.

Hlavové ztráty spojené s ventily a armaturami lze také vypočítat s přihlédnutím k ekvivalentním "délkám" částí potrubí pro každý ventil a armaturu. Jinými slovy, vypočítaná tlaková ztráta způsobená kapalinou procházející ventilem je vyjádřena jako dodatečná délka potrubí, která se při výpočtu tlakové ztráty přičte ke skutečné délce potrubí.

Všechny ekvivalentní délky způsobené ventily a armaturami v segmentupotrubí se sečtou, aby se vypočítal pokles tlaku pro vypočítaný segment potrubí.

Shrneme-li, lze říci, že cílem hydraulického výpočtu tepelné sítě v koncovém bodě je spravedlivé rozložení tepelné zátěže mezi účastníky tepelných soustav. Platí zde jednoduchá zásada: každý radiátor – podle potřeby, tedy větší radiátor, který je určen k zajištění většího objemu vytápění prostoru, by měl dostat větší průtok chladicí kapaliny. Správně provedený výpočet sítě může zajistit tento princip.