Як зробити гідравлічний розрахунок системи опалення

У багатоквартирних будинках більшої частини областей Російської держави, як правило, використовується центральне теплопостачання, однак віднедавна стали набирати популярність системи автономного опалення. Як для першого, так і для другого випадку потрібне проведення гідравлічного розрахунку системи опалення.

Що таке гідравлічний розрахунок

Це третій етап в процесі створення теплової мережі. Він являє собою систему обчислень, що дозволяють визначити:

  • діаметр і пропускну здатність труб;
  • місцеві втрати тиску на ділянках;
  • вимоги гідравлічної ув’язки;
  • загальносистемні втрати тиску;
  • оптимальний витрата води.

Згідно з отриманими даними здійснюють підбір насосів.

Для сезонного житла, при відсутності в ньому електрики, підійде система опалення з природною циркуляцією теплоносія (посилання на огляд).

Основна мета гідравлічного розрахунку – забезпечити збіг розрахункових витрат за елементами ланцюга з фактичними (експлуатаційними) витратами. Кількість теплоносія, що надходить в радіатори, має створити тепловий баланс усередині будинку з урахуванням зовнішніх температур і тих, що задані користувачем для кожного приміщення згідно його функціональним призначенням (підвал +5, спальня +18 і т.д.).

Комплексні завдання – мінімізація витрат:

  1. капітальних – монтаж труб оптимального діаметру і якості;
  2. експлуатаційних:
    • залежність енерговитрат від гідравлічного опору системи;
    • стабільність і надійність;
    • безшумність.

Заміна централізованого режиму теплопостачання індивідуальних спрощує методику обчислень

Для автономного режиму застосовні 4 методу гідравлічного розрахунку системи опалення:

  1. за питомими втратами (стандартний розрахунок діаметра труб);
  2. по довжинах, наведеними до одного еквіваленту;
  3. за характеристиками провідності і опору;
  4. зіставлення динамічних тисків.

Два перших методу використовуються при незмінному перепаді температури в мережі.

Два останніх допоможуть розподілити гарячу воду по кільцях системи, якщо перепад температури в мережі перестане відповідати перепаду в стояках / відгалуженнях.

Так що краще набратися терпіння і взятися за справу самому. Треба розуміти, що практична мета гідравлічного розрахунку – це підбір прохідних перетинів труб і визначення перепаду тиску у всій системі, щоб вірно вибрати циркуляційний насос.

Примітка. Даючи рекомендації щодо виконання обчислень мається на увазі, що теплотехнічні розрахунки вже зроблені, і радіатори підібрані по потужності. Якщо ж ні, то доведеться йти старим шляхом: приймати теплову потужність кожного радіатора по квадратурі приміщення, але тоді точність розрахунку знизиться.

Загальна схема розрахунку виглядає таким чином:

  • підготовка аксонометрической схеми: коли вже виконаний розрахунок опалювальних приладів, то відома їх потужність, її треба нанести на креслення біля кожного радіатора;
  • визначення витрати теплоносія і діаметрів трубопроводів;
  • розрахунок опору системи і підбір циркуляційного насоса;
  • розрахунок обсягу води в системі і місткості розширювального бака.

Будь-гідравлічний розрахунок системи опалення починається з схеми, намальованої в 3 вимірах для наочності (аксонометрія). На неї наносяться всі відомі дані, як приклад візьмемо ділянку системи, зображений на кресленні:

аксонометрична схема

Винесіть дані в цю таблицю:

№ розрахункового участкаТепловая нагрузкаДліна

записати записати записати

Крок 1: вважаємо діаметр труб

В якості вихідних даних використовуються економічно обґрунтовані результати теплового розрахунку:

1а. Оптимальна різниця між гарячим (tг) і охолодженим (tо) теплоносієм для двотрубної системи – 20º

  • Δtco = tг- tо = 90º-70º = 20ºС 

1б. Витрата теплоносія G, кг / год – для однотрубної системи.

2. Оптимальна швидкість руху теплоносія – ν 0,3-0,7 м / с.

Чим менше внутрішній діаметр труб – тим вище швидкість. Досягаючи відмітки 0,6 м / с, рух води починає супроводжуватися шумом в системі.

3. Розрахункова швидкість теплопотока – Q, Вт.

Висловлює кількість тепла (W, Дж), переданого в секунду (одиницю часу τ):

Формула для розрахунку швидкості теплопотока

4. Розрахункова щільність води: ρ = 971,8 кг / м3 при tср = 80 ° С

5. Параметри ділянок:

УчастокДліна ділянки, мЧісло приладів N, шт

1 – 2 1.78 1
2 – 3 2.60 1
3 – 4 2.80 2
4 – 5 2.80 2
5 – 6 2.80 4
6 – 7 2.80
7 – 8 2.20
8 – 9 6.10 1
9 – 10 0.5 1
10 – 11 0.5 1
11 – 12 0.2 1
12 – 13 0.1 1
13 – 14 0.3 1
14 – 15 1.00 1

Для визначення внутрішнього діаметру по кожній ділянці зручно користуватися таблицею.

Розшифровка скорочень:

  • залежність швидкості руху води – ν, з
  • теплового потоку – Q, Вт
  • витрати води G, кг / год від внутрішнього діаметра труб

Ø 8Ø 10Ø 12Ø 15Ø 20Ø 25Ø 50

ν Q G v Q G v Q G v Q G v Q G v Q G v Q G
0.3 1226 53 0.3 1916 82 0.3 2759 119 0.3 4311 185 0.3 7664 330 0.3 11975 515 0.3 47901 2060
0.4 1635 70 0.4 2555 110 0.4 3679 158 0.4 5748 247 0.4 10219 439 0.4 15967 687 0.4 63968 2746
0.5 2044 88 0.5 3193 137 0.5 4598 198 0.5 7185 309 0.5 12774 549 0.5 19959 858 0.5 79835 3433
0.6 2453 105 0.6 3832 165 0.6 5518 237 0.6 8622 371 0.6 15328 659 0.6 23950 1030 0.6 95802 4120
0.7 2861 123 0.7 4471 192 0.7 6438 277 0.7 10059 433 0.7 17883 769 0.7 27942 1207 0.7 111768 4806

приклад

завдання: Підібрати діаметр труби для опалення вітальні площею 18 м², висота стелі 2,7 м.

Дані проекту:

  • двухтрубная схема розводки;
  • циркуляція – примусова (насос).

Середньостатистичні дані:

  • витрата потужності – 1 кВт на 30 м³
  • запас теплової потужності – 20%

Розрахунок:

  • обсяг приміщення: 18 * 2,7 = 48,6 м³
  • витрата потужності: 48,6 / 30 = 1,62 кВт
  • запас на випадок морозів: 1,62 * 20% = 0,324 кВт
  • підсумкова потужність: 1,62 + 0,324 = 1,944 кВт

Знаходимо в таблиці найбільш близьке значення Q:

Отримуємо інтервал внутрішнього діаметра: 8-10 мм.
Ділянка: 3-4.
Довжина ділянки: 2.8 метрів.

Крок 2: обчислення місцевих опорів

Щоб визначитися з матеріалом труб, необхідно порівняти показники їх гідравлічного опору на всіх ділянках опалювальної системи.

Фактори виникнення опору:

Труби для опалення

  • в самій трубі:
    • шорсткість;
    • місце звуження / розширення діаметра;
    • поворот;
    • протяжність.
  • в сполуках:
    • трійник;
    • кульовий кран;
    • прилади балансування.

Розрахунковим ділянкою є труба постійного діаметра з незмінним витратою води, відповідним проектному тепловому балансу приміщення.

Для визначення втрат беруться дані з урахуванням опору в регулюючої арматури:

  1. довжина труби на розрахунковому ділянці / l, м;
  2. діаметр труби розрахункового ділянки / d, мм;
  3. прийнята швидкість теплоносія / u, м / с;
  4. дані регулюючої арматури від виробника;
  5. довідкові дані:
    • коефіцієнт тертя / λ;
    • втрати на тертя / ΔРl, Па;
    • розрахункова щільність рідини / ρ = 971,8 кг / м3;
  6. технічні характеристики вироби:
    • еквівалентна шорсткість труби / kе мм;
    • товщина стінки труби / dн × δ, мм.

Для матеріалів з подібними значеннями kе виробники надають значення питомих втрат тиску R, Па / м по всьому сортаменту труб.

Щоб самостійно визначити питомі втрати на тертя / R, Па / м, досить знати зовнішній d труби, товщину стінки / dн × δ, мм та швидкість подачі води / W, м / с (або витрата води / G, кг / год).

Для пошуку гідросопротівленіе / ΔP в одній ділянці мережі підставляємо дані в формулу Дарсі-Вейсбаха:
Для сталевих і полімерних труб (з поліпропілену, поліетилену, скловолокна і т.д.) коефіцієнт тертя / λ найбільш точно обчислюється за формулою Альтшуля:
Re – число Рейнольдса, знаходиться за спрощеною формулою (Re = v * d / ν) або за допомогою онлайн-калькулятора:

Крок 3: гідравлічна ув’язка

Для балансування перепадів тиску знадобиться запірна і регулююча арматура.

Вихідні дані:

  • проектна навантаження (масова витрата теплоносія – води або низкозамерзающей рідини для систем опалення);
  • дані виробників труб по питомій динамічному опору / А, Па / (кг / год) ²;
  • технічні характеристики арматури.
  • кількість місцевих опорів на ділянці.

завдання: Вирівняти гідравлічні втрати в мережі.

У гідравлічному розрахунку для кожного клапана задаються установчі характеристики (кріплення, перепад тиску, пропускна здатність). За характеристиками опору визначають коефіцієнти затікання в кожен стояк і далі – в кожен прилад.

Фрагмент заводських характеристик поворотного затвора

Виберемо для обчислень метод характеристик опору S, Па / (кг / год) ².

Втрати тиску / ΔP, Па прямо пропорційні квадрату витрати води по ділянці / G, кг / год:

У фізичному сенсі S – це втрати тиску на 1 кг / год теплоносія:
де:

  • ξпр – наведений коефіцієнт для місцевих опорів ділянки;
  • А – динамічне питомий тиск, Па / (кг / год) ².

Питомою вважається динамічний тиск, що виникає при масовому витраті 1 кг / год теплоносія в трубі заданого діаметра (інформація надається виробником).

Σξ – доданок коефіцієнтів по місцевим опорам в ділянці.

Приведений коефіцієнт:
Він підсумовує всі місцеві опору:

З величиною:

яка відповідає коефіцієнту місцевого опору з урахуванням втрат від гідравлічного тертя.

Крок 4: визначення втрат

Гідравлічний опір в головному циркуляційному кільці представлено сумою втрат його елементів:

  • первинного контуру / ΔPIк;
  • місцевих систем / ΔPм;
  • теплогенератора / ΔPтг;
  • теплообмінника / ΔPто.

Сума величин дає нам гідравлічний опір системи / ΔPсо:

Найпопулярнішою є Excel.

Можна скористатися онлайн-розрахунком в Excel Online, CombiMix 1.0, або онлайн-калькулятором гідравлічного розрахунку. Стаціонарну програму підбирають з урахуванням вимог проекту.

Головні труднощі в роботі з такими програмами – незнання основ гідравліки. У деяких з них відсутні розшифровки формул, не розглядаються особливості розгалуження трубопроводів і обчислення опорів в складних ланцюгах.

Особливості програм:

  • HERZ C.O. 3.5 – проводить розрахунок за методом питомих лінійних втрат тиску.
  • DanfossCO і OvertopCO – вміють рахувати системи з природною циркуляцією.
  • «Потік» (Potok) – дозволяє застосовувати метод розрахунку зі змінним (ковзаючим) перепадом температур по стояках.

Слід уточнювати параметри введення даних по температурі – за Кельвіном / за Цельсієм.

Щоб визначити відносні тепловтрати на зчеплення в магістралі, застосовують наступне наближене рівняння: R = 510 4 v 1.9 / d 1,32 (Па / м). Застосування даного рівняння виправдано для швидкостей не більше 1,25 м / с.

Якщо відомо значення споживання гарячої води, то застосовують наближене рівняння для знаходження перетину всередині труби: d = 0,75 √G (мм). Після отримання результату потрібно звернутися до спеціальної таблиці, щоб отримати переріз умовного проходу.

Самим утомливих і вимагає великих витрат праці буде обчислення місцевого опору в сполучних частинах трубопроводу, що регулюють клапанах, засувках і опалювальних приладах.

Принцип роботи відкритої системи опалення з циркуляційним насосом

Введення вихідних даних

Вибирається осередок і вводиться величина. Вся інша інформація просто приймається до відома.

ЯчейкаВелічінаЗначеніе, позначення, одиниця вираження

D4 45,000 Витрата води G в т / год
D5 95,0 Температура на вході tвх в ° C
D6 70,0 Температура на виході tвих в ° C
D7 100,0 Внутрішній діаметр d, мм
D8 100,000 Довжина, L в м
D9 1,000 Еквівалентна шорсткість труб Δ в мм
D10 1,89 Сума коеф. місцевих опорів – Σ (ξ)

пояснення:

  • значення в D9 береться з довідника;
  • значення в D10 характеризує опору в місцях зварних швів.

Формули і алгоритми

Вибираємо комірки і вводимо алгоритм, а також формули теоретичної гідравліки.

ЯчейкаАлгорітмФормулаРезультатЗначеніе результату

D12 !ERROR! D5 does not contain a number or expression tср = (tвх + tвих) / 2 82,5 Середня температура води tср в ° C
D13 !ERROR! D12 does not contain a number or expression n = 0,0178 / (1 + 0,0337 * t ср + 0,000221 * tср2) 0,003368 Кінематичний коеф. в’язкості води – n, cм2 / с при t ср
D14 !ERROR! D12 does not contain a number or expression ρ = (- 0,003 * tср2-0,1511 * t ср + 1003, 1) / 1000 0,970 Середня щільність води ρ, т / м3 при tср
D15 !ERROR! D4 does not contain a number or expression G ‘= G * 1000 / (ρ * 60) 773,024 Витрата води G ‘, л / хв
D16 !ERROR! D4 does not contain a number or expression v = 4 * G: (ρ * π * (d: 1000) 2 * 3600) 1,640 Швидкість води v, м / с
D17 !ERROR! D16 does not contain a number or expression Re = v * d * 10 / n 487001,4 Число Рейнольдса Re
D18 !ERROR! Cell D17 does not exist λ = 64 / Re при Re≤2320
λ = 0,0000147 * Re при 2320≤Re≤4000
λ = 0,11 * (68 / Re + Δ / d) 0,25 при Re≥4000
0,035 Коефіцієнт гідравлічного тертя λ
D19 !ERROR! Cell D18 does not exist R = λ * v2 * ρ * 100 / (2 * 9,81 * d) 0,004645 Питомі втрати тиску на тертя R, кг / (см2 * м)
D20 !ERROR! Cell D19 does not exist dPтр = R * L 0,464485 Втрати тиску на тертя dPтр, кг / см2
D21 !ERROR! Cell D20 does not exist dPтр = dPтр * 9,81 * 10000 45565,9 і Па відповідно
D20
D22 !ERROR! D10 does not contain a number or expression dPмс = Σ (ξ) * v2 * ρ / (2 * 9,81 * 10) 0,025150 Втрати тиску в місцевих опорах dPмс в кг / см2
D23 !ERROR! Cell D22 does not exist dPтр = dPмс * 9,81 * 10000 2467,2 і Па відповідно D22
D24 !ERROR! Cell D20 does not exist dP = dPтр + dPмс 0,489634 Розрахункові втрати тиску dP, кг / см2
D25 !ERROR! Cell D24 does not exist dP = dP * 9,81 * 10000 48033,1 і Па відповідно D24
D26 !ERROR! Cell D25 does not exist S = dP / G2 23,720 Характеристика опору S, Па / (т / год) 2

пояснення:

  • значення D15 перераховується в літрах, так легше сприймати величину витрат;
  • осередок D16 – додаємо форматування за умовою: «Якщо v не влучає у діапазон 0,25 … 1,5 м / с, то фон комірки червоний / шрифт білий».

Для трубопроводів з перепадом висот входу і виходу до результатів додається статичний тиск: 1 кг / см2 на 10 м.

оформлення результатів

Авторське колірне рішення несе функціональне навантаження:

  • Світло-бірюзові осередки містять вихідні дані – їх можна змінювати.
  • Блідо-зелені осередок – вводяться константи або дані, мало схильні до змін.
  • Жовті осередки – допоміжні попередні розрахунки.
  • Світло-жовті осередки – результати розрахунків.
  • шрифти:
    • синій – вихідні дані;
    • чорний – проміжні / неголовні результати;
    • червоний – головні і остаточні результати гідравлічного розрахунку.

Результати в таблиці Ексель

Приклад від Олександра Воробйова

Приклад нескладного гідравлічного розрахунку в програмі Excel для горизонтальної ділянки трубопроводу.

Вихідні дані:

  • довжина труби100 метрів;
  • ø108 мм;
  • товщина стінки 4 мм.

Таблиця результатів розрахунку місцевих опорів

Ускладнюючи крок за кроком розрахунки в програмі Excel, ви краще освоюєте теорію і частково економите на проектних роботах. Завдяки грамотному підходу, ваша система опалення стане оптимальною за витратами і тепловіддачі.

Цілком коректним вважається приймати обсяг бака в розмірі десятої частини від усієї кількості води в системі, включаючи радіатори і водяну сорочку котла. Тому знову відкриваємо паспорта обладнання та знаходимо в них місткість 1 секції батареї і котлового бака.

Далі, розрахунок обсягу теплоносія в системі опалення виконується за простою схемою: обчислюється площа поперечного перерізу труби кожного діаметра і множиться на її довжину. Отримані значення підсумовуються, до них додаються паспортні дані, а потім від результату береться десята частина. Тобто, якщо у всій системі 150 л води, то місткість розширювального бака повинна складати 15 л.

Ссылка на основную публикацию