Càlcul hidràulic de xarxes de calor: concepte, definició, mètode de càlcul amb exemples, tasques i disseny

2024 Autora: Howard Calhoun | [email protected]. Última modificació: 2023-12-17 10:21

En el càlcul hidràulic de xarxes de calor, s'estableix el cabal total de l'aigua calenta principal per a calefacció, aire condicionat, ventilació i aigua calenta. A partir d'aquest càlcul, es determinen els paràmetres necessaris dels equips de bombeig, els intercanviadors de calor i els diàmetres de canonades de la xarxa principal.

Una mica sobre la teoria i els problemes

La tasca principal del càlcul hidràulic de xarxes de calor és la selecció dels paràmetres geomètrics de la canonada i les mides estàndard dels elements de control per tal de proporcionar:

• distribució qualitativa-quantitativa del refrigerant a dispositius de calefacció individuals;
• fiabilitat termohidràulica i viabilitat econòmica d'un sistema tèrmic tancat;
• optimització de la inversió i els costos operatius de l'organització de subministrament de calor.

El càlcul hidràulic de les xarxes de calor crea les condicions prèvies perquè els dispositius de calefacció i aigua calenta assoleixin la potència requerida a una diferència de temperatura determinada. Per exemple, amb un gràfic T de 150-70 ^oS, serà igual a 80 ^{oS. Això s'aconsegueix creant la pressió d'aigua o de refrigerant necessària a cada punt de calefacció.}

Aquest prerequisit per al funcionament del sistema tèrmic s'implementa mitjançant la configuració competent de l'equip de xarxa d'acord amb les condicions de disseny, la instal·lació d'equips basats en els resultats del càlcul hidràulic de les xarxes tèrmiques.

Fases de la hidràulica de la xarxa:

1. Càlcul previ al llançament.
2. Normativa operativa.

Hidràulica inicial de la xarxa en curs:

• mitjançant càlculs;
• mètode de mesura.

A la Federació Russa, el mètode de càlcul és predominant, determina tots els paràmetres dels elements del sistema de subministrament de calor en una sola àrea d'assentament (casa, barri, ciutat). Sense això, la xarxa es desregularà i el refrigerant no es subministrarà als pisos superiors dels edificis de diverses plantes. És per això que l'inici de la construcció de qualsevol instal·lació de subministrament de calor, fins i tot la més petita, comença amb un càlcul hidràulic de les xarxes de calor.

Elaboració d'un diagrama de xarxes de calor

Abans dels càlculs hidràulics es realitza un esquema preliminar de la línia principal indicant la longitud L en metres i D dels conductes d'enginyeria en mm i els volums estimats d'aigua de xarxa per als trams de disseny de l'esquema. Les pèrdues de càrrega en els sistemes de subministrament de calor es divideixen en lineals, que sorgeixen en relació ambfregament dels mitjans contra les parets de les canonades i pèrdues en seccions causades per la resistència estructural local a causa de la presència de tees, corbes, compensadors, corbes i altres dispositius.

Exemple de càlcul de càlcul hidràulic de xarxes de calor:

1. Primer, es realitza un càlcul ampliat per determinar el rendiment màxim de la xarxa que pot oferir completament els serveis de calefacció als residents.
2. Un cop finalitzat, s'estableixen els indicadors qualitatius i quantitatius de les xarxes principal i intratrimestral, incloent la pressió final i la temperatura del portador als nodes d'entrada dels consumidors de calor, tenint en compte les pèrdues de calor..
3. Feu una prova de càlcul hidràulic del sistema de calefacció i el subministrament d'aigua calenta.
4. Estableixen els costos reals a les seccions de l'esquema i a les entrades a les instal·lacions residencials, la quantitat de calor rebuda pels abonats en calcular la temperatura del refrigerant a la canonada d'aigua de subministrament dels sistemes de calefacció i la pressió disponible al col·lector de sortida, la justificació dels règims hidrotèrmics, la temperatura prevista a l'interior dels locals residencials.
5. Determineu la temperatura de subministrament de calor de sortida desitjada.
6. Estableix la mida màxima T d'aigua calenta a la sortida de la sala de calderes o una altra font de calor, obtinguda a partir del càlcul hidràulic de la xarxa de calor. Ha de garantir els estàndards d'higiene interior.

Aplicació del mètode normatiu

La hidràulica de les xarxes es realitza a partir de taules de càrregues de calor màximes horàries i un esquema de subministrament de calor per a una ciutat o districte que indica fonts, ubicació de la principal,sistemes d'enginyeria intratrimestral i intracasa, amb la designació dels límits de la propietat del balanç dels propietaris de xarxes. El càlcul hidràulic de les canonades de les xarxes de calefacció de cada tram fins a l'esquema anterior es realitza per separat.

Aquest mètode de càlcul s'utilitza no només per a xarxes de calefacció, sinó també per a totes les canonades que transporten mitjans líquids, inclosos els condensats de gas i altres mitjans líquids químics. Per als sistemes de subministrament de calor de canonades, s'han de fer canvis per tenir en compte la viscositat cinemàtica i la densitat del portador. Això es deu al fet que aquestes característiques afecten la pèrdua de càrrega específica de les canonades, i la velocitat del flux està relacionada amb la densitat del medi de trànsit.

Paràmetres del càlcul hidràulic de la xarxa de calefacció d'aigua

El consum de calor Q i la quantitat de refrigerant G per a les parcel·les s'indiquen a la taula d'indicadors màxims de consum de calor horari per a les estacions d'hivern i estiu per separat i correspon a la suma del consum de calor dels trimestres inclosos en el esquema.

A continuació es presenta un exemple de càlcul hidràulic d'una xarxa de calor.

Com que els càlculs depenen de molts indicadors, es realitzen mitjançant nombroses taules, diagrames, gràfics, nomogrames, el valor final del consum de calor Q per als sistemes de calefacció interns s'obté per interpolació.

La quantitat de fluid que circula a la xarxa de calefacció m3/hora, quan es calcula el mode hidràulic de la xarxa de calefacció, ve determinada per la fórmula:

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

• G - consum de l'operador, m3/hora;
• D: diàmetre de la canonada, mm;
• V - velocitat del flux, m/s.

Les caigudes de pressió lineals en el càlcul hidràulic de les xarxes de calor es prenen de taules especials. Durant la instal·lació de sistemes de calefacció, s'hi instal·len desenes i centenars d'elements auxiliars: vàlvules, accessoris, sortides d'aire, corbes i altres, creant resistència al medi de trànsit.

Els motius de la caiguda de pressió a les canonades també poden incloure l'estat intern dels materials de les canonades i la presència de dipòsits de sal sobre ells. Els valors dels coeficients utilitzats en els càlculs tècnics es donen a les taules.

Metodologia estàndard i passos del procés

Segons el mètode de càlcul hidràulic de les xarxes de calor, es realitza en dues etapes:

1. Construcció d'un esquema de xarxa de calefacció, en què es numeran les seccions, primer a l'àrea de l'autopista central: una línia de xarxa més llarga i voluminosa en termes de càrrega des del punt de connexió fins a una línia més llarga i voluminosa. instal·lació de consum remot.
2. Càlcul de la pèrdua de càrrega de cada secció de canonada, esquema. Es realitza mitjançant taules i nomogrames, que s'indiquen pels requisits de les normes i estàndards estatals.

Primer, els càlculs de l'autopista principal es fan segons els costos fixats segons l'esquema. Al mateix temps, s'utilitzen dades de referència de pèrdues de pressió específiques a les xarxes.

A més, havent calculat els diàmetres de les canonades, calculen:

1. Nombre de compensadors segons l'esquema.
2. Resistències sobre elements realment instal·latsxarxes de calefacció.

La pèrdua de cap es calcula mitjançant fórmules i nomogrames. Després, tenint aquestes dades a tota la xarxa, es calcula el règim hidromecànic de trams individuals des del lloc de desdoblament del cabal fins a l'usuari final.

Els càlculs estan relacionats amb l'elecció dels diàmetres de tubs de derivació. La discrepància no és superior al 10%. L'excés de pressió del sistema de calefacció s'extingeix als nodes de l'ascensor, als broquets de l'accelerador o als reguladors automàtics dels punts executius de la casa.

Amb la pressió disponible del sistema de calefacció principal i les branques, primer establiu la resistència específica aproximada Rm, Pa/m.

Els càlculs utilitzen taules, nomogrames per al càlcul hidràulic de canonades de xarxes de calor i altra literatura de referència, obligatòria per a totes les etapes, fàcil de trobar a Internet i literatura especial.

Transport d'aigua calenta

L'algorisme de l'esquema de càlcul s'estableix per documentació normativa i tècnica, normes estatals i sanitàries i es realitza d'acord amb el procediment establert.

L'article ofereix un exemple del càlcul del càlcul hidràulic del sistema de calefacció. El procediment es realitza en la següent seqüència:

1. A l'esquema de subministrament de calor aprovat de la ciutat i el districte, els punts nodals de càlcul, la font de calor, el traçat dels sistemes d'enginyeria es marquen amb una indicació de totes les branques, objectes de consum connectats.
2. Aclarir els límits de la propietat del balanç de les xarxes de consum.
3. Assigna números a la trama segons l'esquema, començant la numeracióde la font a l'usuari final.

El sistema de numeració ha de separar clarament els tipus de xarxes: intratrimestre principal, intercasa des del pou tèrmic fins als límits del balanç, mentre que el lloc es configura com un segment de la xarxa, tancat per dues branques.

El diagrama indica tots els paràmetres del càlcul hidràulic de la xarxa de calor principal des de la central de calefacció:

• Q - GJ/hora;
• G m3/hora;
• D - mm;
• V - m/s;
• L - longitud de la secció, m.

El càlcul del diàmetre s'estableix mitjançant la fórmula.

Xarxes de calefacció de vapor

Aquesta xarxa de calefacció està dissenyada per a un sistema de subministrament de calor que utilitza un transportador de calor en forma de vapor.

Les diferències d'aquest esquema respecte a l'anterior són causades pels indicadors de temperatura i pressió del medi. Estructuralment, aquestes xarxes tenen una longitud més curta; a les grans ciutats solen incloure només les principals, és a dir, des de la font fins al punt de calefacció central. No s'utilitzen com a xarxes intra-districte i intracasa, excepte per a petites instal·lacions industrials.

L'esquema del circuit es realitza en el mateix ordre que amb el refrigerant d'aigua. Tots els paràmetres de xarxa de cada sucursal s'indiquen a les seccions, les dades s'extreuen de la taula resum del consum marginal de calor horari, amb una suma pas a pas dels indicadors de consum des del consumidor final fins a la font.

Dimensions geomètriquesLes canonades s'instal·len a partir dels resultats d'un càlcul hidràulic, que es realitza d'acord amb les normes i regles estatals, i en particular SNiP. El valor determinant és la pèrdua de pressió del medi de condensació del gas des de la font de subministrament de calor fins al consumidor. Amb una major pèrdua de pressió i una menor distància entre ells, la velocitat de moviment serà gran i el diàmetre de la canonada de vapor haurà de ser més petit. L'elecció del diàmetre es realitza segons taules especials, basades en els paràmetres del refrigerant. Després d'això, les dades s'introdueixen a les taules dinàmiques.

Portador de calor per a xarxa de condensats

El càlcul d'aquesta xarxa de calor difereix significativament de les anteriors, ja que el condensat es troba simultàniament en dos estats: al vapor i a l'aigua. Aquesta proporció canvia a mesura que avança cap al consumidor, és a dir, el vapor es torna cada cop més humit i finalment es converteix completament en líquid. Per tant, els càlculs per a les canonades de cadascun d'aquests mitjans tenen diferències i ja es tenen en compte per altres estàndards, en particular SNiP 2.04.02-84.

Procediment per calcular les canonades de condensats:

1. Les taules estableixen la rugositat interna equivalent de les canonades.
2. S'accepten indicadors de pèrdua de pressió a les canonades de la secció de xarxa, des de la sortida del refrigerant de les bombes de subministrament de calor fins al consumidor, segons SNiP 2.04.02-84.
3. El càlcul d'aquestes xarxes no té en compte el consum de calor Q, sinó només el de vapor.

Les característiques de disseny d'aquest tipus de xarxes afecten significativament la qualitat de les mesures, ja que les canonades per a aquestaEls tipus de refrigerant estan fets d'acer negre, les seccions de la xarxa després de les bombes de xarxa a causa de les fuites d'aire es corroeixen ràpidament per l'excés d'oxigen, després de la qual cosa es forma condensat de baixa qualitat amb òxids de ferro, que provoca corrosió metàl·lica. Per tant, es recomana instal·lar canonades d'acer inoxidable en aquesta secció. Tot i que l'elecció final es farà un cop finalitzat l'estudi de viabilitat de la xarxa de calefacció.

Programes de disseny

Les pèrdues energètiques degudes a vàlvules, accessoris i corbes són causades per alteracions localitzades del flux. La pèrdua d'energia es produeix en una secció finita i no necessàriament curta de la canonada, però, per als càlculs hidràulics, se suposa que es té en compte tot el volum d'aquesta pèrdua a la ubicació del dispositiu. Per als sistemes de canonades amb canonades relativament llargues, sovint es dóna el cas que les pèrdues resultants siguin insignificants en relació a la pèrdua total de pressió a la canonada.

La pèrdua de tubs es mesura amb dades experimentals reals i després s'analitza per determinar un factor de pèrdua local que es pot utilitzar per calcular la pèrdua d'ajust, ja que varia amb el cabal de fluid a través d'aquest dispositiu.

El programari Pipe Flow facilita la determinació de pèrdues d'ajust i altres pèrdues en els càlculs de pressió diferencial, ja que vénen precarregats amb una base de dades de vàlvules que conté molts factors estàndard per a vàlvules iaccessoris de diferents mides. Sovint s'utilitza una bomba dins d'un sistema de canonades per afegir pressió addicional per superar les pèrdues de resistència per fricció i altres.

El rendiment de la bomba ve determinat per la corba. El capçal produït per la bomba varia amb el cabal, trobar el punt de treball a la corba de rendiment de la bomba no sempre és una tasca fàcil.

Si utilitzeu el programa de càlcul hidràulic Pipe Flow Expert, és bastant fàcil trobar el punt de funcionament exacte a la corba de la bomba, assegurant que els cabals i les pressions s'equilibren a tot el sistema, per tal de prendre una decisió de disseny precisa. canonades.

El càlcul en línia es fa per seleccionar el diàmetre òptim que proporcioni els millors paràmetres de funcionament, baixa pèrdua de càrrega i altes velocitats de moviment dels mitjans, que garantirà uns bons indicadors tècnics i econòmics de les xarxes de calefacció en conjunt.

Redueix l'esforç i proporciona una major precisió. Inclou totes les taules de referència i nomogrames necessaris. Així, les pèrdues per metre de canonades es prenen en una quantitat de 81 - 251 Pa / m (8,1 - 25,1 mm de columna d'aigua), que depèn del material de les canonades. La velocitat de l'aigua al sistema depèn del diàmetre de les canonades instal·lades i es selecciona en un rang específic. La velocitat màxima de l'aigua per a les xarxes de calefacció és d'1,5 m/s. El càlcul suggereix els valors límit de la velocitat de l'aigua en canonades amb un diàmetre intern:

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. Per a altres diàmetres no superiors a 1,5 m/s.
6. Per a les canonades dels sistemes d'extinció d'incendis, es permet una velocitat mitjana de fins a 5,0 m/s.

Sistema de geoinformació instrumental

GIS Zulu - programa de geoinformació per al càlcul hidràulic de xarxes de calor. L'empresa està especialitzada en l'estudi d'aplicacions GIS que requereixen la visualització de geodades 3D en versions vectorials i ràster, l'estudi topològic i la seva relació amb bases de dades semàntiques. Zulu us permet crear diferents plans i fluxos de treball, incloses xarxes de calor i vapor mitjançant topologia, pot treballar amb ràsters i adquirir dades de diferents bases de dades, com ara BDE o ADO.

Els càlculs es realitzen en estreta integració amb el sistema de geoinformació, s'executen en la versió del mòdul ampliat. La xarxa és elemental i s'introdueix de manera vívida al SIG amb el ratolí o segons les coordenades donades. Després d'això, es crea immediatament un esquema de càlcul. Després d'això, s'estableixen els paràmetres dels circuits i es confirma l'inici del procés. Els càlculs s'apliquen als sistemes de calefacció sense sortida i anell, incloses les unitats de bombeig de xarxa i els dispositius d'acceleració, alimentats des d'una o més fonts. El càlcul de la calefacció es pot realitzar tenint en compte les fuites de les xarxes de distribució i les pèrdues de calor a les canonades de calefacció.

Per instal·lar un programa especial en un ordinador, descarregueu a Internet via torrent "Càlcul hidràulic de xarxes de calor 3.5.2".

Estructura dels passos de definició:

1. Definició de commutació.
2. Comprovació del càlcul hidromecànic de la xarxa de calefacció.
3. Posar en marxa càlcul termohidràulic de canonades principals i intra-quartiers.
4. Disseny de selecció d'equips de xarxa de calefacció.
5. Càlcul del gràfic piezomètric.

Eina per a desenvolupadors de Microsoft Excel

Microsoft Excel per al càlcul hidràulic en xarxes tèrmiques és l'eina més accessible per als usuaris. El seu complet editor de fulls de càlcul pot resoldre molts problemes computacionals. Tanmateix, quan es realitzen càlculs de sistemes tèrmics, s'han de complir requisits especials. Es poden enumerar:

• trobar la secció anterior en direcció al mitjà;
• càlcul del diàmetre de la canonada segons aquest indicador condicional i càlcul invers;
• establir el factor de correcció per a la mida de la pèrdua de càrrega específica segons les dades i la rugositat equivalent del material de la canonada;
• càlcul de la densitat d'un medi a partir de la seva temperatura.

Per descomptat, l'ús de Microsoft Excel per al càlcul hidràulic a les xarxes de calor no permet simplificar absolutament el curs dels càlculs, la qual cosa genera inicialment uns costos laborals relativament elevats.

Programari per al càlcul hidromecànic de xarxes o paquet GRTS: una aplicació informàtica que realitza càlculs hidromecànics de xarxes multicanal, inclosa una configuració sense sortida. La plataforma GRTS conté la funcionalitat de llenguatge de fórmules, que permetestablir les característiques necessàries del càlcul i seleccionar fórmules per a la precisió de la seva determinació. A causa de l'ús d'aquesta funcionalitat, la calculadora té la capacitat de trobar de manera independent la tecnologia de càlcul i establir la complexitat necessària.

Hi ha dues versions de l'aplicació GRTS: 1.0 i 1.1. Al final, l'usuari rebrà els resultats següents:

• càlcul, que descriu acuradament la metodologia de càlcul;
• informe en forma de taula;
• transferència de bases de dades computacionals a Microsoft Excel;
• gràfic piezomètric;
• gràfic de temperatura del portador de calor.

L'aplicació GRTS 1.1 es considera la modificació més moderna i admet els estàndards més recents:

1. Càlcul dels diàmetres de canonades a partir de pressions donades als punts finals del diagrama tèrmic.
2. S'ha actualitzat la plataforma d'ajuda. Equip "?" obre l'àrea d'ajuda de l'aplicació a la pantalla del monitor.

Càlcul hidràulic de xarxes de calor

A continuació es mostra un exemple del càlcul.

Els paràmetres bàsics mínims necessaris per dissenyar un sistema de canonades inclouen:

1. Característiques i propietats físiques del líquid.
2. Flux de massa requerit (o volum) del medi de trànsit que s'ha de transportar.
3. Pressió, temperatura al punt de partida.
4. Pressió, temperatura i altitud al punt final.
5. Distància entre dos punts i longitud equivalent (pèrdua de pressió) de les vàlvules i accessoris instal·lats.

Aquests paràmetres bàsics són necessaris per al disseny del sistema de canonades. Suposant un flux constant, hi ha una sèrie d'equacions basades en l'equació general d'energia que es poden utilitzar per dissenyar un sistema de canonades.

Les variables associades al flux de líquid, vapor o condensat bifàsic afecten el resultat del càlcul. Això condueix a la derivació i desenvolupament d'equacions aplicables a un fluid determinat. Tot i que els sistemes de canonades i el seu disseny poden arribar a ser complexos, la gran majoria dels problemes de disseny als quals s'enfronta un enginyer es poden resoldre mitjançant les equacions de flux estàndard de Bernoulli.

L'equació bàsica desenvolupada per representar el flux de fluid estacionari és l'equació de Bernoulli, que suposa que l'energia mecànica total es conserva per a un flux isotèrmic constant, incompressible i invisí sense transferència de calor. De fet, aquestes condicions limitadores poden ser representatives de molts sistemes físics.

Les pèrdues de càrrega associades a vàlvules i accessoris també es poden calcular tenint en compte les "longituds" equivalents de seccions de canonades per a cada vàlvula i accessori. En altres paraules, la pèrdua de càrrega calculada causada pel fluid que passa per la vàlvula s'expressa com una longitud de canonada addicional que s'afegeix a la longitud real de la canonada quan es calcula la caiguda de pressió.

Totes les longituds equivalents provocades per vàlvules i accessoris del segmentles canonades se sumaran per calcular la caiguda de pressió del segment de canonada calculat.

En resum, podem dir que l'objectiu del càlcul hidràulic de la xarxa de calor al punt final és una distribució justa de les càrregues de calor entre els abonats dels sistemes tèrmics. Aquí s'aplica un principi senzill: cada radiador, segons sigui necessari, és a dir, un radiador més gran, dissenyat per proporcionar un volum més gran de calefacció de l'espai, hauria de rebre un flux de refrigerant més gran. Un càlcul de xarxa realitzat correctament pot garantir aquest principi.