Hydraulický výpočet vykurovacieho systému

Obsah článku

• Ciele a ciele hydraulického výpočtu
• Druhy vykurovacích systémov
• Stanovenie prietoku a rýchlosti pohybu chladiacej zmesi
• Straty hlavy a tlaku
• Predbežné vyváženie systému
• Softvérové ​​systémy pre výpočty

Dnes budeme analyzovať, ako vykonať hydraulický výpočet vykurovacieho systému. V skutočnosti sa dodnes rozširuje prax navrhovania vykurovacích systémov na rozmere. Toto je zásadne nesprávny prístup: bez predbežného výpočtu zvyšujeme latku pre spotrebu materiálu, vyvolávame neobvyklé prevádzkové režimy a stratíme príležitosť dosiahnuť maximálnu účinnosť.

Ciele a ciele hydraulického výpočtu

Z technického hľadiska sa zdá, že systém na kvapalné vykurovanie je dosť komplexný, vrátane zariadení na výrobu tepla, jeho transport a uvoľňovanie vo vykurovaných miestnostiach. Za ideálny prevádzkový režim hydraulického vykurovacieho systému sa považuje taký režim, v ktorom chladivo absorbuje maximum tepla zo zdroja a prenáša ho do miestnosti bez straty počas pohybu. Takáto úloha sa samozrejme javí ako úplne nedosiahnuteľná, ale premyslený prístup vám umožňuje predvídať správanie systému za rôznych podmienok a dostať sa čo najbližšie k referenčným hodnotám. Toto je hlavný cieľ navrhovania vykurovacích systémov, z ktorých najdôležitejšia časť sa považuje za hydraulický výpočet..

Praktické ciele návrhu hydrauliky sú:

1. Pochopte, pri akej rýchlosti a v akom objeme sa chladivo pohybuje v každom uzle systému.
2. Určite, aký vplyv má zmena v prevádzkovom režime každého zariadenia na celý komplex ako celok.
3. Zistite, aké výkonové a prevádzkové vlastnosti jednotlivých jednotiek a zariadení budú postačovať na to, aby vykurovací systém vykonával svoje funkcie bez výrazného zvýšenia nákladov a zabezpečil neprimerane vysokú bezpečnostnú rezervu..
4. Nakoniec – zabezpečiť prísne odmerané rozloženie tepelnej energie v rôznych vykurovacích zónach a zabezpečiť, aby sa táto distribúcia udržiavala s vysokou stálosťou.

Môžeme povedať viac: bez aspoň základných výpočtov nie je možné dosiahnuť prijateľnú stabilitu a dlhodobé používanie zariadení. Modelovanie prevádzky hydraulického systému je v skutočnosti základom, na ktorom je založený celý ďalší vývoj konštrukcie..

Druhy vykurovacích systémov

Inžinierske úlohy tohto druhu sú komplikované veľkým množstvom vykurovacích systémov, čo sa týka rozsahu a konfigurácie. Existuje niekoľko druhov výmenníkov tepla, z ktorých každá má svoje vlastné zákony:

1. Dvojité potrubné slepé systémya – najbežnejšia verzia zariadenia, vhodná na usporiadanie ústredného aj individuálneho vykurovacieho okruhu.

Dvoj rúrkový slepý koniec

2. Jednovrstvový systém alebo „Leningradka“sa považuje za najlepší spôsob budovania komplexov civilného vykurovania s tepelným výkonom do 30 – 35 kW.

Jednorúrkový vykurovací systém s núteným obehom: 1 – vykurovací kotol; 2 – bezpečnostná skupina; 3 – vykurovacie telesá; 4 – Mayevsky žeriav; 5 – expanzná nádrž; 6 – obehové čerpadlo; 7 – odtok

3. Dvojtrubkový systém prechádzajúcemu typu– oddeľovanie vykurovacích okruhov, ktoré je z hľadiska materiálu najnáročnejšie, vyznačujúce sa súčasne najvyššou známou stabilitou prevádzky a kvalitou distribúcie chladiva..

Vykurovací systém spojený s dvoma rúrkami (Tichelmanova slučka)

4. Rozloženie lúčaje v mnohých ohľadoch podobný dvojprúdovej jazde, ale súčasne sú všetky ovládacie prvky systému umiestnené na jednom mieste – do zostavy rozdeľovača.

Radiačný vykurovací okruh: 1 – bojler; 2 – expanzná nádrž; 3 – prívodné potrubie; 4 – vykurovacie telesá; 5 – spätné potrubie; 6 – obehové čerpadlo

Predtým, ako sa dostaneme na aplikovanú stranu výpočtov, je potrebné urobiť niekoľko dôležitých výziev. Najprv sa musíte naučiť, že kľúčom k vysokokvalitnému výpočtu je pochopenie zásad fungovania tekutinových systémov na intuitívnej úrovni. Bez tohto sa premietnutie každého jednotlivého riešenia zmení na prelínanie zložitých matematických výpočtov. Druhým je praktická nemožnosť prezentovať viac ako základné pojmy v jednom prehľade, pre podrobnejšie vysvetlenie je lepšie sa odvolať na takúto literatúru o výpočte vykurovacích systémov:

• V. Pyrkov „Hydraulická regulácia vykurovacích a chladiacich systémov. Teória a prax „2. vydanie, 2010.
• R. Jaushovets „Hydraulika – srdce ohrevu vody“.
• Manuál pre hydrauliku kotolne od spoločnosti De Dietrich.
• A. Saveliev „Kúrenie doma. Výpočet a inštalácia systémov “.

Stanovenie prietoku a rýchlosti pohybu chladiacej zmesi

Najznámejšia metóda na výpočet hydraulických systémov je založená na údajoch z výpočtov tepelnej techniky, ktoré určujú rýchlosť doplňovania tepelných strát v každej miestnosti a podľa toho aj tepelný výkon v nich inštalovaných radiátorov. Na prvý pohľad je všetko jednoduché: máme celkovú hodnotu tepelnej energie a potom dávame prívod tepelného nosiča do každého vykurovacieho zariadenia. Pre väčšie pohodlie je predmontovaná axonometrická schéma hydraulického systému, ktorá je označená požadovanými ukazovateľmi výkonu radiátorov alebo slučiek vody vyhrievanej podlahy..

Axonometrická schéma vykurovacieho systému

Prechod z tepelného inžinierstva na hydraulický výpočet sa vykonáva zavedením koncepcie hmotnostného toku, to znamená určitej hmotnosti chladiva dodávaného do každej časti vykurovacieho okruhu. Hmotnostný tok je pomer požadovanej tepelnej energie k súčinu špecifickej tepelnej kapacity chladiacej kvapaliny a rozdielu teplôt v prívodnom a vratnom potrubí. Na náčrte vykurovacieho systému sú teda vyznačené kľúčové body, pre ktoré je uvedený nominálny hmotnostný prietok. Kvôli prehľadnosti sa volumetrický tok určuje paralelne, pričom sa berie do úvahy hustota použitého nosiča tepla.

G = Q / (c (t₂ – t₁))

• G – prietok chladiva, kg / s
• Q – požadovaný tepelný výkon, W
• c – merné teplo nosiča tepla pre vodu odobratú ako 4200 J / (kg ° C)
• ?T = (t₂ – T₁) – teplotný rozdiel medzi dodávkou a návratom, ° С

Logika je tu jednoduchá: na dodanie požadovaného množstva tepla do radiátora musíte najskôr určiť objem alebo hmotnosť nosiča tepla s danou tepelnou kapacitou prechádzajúcou potrubím za jednotku času. Aby sa to dosiahlo, je potrebné určiť rýchlosť pohybu chladiva v okruhu, ktorá sa rovná pomeru objemového prúdu k ploche prierezu vnútorného potrubného kanála. Ak sa rýchlosť vypočíta vo vzťahu k hmotnostnému toku, do menovateľa sa musí pridať hodnota hustoty nosiča tepla:

V = G / (? F)

• V – rýchlosť pohybu chladiacej zmesi, m / s
• G – prietok chladiva, kg / s
• ? – hustota chladiacej zmesi, pre vodu môžete vziať 1 000 kg / m³
• f – plocha prierezu rúry sa nachádza podľa vzorca ?­R², kde r je vnútorný priemer potrubia delený dvoma

Údaje o prietokoch a otáčkach sú potrebné na určenie menovitej veľkosti spojovacích potrubí, ako aj prietoku a výšky obehových čerpadiel. Zariadenia s nútenou cirkuláciou musia vytvárať nadmerný tlak na prekonanie hydrodynamického odporu potrubí a uzatváracích a regulačných ventilov. Najväčším problémom je hydraulický výpočet systémov s prirodzenou (gravitačnou) cirkuláciou, pre ktoré sa požadovaný pretlak vypočítava podľa rýchlosti a stupňa objemovej expanzie zahrievaného chladiva..

Straty hlavy a tlaku

Pre ideálne modely by bol dostatočný výpočet parametrov podľa vyššie opísaných pomerov. V skutočnom živote sa objemový prietok aj rýchlosť chladiacej kvapaliny budú vždy líšiť od vypočítaných prietokov v rôznych bodoch systému. Dôvodom je hydrodynamický odpor voči pohybu chladiva. Je to kvôli mnohým faktorom:

1. Trecie sily chladiva na steny rúry.
2. Odpory miestneho prietoku tvorené armatúrami, kohútikmi, filtrami, termostatickými ventilmi a inými armatúrami.
3. Prítomnosť vetvenia druhov pripojenia a vetvenia.
4. Turbulentné víry v rohoch, zúženiach, rozšíreniach atď..

Problém zistenia poklesu tlaku a rýchlosti v rôznych častiach systému sa právom považuje za najťažší, leží v oblasti výpočtov hydrodynamických médií. Sily trenia tekutiny proti vnútorným povrchom rúrky sú teda opísané logaritmickou funkciou, ktorá berie do úvahy drsnosť materiálu a kinematickú viskozitu. Výpočty turbulentných vírov sú ešte zložitejšie: najmenšia zmena profilu a tvaru kanála robí každú situáciu jedinečnou. Na uľahčenie výpočtov sa zavádzajú dva referenčné faktory:

1. kvs– charakterizácia priepustnosti potrubí, radiátorov, odlučovačov a iných oblastí blízkych lineárnemu toku.
2. TO_pani– stanovenie lokálneho odporu v rôznych tvarovkách.

Tieto faktory udávajú výrobcovia potrubí, ventilov, ventilov, filtrov pre každý jednotlivý produkt. Je pomerne ľahké použiť koeficienty: na určenie straty hlavy sa Kms vynásobí pomerom druhej mocniny rýchlosti pohybu chladiva k dvojnásobnej hodnote gravitačného zrýchlenia:

?hod_pani = K_pani (V²/ 2g)alebo ?p_pani = K_pani (? V²/ 2)

• ?hod_pani – tlaková strata pri miestnych odporoch, m
• ?p_pani – tlaková strata na miestnych odporoch, Pa
• TO_pani – koeficient miestneho odporu
• g – zrýchlenie gravitácie, 9,8 m / s²
• ? – hustota chladiacej kvapaliny pre vodu 1 000 kg / m³

Strata hlavy v lineárnych úsekoch je pomer kapacity kanála k známemu kapacitnému faktoru a výsledok delenia sa musí zvýšiť na druhý výkon:

P = (G / Kvs)²

• P – strata hlavy, bar
• G – skutočný prietok chladiva, m³/ hod
• Kvs – priepustnosť, m³/ hod

Predbežné vyváženie systému

Najdôležitejším konečným cieľom hydraulického výpočtu vykurovacieho systému je výpočet takých hodnôt priepustnosti, pri ktorých prísne odmerané množstvo chladiva s určitou teplotou vstupuje do každej časti každého vykurovacieho okruhu, čo zaisťuje normalizované uvoľňovanie tepla na vykurovacích zariadeniach. Táto úloha sa zdá byť ťažká až na prvý pohľad. V skutočnosti sa vyváženie vykonáva pomocou regulačných ventilov obmedzujúcich prietok. Pre každý model ventilu sú uvedené Kvs faktor pre úplne otvorený stav a krivka Kv factor pre rôzne stupne otvorenia regulačného kmeňa. Zmenou prietoku ventilov, ktoré sú zvyčajne inštalované v spojovacích bodoch vykurovacích zariadení, je možné dosiahnuť požadované rozdelenie chladiacej kvapaliny, a teda aj množstvo prenášaného tepla..

Existuje však malá nuansa: keď sa priepustnosť zmení v jednom bode systému, nezmení sa iba skutočný prietok v uvažovanom úseku. Z dôvodu poklesu alebo zvýšenia prietoku sa rovnováha vo všetkých ostatných obvodoch do istej miery mení. Ak vezmeme napríklad dva radiátory s rôznou tepelnou energiou spojené paralelne s opačným pohybom chladiacej kvapaliny, potom so zvýšením priepustnosti zariadenia, ktoré je prvé v okruhu, dostane druhé chladivo menej kvôli zvýšeniu rozdielu v hydrodynamickom odpore. Naopak, keď sa prietok zníži v dôsledku regulačného ventilu, všetky ostatné radiátory ďalej v reťazci dostanú automaticky väčší objem chladiva a budú potrebovať ďalšiu kalibráciu. Každý typ vedenia má svoje vlastné princípy vyvažovania.

Softvérové ​​systémy pre výpočty

Je zrejmé, že manuálne výpočty sú opodstatnené iba pre malé vykurovacie systémy s maximom jedného alebo dvoch okruhov so 4 až 5 radiátormi v každom. Zložitejšie vykurovacie systémy s tepelným výkonom nad 30 kW vyžadujú integrovaný prístup k výpočtu hydrauliky, ktorý rozširuje škálu používaných nástrojov ďaleko za ceruzku a list papiera.

Danfoss C.O. 3.8

Dnes existuje pomerne veľké množstvo softvéru od najväčších výrobcov vykurovacích zariadení, ako sú Valtec, Danfoss alebo Herz. V takýchto softvérových balíkoch sa rovnaká metodika používa na výpočet správania hydrauliky, ktorá bola opísaná v našom prehľade. Najskôr sa vo vizuálnom editore modeluje presná kópia projektovaného vykurovacieho systému, pre ktorú sú uvedené údaje o tepelnej energii, type tepelného nosiča, dĺžke a výške potrubných kvapiek, použitých tvarovkách, radiátoroch a podlahových vykurovacích cievkach. Knižnica programu obsahuje širokú škálu hydraulických zariadení a príslušenstva, výrobca má pre každý výrobok vopred stanovené prevádzkové parametre a základné koeficienty. Ak je to potrebné, môžete pridať vzorky zariadení tretích strán, ak je pre nich známy požadovaný zoznam charakteristík.

Na konci práce program umožňuje určiť vhodný nominálny otvor potrubia, zvoliť dostatočný prietok a tlak obehových čerpadiel. Výpočet sa končí vyvážením systému, pričom sa pri simulácii činnosti hydrauliky berú do úvahy závislosti a vplyv zmien priepustnosti jednej jednotky systému na všetky ostatné. Prax ukazuje, že vývoj a používanie aj platených softvérových produktov je lacnejšie, ako keby boli výpočty zverené zmluvným odborníkom..