Гидравлический расчет тепловых сетей: понятие, определение, методика расчета с примерами, задачи и оформление

При гидравлическом расчете тепловых сетей устанавливают общий расход магистральной горячей воды отопления, кондиционирования, вентиляции и ГВС. На базе такого расчета определяются необходимые параметры насосного оборудования, теплообменников и диаметров труб магистральной сети.

Немного о теории и задачах

Главной задачей гидравлического расчета тепловых сетей является выбор геометрических параметров трубы и типоразмеров элементов управления, чтобы обеспечить:

• качественно-количественное распределения теплоносителя на отдельные отопительные приборы;
• тепло-гидравлическую надежность и экономическую целесообразность замкнутой тепловой системы;
• оптимизацию инвестиционных и эксплуатационных расходов теплоснабжающей организации.

Вам будет интересно:ОАО «Покровский рудник» (Тыгда, Магдагачинский район, Амурская область) – месторождение коренного золота, разрабатываемое открытым способом

Гидравлический расчет тепловых сетей создает предпосылки, чтобы приборы отопления и ГВС достигали требуемой мощности при заданном температурном перепаде. Например, при Т-графике 150-70 оС, он будет равен 80 оС. Это достигается с помощью создания в каждой точке нагрева требуемого водяного напора или давление теплоносителя.

Такое обязательное условие работы тепловой системы реализуется путем грамотной настройки сетевого оборудования в соответствии с проектными условиями, монтажом оборудования на основании результатов гидравлического расчета тепловых сетей.

Этапы гидравлики сети:

Первоначальная гидравлика сети выполняется:

• с помощью расчетов;
• измерительным способом.

Вам будет интересно:Металлургический завод "Петросталь", СПб

В РФ метод расчета является преобладающим, в нем определяются все параметры элементов системы теплоснабжения в отдельно взятом расчетном районе (дом, квартал, город). Без этого сеть будет разрегулирована, а теплоноситель не будет подан на верхние этажи многоэтажных домов. Вот почему начало строительства любого объекта теплоснабжения, даже самого малого, начинается с гидравлического расчета тепловых сетей.

Составление схемы тепловых сетей

Перед расчетами гидравлики выполняют предварительную схему магистрали с указанием протяженности L в метрах и D инженерных водоводов в мм и расчетных объемов сетевой воды по проектным участкам схемы. Потери напора в системах теплоснабжения делятся на линейные, возникающие в связи с тернием носителя о стенки труб, и потерь на участках, вызванных местными конструкционными сопротивлениями, из-за наличия тройников, отводов, компенсаторов, поворотов и прочих устройств.

Пример расчета гидравлический расчет тепловых сетей:

Применения нормативного метода

Вам будет интересно:Сталь Х12Ф1: характеристики и применение

Гидравлику сетей выполняют на базе таблиц предельных часовых нагрузок тепла и схемы теплоснабжения города или района с указанием источников, расположения магистральных, внутриквартальных и внутридомовых инженерных систем, с обозначением границ балансовой принадлежности собственников сетей. Гидравлический расчет трубопроводов тепловых сетей каждого участка до вышеуказанной схемы производится отдельно.

Данная методика расчета применяется не только для сетей отопления, но также для всех трубопроводов, транспортирующих жидкие среды, в том числе газоконденсата и других химических жидких сред. Для трубопроводных систем теплоснабжения должны быть внесены изменения с учетом кинематической вязкости и плотности носителей. Это связано с тем, что эти характеристики оказывают влияние на показатель удельной потери напора в трубах, а скорость потока связана с плотностью транзитной среды.

Параметры гидравлического расчета водяной тепловой сети

Расход тепла Q и количество теплоносителя G для участков указывается в таблице максимальных показателей часового потребления тепла за зимний и летний сезоны в отдельности и соответствует сумме потребления тепла для кварталов, включенных в схему.

Пример оформления гидравлического расчета тепловой сети представлен ниже.

Поскольку расчеты зависят от многих показателей, они выполняются с использованием многочисленных таблиц, диаграмм, графиков, номограмм, итоговое значение расхода тепла Q для внутридомовых систем теплоснабжения получают путем интерполяции.

Количество жидкости, циркулирующей в отопительной сети м3/час, при расчете гидравлического режима тепловой сети определяют по формуле:

G = (D2 / 4) х V,

Где:

• G - расход носителя, м3/час;
• D – диаметр трубопровода, мм;
• V - скорость потока, м/с.

Линейные падения напора при гидравлическом расчете тепловых сетей берутся из специальных таблиц. При монтаже систем отопления в них устанавливаются десятки и сотни вспомогательных элементов: клапаны, арматура, воздушники, отводы и прочие, создающие сопротивления транзитной среде.

К причинам падения давления в трубопроводах также можно отнести внутреннее состояние материалов труб и наличие солевых отложений на них. Значения коэффициента, используемые в технических расчетах, приводятся в таблицах.

Стандартная методика и стадии процесса

Согласно методике гидравлического расчета тепловых сетей, его осуществляют в две стадии:

Первым осуществляют вычисления для основной магистрали по расходам, установленным по схеме. При этом пользуются справочными данными удельных потерь напора в сетях.

Далее, вычислив диаметры труб, рассчитывают:

Потери напора высчитывают по формулам и номограммам. Затем, имея эти данные по всей сети, рассчитывают гидромеханический режим отдельных участков от места дробления потока вплоть до конечного абонента.

Расчеты увязывают с выбором диаметров труб ответвлений. Нестыковка не более 10 %. Лишний напор в теплосети погашается на элеваторных узлах, дроссельными соплами или авторегуляторами во внутридомовых исполнительных пунктах.

Вам будет интересно:Винт самолета: название, классификация и характеристика

При имеющемся располагаемом давлении магистральной теплосети и ответвлений, вначале устанавливают приблизительные удельные сопротивления Rm, Па/м.

В расчетах используют таблицы, номограммы для гидравлического расчета трубопроводов тепловых сетей и другую справочную литературу, обязательную для всех этапов, ее легко найти в интернете и специальной литературе.

Транспортировка горячей воды

Алгоритм схемы расчета установлен нормативно-технической документацией, государственными и санитарными нормами и выполняется в строгом соответствии с установленным порядком.

В статье приведен пример расчета гидравлического расчета теплосети. Процедуру выполняют в следующей последовательности:

Система нумерации должна четко подразделять виды сетей: магистральные внутриквартальные, междомовые от теплового колодца и до границ балансовой принадлежности, при этом участок устанавливается как отрезок сети, заключенный двумя ответвлениями.

На схеме указывают все параметры гидравлического расчета магистральной тепловой сети от ЦТП:

• Q - ГДж/час;
• G м3/час;
• Д – мм;
• V - м/с;
• L - длина участка, м.

Расчет диаметра устанавливается по формуле.

Паровые сети отопления

Эта тепловая сеть предназначена для системы теплоснабжения с помощью теплоносителя в виде пара.

Отличия этой схемы от предыдущей вызваны температурными показателями и давлением среды. Конструктивно эти сети отличаются более короткой протяженностью, в крупных городах к ним обычно относятся только магистральные, т. е. от источника до центрального теплового пункта. Они не применяются в качестве внутрирайонных и внутридомовых сетей, разве что на небольших промышленных площадках.

Принципиальная схема выполняется в той же очередности, что и с водяным теплоносителем. На участках указываются все параметры сети для каждого ответвления, данные берутся из сводной таблицы предельных часовых расходов тепла, с поэтапным суммированием расходных показателей от конечного потребителя к источнику.

Геометрические размеры трубопроводов устанавливаются по результатам гидравлического расчета, который выполняется в соответствии с государственными нормами и правилами, а в частности СНиП. Определяющей величиной является потеря давления газоконденсатной среды от источника теплоснабжения к потребителю. При большей потере давления и меньшем расстоянии между ними скорость движения будут большой, а диаметр паропровода потребуется меньший. Выбор диаметра осуществляют по специальным таблицам, исходя из параметров теплоносителя. После чего данные вносят в сводные таблицы.

Теплоноситель для конденсатной сети

Расчет для такой тепловой сети значительно отличается от предыдущих, поскольку конденсат одновременно пребывает в двух состояниях - в паре и в воде. Это соотношение меняется по мере продвижения к потребителю, т. е пар становится все более влажным и в конечном итоге полностью превращается в жидкость. Поэтому расчеты для труб каждой их этих сред имеют отличия и учитываются уже другими нормами, в частности СНиП 2.04.02-84.

Порядок расчета конденсатопроводов:

Конструкционные особенности данного вида сети существенно влияют на качество измерений, поскольку трубопроводы для этого типа теплоносителя изготавливаются из черной стали, участки сети после сетевых насосов из-за подсосов воздуха быстро коррозируют от избытка кислорода, после чего образуется конденсат низкого качества с окисями железа, который вызывает коррозию металла. Поэтому на этом участке рекомендовано к установке трубопроводов из нержавеющих сталей. Хотя окончательный выбор будет сделан после завершения технико-экономического обоснования тепловой сети.

Программы проектирования

Потери энергии из-за клапанов, фитингов и изгибов вызываются локализованными нарушениями потока. Потеря энергии происходит по конечному и не обязательно короткому участку трубопровода, однако для гидравлических расчетов принято считать, что весь объем этой потери учитывается в месте расположения устройства. Для трубопроводных систем с относительно длинными трубами часто бывает, что итоговые потери будут незначительными по отношению к общей потере давления в трубе.

Потери трубопроводов измеряются с использованием реальных экспериментальных данных и затем анализируются для определения локального коэффициента потерь, который может быть использован для расчета потерь при подгонке, поскольку он изменяется скоростью прохождения жидкости через это устройство.

Программные продукты Pipe Flow Software позволяют легко определять фитинговые потери и другие потери при расчете перепада давления, поскольку они поставляются с предварительно загруженной базой данных арматуры, которая содержит множество стандартных факторов для клапанов и фитингов различного размера. Внутри трубопроводной системы часто используется насос, который добавляет дополнительное давление для преодоления потерь при трении и других сопротивлениях.

Производительность насоса определяется по кривой. Напор, создаваемый насосом, изменяется в зависимости от скорости потока, поиск рабочей точки на кривой производительности насоса не всегда является легкой задачей.

Если использовать программу для гидравлического расчета тепловых сетей Pipe Flow Expert, то довольно просто можно найти точную рабочую точку на кривой насоса, с гарантией того, что потоки и давление будут сбалансированы по всей системе, чтобы принять точное решение по выбору конструкции трубопроводов.

Расчет онлайн производится с целью избрания оптимального диаметра, обеспечивающего наилучшие параметры работы, низкие показатели потерь напора и высокие скорости движения сред, что обеспечит хорошие технико-экономические показатели тепловых сетей в целом.

Он минимизирует усилия и обеспечивает более высокую точность. В него включены все необходимые справочные таблицы и номограммы. Так, потери на одном метре труб приняты в размере 81 - 251 Па/м (8,1- 25,1 мм вод. ст.), что зависит от материала труб. Скорость воды в системе зависит от диаметра установленных труб и выбирается в конкретном диапазоне. Наибольшая скорость воды для тепловых сетей составляет 1,5 м/с. Расчетом предлагаются граничные значения скорости воды в трубопроводах с внутренним диаметром:

Инструментальная геоинформационная система

ГИС Zulu — геоинформационная программа гидравлического расчета тепловых сетей. Компания специализируется на исследованиях ГИС-приложений, которым необходима визуализация 3D-геоданных в векториальном и растровом варианте, топологическом изучении и их взаимосвязи со смысловыми базами данных. Zulu разрешает создавать разные планы и рабочие схемы, включая тепловые и паровые сети с помощью топологии, может выполнять работу с растрами и приобретать данные из разных баз, например BDE или ADO.

Вам будет интересно:Промышленная установка обратного осмоса: правила, инструкция по установке, фильтры и принцип работы

Вычисления проводят в тесной интеграции с геоинформационной системой, они исполнены в варианте расширенного модуля. Сеть элементарно и живо вносится в ГИС мышью либо по данным координатам. После чего незамедлительно создается расчетная схема. После устанавливаются параметры схем, и подтверждается начало процесса. Вычисления применяются для тупиковых и кольцевых теплосетей, включая сетевые насосные установки и дросселирующие приспособления, запитанных от одного либо многих источников. Расчет отопления имеет возможность выполняться с учетом утечек из распределительных сетей и тепловых потерь в трубах отопления.

Для того чтобы установить специальную программу на ПК, скачивают в Интернете через торрент "Гидравлический расчет тепловых сетей 3.5.2".

Структура этапов определения:

Инструмент разработчика Microsoft Excel

Microsoft Excel для гидравлического расчета в тепловых сетях - самый доступный для пользователей инструмент. Его всеобъемлющий табличный редактор может разрешить много вычислительных задач. Впрочем, при выполнении расчетов тепловых систем требуется выполнения специальных требований. К таковым можно перечислить:

• нахождение предшествующего участка в направлении движения среды;
• расчет диаметра трубы по данному условному показателю и обратное вычисление;
• установление коэффициента поправки к размеру удельных потерь напора по данным и эквивалентной шероховатости материала трубы;
• вычисление плотности среды по ее температуре.

Конечно, применение Microsoft Excel для гидравлического расчета в тепловых сетях никак не дает возможность абсолютно упростить ход вычислений, который изначально создает сравнительно большие трудозатраты.

ПО для гидромеханического расчета сетей или пакет ГРТС — компьютерное приложение, которое исполняет гидромеханические подсчеты многотрубных сетей, включая тупиковую конфигурацию. Платформа ГРТС содержит языковый функционал формул, позволяющий установить необходимые характеристики расчета и подобрать формулы для точности их определения. Вследствие применения этого функционала, расчетчик имеет возможность независимо найти технологию вычислений и установить требуемую сложность.

Имеется две модификации приложения ГРТС: 1.0 и 1.1. По окончанию пользователь получит следующие результаты:

• расчет, в котором тщательно расписана методология вычислений;
• отчет в табличном виде;
• передачу вычислительных баз данных в Microsoft Excel;
• пьезометрический график;
• график температуры теплоносителя.

Приложение ГРТС 1.1 считается наиболее современной модификацией и поддерживает новейшие стандарты:

Гидравлический расчет тепловых сетей

Пример расчета представлен ниже.

Минимальные базовые параметры, необходимые для проектирования системы трубопроводов, включают:

Эти основные параметры необходимы для проектирования системы трубопроводов. Предполагая стационарный поток, существует ряд уравнений, основанных на общем энергетическом уравнении, которое может быть использовано для проектирования системы трубопроводов.

Переменные, связанные с жидкостью, паром или двухфазным потоком конденсата, влияют на результат расчета. Это приводит к выводу и разработке уравнений, применимых к конкретной жидкости. Хотя системы трубопроводов и их конструкция могут стать сложными, подавляющее большинство проблем проектирования, с которыми сталкивается инженер, могут быть решены стандартными уравнениями потока Бернулли.

Основным уравнением, разработанным для представления стационарного потока жидкости, является уравнение Бернулли, которое предполагает, что полная механическая энергия сохраняется для устойчивого, несжимаемого, невязкого изотермического потока без передачи тепла. Эти ограничительные условия действительно могут быть репрезентативными для многих физических систем.

Потери напора, связанные с клапанами и фитингами, также могут быть рассчитаны путем учета эквивалентных «длин» отрезков труб для каждого клапана и фитинга. Другими словами, расчетная потеря напора, вызванная жидкостью, проходящей через задвижку, выражается в виде дополнительной длины трубы, которая добавляется к фактической длине трубы при расчете перепада давления.

Все эквивалентные длины, вызванные клапанами и фитингами в сегменте трубы, будут добавлены вместе, чтобы вычислить падение давления для расчетного сегмента трубы.

Подводя итог, можно сказать, что целью гидравлического расчета тепловой сети в конечной точке является справедливое распределение тепловых нагрузок между абонентами тепловых систем. Тут действует простой принцип: каждому радиатору - по необходимости, то есть больший радиатор, который предназначен для обеспечения большего объема нагрева помещения, должен получать больший поток теплоносителя. Обеспечить этот принцип может правильно выполненный расчет сети.

Источник