Гидравлический расчет системы отопления методичка

Гидравлический расчет системы отопления.

Выполнить
гидравлический расчет системы отопления
— это значит так подобрать диаметры
отдельных участков сети (с учетом
располагаемого циркуляционного
давления), чтобы по ним проходил расчетный
расход теплоносителя. Расчет ведется
подбором диаметра по имеющемуся
сортаменту труб.

Для
зданий малой этажности наиболее часто
применяется двухтрубная система
отопления, для повышенной этажности —
однотрубная. Для расчета такой системы
должны быть следующие исходные данные:

1.
Общий для системы перепад температуры
теплоносителя (т.е. разность температуры
воды в подающей и обратной магистралях).

2.
Количество теплоты, которое необходимо
подать в каждое помещение для обеспечения
требуемых параметров воздуха.

3.
Аксонометрическая схема системы
отопления с нанесенными на нее
нагревательными приборами и регулирующей
арматурой.

Последовательность выполнения гидравлического расчета

1.
Выбирается главное циркуляционное
кольцо системы отопления (наиболее
невыгодно расположенное в гидравлическом
отношении). В тупиковых двухтрубных
системах это кольцо, проходящее через
нижний прибор самого удаленного и
нагруженного стояка, в однотрубных –
через наиболее удаленный и нагруженный
стояк.

Например,
в двухтрубной системе отопления с
верхней разводкой главное циркуляционное
кольцо пройдет от теплового пункта
через главный стояк, подающую магистраль,
через самый удаленный стояк, отопительный
прибор нижнего этажа, обратную магистраль
до теплового пункта.

В
системах с попутным движением воды в
качестве главного принимается кольцо,
проходящее через средний наиболее
нагруженный стояк.

2.
Главное циркуляционное кольцо разбивается
на участки (участок характеризуется
постоянным расходом воды и одинаковым
диаметром). На схеме проставляются
номера участков, их длины и тепловые
нагрузки. Тепловая нагрузка магистральных
участков определяется суммированием
тепловых нагрузок, обслуживаемых этими
участками. Для выбора диаметра труб
используются две величины:

а)
заданный расход воды;

б)
ориентировочные удельные потери давления
на трение в расчетном циркуляционном
кольце Rср.

Для
расчета Rcp
необходимо знать длину главного
циркуляционного кольца и расчетное
циркуляционное давление.

3.
Определяется расчетное циркуляционное
давление по формуле

,
(5.1)

где

давление, создаваемое насосом, Па.
Практика проектирования системы
отопления показала, что наиболее
целесообразно принять давление насоса,
равное

,
(5.2)

где


сумма длин участков главного циркуляционного
кольца;


естественное давление, возникающее при
охлаждении воды в приборах, Па, можно
определить как

,
(5.3)

где

расстояние от центра насоса (элеватора)
до центра прибора нижнего этажа, м.

Значение
коэффициента можно
определить из табл.5.1.

Таблица
5.1 — Значение в
зависимости от расчетной температуры
воды в системе отопления

(),0C

,
кг/(м3К)

85-65

0,6

95-70

0,64

105-70

0,66

115-70

0,68


естественное давление, возникающее в
результате охлаждения воды в трубопроводах
[4,прил.8].

В
насосных системах с нижней разводкой
величиной
можно пренебречь.

  1. Определяются
    удельные потери давления на трение

,
(5.4)

где
к=0,65 определяет долю потерь давления
на трение.

5.
Расход воды на участке определяется по
формуле

(5.5)

где
Q
– тепловая нагрузка на участке, Вт:

(tг
— tо)
– разность температур теплоносителя.

6.
По величинам
иподбираются стандартные размеры труб
[4, прил. 10 или рис.11.59].

6.
Для выбранных диаметров трубопроводов
и расчетных расходов воды определяется
скорость движения теплоносителя v
и устанавливаются фактические удельные
потери давления на трение Rф.

При
подборе диаметров на участках с малыми
расходами теплоносителя могут быть
большие расхождения между
и.
Заниженные потерина
этих участках компенсируются завышением
величинна других участках.

7.
Определяются потери давления на трение
на расчетном участке, Па:

.
(5.6)

Результаты
расчета заносят в табл.5.2.

8.
Определяются потери давления в местных
сопротивлениях, используя [4, рис. II.59
или прил. 10] или формулу:

,
(5.7)

где
— сумма коэффициентов местных сопротивлений
на расчетном участке [4, прил. 9].

Значение ξ
на каждом участке сводят в табл. 5.3.

Таблица 5.3 —
Коэффициенты местных сопротивлений

№ п/п

Наименования
участков и местных сопротивлений

Значения
коэффициентов местных сопротивлений

Примечания

9.
Определяют суммарные потери давления
на каждом участке

.
(5.8)

10. Определяют
суммарные потери давления на трение и
в местных сопротивлениях в главном
циркуляционном кольце

.
(5.9)

11. Сравнивают Δр
с Δрр.
Суммарные потери давления по кольцу
должны быть меньше величины Δрр
на

.
(5.10)

Запас располагаемого
давления необходим на неучтенные в
расчете гидравлические сопротивления.

Если условия не
выполняются, то необходимо на некоторых
участках кольца изменить диаметры труб.

12. После расчета
главного циркуляционного кольца
производят увязку остальных колец. В
каждом новом кольце рассчитывают только
дополнительные не общие участки,
параллельно соединенные с участками
основного кольца.

Невязка потерь
давлений на параллельно соединенных
участках допускается до 15% при тупиковом
движении воды и до 5% – при попутном.

Таблица
5.2 — Результаты гидравлического расчета
для системы отопления

На
схеме трубопровода

По
предварительному расчету

По
окончательному расчету

Номер
участка

Тепловая
нагрузка Q,
Вт

Расход
теплоносителя G,
кг/ч

Длина
участка l,
м

Диаметр
d,
мм

Скорость
v,
м/с

Удельные
потери давления на трение R,
Па/м

Потери
давления на трение Δртр,
Па

Сумма
коэффициентов местных сопротивлений
∑ξ

Потери
давления в местных сопротивлениях Z

d,
мм

v,
м/с

R,
Па/м

Δртр,
Па

ξ

Z,
Па

Rl+Z,
Па

Занятие 6

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

  • #
  • #
  • #
  • #
  • #
  • #
  • #
  • #
  • #
  • #
  • #

В настоящее время системы отопления являются сложнейшим оборудованием с адаптивным регулированием. В случае ошибок проектирования возможны сбои работы аппарата, что потребует дополнительных финансовых затрат. Чтобы правильно сконструировать систему отопления, вначале нужно рассчитать гидравлику по исходным данным. Уточним, какие параметры оптимизируют основные расходы, повысят эффективность и обеспечат стабильный рабочий режим, и как пользоваться калькулятором онлайн.

Содержание

  • 1Расчет водяной системы отопления: плюсы выполнения
  • 2Методы разводки отопительной системы
  • 3Последовательность подготовки к расчету
  • 4Основы гидравлического расчета системы отопления
  • 5Методы автоматизации
  • 6Заключение

Расчет водяной системы отопления: плюсы выполнения

Ключевым элементом в водяных системах отопления (СВО) является мобильный теплоноситель в трубопроводах при изменяющемся внешнем тепловом режиме. Отопительный контур представлен тремя составляющими: тепловым генератором, транспортировочным модулем и испускающим тепло элементом конкретного участка в доме.

Схема отопления небольшого частного дома

Схема отопления небольшого частного дома

В теории замкнутые системы отопления полностью передают тепло с помощью носителя, но на практике происходит значительная утечка энергии. Для минимизации потерь в отопительных системах на этапе проектировки выполняют гидравлический расчет.  Подсчет цифр позволяет повысить КПД установки за счет решения следующих вопросов на практике:

  • Определение параметров теплового агента(количество, скорость движения теплоносителя, требуемые для сохранения теплообмена). В расчете системы осложняющим фактором является изменение воздушной температуры.
  • Уменьшение денежных вложений при конструировании за счет использования материалов с нужными свойствами и в дальнейшем снижение затрат на ремонт и эксплуатацию.
  • Задание стабильного рабочего порядка элементов в системах отопления для улучшения работоспособности и во избежание починки оборудования.
  • Обеспечение равномерного прогрева пространства в доме, гарантия поддержки комфортной атмосферы в течение длительного времени.
  • Расчет критериев эффективной, беззвучной, безопасной работы системы отопления.

Схема отопления с теплыми полами

Схема отопления с теплыми полами

Методы разводки отопительной системы

Несмотря на то, что основа проектирования СВО — это прием и передача тепловой энергии отопительных приборов помещения, реализовать проект можно различными способами. Движение по каждому участку в системах задается естественно или принудительно. В самотечных контурах отопления тепловой агент движется с помощью силы тяжести, радиаторы с принудительной циркуляцией используют насосы.

Однотрубный контур с нижней разводкой

Однотрубный контур с нижней разводкой

Системы отопления различаются по размерам и устройству и делятся на однотрубные и двухтрубные. Принцип их работы имеет свои особенности, что нужно учитывать в расчете характеристик оборудования. В однотрубной системе встречаются определенные схемы отопления:

  • Нижняя разводка трубопроводов (в просторечии “Ленинградка”). Магистраль замыкается циклично, пройдя по помещениям, труба подается обратно к котлу. С однотрубными системами отопления связаны такие недостатки, какнеравномерность теплообмена, отсутствие регулировки теплового потока.
  • Двухтрубная система отопления называется попутной системой “петли Тихельмана”. В трубопроводах коммуникации первый радиатор является началом обратки, к которому подключаются другие радиаторы. В конце происходит подвод теплоносителя в котел. Рабочий агент транспортируется прямо и обратно в одну сторону (попутно). Проект позволяет качественно усилить систему оборудования, обеспечить стабильность и отличный прогрев, но стоит дополнительных вложений.
  • Лучевая веерная разводка (иногда ее обозначают коллекторной, шкафной). Источником выступает управляемый коллектор, от которого отходят остальные коммуникации. Плюсом схемы является доступность настройки температуры и выключения отдельных приборов. В системах возможна автоматизация, их удобно рассчитать и построить. К недостаткам относятся цена монтажа по причине высоких затрат на трубы.

Обратная магистраль – петля Тихельмана

Обратная магистраль – петля Тихельмана

Последовательность подготовки к расчету

Расчет контура водяного отопления необходим для понимания рабочих параметров СВО с учетом исходных позиций и повышения производительности оборудования.

Вначале проектирования следует учесть данные:

  • Диаметр труб (в зависимости от внутреннего диаметра в трубопроводах определяется их пропускная способность)
  • Потери давления и изменения напора жидкости. Производят калькуляцию общих потерь СВО и утечек расхода воды отдельно по участкам.
  • Рекомендуемое количество воды в системах, значения скорости теплоносителя и как выбрать расширительный бак.
  • Формулы подсчетов с гидравлическим сопротивлением коммуникаций и какие циркуляционные насосы следует рассмотреть для установки.

Таблица определения диаметра труб

Таблица определения диаметра труб

Перед точным гидравлическим расчетом нужно сделать исследование теплотехнических параметров. Подсчитывается количественно энергия, требуемая каждому жилому помещению. Расчет позволяет определиться с моделью теплового генератора, типом отопительных приборов и системами в целом.

Затем можно спроектировать трубный механизм и провести калькуляцию, учитывающую расход и значения перепадов давления. Завершающим этапом является составление разводной схемы с визуальной изометрической проекцией СВО в трех координатах.

Основы гидравлического расчета системы отопления

В гидравлическом вычислении учитываются характеристики:

  • СВО однотрубного контура: расход теплоносителя (кг.ч)
  • СВО с двухтрубным отоплением: разницу, определяющую горячую воду и охлажденную носителя в прямом и обратном направлении.
  • Рекомендованная движущая скорость теплового агента должна быть в диапазоне от 0.3 до 0.7 м/с. При значениях меньше 0.2 м/c могут образовываться воздушные пробки, препятствующие циркуляции в водных системах. Внутренний диаметр трубопровода связан со скоростью в обратной пропорции.

Предельные скорости движения теплоносителя

Предельные скорости движения теплоносителя

Размер труб подбирается с учетом еще одной теплотехнической переменной: скорости теплопотока; составляющая выражает тепловое количество (Дж), переданное в секунду.  В справочных таблицах определены начальные значения. Их можно посмотреть в интернете, изучив методические указания компаний-изготовителей и справочную литературу.

Автономная СВО требует полного контроля со стороны владельцев

Автономная СВО требует полного контроля со стороны владельцев

В идеальной системной модели, использующей метод теплотехнических исследований, общая тепловая мощность расходится на все нагревательные приборы. Но фактически отличие показателей скорости агента и прочих параметров от теоретически рассчитанных обусловлено следующими причинами:

  • Трением жидкости и внутренней поверхности труб.
  • Сопротивлениями движению воды крепежных точек и аксессуаров механизма (краны, клапаны, фильтра)

Для этого вводят понятия: расчетная потеря давления в главном циркуляционном кольце и потеря скорости водяными системами.

Выполнение подсчета является комплексной задачей, требующей активное изучение с гидравлическим исследованием параметров:

  • Силы трения жидкости и материальных свойств поверхности (например, учитывается шероховатость с силами сопротивлений элементов)
  • Образование турбулентных вихрей за счет неравномерности прохода. Вести учет коэффициенту местного сопротивления элементов, влияющему на напор в трубе, можно с помощью таблиц рекомендаций от производителя.

Работа с гидравлическим вычислением помогает предварительно сбалансировать СВО. Это нужно для понимания того, какая пропускная способность позволит оптимально распределить тепло на нагревательные приборы и создать комфортную атмосферу без дополнительных затрат. Компенсацию в водяных системах выполняют с помощью регулировочных клапанов.

Система отопления нуждается в балансировке

Система отопления нуждается в балансировке

Точки подключения элементов нагрева снабжаются специальными клапанами. Меняя пропускную способность в приборах, регулируют распределение энергии. Следует учитывать, что настройка любого клапана изменяет всю балансировку схемы, которую нужно проводить заново.  Основы каждого примера разводки необходимо изучить для правильной корректировки устройства отопления.

Методы автоматизации

Работу с гидравлическим подсчетом удобно проводить на онлайн калькуляторе, учитывающим расчетное давление трубопровода. В результате получают значения расхода жидкости (пропускная способность), величины внутренних диаметров труб, и насколько теряется давление в эксплуатации. Калькулятор разрешает задать вид работы с расчетным сопротивлением.

Пример расчета параметров в калькуляторе

Пример расчета параметров в калькуляторе

Для вычислений задаются исходные характеристики размеров труб, их степень износа, из какого материала (как пример, сталь, сплав, пластмасса, стекло) они изготовлены. Можно провести исследования с учетом коэффициента шероховатости элементов. Калькуляторы рассчитывают падение жидкостного напора, расходы, длины участков, диаметры водопровода.

Несложные системы отопления с одним или двумя контурами и парочкой радиаторов легко рассчитать онлайн калькулятором. Но для комплексных СВО с мощностью более 30 кВт требуется применить специальные программы, которые разрабатывают основные производители отопительного оборудования.

Окно программы для расчета отопления частного дома

Окно программы для расчета отопления частного дома

Заключение

Чтобы правильно спроектировать отопительный контур, необходимо контролировать достаточный напор жидкости, качество используемых труб, мощность циркуляционного насоса. С гидравлическим вычислением можно откалибровать систему и обеспечить ее эффективность.

Определение параметров падения напора, расхода, трубных диаметров на участках нужно для корректного выполнения исследования. Если в виде примера взять небольшой частный дом, то он рассчитывается вручную либо онлайн. Сложные промышленные коммуникации проектируются программным обеспечением.

Экономичность теплового комфорта в доме обеспечивают расчет гидравлики, её качественный монтаж и правильная эксплуатация. Главные компоненты отопительной системы — источник тепла (котёл), тепловая магистраль (трубы) и приборы теплоотдачи (радиаторы). Для эффективного теплоснабжения необходимо сохранить первоначальные параметры системы при любых нагрузках независимо от времени года.

Перед началом гидравлических расчётов выполняют:

  • Сбор и обработку информации по объекту с целью:
    • определения количества требуемого тепла;
    • выбора схемы отопления.
  • Тепловой расчёт системы отопления с обоснованием:
    • объёмов тепловой энергии;
    • нагрузок;
    • теплопотерь.

Если водяное отопление признаётся оптимальным вариантом, выполняется гидравлический расчёт.

Для расчёта гидравлики с помощью программ требуется знакомство с теорией и законами сопротивления. Если приведенные ниже формулы покажутся вам сложными для понимания, можно выбрать параметры, которые мы предлагаем в каждой из программ.

Расчёты проводились в программе Excel. Готовый результат можно посмотреть в конце инструкции.

Что такое гидравлический расчёт

Это третий этап в процессе создания тепловой сети. Он представляет собой систему вычислений, позволяющих определить:

  • диаметр и пропускную способность труб;
  • местные потери давления на участках;
  • требования гидравлической увязки;
  • общесистемные потери давления;
  • оптимальный расход воды.

Согласно полученным данным осуществляют подбор насосов.

Для сезонного жилья, при отсутствии в нём электричества, подойдёт система отопления с естественной циркуляцией теплоносителя (ссылка на обзор).

Основная цель гидравлического расчёта — обеспечить совпадение расчётных расходов по элементам цепи с фактическими (эксплуатационными) расходами. Количество теплоносителя, поступающего в радиаторы, должно создать тепловой баланс внутри дома с учётом наружных температур и тех, что заданы пользователем для каждого помещения согласно его функциональному назначению (подвал +5, спальня +18 и т.д.).

Комплексные задачи — минимизация расходов:

  1. капитальных – монтаж труб оптимального диаметра и качества;
  2. эксплуатационных:
    • зависимость энергозатрат от гидравлического сопротивления системы;
    • стабильность и надёжность;
    • бесшумность.

Автономное отопление

Замена централизованного режима теплоснабжения индивидуальным упрощает методику вычислений

Для автономного режима применимы 4 метода гидравлического расчёта системы отопления:

  1. по удельным потерям (стандартный расчёт диаметра труб);
  2. по длинам, приведённым к одному эквиваленту;
  3. по характеристикам проводимости и сопротивления;
  4. сопоставление динамических давлений.

Два первых метода используются при неизменном перепаде температуры в сети.

Два последних помогут распределить горячую воду по кольцам системы, если перепад температуры в сети перестанет соответствовать перепаду в стояках/ответвлениях.

Расчет гидравлики системы отопления

Нам потребуются данные теплового расчёта помещений и аксонометрической схемы.

Аксонометрическая схема

Аксонометрическая схема

Вынесите данные в эту таблицу:

№ расчётного участка Тепловая нагрузка Длина
записать записать записать

Шаг 1: считаем диаметр труб

В качестве исходных данных используются экономически обоснованные результаты теплового расчёта:

1а. Оптимальная разница между горячим (tг) и охлаждённым( tо) теплоносителем для двухтрубной системы – 20º

  • Δtco=tг- tо=90º-70º=20ºС 

1б. Расход теплоносителя G, кг/час — для однотрубной системы.

2. Оптимальная скорость движения теплоносителя – ν 0,3-0,7 м/с.

Чем меньше внутренний диаметр труб — тем выше скорость. Достигая отметки 0,6 м/с, движение воды начинает сопровождаться шумом в системе.

3. Расчётная скорость теплопотока – Q, Вт.

Выражает количество тепла (W, Дж), переданного в секунду (единицу времени τ):

Формула для Q

Формула для расчёта скорости теплопотока

4. Расчетная плотность воды: ρ = 971,8 кг/м3 при tср = 80 °С

5. Параметры участков:

Участок Длина участка, м Число приборов 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 определения внутреннего диаметра по каждому участку удобно пользоваться таблицей.

Расшифровка сокращений:

  • зависимость скорости движения воды — ν, с
  • теплового потока — Q, Вт
  • расхода воды G, кг/час от внутреннего диаметра труб
Ø 8 Ø 10 Ø 12 Ø 15 Ø 20 Ø 25 Ø 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

Пример

Задача: подобрать диаметр трубы для отопления гостиной площадью 18 м², высота потолка 2,7 м.

Данные проекта:

  • двухтрубная схема разводки;
  • циркуляция — принудительная (насос).

Среднестатистические данные:

  • расход мощности – 1 кВт на 30 м³
  • запас тепловой мощности – 20%

Расчёт:

  • объём помещения: 18 * 2,7 = 48,6 м³
  • расход мощности: 48,6 / 30 = 1,62 кВт
  • запас на случай морозов: 1,62 * 20% = 0,324 кВт
  • итоговая мощность: 1,62 + 0,324 = 1,944 кВт

Находим в таблице наиболее близкое значения Q:
Q

Получаем интервал внутреннего диаметра: 8-10 мм.
Участок: 3-4.
Длина участка: 2.8 метров.

Шаг 2: вычисление местных сопротивлений

Чтобы определиться с материалом труб, необходимо сравнить показатели их гидравлического сопротивления на всех участках отопительной системы.

Факторы возникновения сопротивления:

Трубы

Трубы для отопления
  • в самой трубе:
    • шероховатость;
    • место сужения/расширения диаметра;
    • поворот;
    • протяжённость.
  • в соединениях:
    • тройник;
    • шаровой кран;
    • приборы балансировки.

Расчетным участком является труба постоянного диаметра с неизменным расходом воды, соответствующим проектному тепловому балансу помещения.

Для определения потерь берутся данные с учётом сопротивления в регулирующей арматуре:

  1. длина трубы на расчётном участке/l,м;
  2. диаметр трубы расчётного участка/d,мм;
  3. принятая скорость теплоносителя/u, м/с;
  4. данные регулирующей арматуры от производителя;
  5. справочные данные:
    • коэффициент трения/λ;
    • потери на трение/∆Рl, Па;
    • расчетная плотность жидкости/ρ = 971,8 кг/м3;
  6. технические характеристики изделия:
    • эквивалентная шероховатость трубы/kэ мм;
    • толщина стенки трубы/dн×δ, мм.

Для материалов со сходными значениями kэ производители предоставляют значение удельных потерь давления R, Па/м по всему сортаменту труб.

Чтобы самостоятельно определить удельные потери на трение/R, Па/м, достаточно знать наружный d трубы, толщину стенки/dн×δ, мм и скорость подачи воды/W, м/с (или расход воды/G, кг/ч).

Для поиска гидросопротивления/ΔP в одном участке сети подставляем данные в формулу Дарси-Вейсбаха:
Darsi-Vejsbaha
Для стальных и полимерных труб (из полипропилена, полиэтилена, стекловолокна и т.д.) коэффициент трения/ λ наиболее точно вычисляется по формуле Альтшуля:
formula Altshulya
Re — число Рейнольдса, находится по упрощённой формуле (Re=v*d/ν) или с помощью онлайн-калькулятора:
chislo Rejnoldsa

Шаг 3: гидравлическая увязка

Для балансировки перепадов давления понадобится запорная и регулирующая арматура.

Исходные данные:

  • проектная нагрузка (массовый расход теплоносителя — воды или низкозамерзающей жидкости для систем отопления);
  • данные производителей труб по удельному динамическому сопротивлению/А, Па/(кг/ч)²;
  • технические характеристики арматуры.
  • количество местных сопротивлений на участке.

Задача: выровнять гидравлические потери в сети.

В гидравлическом расчёте для каждого клапана задаются установочные характеристики (крепление, перепад давления, пропускная способность).  По характеристикам сопротивления определяют коэффициенты затекания в каждый стояк и далее — в каждый прибор.

Характеристики затвора

Фрагмент заводских характеристик поворотного затвора

Выберем для вычислений метод характеристик сопротивления S,Па/(кг/ч)².

Потери давления/∆P, Па прямо пропорциональны квадрату расхода воды по участку/G, кг/ч:
Потери давления2
В физическом смысле S — это потери давления на 1 кг/ч теплоносителя:
Потери - формула
где:

  • ξпр — приведенный коэффициент для местных сопротивлений участка;
  • А — динамическое удельное давление, Па/(кг/ч)².

Удельным считается динамическое давление, возникающее при массовом расходе 1 кг/ч теплоносителя в трубе заданного диаметра (информация предоставляется производителем).

Σξ — слагаемое коэффициентов по местным сопротивлениям в участке.

Приведенный коэффициент:
Коэффициент2
Он суммирует все местные сопротивления:
Сумма сопротивлений
С величиной:
Величина
которая соответствует коэффициенту местного сопротивления с учётом потерь от гидравлического трения.

Шаг 4: определение потерь

Гидравлическое сопротивление в главном циркуляционном кольце представлено суммой потерь его элементов:

  • первичного контура/ΔPIк ;
  • местных систем/ΔPм;
  • теплогенератора/ΔPтг;
  • теплообменника/ΔPто.

Сумма величин даёт нам гидравлическое сопротивление системы/ΔPсо:

Результат

Обзор программ

Для удобства расчётов применяются любительские и профессиональные программы вычисления гидравлики.

Самой популярной является Excel.

Можно воспользоваться онлайн-расчётом в Excel Online, CombiMix 1.0, или онлайн-калькулятором гидравлического расчёта. Стационарную программу подбирают с учётом требований проекта.

Главная трудность в работе с такими программами — незнание основ гидравлики. В некоторых из них отсутствуют расшифровки формул, не рассматриваются особенности разветвления трубопроводов  и вычисления сопротивлений в сложных цепях.

Особенности программ:

  • HERZ C.O. 3.5 – производит расчёт по методу удельных линейных потерь давления.
  • DanfossCO и OvertopCO – умеют считать системы с естественной циркуляцией.
  • «Поток» (Potok) — позволяет применять метод расчёта с переменным (скользящим) перепадом температур по стоякам.

Следует уточнять параметры ввода данных по температуре — по Кельвину/по Цельсию.

Как работать в EXCEL

Использование таблиц Excel очень удобно, поскольку результаты гидравлического расчёта всегда сводятся к табличной форме. Достаточно определить последовательность действий и подготовить точные формулы.

Ввод исходных данных

Выбирается ячейка и вводится величина. Вся остальная информация просто принимается к сведению.

Ячейка Величина Значение, обозначение, единица выражения
D4 45,000 Расход воды G в т/час
D5 95,0 Температура на входе tвх в °C
D6 70,0 Температура на выходе tвых в °C
D7 100,0 Внутренний диаметр d, мм
D8 100,000 Длина, L в м
D9 1,000 Эквивалентная шероховатость труб ∆ в мм
D10 1,89 Сумма коэф. местных сопротивлений — Σ(ξ)

Пояснения:

  • значение в D9 берётся из справочника;
  • значение в D10 характеризует сопротивления в местах сварных швов.

Формулы и алгоритмы

Выбираем ячейки и вводим алгоритм, а также формулы теоретической гидравлики.

Ячейка Алгоритм Формула Результат Значение результата
D12 387332 tср=(tвх+tвых)/2 82,5 Средняя температура воды tср в °C
D13 !ERROR! B3 -> Formula Error: Unexpected , n=0,0178/(1+0,0337*tср+0,000221*tср2) 0,003368 Кинематический коэф. вязкости воды — n, cм2/с при tср
D14 !ERROR! B4 -> Formula Error: Unexpected , ρ=(-0,003*tср2-0,1511*tср+1003, 1)/1000 0,970 Средняя плотность воды ρ,т/м3 при tср
D15 0.03301785959853 G’=G*1000/(ρ*60) 773,024 Расход воды G’, л/мин
D16 #NAME? v=4*G:(ρ*π*(d:1000)2*3600) 1,640 Скорость воды v, м/с
D17 46820984.143969 Re=v*d*10/n 487001,4 Число Рейнольдса Re
D18 !ERROR! B8 -> Formula Error: An unexpected error occurred λ=64/Re при Re≤2320
λ=0,0000147*Re при 2320≤Re≤4000
λ=0,11*(68/Re+∆/d)0,25 при Re≥4000
0,035 Коэффициент гидравлического трения λ
D19 !ERROR! B9 -> Formula Error: Unexpected , R=λ*v2*ρ*100/(2*9,81*d) 0,004645 Удельные потери давления на трение R, кг/(см2*м)
D20 0 dPтр=R*L 0,464485 Потери давления на трение dPтр, кг/см2
D21 !ERROR! B11 -> Formula Error: Unexpected , dPтр=dPтр*9,81*10000 45565,9 и Па соответственно
D20
D22 !ERROR! B12 -> Formula Error: Unexpected , dPмс=Σ(ξ)*v2*ρ/(2*9,81*10) 0,025150 Потери давления в местных сопротивлениях dPмс в кг/см2
D23 !ERROR! B13 -> Formula Error: Unexpected , dPтр=dPмс*9,81*10000 2467,2 и Па соответственно D22
D24 0 dP=dPтр+dPмс 0,489634 Расчетные потери давления dP, кг/см2
D25 !ERROR! B15 -> Formula Error: Unexpected , dP=dP*9,81*10000 48033,1 и Па соответственно D24
D26 0 S=dP/G2 23,720 Характеристика сопротивления S, Па/(т/ч)2

Пояснения:

  • значение D15 пересчитывается в литрах, так легче воспринимать величину расхода;
  • ячейка D16 — добавляем форматирование по условию: «Если v не попадает в диапазон 0,25…1,5 м/с, то фон ячейки красный/шрифт белый».

Для трубопроводов с перепадом высот входа и выхода к результатам добавляется статическое давление: 1 кг/см2 на 10 м.

Оформление результатов

Авторское цветовое решение несёт функциональную нагрузку:

  • Светло-бирюзовые ячейки содержат исходные данные – их можно менять.
  • Бледно-зелёные ячейка — вводимые константы или данные, мало подверженные изменениям.
  • Жёлтые ячейки — вспомогательные предварительные расчёты.
  • Светло-жёлтые ячейки — результаты расчётов.
  • Шрифты:
    • синий — исходные данные;
    • чёрный — промежуточные/неглавные результаты;
    • красный — главные и окончательные результаты гидравлического расчёта.

Результаты в excel

Результаты в таблице Эксель

Пример от Александра Воробьёва

Пример несложного гидравлического расчёта в программе Excel для горизонтального участка трубопровода.

Исходные данные:

  • длина трубы100 метров;
  • ø108 мм;
  • толщина стенки 4 мм.

Excel

Таблица результатов расчёта местных сопротивлений

Усложняя шаг за шагом расчёты в программе Excel, вы лучше осваиваете теорию и частично экономите на проектных работах. Благодаря грамотному подходу, ваша система отопления станет оптимальной по затратам и теплоотдаче.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *