Hydraulische berekening van warmtenetten: concept, definitie, rekenmethode met voorbeelden, taken en ontwerp

2024 Auteur: Howard Calhoun | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2023-12-17 10:36

In de hydraulische berekening van warmtenetten wordt het totale debiet van het hoofdwarmtapwater voor verwarming, airconditioning, ventilatie en warmtapwater ingesteld. Op basis van een dergelijke berekening worden de noodzakelijke parameters van pompapparatuur, warmtewisselaars en leidingdiameters van het hoofdnetwerk bepaald.

Een beetje over theorie en problemen

De hoofdtaak van de hydraulische berekening van warmtenetten is de selectie van de geometrische parameters van de buis en de standaardafmetingen van de bedieningselementen om te voorzien in:

• kwalitatief-kwantitatieve distributie van het koelmiddel naar individuele verwarmingstoestellen;
• thermisch-hydraulische betrouwbaarheid en economische haalbaarheid van een gesloten thermisch systeem;
• optimalisatie van investerings- en bedrijfskosten van de warmtevoorzieningsorganisatie.

De hydraulische berekening van warmtenetten schept de randvoorwaarden voor verwarmings- en warmwatertoestellen om het benodigde vermogen te bereiken bij een bepaald temperatuurverschil. Bijvoorbeeld, met een T-kaart van 150-70 ^oS, zal het gelijk zijn aan 80 ^{oS. Dit wordt bereikt door op elk verwarmingspunt de benodigde waterdruk of koelmiddeldruk te creëren.}

Een dergelijke voorwaarde voor de werking van het thermische systeem wordt geïmplementeerd door de netwerkapparatuur vakkundig in te stellen in overeenstemming met de ontwerpvoorwaarden, door apparatuur te installeren op basis van de resultaten van de hydraulische berekening van thermische netwerken.

Stappen van netwerkhydraulica:

1. Pre-lanceringsberekening.
2. Operationele regelgeving.

Initiële netwerkhydraulica in uitvoering:

• door middel van berekeningen;
• meetmethode.

In de Russische Federatie is de berekeningsmethode overheersend, het bepa alt alle parameters van de elementen van het warmtetoevoersysteem in een enkel woongebied (huis, wijk, stad). Zonder dit wordt het netwerk gedereguleerd en wordt de koelvloeistof niet geleverd aan de bovenste verdiepingen van gebouwen met meerdere verdiepingen. Daarom begint het begin van de bouw van een warmtevoorziening, zelfs de kleinste, met een hydraulische berekening van warmtenetten.

Schema warmtenetten maken

Vóór hydraulische berekeningen wordt een voorlopig schema van de hoofdleiding uitgevoerd met vermelding van de lengte L in meters en D van technische leidingen in mm en de geschatte volumes netwerkwater voor de ontwerpsecties van het schema. Drukverliezen in warmtetoevoersystemen zijn onderverdeeld in lineair, ontstaan in verband met:wrijving van media tegen pijpwanden en verliezen in secties veroorzaakt door lokale structurele weerstand als gevolg van de aanwezigheid van T-stukken, bochten, compensatoren, bochten en andere apparaten.

Berekeningsvoorbeeld van hydraulische berekening van warmtenetten:

1. Eerst wordt een vergrote berekening uitgevoerd om de maximale netwerkprestaties te bepalen die bewoners volledig kunnen voorzien van verwarmingsdiensten.
2. Na voltooiing worden de kwalitatieve en kwantitatieve indicatoren van de hoofd- en intra-kwartaalnetwerken vastgesteld, inclusief de einddruk en temperatuur van de drager bij de inlaatknooppunten van warmteverbruikers, rekening houdend met warmteverliezen.
3. Voer een hydraulische testberekening uit van het verwarmingssysteem en de warmwatervoorziening.
4. Ze bepalen de werkelijke kosten in de secties van het schema en bij de ingangen van woonvoorzieningen, de hoeveelheid warmte die abonnees ontvangen bij het berekenen van de temperatuur van het koelmiddel in de toevoerwaterleiding van verwarmingssystemen en de beschikbare druk in het uitlaatspruitstuk, de grondgedachte voor hydrothermische regimes, de voorspelde temperatuur in woongebouwen.
5. Bepaal de gewenste afvoertemperatuur van de warmteafvoer.
6. Stel de maximale grootte T van verwarmd water in aan de uitlaat van de stookruimte of andere warmtebron, verkregen op basis van de hydraulische berekening van het warmtenet. Het moet zorgen voor binnenhygiënenormen.

De normatieve methode toepassen

De hydrauliek van netwerken wordt uitgevoerd op basis van tabellen met maximale uurlijkse warmtebelastingen en een warmteleveringsschema voor een stad of wijk met vermelding van bronnen, locatie van hoofd-,intra-quarter en intra-house engineering systemen, met de aanduiding van de grenzen van de balans eigendom van de eigenaren van netwerken. Hydraulische berekening van pijpleidingen van verwarmingsnetwerken van elke sectie tot het bovenstaande schema wordt afzonderlijk uitgevoerd.

Deze berekeningsmethode wordt niet alleen gebruikt voor verwarmingsnetwerken, maar ook voor alle pijpleidingen die vloeibare media transporteren, inclusief gascondensaat en andere chemische vloeibare media. Voor pijpleidingwarmtetoevoersystemen moeten wijzigingen worden aangebracht om rekening te houden met de kinematische viscositeit en dragerdichtheid. Dit komt doordat deze kenmerken het specifieke drukverlies in leidingen beïnvloeden en de stroomsnelheid gerelateerd is aan de dichtheid van het doorvoermedium.

Parameters van de hydraulische berekening van het waterverwarmingsnet

Warmteverbruik Q en de hoeveelheid koelvloeistof G voor de percelen worden afzonderlijk aangegeven in de tabel met maximale indicatoren van het uurlijkse warmteverbruik voor het winter- en zomerseizoen en komt overeen met de som van het warmteverbruik voor de kwartalen die zijn opgenomen in de schema.

Een voorbeeld van een hydraulische berekening van een warmtenet is hieronder weergegeven.

Omdat berekeningen afhankelijk zijn van veel indicatoren, worden ze uitgevoerd met behulp van talrijke tabellen, diagrammen, grafieken, nomogrammen, de uiteindelijke waarde van het warmteverbruik Q voor interne verwarmingssystemen wordt verkregen door interpolatie.

De hoeveelheid vloeistof die in het verwarmingsnetwerk circuleert m3/uur, bij het berekenen van de hydraulische modus van het verwarmingsnetwerk, wordt bepaald door de formule:

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

• G - vervoerder verbruik, m3/uur;
• D – diameter pijpleiding, mm;
• V - stroomsnelheid, m/s.

Lineaire drukverliezen in de hydraulische berekening van warmtenetten zijn ontleend aan speciale tabellen. Tijdens de installatie van verwarmingssystemen worden er tientallen en honderden hulpelementen in geïnstalleerd: kleppen, fittingen, ontluchters, bochten en andere, waardoor weerstand wordt gecreëerd tegen het doorvoermedium.

De redenen voor de drukval in pijpleidingen kunnen ook de interne toestand van de pijpmaterialen en de aanwezigheid van zoutafzettingen daarop zijn. De coëfficiëntwaarden die bij technische berekeningen worden gebruikt, staan in de tabellen.

Standaardmethodologie en processtappen

Volgens de methode van hydraulische berekening van warmtenetten, wordt deze in twee fasen uitgevoerd:

1. Bouw van een verwarmingsnetwerkschema, waarop secties zijn genummerd, eerst in het gebied van de centrale snelweg - een langere en meer volumineuze netwerklijn in termen van belasting van het aansluitpunt naar een meer verbruiksfaciliteit op afstand.
2. Berekening van het drukverlies van elke leidingsectie, schema. Het wordt uitgevoerd met behulp van tabellen en nomogrammen, die worden aangegeven door de vereisten van staatsnormen en standaarden.

Eerst worden de berekeningen voor de hoofdweg uitgevoerd volgens de volgens het schema vastgestelde kosten. Tegelijkertijd worden referentiegegevens van specifieke drukverliezen in netwerken gebruikt.

Verder, nadat ze de diameters van de pijpen hebben berekend, berekenen ze:

1. Aantal compensatoren volgens het schema.
2. Weerstanden op daadwerkelijk geïnstalleerde elementenverwarmingsnetwerken.

Hoofdverlies wordt berekend met formules en nomogrammen. Met deze gegevens in het hele netwerk wordt het hydromechanische regime van afzonderlijke secties berekend vanaf de plaats van splitsing van de stroom tot aan de eindgebruiker.

Berekeningen zijn gekoppeld aan de keuze van de diameter van de aftakleiding. Het verschil is niet meer dan 10%. Overdruk in het verwarmingssysteem wordt gedoofd bij de liftknooppunten, smoormondstukken of autoregelaars in de uitvoerende punten van het huis.

Met de beschikbare druk van het hoofdverwarmingssysteem en de aftakkingen, stelt u eerst de geschatte soortelijke weerstand Rm, Pa/m in.

De berekeningen maken gebruik van tabellen, nomogrammen voor de hydraulische berekening van pijpleidingen van warmtenetten en andere referentieliteratuur, verplicht voor alle fasen, het is gemakkelijk te vinden op internet en speciale literatuur.

Warmwatertransport

Het algoritme voor het berekeningsschema is opgesteld door regelgevende en technische documentatie, staats- en sanitaire normen en wordt uitgevoerd in strikte overeenstemming met de vastgestelde procedure.

Het artikel geeft een voorbeeld van de berekening van de hydraulische berekening van het verwarmingssysteem. De procedure wordt in de volgende volgorde uitgevoerd:

1. Op het goedgekeurde warmtevoorzieningsschema van de stad en het district zijn de knooppunten van berekening, de warmtebron, de tracering van technische systemen gemarkeerd met een aanduiding van alle takken, aangesloten verbruiksobjecten.
2. Verduidelijk de grenzen van het balansbezit van consumentennetwerken.
3. Wijs nummers toe aan het perceel volgens het schema, te beginnen met de nummeringvan bron tot eindgebruiker.

Het nummeringssysteem moet duidelijk onderscheid maken tussen de soorten netwerken: hoofdnetwerken binnen het kwartier, binnenhuis van de thermische bron tot de grenzen van de balans, terwijl de locatie is ingesteld als een segment van het netwerk, omsloten door twee takken.

Het diagram geeft alle parameters weer van de hydraulische berekening van het hoofdwarmtenet van de centrale verwarming:

• Q - GJ/uur;
• G m3/uur;
• D - mm;
• V - m/s;
• L - sectie lengte, m.

Diameterberekening wordt bepaald door de formule.

Stoomverwarmingsnetwerken

Dit warmtenet is ontworpen voor een warmtetoevoersysteem met een warmtedrager in de vorm van stoom.

Verschillen van dit schema van het vorige worden veroorzaakt door temperatuurindicatoren en druk van het medium. Structureel zijn deze netwerken korter in lengte; in grote steden bevatten ze meestal alleen de belangrijkste, dat wil zeggen van de bron tot het centrale verwarmingspunt. Ze worden niet gebruikt als netwerken tussen districten en huizen, behalve voor kleine industriële sites.

Het schakelschema wordt in dezelfde volgorde uitgevoerd als bij de waterkoelvloeistof. Alle netwerkparameters voor elke tak zijn aangegeven op de secties, de gegevens zijn afkomstig uit de samenvattende tabel van het marginale uurlijkse warmteverbruik, met een stapsgewijze optelling van verbruiksindicatoren van de eindgebruiker tot de bron.

Geometrische afmetingenpijpleidingen worden geïnstalleerd op basis van de resultaten van een hydraulische berekening, die wordt uitgevoerd in overeenstemming met de staatsnormen en regels, en met name SNiP. De bepalende waarde is het drukverlies van het gascondensaatmedium van de warmtebron naar de verbruiker. Met een groter drukverlies en een kleinere afstand ertussen, zal de bewegingssnelheid groot zijn en moet de diameter van de stoomleiding kleiner zijn. De keuze van de diameter wordt uitgevoerd volgens speciale tabellen, op basis van de parameters van het koelmiddel. Daarna worden de gegevens ingevoerd in draaitabellen.

Warmtedrager voor condensaatnetwerk

De berekening voor een dergelijk warmtenetwerk verschilt aanzienlijk van de vorige, omdat het condensaat zich tegelijkertijd in twee toestanden bevindt - in stoom en in water. Deze verhouding verandert naarmate het naar de consument toe beweegt, d.w.z. de stoom wordt steeds vochtiger en uiteindelijk volledig vloeibaar. Daarom verschillen de berekeningen voor de leidingen van elk van deze media en wordt er al rekening mee gehouden door andere normen, met name SNiP 2.04.02-84.

Procedure voor het berekenen van condensaatleidingen:

1. De tabellen stellen de interne equivalente ruwheid van de buizen in.
2. Indicatoren van drukverlies in leidingen in het netwerkgedeelte, van de koelmiddeluitlaat van de warmtepompen naar de verbruiker, worden geaccepteerd volgens SNiP 2.04.02-84.
3. De berekening van deze netwerken houdt geen rekening met het warmteverbruik Q, maar alleen met het stoomverbruik.

De ontwerpkenmerken van dit type netwerk hebben een aanzienlijke invloed op de kwaliteit van metingen, aangezien pijpleidingen hiervoorsoorten koelvloeistof zijn gemaakt van zwart staal, netwerksecties na netwerkpompen door luchtlekken snel corroderen door overtollige zuurstof, waarna zich laagwaardig condensaat met ijzeroxiden vormt, dat metaalcorrosie veroorzaakt. Daarom wordt aanbevolen om in deze sectie roestvrijstalen pijpleidingen te installeren. Al zal de definitieve keuze pas worden gemaakt na afronding van de haalbaarheidsstudie van het warmtenet.

Ontwerpprogramma's

Energieverliezen door kleppen, fittingen en bochten worden veroorzaakt door plaatselijke stromingsstoringen. Energieverlies treedt op in een eindig en niet noodzakelijk kort gedeelte van de pijpleiding, maar voor hydraulische berekeningen wordt aangenomen dat het volledige volume van dit verlies ter plaatse van het apparaat in aanmerking wordt genomen. Bij leidingsystemen met relatief lange leidingen is het vaak zo dat de resulterende verliezen verwaarloosbaar zijn in verhouding tot het totale drukverlies in de leiding.

Slangverlies wordt gemeten met behulp van echte experimentele gegevens en vervolgens geanalyseerd om een lokale verliesfactor te bepalen die kan worden gebruikt om fittingverlies te berekenen, aangezien dit varieert met de vloeistofstroom door dit apparaat.

Pipe Flow Software maakt het gemakkelijk om fittingverliezen en andere verliezen in differentiaaldrukberekeningen te bepalen, omdat ze vooraf zijn geladen met een klepdatabase die veel standaardfactoren voor kleppen enfittingen in verschillende maten. Een pomp wordt vaak gebruikt in een leidingsysteem om extra druk toe te voegen om wrijvings- en andere weerstandsverliezen te overwinnen.

De prestatie van de pomp wordt bepaald door de curve. De opvoerhoogte die door de pomp wordt geproduceerd, varieert met het debiet, het vinden van het werkpunt op de prestatiecurve van de pomp is niet altijd een gemakkelijke taak.

Als u het hydraulische berekeningsprogramma Pipe Flow Expert gebruikt, is het vrij eenvoudig om het exacte werkpunt op de pompcurve te vinden, om ervoor te zorgen dat stromen en drukken in het hele systeem in evenwicht zijn, om een nauwkeurige ontwerpbeslissing te nemen pijpleidingen.

Er wordt een online berekening gemaakt om de optimale diameter te selecteren die de beste bedrijfsparameters, laag drukverlies en hoge mediabewegingssnelheden biedt, wat zorgt voor goede technische en economische indicatoren van verwarmingsnetwerken als geheel.

Het minimaliseert de inspanning en biedt een hogere nauwkeurigheid. Het bevat alle benodigde referentietabellen en nomogrammen. Zo worden verliezen per meter buizen genomen in de hoeveelheid van 81 - 251 Pa / m (8,1 - 25,1 mm waterkolom), afhankelijk van het materiaal van de buizen. De snelheid van het water in het systeem is afhankelijk van de diameter van de geïnstalleerde leidingen en wordt geselecteerd in een specifiek bereik. De hoogste watersnelheid voor warmtenetten is 1,5 m/s. De berekening suggereert de grenswaarden van de watersnelheid in leidingen met een binnendiameter:

1. 15.0mm-0.3m/s;
2. 20.0mm-0.65m/s;
3. 25, 0 mm - 0,8 m/s;
4. 32.0mm-1.0m/s.
5. Voor andere diameters niet meer dan 1,5 m/s.
6. Voor pijpleidingen van brandbestrijdingssystemen is een gemiddelde snelheid tot 5,0 m/s toegestaan.

Instrumentaal geo-informatiesysteem

GIS Zulu - geo-informatieprogramma voor hydraulische berekening van warmtenetten. Het bedrijf is gespecialiseerd in de studie van GIS-toepassingen die de visualisatie van 3D-geodata in vector- en rasterversies vereisen, topologische studie en hun relatie met semantische databases. Met Zulu kunt u verschillende plannen en workflows maken, inclusief warmte- en stoomnetwerken met behulp van topologie, kunt u met rasters werken en gegevens ophalen uit verschillende databases, zoals BDE of ADO.

De berekeningen worden uitgevoerd in nauwe integratie met het geo-informatiesysteem, ze worden uitgevoerd in de versie van de uitgebreide module. Het netwerk is elementair en wordt levendig ingevoerd in het GIS met de muis of volgens de opgegeven coördinaten. Daarna wordt er direct een rekenschema gemaakt. Daarna worden de parameters van de circuits ingesteld en wordt de start van het proces bevestigd. De berekeningen worden toegepast op doodlopende en ringverwarmingssystemen, inclusief netwerkpompunits en smoorinrichtingen, gevoed door een of meer bronnen. Verwarmingsberekening kan worden uitgevoerd rekening houdend met lekkage van distributienetwerken en warmteverliezen in verwarmingsleidingen.

Om een speciaal programma op een pc te installeren, download op internet via torrent "Hydraulische berekening van warmtenetten 3.5.2".

Structuur van definitiestappen:

1. Commutatiedefinitie.
2. Controle hydromechanische berekening van het verwarmingsnetwerk.
3. Inbedrijfstelling thermisch-hydraulische berekening van hoofd- en kwartierleidingen.
4. Ontwerpselectie van verwarmingsnetwerkapparatuur.
5. Berekening van de piëzometrische grafiek.

Microsoft Excel Developer Tool

Microsoft Excel voor hydraulische berekening in thermische netwerken is de meest toegankelijke tool voor gebruikers. De uitgebreide spreadsheet-editor kan veel rekenproblemen oplossen. Bij het uitvoeren van berekeningen van thermische systemen moet echter aan speciale vereisten worden voldaan. Deze kunnen worden vermeld:

• het vinden van de vorige sectie in de richting van het medium;
• berekening van de leidingdiameter volgens deze voorwaardelijke indicator en omgekeerde berekening;
• instelling van de correctiefactor voor de grootte van het specifieke drukverlies volgens de gegevens en de equivalente ruwheid van het buismateriaal;
• berekening van de dichtheid van een medium uit zijn temperatuur.

Het gebruik van Microsoft Excel voor hydraulische berekening in warmtenetten maakt het natuurlijk niet mogelijk om het rekenverloop absoluut te vereenvoudigen, wat in eerste instantie relatief hoge arbeidskosten met zich meebrengt.

Software voor hydromechanische berekening van netwerken of pakket GRTS - een computertoepassing die hydromechanische berekeningen van multipipe-netwerken uitvoert, inclusief een doodlopende configuratie. Het GRTS-platform bevat de taalfunctionaliteit van formules, waardoor:de noodzakelijke kenmerken van de berekening vaststellen en formules selecteren voor de nauwkeurigheid van hun bepaling. Door het gebruik van deze functionaliteit heeft de rekenmachine de mogelijkheid om zelfstandig de berekeningstechnologie te vinden en de vereiste complexiteit in te stellen.

Er zijn twee versies van de GRTS-applicatie: 1.0 en 1.1. Aan het einde krijgt de gebruiker de volgende resultaten:

• calculation, waarin de berekeningsmethode nauwkeurig wordt beschreven;
• rapport in tabelvorm;
• overdracht van computationele databases naar Microsoft Excel;
• piëzometrische grafiek;
• temperatuurgrafiek warmtedrager.

De GRTS 1.1-applicatie wordt beschouwd als de modernste modificatie en ondersteunt de nieuwste standaarden:

1. Berekening van leidingdiameters op basis van gegeven drukken op de eindpunten van het thermische diagram.
2. Help platform geüpgraded. Team "?" opent het helpgedeelte van de applicatie op het beeldscherm.

Hydraulische berekening van warmtenetten

Een voorbeeld van de berekening wordt hieronder getoond.

Minimale basisparameters die nodig zijn om een leidingsysteem te ontwerpen zijn:

1. Kenmerken en fysische eigenschappen van de vloeistof.
2. Vereiste massastroom (of volume) van het transportmedium dat moet worden getransporteerd.
3. Druk, temperatuur op het startpunt.
4. Druk, temperatuur en hoogte op het eindpunt.
5. Afstand tussen twee punten en equivalente lengte (drukverlies) van geïnstalleerde kleppen en fittingen.

Deze basisparameters zijn nodig voor het ontwerp van het leidingsysteem. Uitgaande van een constante stroom, zijn er een aantal vergelijkingen op basis van de algemene energievergelijking die kunnen worden gebruikt om een leidingsysteem te ontwerpen.

Variabelen die verband houden met vloeistof-, stoom- of tweefasige condensaatstroom beïnvloeden het berekeningsresultaat. Dit leidt tot de afleiding en ontwikkeling van vergelijkingen die van toepassing zijn op een bepaalde vloeistof. Hoewel leidingsystemen en hun ontwerp complex kunnen worden, kan de overgrote meerderheid van de ontwerpproblemen waarmee een ingenieur wordt geconfronteerd, worden opgelost met standaard Bernoulli-stroomvergelijkingen.

De basisvergelijking die is ontwikkeld om de stationaire vloeistofstroom weer te geven, is de Bernoulli-vergelijking, die aanneemt dat de totale mechanische energie behouden blijft voor een stabiele, onsamendrukbare, niet-viskeuze isotherme stroom zonder warmteoverdracht. Deze beperkende voorwaarden kunnen inderdaad representatief zijn voor veel fysieke systemen.

Hoofdverliezen in verband met kleppen en fittingen kunnen ook worden berekend door rekening te houden met de equivalente "lengtes" van leidingsecties voor elke klep en fitting. Met andere woorden, het berekende drukverlies dat wordt veroorzaakt door de vloeistof die door de klep gaat, wordt uitgedrukt als een extra leidinglengte die wordt opgeteld bij de werkelijke leidinglengte bij het berekenen van de drukval.

Alle equivalente lengtes veroorzaakt door kleppen en fittingen in het segmentleidingen worden bij elkaar opgeteld om de drukval voor het berekende leidingsegment te berekenen.

Samenvattend kunnen we zeggen dat het doel van de hydraulische berekening van het warmtenet op het eindpunt een eerlijke verdeling van warmtebelastingen tussen abonnees van thermische systemen is. Hier is een eenvoudig principe van toepassing: elke radiator - indien nodig, dat wil zeggen een grotere radiator, die is ontworpen om een groter volume aan ruimteverwarming te leveren, moet een grotere stroom koelmiddel ontvangen. Een correct uitgevoerde netwerkberekening kan dit principe garanderen.