Хидравлично изчисление на отоплителната система

Съдържанието на статията

• Цели и цели на хидравличното изчисление
• Видове отоплителни системи
• Определяне на дебита и скоростта на движение на охлаждащата течност
• Загуби на главата и налягането
• Предварително балансиране на системата
• Софтуерни системи за изчисления

Днес ще анализираме как да направим хидравлично изчисление на отоплителната система. Всъщност и до днес се разпространява практиката за проектиране на отоплителни системи по каприз. Това е коренно погрешен подход: без предварително изчисление ние повдигаме летвата за разход на материали, провокираме необичайни режими на работа и губим възможността за постигане на максимална ефективност.

Цели и цели на хидравличното изчисление

От инженерна гледна точка течната отоплителна система изглежда доста сложен комплекс, включващ устройства за генериране на топлина, транспортиране и освобождаване в отоплявани помещения. Идеалният режим на работа на хидравличната отоплителна система се счита за такъв, при който охлаждащата течност абсорбира максимална топлина от източника и я пренася в атмосферата на помещението без загуба по време на движение. Разбира се, такава задача изглежда напълно непостижима, но по-обмислен подход ви позволява да прогнозирате поведението на системата в различни условия и възможно най-близо до референтните показатели. Това е основната цел за проектиране на отоплителни системи, най-важната част от които се счита за хидравлично изчисление..

Практическите цели на хидравличния дизайн са:

1. Разберете с каква скорост и в какъв обем се движи охлаждащата течност във всеки възел на системата.
2. Определете какъв ефект има промяна в режима на работа на всяко устройство върху целия комплекс като цяло.
3. Определете какъв капацитет и експлоатационни характеристики на отделни блокове и устройства ще бъдат достатъчни за отоплителната система да изпълнява функциите си без значително увеличение на разходите и осигуряване на необосновано висок марж на безопасност.
4. В крайна сметка – да се осигури строго дозирано разпределение на топлинната енергия в различни зони за отопление и да се гарантира, че това разпределение се поддържа с висока постоянство.

Можем да кажем повече: без поне основни изчисления е невъзможно да се постигне приемлива стабилност и дългосрочно използване на оборудването. Моделирането на работата на хидравличната система всъщност е основата, на която се основава цялата по-нататъшна разработка на дизайна..

Видове отоплителни системи

Инженерните задачи от този вид се усложняват от голямото разнообразие от отоплителни системи, както по отношение на мащаба, така и по отношение на конфигурацията. Съществуват няколко типа отоплителни смени, всеки от които има свои собствени закони:

1. Двутръбни тупикови системиa – най-разпространената версия на устройството, добре подходяща за организиране както на централни, така и на индивидуални отоплителни кръгове.

Двутръбна тупикова система за отопление

2. Еднотръбна система или „Ленинградка“се счита за най-добрият начин за изграждане на граждански отоплителни комплекси с топлинна мощност до 30-35 кВт.

Еднотръбна отоплителна система с принудителна циркулация: 1 – отоплителен котел; 2 – група за сигурност; 3 – радиатори за отопление; 4 – кран на Майевски; 5 – разширителен резервоар; 6 – циркулационна помпа; 7 – източване

3. Двутръбна система от преминаващ тип– най-интензивния материал за отделяне на отоплителните кръгове, характеризиращ се с най-високата известна стабилност на работата и качеството на разпределение на охлаждащата течност.

Двутръбна свързана отоплителна система (цикличен контур)

4. Оформление на гредив много отношения е подобен на двутръбно возене, но в същото време всички органи за управление на системата са поставени в една точка – към монтажа на колектора.

Радиационна отоплителна верига: 1 – бойлер; 2 – разширителен резервоар; 3 – захранващ колектор; 4 – отоплителни радиатори; 5 – обратен колектор; 6 – циркулационна помпа

Преди да стигнете до приложената страна на изчисленията, трябва да направите няколко важни предупреждения. На първо място, трябва да научите, че ключът към доброто изчисление се крие в разбирането на принципите на флуидните системи на интуитивно ниво. Без това разглеждането на всяко отделно решение се превръща в преплитане на сложни математически изчисления. Второто е практическата невъзможност да се представят повече от основни понятия в рамките на един преглед; за по-подробни обяснения е по-добре да се обърнете към такава литература за изчисляването на отоплителните системи:

• В. Пирков „Хидравлично регулиране на отоплителни и охлаждащи системи. Теория и практика “2-ро издание, 2010 г..
• Р. Яушовец „Хидравлика – сърцето на отоплението с вода“.
• Ръководство за хидравлика на котелното помещение от De Dietrich.
• А. Савелиев „Отопление у дома. Изчисляване и инсталиране на системи „.

Определяне на дебита и скоростта на движение на охлаждащата течност

Най-известният метод за изчисляване на хидравличните системи се основава на данни за изчисление на топлотехниката, която определя степента на попълване на топлинните загуби във всяка стая и, съответно, топлинната мощност на радиаторите, инсталирани в тях. На пръв поглед всичко е просто: имаме общата стойност на топлинната мощност и след това дозираме подаването на топлоносителя към всяко отоплително устройство. За по-голямо удобство е предварително изградена аксонометрична скица на хидравличната система, която се анотира с необходимите индикатори за мощност на радиатори или бримки на подгряван с вода под..

Аксонометрична диаграма на отоплителната система

Преходът от топлинно инженерство към хидравлично изчисление се осъществява чрез въвеждане на концепцията за масовия поток, тоест определена маса на охлаждащата течност, подавана към всеки участък от отоплителния кръг. Масовият поток е съотношението на необходимата топлинна мощност към произведението на специфичния топлинен капацитет на охлаждащата течност спрямо температурната разлика в тръбопроводите за подаване и връщане. Така на скицата на отоплителната система са обозначени ключови точки, за които е посочен номиналният масов поток. За удобство обемният поток се определя паралелно, като се взема предвид плътността на използвания топлоносител.

G = Q / (с (t₂ – T₁))

• G – дебит на охлаждащата течност, kg / s
• Q – необходима топлинна мощност, W
• в – специфичен топлинен капацитет на охлаждащата течност за вода, приета като 4200 J / (kg ° C)
• ?T = (t₂ – T₁) – температурна разлика между подаване и връщане, ° С

Логиката тук е проста: за да доставите необходимото количество топлина към радиатора, първо трябва да определите обема или масата на охлаждащата течност с даден топлинен капацитет, преминаващ през тръбопровода за единица време. За да направите това, се изисква да се определи скоростта на движение на охлаждащата течност във веригата, която е равна на съотношението на обемния поток към площта на напречното сечение на вътрешния проход на тръбата. Ако скоростта се изчислява спрямо масовия поток, стойността на плътността на охлаждащата течност трябва да се добави към знаменателя:

V = G / (? F)

• V – скорост на движение на охлаждащата течност, m / s
• G – дебит на охлаждащата течност, kg / s
• ? – плътността на охлаждащата течност, за вода можете да вземете 1000 кг / м³
• f – площта на напречното сечение на тръбата, намира се по формулата ?­R², където r е вътрешният диаметър на тръбата, разделен на две

Данните за дебита и скоростта на потока са необходими за определяне на номиналния размер на отделителните тръби, както и на дебита и главата на циркулационните помпи. Устройствата с принудителна циркулация трябва да създават излишно налягане, за да преодолеят хидродинамичното съпротивление на тръбите и спирателните и контролните клапани. Най-голямата трудност представлява хидравличното изчисляване на системи с естествена (гравитационна) циркулация, за които необходимото излишно налягане се изчислява от скоростта и степента на обемно разширение на нагрятата охлаждаща течност.

Загуби на главата и налягането

Изчисляването на параметрите според съотношенията, описани по-горе, би било достатъчно за идеални модели. В реалния живот както обемният поток, така и скоростта на охлаждащата течност винаги ще се различават от изчислените в различни точки на системата. Причината за това е хидродинамичната устойчивост на движението на охлаждащата течност. Това се дължи на редица фактори:

1. Силите на триене на охлаждащата течност към стените на тръбата.
2. Локални съпротивления на потока, образуван от фитинги, кранове, филтри, термостатични клапани и други фитинги.
3. Наличието на разклоняващи се свързващи и разклоняващи се типове.
4. Бурни вихри в ъгли, стеснения, разширения и т.н..

Проблемът с намирането на спада на налягането и скоростта в различните части на системата с основание се счита за най-труден; той лежи в областта на изчисленията на хидродинамичните среди. Така силите на триене на течността върху вътрешните повърхности на тръбата се описват чрез логаритмична функция, която отчита грапавостта на материала и кинематичния вискозитет. Изчисленията на турбулентните вихри са още по-сложни: най-малката промяна в профила и формата на канала прави всяка ситуация уникална. За улесняване на изчисленията се въвеждат два референтни фактора:

1. Kvs– характеризиране на пропускателната способност на тръби, радиатори, сепаратори и други области, близки до линейни.
2. ДА СЕ_г-ца– определяне на местно съпротивление в различни фитинги.

Тези фактори са посочени от производителите на тръби, клапани, клапани, филтри за всеки отделен продукт. Използването на коефициентите е доста лесно: за определяне на загубата на глава Kms се умножава по съотношението на квадрата на скоростта на движение на охлаждащата течност към двойната стойност на ускорението на гравитацията:

?з_г-ца = K_г-ца (V²/ 2 г)или ?р_г-ца = K_г-ца (? V²/ 2)

• ?з_г-ца – загуба на налягане върху локални съпротивления, m
• ?р_г-ца – загуба на налягане върху локални съпротивления, Pa
• ДА СЕ_г-ца – коефициент на местно съпротивление
• g – ускорение на гравитацията, 9,8 m / s²
• ? – плътността на охлаждащата течност за вода 1000 kg / m³

Загубата на главата в линейни секции е съотношението на капацитета на канала към известния коефициент на капацитет, а резултатът от разделянето трябва да се повиши до втората мощност:

P = (G / Kvs)²

• P – загуба на глава, бар
• G – действителният дебит на охлаждащата течност, m³/ час
• Kvs – пропускателна способност, m³/ час

Предварително балансиране на системата

Най-важната крайна цел на хидравличното изчисление на отоплителната система е изчисляването на такива стойности на пропускателна способност, при които строго дозирано количество охлаждаща течност с определена температура навлиза във всяка част на всеки отоплителен кръг, което осигурява нормализираното отделяне на топлина върху отоплителните уреди. Тази задача изглежда трудна само на пръв поглед. Всъщност балансирането се извършва чрез ограничаващи потока регулиращи клапани. За всеки модел на клапана са посочени както коефициентът на Kvs за напълно отворено положение, така и кривата на фактора Kv за различни степени на отваряне на управляващото стъбло. Чрез промяна на пропускателната способност на клапаните, които по правило са инсталирани в точките на свързване на отоплителните устройства, е възможно да се постигне желаното разпределение на охлаждащата течност и следователно количеството топлина, прехвърлена от нея.

Съществува обаче малък нюанс: когато пропускателната способност се променя в една точка на системата, се променя не само реалният дебит в разглеждания участък. Поради намаляване или увеличаване на потока, балансът във всички останали вериги се променя до известна степен. Ако вземем например два радиатора с различна топлинна мощност, свързани паралелно с противоположното движение на охлаждащата течност, тогава с увеличаване на пропускателната способност на устройството, което е първото в схемата, вторият ще получи по-малко охлаждаща течност поради увеличаването на разликата в хидродинамичното съпротивление. Напротив, когато дебитът се понижи поради контролния клапан, всички други радиатори по-надолу по веригата автоматично ще получат по-голям обем на охлаждащата течност и ще се нуждаят от допълнително калибриране. Всеки тип окабеляване има свои собствени принципи за балансиране.

Софтуерни системи за изчисления

Очевидно ръчните изчисления са оправдани само за малки отоплителни системи с максимум една или две вериги с 4–5 радиатора във всяка. По-сложните отоплителни системи с топлинна мощност над 30 kW изискват интегриран подход за изчисляване на хидравликата, което разширява гамата от използвани инструменти далеч отвъд молив и лист хартия.

Danfoss C.O. 3.8

Днес има доста голям брой софтуер, предоставен от най-големите производители на отоплително оборудване като Valtec, Danfoss или Herz. В такива софтуерни пакети се използва същата методология за изчисляване на поведението на хидравликата, която беше описана в нашия преглед. Първо, във визуалния редактор се моделира точно копие на проектираната отоплителна система, за което са посочени данни за топлинната мощност, вида на топлоносителя, дължината и височината на тръбните капки, използваните арматури, радиаторите и настилките за подово отопление. Програмната библиотека съдържа широка гама от хидравлични устройства и фитинги; за всеки продукт производителят е предварително определил работните параметри и базовите коефициенти. Ако желаете, можете да добавите проби от устройства на трети страни, ако необходимия списък от характеристики е известен за тях.

В края на работата програмата дава възможност за определяне на подходящия номинален отвор на тръбата, избор на достатъчен дебит и налягане на циркулационните помпи. Изчисляването се завършва чрез балансиране на системата, докато по време на симулацията на работата на хидравликата се вземат предвид зависимостите и ефектът от промяна на пропускателната способност на една единица от системата върху всички останали. Практиката показва, че овладяването и използването на дори платени софтуерни продукти се оказва по-евтино, отколкото ако изчисленията са поверени на договорени специалисти..