Calcul hidraulic al sistemului de încălzire

Conținutul articolului

• Obiectivele și obiectivele calculului hidraulic
• Tipuri de sisteme de încălzire
• Determinarea debitului și vitezei de mișcare a lichidului de răcire
• Pierderi de cap și presiune
• Pre-echilibrarea sistemului
• Sisteme software pentru calcule

Astăzi vom analiza cum se face un calcul hidraulic al sistemului de încălzire. Într-adevăr, până în zilele noastre, se răspândește practica proiectării sistemelor de încălzire pe capriciu. Aceasta este o abordare fundamental greșită: fără calcul preliminar, ridicăm barul pentru consumul de materiale, provocăm moduri de funcționare anormale și pierdem oportunitatea de a obține eficiență maximă.

Obiectivele și obiectivele calculului hidraulic

Din punct de vedere tehnic, un sistem de încălzire a lichidului pare a fi un complex destul de complex, incluzând dispozitive pentru generarea căldurii, transportarea și eliberarea acesteia în încăperile încălzite. Modul de funcționare ideal pentru un sistem hidraulic de încălzire este unul în care lichidul de răcire absoarbe căldură maximă de la sursă și îl transferă în atmosfera camerei fără pierderi în timpul mișcării. Desigur, o astfel de sarcină pare complet imposibilă, dar o abordare mai atentă vă permite să prezicem comportamentul sistemului în diverse condiții și să vă apropiați cât mai mult de repere. Acesta este obiectivul principal al proiectării sistemelor de încălzire, cea mai importantă parte fiind considerată a fi calculul hidraulic..

Obiectivele practice ale proiectării hidraulice sunt:

1. Înțelegeți cu ce viteză și în ce volum se mișcă lichidul de răcire în fiecare nod al sistemului.
2. Stabiliți ce efect are o modificare a modului de operare al fiecărui dispozitiv asupra întregului complex în ansamblu.
3. Stabiliți ce caracteristici de performanță și funcționare ale unităților și dispozitivelor individuale vor fi suficiente pentru ca sistemul de încălzire să își îndeplinească funcțiile fără o creștere semnificativă a costurilor și asigurarea unei marje de siguranță nerezonabil de ridicate.
4. În cele din urmă – pentru a asigura o distribuție strict contorizată a energiei termice în diferite zone de încălzire și pentru a asigura menținerea acestei distribuții cu o constanță ridicată.

Putem spune mai multe: fără cel puțin calcule de bază, este imposibil de obținut o stabilitate acceptabilă și utilizarea pe termen lung a echipamentelor. Modelarea funcționării unui sistem hidraulic, de fapt, este baza pe care se bazează toate dezvoltările ulterioare de proiectare..

Tipuri de sisteme de încălzire

Sarcinile de acest tip sunt complicate de marea varietate de sisteme de încălzire, atât din punct de vedere al scării, cât și al configurației. Există mai multe tipuri de schimburi de încălzire, fiecare având propriile legi:

1. Sisteme cu două conducte fără puncta – cea mai comună versiune a dispozitivului, potrivită pentru organizarea atât a circuitelor de încălzire centrale, cât și individuale.

Sistem de încălzire cu două conducte

2. Sistem cu o singură conductă sau „Leningradka”este considerat cel mai bun mod de a construi complexe de încălzire civilă cu o putere termică de până la 30-35 kW.

Sistem de încălzire cu o singură conductă cu circulație forțată: 1 – cazan de încălzire; 2 – grup de securitate; 3 – radiatoare de încălzire; 4 – macaraua Mayevsky; 5 – rezervor de expansiune; 6 – pompă de circulație; 7 – scurgere

3. Sistem cu două conducte de tip care trece– cel mai intens tip de decuplare a circuitelor de încălzire, caracterizat prin cea mai înaltă stabilitate de funcționare și calitatea distribuției lichidului de răcire.

Sistem de încălzire asociat cu două conducte (bucla Tichelman)

4. Dispunerea fascicululuieste asemănător, în multe feluri, cu o rulare cu două conducte, dar în același timp, toate comenzile sistemului sunt plasate la un moment dat – la ansamblul galerie.

Schemă de încălzire prin radiație: 1 – cazan; 2 – rezervor de expansiune; 3 – colector de alimentare; 4 – radiatoare de încălzire; 5 – colector de întoarcere; 6 – pompă de circulație

Înainte de a coborî pe partea aplicată a calculelor, trebuie să faceți câteva avertismente importante. În primul rând, trebuie să aflați că cheia unui calcul bun constă în înțelegerea principiilor sistemelor fluide la nivel intuitiv. Fără aceasta, luarea în considerare a fiecărei soluții individuale se transformă într-o împletire de calcule matematice complexe. Al doilea este imposibilitatea practică de a prezenta mai multe decât concepte de bază într-o singură revizuire; pentru explicații mai detaliate, este mai bine să vă referiți la o astfel de literatură privind calculul sistemelor de încălzire:

• V. Pyrkov „Reglarea hidraulică a sistemelor de încălzire și răcire. Teorie și practică „ediția a II-a, 2010.
• R. Jaushovets „Hidraulica – inima încălzirii apei”.
• Manual de hidraulică pentru camere de cazane de la De Dietrich.
• A. Saveliev „Încălzire acasă. Calculul și instalarea sistemelor „.

Determinarea debitului și vitezei de mișcare a lichidului de răcire

Cea mai cunoscută metodă de calcul a sistemelor hidraulice se bazează pe date dintr-un calcul de inginerie termică, care determină rata de reumplere a pierderilor de căldură în fiecare cameră și, în consecință, puterea termică a caloriferelor instalate în ele. La prima vedere, totul este simplu: avem valoarea totală a puterii termice și apoi dozăm fluxul purtătorului de căldură la fiecare dispozitiv de încălzire. Pentru o mai mare comoditate, este pre-construită o schiță axonometrică a sistemului hidraulic, care este adnotată cu indicatorii de putere necesari ai caloriferelor sau buclelor de pe o podea încălzită cu apă..

Diagrama axonometrică a sistemului de încălzire

Trecerea de la inginerie termică la calcul hidraulic se realizează prin introducerea conceptului de debit de masă, adică o anumită masă de lichid de răcire furnizată la fiecare secțiune a circuitului de încălzire. Debitul de masă este raportul dintre puterea termică necesară și produsul din capacitatea specifică de căldură a lichidului de răcire prin diferența de temperatură a conductelor de alimentare și retur. Astfel, pe schița sistemului de încălzire, sunt marcate punctele cheie pentru care este indicat debitul de masă nominală. Pentru comoditate, debitul volumetric este determinat în paralel, ținând cont de densitatea purtătorului de căldură utilizat.

G = Q / (c (t.)₂ – t₁))

• G – debitul lichidului de răcire, kg / s
• Q – putere termică necesară, W
• c – capacitatea termică specifică a lichidului de răcire, pentru apă prelevată la 4200 J / (kg ° C)
• ?T = (t₂ – T₁) – diferența de temperatură între alimentare și retur, ° С

Logica aici este simplă: pentru a furniza cantitatea necesară de căldură radiatorului, trebuie mai întâi să determinați volumul sau masa lichidului de răcire cu o capacitate de căldură dată care trece prin conductă pe unitatea de timp. Pentru a face acest lucru, este necesar să se determine viteza de mișcare a lichidului de răcire în circuit, care este egală cu raportul dintre debitul volumetric și aria secțiunii transversale a trecerii interne a conductei. Dacă viteza este calculată în raport cu debitul de masă, valoarea de densitate a lichidului de răcire trebuie adăugată la numitor:

V = G / (? F)

• V – viteza de mișcare a lichidului de răcire, m / s
• G – debitul lichidului de răcire, kg / s
• ? – densitatea lichidului de răcire, pentru apă puteți lua 1000 kg / m³
• f – zona secțiunii transversale a conductei, se găsește după formulă ?­R², unde r este diametrul interior al conductei împărțit la două

Datele privind debitul și viteza sunt necesare pentru a determina dimensiunea nominală a conductelor de decuplare, precum și debitul și capul pompelor de circulație. Dispozitivele de circulație forțată trebuie să creeze presiune în exces pentru a depăși rezistența hidrodinamică a conductelor și a robinetelor de închidere și de control. Cea mai mare dificultate este calculul hidraulic al sistemelor cu circulație naturală (gravitațională), pentru care presiunea în exces necesară este calculată din viteza și gradul de expansiune volumetrică a lichidului de răcire încălzit.

Pierderi de cap și presiune

Calcularea parametrilor în funcție de raporturile descrise mai sus ar fi suficientă pentru modelele ideale. În viața reală, atât debitul volumetric, cât și viteza lichidului de răcire vor diferi întotdeauna de cele calculate în diferite puncte ale sistemului. Motivul pentru aceasta este rezistența hidrodinamică la mișcarea lichidului de răcire. Se datorează mai multor factori:

1. Forțele de frecare ale lichidului de răcire împotriva pereților conductelor.
2. Rezistențe locale la debitul format din fitinguri, robinete, filtre, supape termostatice și alte fitinguri.
3. Prezența tipurilor de conectare și ramificare a ramificării.
4. Vârfuri turbulente în colțuri, constricții, expansiuni etc..

Problema găsirii căderii de presiune și a vitezei în diferite părți ale sistemului este considerată pe drept drept cea mai dificilă, ea se află în câmpul calculelor mediilor hidrodinamice. Astfel, forțele de frecare a fluidului împotriva suprafețelor interioare ale conductei sunt descrise printr-o funcție logaritmică care ține cont de rugozitatea materialului și de vâscozitatea cinematică. Calculele gâtuielor turbulente sunt și mai complicate: cea mai mică modificare a profilului și formei canalului face ca fiecare situație să fie unică. Pentru a facilita calculele, sunt introduși doi factori de referință:

1. Kvs– caracterizarea fluxului de conducte, calorifere, separatoare și alte zone apropiate de cele liniare.
2. LA_Domnișoară– determinarea rezistenței locale în diferite fitinguri.

Acești factori sunt indicați de producătorii de țevi, supape, supape, filtre pentru fiecare produs în parte. Este destul de ușor de utilizat coeficienții: pentru a determina pierderea de cap, Kms se înmulțește cu raportul pătratului vitezei de mișcare a lichidului de răcire la valoarea dublă a accelerației gravitației:

?h_Domnișoară = K_Domnișoară (V²/ 2g)sau ?p_Domnișoară = K_Domnișoară (? V²/ 2)

• ?h_Domnișoară – pierderea de presiune asupra rezistențelor locale, m
• ?p_Domnișoară – pierderea de presiune asupra rezistențelor locale, Pa
• LA_Domnișoară – coeficientul de rezistență locală
• g – accelerația gravitației, 9,8 m / s²
• ? – densitatea lichidului de răcire, pentru apă 1000 kg / m³

Pierderea capului în secțiuni liniare este raportul dintre capacitatea canalului și factorul de capacitate cunoscut, iar rezultatul divizării trebuie crescut la a doua putere:

P = (G / Kvs)²

• P – pierderea capului, bara
• G – debitul real al lichidului de răcire, m³/ora
• Kvs – debit, m³/ora

Pre-echilibrarea sistemului

Cel mai important obiectiv final al calculului hidraulic al sistemului de încălzire este calculul unor astfel de valori ale debitului la care o cantitate strict de lichid de răcire cu o anumită temperatură intră în fiecare parte a fiecărui circuit de încălzire, ceea ce asigură eliberarea de căldură normalizată pe dispozitivele de încălzire. Această sarcină pare dificilă doar la prima vedere. De fapt, echilibrarea se face prin supapele de control care restricționează debitul. Pentru fiecare model de supapă, sunt indicați atât factorul Kvs pentru poziția complet deschisă, cât și curba factorului Kv pentru diferite grade de deschidere a tijei de control. Prin schimbarea debitului de supape, care, de regulă, sunt instalate în punctele de conectare ale dispozitivelor de încălzire, este posibil să se obțină distribuția dorită a lichidului de răcire și, prin urmare, cantitatea de căldură transferată de acesta.

Există totuși o mică nuanță: atunci când debitul se modifică la un moment dat al sistemului, nu numai debitul real din secțiunea analizată se modifică. Datorită scăderii sau creșterii debitului, soldul din toate celelalte circuite se schimbă într-o anumită măsură. Dacă luăm, de exemplu, două radiatoare cu o putere termică diferită, conectate în paralel cu mișcarea opusă a lichidului de răcire, atunci cu o creștere a debitului dispozitivului care este primul din circuit, al doilea va primi mai puțin lichid de răcire din cauza creșterii diferenței de rezistență hidrodinamică. Dimpotrivă, atunci când debitul scade din cauza supapei de control, toate celelalte radiatoare aflate mai jos în lanț vor primi automat un volum mai mare de lichid de răcire și vor avea nevoie de calibrare suplimentară. Fiecare tip de cablare are propriile sale principii de echilibrare.

Sisteme software pentru calcule

Evident, calculele manuale sunt justificate numai pentru sistemele de încălzire mici, cu maximum unul sau două circuite cu 4-5 radiatoare în fiecare. Sistemele de încălzire mai complexe cu o putere termică de peste 30 kW necesită o abordare integrată a calculului hidraulicii, care extinde gama de unelte utilizate mult dincolo de un creion și o foaie de hârtie.

Danfoss C.O. 3.8

Astăzi există un număr destul de mare de software furnizat de cei mai mari producători de echipamente de încălzire, precum Valtec, Danfoss sau Herz. În astfel de pachete software, aceeași metodologie este folosită pentru a calcula comportamentul hidraulicii, care a fost descris în recenzia noastră. În primul rând, în editorul vizual, este modelată o copie exactă a sistemului de încălzire proiectat, pentru care sunt indicate datele privind puterea de căldură, tipul de purtător de căldură, lungimea și înălțimea picăturilor de conductă, fitingurile utilizate, radiatoarele și serpentinele de încălzire în pardoseală. Biblioteca de programe conține o gamă largă de dispozitive și fitinguri hidraulice; pentru fiecare produs, producătorul a predeterminat parametrii de funcționare și coeficienții de bază. Dacă doriți, puteți adăuga mostre de dispozitiv terțe, dacă lista de caracteristici necesare este cunoscută pentru ele..

La sfârșitul lucrării, programul face posibilă determinarea alezajului nominal al conductei, selectarea debitului și a presiunii suficiente a pompelor de circulație. Calculul este finalizat prin echilibrarea sistemului, în timp ce în timpul simulării funcționării hidraulicii, sunt luate în considerare dependențele și efectul schimbării capacității unei unități a sistemului asupra tuturor celorlalte. Practica arată că stăpânirea și utilizarea unor produse software chiar plătite se dovedește a fi mai ieftină decât dacă calculele ar fi fost încredințate specialiștilor contractați..

Intrări similare:

1. Încălzire electrică cu efect de seră – selectarea sistemului optim de încălzire Conținutul articolului Încălzitor de aer electric Beneficii dezavantaje Încălzitoare de plafon cu infraroșu Beneficii dezavantaje Încălzirea electrică a solului Montarea firelor de încălzire Sfaturi de izolare în seră În acest articol:...
2. Echilibrarea sistemului de încălzire Conținutul articolului Care este esența echilibrării Caracteristici de lucru cu diferite tipuri de cablaje Modelare computationala Modul empiric Debugging în modul automat Sistemele de încălzire de aproape toate configurațiile necesită echilibrare,...
3. Conectarea de jos a radiatoarelor de încălzire: pro și contra sistemului Conținutul articolului Ce radiatoare sunt proiectate pentru conectarea la partea inferioară În care sistemele de încălzire se practică intrarea de jos Alimentarea conductelor la calorifer Fitinguri și consumabile Reguli de instalare...
4. Auto-calcul al unui sistem individual de încălzire Conținutul articolului Calculul sistemului de încălzire Calcul radiator Selectarea conductelor Instalarea sistemului Dispozitive suplimentare Dintre toate opțiunile cunoscute în prezent pentru încălzirea propriei case, cel mai obișnuit este un sistem individual...

Citește mai mult  Acumulator hidraulic pentru sisteme de alimentare cu apă: dispozitiv, înlocuire membrană