Hydraulisk beregning af varmesystemet

Indholdet af artiklen

• Mål og mål for hydraulisk beregning
• Typer af varmesystemer
• Bestemmelse af kølemidlets strømningshastighed og hastighed
• Hoved- og prestab
• Forbalancering af systemet
• Softwaresystemer til beregninger

I dag analyserer vi, hvordan man foretager en hydraulisk beregning af varmesystemet. Faktisk spredes i dag praksis med at designe varmesystemer på et indfald. Dette er en grundlæggende forkert tilgang: uden en foreløbig beregning hæver vi søjlen for materialeforbrug, provokerer unormale driftsformer og mister muligheden for at opnå maksimal effektivitet.

Mål og mål for hydraulisk beregning

Fra et teknisk synspunkt synes et flydende opvarmningssystem at være et ret kompliceret kompleks, der inkluderer indretninger til generering af varme, transport og frigørelse i opvarmede rum. Den ideelle driftstilstand til et hydraulisk opvarmningssystem er en, hvor kølevæsken optager maksimal varme fra kilden og overfører den til rumatmosfæren uden tab under bevægelse. Selvfølgelig virker en sådan opgave helt uopnåelig, men en mere tankevækkende tilgang giver dig mulighed for at forudsige systemets opførsel under forskellige forhold og komme så tæt på benchmarks som muligt. Dette er hovedmålet med design af varmesystemer, hvis vigtigste del betragtes som hydraulisk beregning..

De praktiske mål for hydraulisk design er:

1. Forstå med hvilken hastighed og i hvilket volumen kølevæsken bevæger sig i hver knude af systemet.
2. Bestem, hvilken effekt en ændring i driftsform for hver enhed har på hele komplekset som helhed.
3. Find ud af, hvilken ydelse og betjeningskarakteristika for individuelle enheder og enheder vil være tilstrækkelige til, at varmesystemet kan udføre sine funktioner uden en betydelig stigning i omkostningerne og sikre en urimelig høj sikkerhedsmargin.
4. I sidste ende – for at sikre en strengt afmålt fordeling af varmeenergi i forskellige opvarmningszoner og for at sikre, at denne distribution opretholdes med høj konstanthed.

Vi kan sige mere: uden mindst grundlæggende beregninger er det umuligt at opnå acceptabel stabilitet og langvarig brug af udstyr. Modellering af driften af ​​et hydraulisk system er faktisk det grundlag, som al videre designudvikling bygger på..

Typer af varmesystemer

Tekniske opgaver af denne art kompliceres af den store variation i varmesystemer, både med hensyn til skala og konfiguration. Der er flere typer varmeudvekslinger, som hver har sine egne love:

1. Dobbelt-rør blindluftssystemera – den mest almindelige version af enheden, velegnet til organisering af både centrale og individuelle varmekredse.

To-rørs blindvarmeanlæg

2. Et-rørssystem eller “Leningradka”betragtes som den bedste måde at bygge civilvarmekomplekser med en termisk effekt på op til 30-35 kW.

En-rørs varmesystem med tvungen cirkulation: 1 – varmekedel; 2 – sikkerhedsgruppe; 3 – radiatorer; 4 – Mayevsky kran; 5 – ekspansionsbeholder; 6 – cirkulationspumpe; 7 – afløb

3. Dobbelt-rørsystem af passerende type– den mest materialintensive type afkobling af varmekredse, der samtidig er kendetegnet ved den højest kendte driftsstabilitet og kølervæskens distributionskvalitet.

To-rørs tilknyttet varmesystem (Tichelman-sløjfe)

4. Beam layoutligner på mange måder en to-rørs tur, men på samme tid er alle kontrollerne på systemet placeret på et tidspunkt – til manifoldenheden.

Strålevarmekreds: 1 – kedel; 2 – ekspansionsbeholder; 3 – fodermanifold; 4 – radiatorer; 5 – returmanifold; 6 – cirkulationspumpe

Før du kommer ned til den anvendte side af beregningerne, er der et par vigtige advarsler at gøre. Først og fremmest skal du lære, at nøglen til en beregning af høj kvalitet ligger i at forstå principperne for drift af væskesystemer på et intuitivt niveau. Uden dette bliver overvejelse af hver enkelt løsning til en sammenvævning af komplekse matematiske beregninger. Det andet er den praktiske umulighed ved at præsentere mere end grundlæggende koncepter i en gennemgang; for mere detaljerede forklaringer er det bedre at henvise til sådan litteratur om beregning af varmesystemer:

• V. Pyrkov “Hydraulisk regulering af varme- og kølesystemer. Teori og praksis “2. udgave, 2010.
• R. Jaushovets “Hydraulik – hjertet i vandopvarmning”.
• Kedelrumshåndbogshåndbog fra De Dietrich.
• A. Saveliev “Opvarmning derhjemme. Beregning og installation af systemer “.

Bestemmelse af kølemidlets strømningshastighed og hastighed

Den mest kendte metode til beregning af hydrauliske systemer er baseret på data fra en varmeteknisk beregning, der bestemmer hastigheden for påfyldning af varmetab i hvert rum og i overensstemmelse hermed den termiske effekt for de radiatorer, der er installeret i dem. Ved første øjekast er alt enkelt: Vi har den samlede værdi af varmeeffekten og doserer derefter strømmen af ​​varmebæreren til hver opvarmningsanordning. For større bekvemmelighed er en aksonometrisk skitse af det hydrauliske system forudbygget, som er kommenteret med de krævede effektindikatorer til radiatorer eller sløjfer på et vandvarmet gulv..

Aksonometrisk diagram over varmesystemet

Overgangen fra varmeteknik til hydraulisk beregning udføres ved at introducere konceptet med massestrømning, det vil sige en bestemt masse af det kølemiddel, der leveres til hvert afsnit i varmekredsen. Massestrømmen er forholdet mellem den krævede termiske effekt og produktet af kølevæskets specifikke varmekapacitet ved temperaturforskellen i forsynings- og returledningerne. På skitsen af ​​varmesystemet markeres således nøglepunkter, for hvilke den nominelle massestrøm er angivet. For nemheds skyld bestemmes den volumetriske strømning også parallelt under hensyntagen til densiteten af ​​den anvendte varmebærer.

G = Q / (c (t₂ – t₁))

• G – kølevæske strømningshastighed, kg / s
• Q – krævet termisk effekt, W
• c – specifik varme fra varmebæreren, for vand taget som 4200 J / (kg ° C)
• ?T = (t₂ – t₁) – temperaturforskel mellem levering og retur, ° С

Logikken her er enkel: For at levere den krævede mængde varme til radiatoren skal du først bestemme volumen eller massen af ​​varmebæreren med en given varmekapacitet, der passerer gennem rørledningen pr. Tidsenhed. For at gøre dette er det påkrævet at bestemme kølemidlets bevægelseshastighed i kredsløbet, hvilket er lig med forholdet mellem den volumetriske strømning og tværsnitsarealet i rørets indre passage. Hvis hastigheden beregnes i forhold til massestrømmen, skal værdien af ​​varmebærertætheden føjes til nævneren:

V = G / (? F)

• V – kølervæskets bevægelseshastighed, m / s
• G – kølevæske strømningshastighed, kg / s
• ? – kølevæskets tæthed, for vand kan du tage 1000 kg / m³
• f – rørets tværsnitsareal findes ved formlen ?­R², hvor r er den indre diameter af røret divideret med to

Data om strømningshastighed og hastighed er nødvendige for at bestemme den nominelle størrelse på forbindelsesrørene, såvel som strømmen og hovedet af cirkulationspumper. Tvangscirkulationsanordninger skal skabe overtryk for at overvinde den hydrodynamiske modstand i rør og afstengnings- og reguleringsventiler. Den største vanskelighed er den hydrauliske beregning af systemer med naturlig (gravitations) cirkulation, for hvilket det krævede overskydende tryk beregnes i henhold til hastigheden og graden af ​​den volumetriske ekspansion af det opvarmede kølervæske.

Hoved- og prestab

Beregning af parametrene i henhold til de ovenfor beskrevne forhold ville være tilstrækkelig til ideelle modeller. I det virkelige liv vil både den volumetriske strømning og kølemidlets hastighed altid afvige fra de beregnede på forskellige punkter i systemet. Årsagen hertil er den hydrodynamiske modstand mod kølevæskets bevægelse. Det skyldes en række faktorer:

1. Friktionskræfter af kølevæsken mod rørvæggene.
2. Lokale strømningsmodstand dannet af fittings, vandhaner, filtre, termostatventiler og andre fittings.
3. Tilstedeværelsen af ​​forgreningsforbindelses- og forgreningstyper.
4. Turbulente virvler på hjørner, indsnævringer, udvidelser osv..

Problemet med at finde trykfaldet og hastigheden i forskellige dele af systemet betragtes med rette som det sværeste; det ligger inden for beregning af hydrodynamiske medier. Så friktionskræfterne for fluidet mod de indre overflader af røret er beskrevet af en logaritmisk funktion, der tager højde for materialets ruhed og den kinematiske viskositet. Beregninger af turbulente virvler er endnu sværere: den mindste ændring i kanalens profil og form gør hver situation unik. For at lette beregninger introduceres to referencefaktorer:

1. Kvs– karakterisering af gennemstrømningen af ​​rør, radiatorer, separatorer og andre områder tæt på lineær.
2. TIL_Frk– bestemmelse af lokal modstand i forskellige fittings.

Disse faktorer er angivet af fabrikanterne af rør, ventiler, ventiler, filtre for hvert enkelt produkt. Det er ganske let at bruge koefficienterne: for at bestemme hovedtabet multipliceres Kms med forholdet mellem kvadratet af kølemidlets bevægelseshastighed og dobbeltværdien af ​​tyngdekraften:

?h_Frk = K_Frk (V²/ 2g)eller ?p_Frk = K_Frk (? V²/ 2)

• ?h_Frk – tryktab på lokale modstande, m
• ?p_Frk – tryktab på lokale modstande, Pa
• TIL_Frk – koefficient for lokal modstand
• g – tyngdeacceleration, 9,8 m / s²
• ? – kølevæskets densitet for vand 1000 kg / m³

Hovedtabet i lineære sektioner er forholdet mellem kanalkapacitet og den kendte kapacitetsfaktor, og resultatet af opdelingen skal hæves til den anden effekt:

P = (G / Kvs)²

• P – hovedtab, bar
• G – den aktuelle strømningshastighed for kølevæsken, m³/time
• Kvs – gennemstrømning, m³/time

Forbalancering af systemet

Det vigtigste endelige mål for den hydrauliske beregning af varmesystemet er beregningen af ​​sådanne gennemstrømningsværdier, ved hvilke en strengt afmålt mængde kølemiddel med en bestemt temperatur kommer ind i hver del af hvert varmekredsløb, hvilket sikrer den normaliserede varmefrigivelse på varmeindretningerne. Denne opgave virker kun vanskelig ved første øjekast. Faktisk foretages afbalancering ved strømningsbegrænsende reguleringsventiler. For hver ventilmodel angives både Kvs-faktoren for fuldt åben tilstand og Kv-faktorkurven for forskellige grader af åbning af kontrolstammen. Ved at ændre gennemstrømningen af ​​ventilerne, som sædvanligvis installeres på forbindelsesstederne til opvarmningsanordninger, er det muligt at opnå den ønskede fordeling af kølevæsken, og derfor den mængde varme, der overføres af det.

Der er dog en lille nuance: når gennemstrømningen ændres på et tidspunkt i systemet, ændres ikke kun den faktiske strømningshastighed i det betragtede afsnit. På grund af et fald eller stigning i strømningen ændres balancen i alle andre kredsløb til en vis grad. Hvis vi for eksempel tager to radiatorer med forskellig termisk effekt, forbundet parallelt med den modsatte bevægelse af kølevæsken, så med en stigning i gennemstrømningen af ​​enheden, der er den første i kredsløbet, vil den anden modtage mindre kølevæske på grund af en stigning i forskellen i hydrodynamisk modstand. Tværtimod, når strømningshastigheden falder på grund af reguleringsventilen, vil alle andre radiatorer længere nede i kæden automatisk modtage et større volumen af ​​kølemidlet og har behov for yderligere kalibrering. Hver type ledninger har sine egne balanceprincipper.

Softwaresystemer til beregninger

Det er klart, at manuelle beregninger kun er berettigede for små varmesystemer med maksimalt en eller to kredsløb med 4-5 radiatorer i hver. Mere komplekse varmesystemer med en termisk ydelse på over 30 kW kræver en integreret tilgang til beregning af hydraulik, der udvider udvalget af værktøjer, der bruges langt ud over en blyant og et ark papir.

Danfoss C.O. 3.8

I dag findes der et ret stort antal software leveret af de største producenter af varmeudstyr, såsom Valtec, Danfoss eller Herz. I sådanne softwarepakker bruges den samme metode til at beregne opførsel af hydraulik, som blev beskrevet i vores gennemgang. Først modelleres en nøjagtig kopi af det projicerede varmesystem i den visuelle editor, for hvilke data om varmeeffekt, type varmebærer, længde og højde af rørdråber, brugte fittings, radiatorer og gulvvarmespoler er angivet. Programmets bibliotek indeholder en lang række hydrauliske enheder og fittings; for hvert produkt har producenten forudbestemte driftsparametre og basekoefficienter. Hvis det ønskes, kan du tilføje tredjepartseksempler på enheder, hvis den krævede liste over egenskaber er kendt for dem.

Efter arbejdets afslutning gør programmet det muligt at bestemme den passende nominelle rørboring, vælge den tilstrækkelige strømning og tryk for cirkulationspumperne. Beregningen slutter med afbalancering af systemet, mens der under simuleringen af ​​hydraulikdriften tages hensyn til afhængighederne og effekten af ​​at ændre gennemstrømningen af ​​en enhed i systemet på alle andre. Praksis viser, at mestring og brug af endda betalte softwareprodukter viser sig at være billigere, end hvis beregningerne blev overdraget til kontraherede specialister..

Lignende poster:

1. Trykafbryder til en hydraulisk akkumulator: tilslutning, indstilling, justering En trykafbryder til hydrauliske akkumulatorer er et nødvendigt komponent for at sikre en korrekt drift og en sikker arbejdsplads. Vi giver en simpel guide til tilslutning, indstilling og justering af...
2. Hydraulisk akkumulator til vandforsyningssystemer: enhed, membranudskiftning Hydrauliske akkumulatorer er den ideelle løsning til optimering af et vandforsyningssystem. Med membranudskiftning og høj ydeevne er denne enhed i stand til at færdiggøre systemet i god kvalitet og hurtigt,...
3. Hydraulisk tætning til tætning af lækager i beton og brønd Hydraulisk tætning er et meget nyttigt produkt til tætning af lækager i beton og brønd. Dette miljøvenlige produkt er robust og resistente over for forskellige miljøfaktorer og temperatursvingninger. Sammenlignet med...
4. Åben og lukket tank til varmesystemet: volumenberegning, DIY-reparation Varmesystemet er en vigtig faktor for det fysiske og økonomiske komfort i hjemmet. Åbne og lukkede cisterner er nøglen til at sikre et effektivt varmesystem. Lær hvordan du beregner volumen...

Læs mere  Principper for korrekt placering og størrelse af en varmelegeme