Hydraulický výpočet topného systému

Obsah článku

• Cíle a cíle hydraulického výpočtu
• Druhy topných systémů
• Stanovení průtoku a rychlosti pohybu chladicího média
• Ztráty hlavy a tlaku
• Předvyvážení systému
• Softwarové systémy pro výpočty

Dnes budeme analyzovat, jak provést hydraulický výpočet topného systému. Ve skutečnosti se dodnes šíří praxe navrhování topných systémů na rozmaru. Jedná se o zásadně nesprávný přístup: bez předběžného výpočtu zvyšujeme latku spotřeby materiálu, vyvoláváme neobvyklé provozní režimy a ztratíme příležitost dosáhnout maximální účinnosti.

Cíle a cíle hydraulického výpočtu

Z technického hlediska se zdá, že systém vytápění kapalinou je poněkud složitý komplex, včetně zařízení pro výrobu tepla, jeho přepravu a uvolňování ve vytápěných místnostech. Ideální provozní režim hydraulického topného systému se považuje za režim, ve kterém chladicí kapalina absorbuje maximální teplo ze zdroje a přenáší jej do atmosféry místnosti bez ztráty během pohybu. Takový úkol se samozřejmě jeví jako zcela nedosažitelný, ale promyšlený přístup vám umožňuje předpovídat chování systému v různých podmínkách a co nejblíže referenčním bodům. To je hlavní cíl navrhování topných systémů, z nichž nejdůležitější část je považována za hydraulický výpočet..

Praktické cíle hydraulického návrhu jsou:

1. Pochopte, jakou rychlostí a v jakém množství se chladivo pohybuje v každém uzlu systému.
2. Zjistěte, jaký dopad má změna provozního režimu každého zařízení na celý komplex jako celek.
3. Zjistěte, jaké výkonové a provozní vlastnosti jednotlivých jednotek a zařízení budou dostatečné pro to, aby vytápěcí systém plnil své funkce bez významného zvýšení nákladů a zajistil nepřiměřeně vysokou bezpečnostní rezervu.
4. Nakonec – zajistit přísně odměřenou distribuci tepelné energie v různých topných zónách a zajistit, aby tato distribuce byla udržována s vysokou stálostí.

Dá se říci více: bez alespoň základních výpočtů není možné dosáhnout přijatelné stability a dlouhodobého používání zařízení. Modelování provozu hydraulického systému je ve skutečnosti základem pro veškerý další vývoj konstrukce..

Druhy topných systémů

Inženýrské úkoly tohoto druhu komplikuje velké množství topných systémů, a to jak z hlediska rozsahu, tak konfigurace. Existuje několik typů topných výměen, z nichž každá má své vlastní zákony:

1. Dvourrubkové slepé systémya – nejběžnější verze zařízení, vhodná pro uspořádání centrálních i jednotlivých topných okruhů.

Dvourukový slepý systém topení

2. Jedno trubkový systém nebo „Leningradka“je považován za nejlepší způsob, jak vybudovat komplexy civilního vytápění s tepelným výkonem až 30-35 kW.

Jedno trubkový topný systém s nucenou cirkulací: 1 – topný kotel; 2 – bezpečnostní skupina; 3 – topné radiátory; 4 – Mayevsky jeřáb; 5 – expanzní nádrž; 6 – oběhové čerpadlo; 7 – kanalizace

3. Dvou trubkový systém procházejícího typu– nejnáročnější druh odpojení topných okruhů, který se vyznačuje nejvyšší známou stabilitou provozu a kvalitou distribuce chladicího média.

Dvourrubkový topný systém (Tichelmanova smyčka)

4. Rozložení paprskuje v mnoha ohledech podobná dvoutrubkové jízdě, ale současně jsou všechny ovládací prvky systému umístěny na jednom místě – do sestavy rozdělovače.

Radiační topný okruh: 1 – kotel; 2 – expanzní nádrž; 3 – přívodní potrubí; 4 – topné radiátory; 5 – zpětné potrubí; 6 – oběhové čerpadlo

Než se dostaneme na aplikovanou stranu výpočtů, je třeba udělat několik důležitých upozornění. Nejprve se musíte naučit, že klíčem k dobrému výpočtu je pochopení principů tekutinových systémů na intuitivní úrovni. Bez toho by se uvažování každého jednotlivého řešení proměnilo v propletení složitých matematických výpočtů. Druhým je praktická nemožnost prezentace více než základních konceptů v jednom přehledu, pro podrobnější vysvětlení je lepší se odkazovat na takovou literaturu o výpočtu topných systémů:

• V. Pyrkov „Hydraulická regulace topných a chladicích systémů. Teorie a praxe „2. vydání, 2010.
• R. Jaushovets „Hydraulika – srdce ohřevu vody“.
• Manuál hydrauliky kotelny od De Dietrich.
• A. Saveliev „Vytápění doma. Výpočet a instalace systémů “.

Stanovení průtoku a rychlosti pohybu chladicího média

Nejznámější způsob výpočtu hydraulických systémů je založen na datech z výpočtu tepelného inženýrství, který určuje rychlost doplňování tepelných ztrát v každé místnosti a podle toho i tepelný výkon radiátorů instalovaných v nich. Na první pohled je vše jednoduché: máme celkovou hodnotu tepelné energie a pak dáváme tok nosiče tepla do každého topného zařízení. Pro větší pohodlí je předem postaven axonometrický nákres hydraulického systému, který je označen požadovanými výkonovými ukazateli radiátorů nebo smyček vody vytápěné podlahy..

Axonometrický diagram topného systému

Přechod z tepelného inženýrství na hydraulický výpočet se provádí zavedením koncepce hmotnostního toku, tj. Určité hmotnosti chladicího média dodávaného do každé sekce topného okruhu. Hmotnostní průtok je poměr požadované tepelné energie k součinu měrné tepelné kapacity chladicí kapaliny rozdílem teploty v přívodním a zpětném potrubí. Na náčrtu topného systému jsou tedy označeny klíčové body, pro které je indikován jmenovitý hmotnostní průtok. Pro větší pohodlí je objemový průtok stanoven paralelně, přičemž se bere v úvahu hustota použitého tepelného nosiče.

G = Q / (c (t₂ – t₁))

• G – průtok chladicí kapaliny, kg / s
• Q – požadovaný tepelný výkon, W
• c – měrná tepelná kapacita chladicí kapaliny pro vodu odebranou jako 4 200 J / (kg ° C)
• ?T = (t₂ – t₁) – teplotní rozdíl mezi dodávkou a návratem, ° С

Logika je zde jednoduchá: pro dodání požadovaného množství tepla do radiátoru musíte nejprve určit objem nebo hmotnost chladicí kapaliny s danou tepelnou kapacitou procházející potrubím za jednotku času. K tomu je nutné stanovit rychlost pohybu chladicího média v okruhu, která se rovná poměru objemového proudu k průřezové oblasti vnitřního průchodu trubky. Je-li rychlost vypočtena ve vztahu k hmotnostnímu toku, musí se k jmenovateli přidat hodnota hustoty chladicího média:

V = G / (? F)

• V – rychlost pohybu chladicí kapaliny, m / s
• G – průtok chladicí kapaliny, kg / s
• ? – hustota chladicí kapaliny, u vody můžete vzít 1 000 kg / m³
• f – plocha průřezu potrubí je dána vzorcem ?­R², kde r je vnitřní průměr potrubí dělený dvěma

Údaje o průtoku a rychlosti jsou nezbytné pro stanovení jmenovité velikosti oddělovacích trubek, jakož i průtoku a hlavy oběhových čerpadel. Zařízení s nucenou cirkulací musí vytvářet přetlak k překonání hydrodynamického odporu potrubí a uzavíracích a regulačních ventilů. Největším problémem je hydraulický výpočet systémů s přirozenou (gravitační) cirkulací, u nichž se požadovaný přetlak vypočítává z rychlosti a stupně objemové expanze ohřátého chladicího média..

Ztráty hlavy a tlaku

Pro ideální modely by stačil výpočet parametrů podle výše popsaných poměrů. Ve skutečném životě se objemový průtok i rychlost chladicího média budou vždy lišit od vypočtených v různých bodech systému. Důvodem je hydrodynamický odpor vůči pohybu chladicí kapaliny. Je to způsobeno řadou faktorů:

1. Třecí síly chladiva na stěny potrubí.
2. Lokální odpory vůči toku tvořenému armaturami, kohouty, filtry, termostatickými ventily a dalšími armaturami.
3. Přítomnost větvení spojovacích a větvících typů.
4. Turbulentní víry v rozích, zúžení, expanze atd..

Problém nalezení poklesu tlaku a rychlosti v různých částech systému je právem považován za nejobtížnější, spočívá v oblasti výpočtů hydrodynamických médií. Síly tření tekutiny proti vnitřním povrchům potrubí jsou tedy popsány logaritmickou funkcí, která zohledňuje drsnost materiálu a kinematickou viskozitu. Výpočty turbulentních vírů jsou ještě komplikovanější: každá nejmenší změna profilu a tvaru kanálu způsobuje, že každá situace je jedinečná. Pro usnadnění výpočtů jsou zavedeny dva referenční faktory:

1. Kvs– charakterizace propustnosti trubek, radiátorů, odlučovačů a dalších oblastí blízkých lineární.
2. NA_slečna– stanovení lokálního odporu v různých tvarovkách.

Tyto faktory jsou uvedeny výrobci potrubí, ventilů, ventilů, filtrů pro každý jednotlivý produkt. Je poměrně snadné použít koeficienty: pro stanovení ztráty hlavy se Kms vynásobí poměrem druhé mocniny rychlosti pohybu chladicí kapaliny k dvojnásobné hodnotě gravitačního zrychlení:

?h_slečna = K_slečna (PROTI²/ 2g)nebo ?str_slečna = K_slečna (? V²/ 2)

• ?h_slečna – ztráta hlavy při místních odporech, m
• ?str_slečna – tlaková ztráta na místních odporech, Pa
• NA_slečna – koeficient místního odporu
• g – zrychlení gravitace, 9,8 m / s²
• ? – hustota chladicí kapaliny pro vodu 1000 kg / m³

Ztráta hlavy v lineárních řezech je poměr kapacity kanálu ke známému kapacitnímu faktoru a výsledek dělení musí být zvýšen na druhý výkon:

P = (G / Kvs)²

• P – ztráta hlavy, bar
• G – skutečný průtok chladicí kapaliny, m³/hodina
• Kvs – propustnost, m³/hodina

Předvyvážení systému

Nejdůležitějším konečným cílem hydraulického výpočtu topného systému je výpočet takových hodnot výkonu, při kterém přísně odměřené množství chladiva s určitou teplotou vstupuje do každé části každého topného okruhu, což zajišťuje normalizované uvolňování tepla na topných zařízeních. Tento úkol se zdá obtížný pouze na první pohled. Ve skutečnosti je vyvažování prováděno regulačními ventily omezujícími průtok. Pro každý model ventilu jsou uvedeny jak Kvs faktor pro plně otevřený stav, tak i Kv faktorová křivka pro různé stupně otevření řídicího dříku. Změnou průtoku ventilů, které jsou obvykle instalovány ve spojovacích bodech topných zařízení, je možné dosáhnout požadovaného rozdělení chladicího média, a tím i množství jím přenášeného tepla..

Existuje však malá nuance: když se propustnost změní v jednom bodě systému, změní se nejen skutečný průtok v uvažovaném úseku. Kvůli poklesu nebo zvýšení průtoku se rovnováha ve všech ostatních obvodech do určité míry mění. Pokud vezmeme například dva radiátory s rozdílnou tepelnou energií, spojené paralelně s opačným pohybem chladicího média, pak se zvýšením výkonu zařízení, které je první v okruhu, bude druhý přijímat méně chladicího média v důsledku zvýšení rozdílu v hydrodynamickém odporu. Naopak, když se průtok regulačním ventilem sníží, všechny ostatní radiátory dále po řetězu automaticky obdrží větší objem chladicí kapaliny a budou potřebovat další kalibraci. Každý typ vedení má své vlastní zásady vyvažování.

Softwarové systémy pro výpočty

Je zřejmé, že ruční výpočty jsou oprávněné pouze pro malé topné systémy s maximálně jedním nebo dvěma okruhy se 4–5 radiátory v každém. Složitější topné systémy s tepelným výkonem nad 30 kW vyžadují integrovaný přístup k výpočtu hydrauliky, který rozšiřuje škálu používaných nástrojů daleko za tužku a list papíru.

Danfoss C.O. 3.8

V současné době existuje poměrně velké množství softwaru od největších výrobců topných zařízení, jako je Valtec, Danfoss nebo Herz. V takových softwarových balíčcích se používá stejná metodika pro výpočet chování hydrauliky, která byla popsána v naší recenzi. Nejprve je ve vizuálním editoru modelována přesná kopie projektovaného topného systému, pro který jsou uvedena data o tepelném výkonu, typu nosiče tepla, délce a výšce kapek potrubí, použitých kování, radiátorech a podlahových topných cívkách. Programová knihovna obsahuje širokou škálu hydraulických zařízení a armatur, pro každý produkt výrobce předem stanovil provozní parametry a základní koeficienty. V případě potřeby můžete přidat vzorky zařízení třetích stran, pokud je pro ně znám požadovaný seznam charakteristik..

Na konci práce program umožňuje určit vhodný jmenovitý otvor potrubí, zvolit dostatečný průtok a tlak oběhových čerpadel. Výpočet je dokončen vyvážením systému, přičemž při simulaci provozu hydrauliky se berou v úvahu závislosti a účinek změny výkonu jedné jednotky systému na všechny ostatní. Praxe ukazuje, že zvládnutí a používání i placených softwarových produktů se ukázalo být levnější, než kdyby výpočty byly svěřeny smluvním specialistům..

Podobné záznamy:

1. Časté chyby při uspořádání topného systému Obsah článku První chyba – špatná volba topného kotle Druhá chyba – špatné potrubí Chyba tři – nesprávná volba a umístění radiátorů Chyba 4 – nesprávná volba expanzní nádrže a oběhového...
2. Vyvažování topného systému Obsah článku Jaká je podstata vyvažování Funkce práce s různými typy zapojení Výpočetní modelování Empirický způsob Ladění v automatickém režimu Vytápěcí systémy téměř všech konfigurací vyžadují vyvážení, jedinou výjimkou je kabeláž...
3. Jak odstranit vzduch z topného systému: Mayevsky faucet, větrací otvory Obsah článku Příčiny a důsledky větrání systému Metody odstraňování vzduchu Větrací otvory Odlučovače vzduchu Místo instalace větracích otvorů Výskyt „vzduchových uzávěrů“ v distribuovaném systému potrubí a radiátorů systému ohřevu vody je...
4. Elektrické vytápění ve skleníku – výběr optimálního topného systému Obsah článku Elektrický ohřívač vzduchu Výhody nevýhody Infračervené stropní topení Výhody nevýhody Elektrické topení půdy Pokládka topných drátů Tipy pro izolaci skleníku V tomto článku: Jak vytápět skleníky v domácnosti, srovnávací...

Přečtěte si více  Pravidla uzemnění