Hydraulisk beräkning av värmesystemet

Idag kommer vi att analysera hur man gör en hydraulisk beräkning av värmesystemet. Idag sprids praxis att designa värmesystem på ett infall. Detta är en grundläggande fel metod: utan preliminär beräkning höjer vi fältet för materialförbrukning, provocerar onormala driftsätt och förlorar möjligheten att uppnå maximal effektivitet.

Hydraulisk beräkning av värmesystemet

Mål och mål för hydraulisk beräkning

Ur teknisk synvinkel verkar ett vätskeuppvärmningssystem vara ett ganska komplicerat komplex, inklusive enheter för att generera värme, transportera det och släppa det i uppvärmda rum. Det ideala driftsättet för ett hydrauliskt värmesystem anses vara ett där kylvätskan absorberar maximal värme från källan och överför den till rumstemperaturen utan förlust under rörelse. Naturligtvis verkar en sådan uppgift helt ouppnåelig, men ett mer tankeväckande tillvägagångssätt låter dig förutsäga systemets beteende under olika förhållanden och komma så nära riktmärken som möjligt. Detta är huvudmålet med att designa värmesystem, vars viktigaste del anses vara hydraulisk beräkning..

De praktiska målen för hydraulisk konstruktion är:

  1. Förstå med vilken hastighet och i vilken volym kylvätskan rör sig i varje nod i systemet.
  2. Bestäm vilken effekt en förändring i driftsläget för varje enhet har på hela komplexet som helhet.
  3. Bestäm vilka prestanda och driftsegenskaper för enskilda enheter och enheter som är tillräckliga för att värmesystemet ska kunna utföra sina funktioner utan en betydande kostnadsökning och säkerställa en orimligt hög säkerhetsmarginal.
  4. I slutändan – för att säkerställa en strikt uppmätt fördelning av värmeenergi i olika värmezoner och att se till att denna distribution upprätthålls med hög konstanta.

Uppvärmningsradiatorinstallation

Vi kan säga mer: utan åtminstone grundläggande beräkningar är det omöjligt att uppnå acceptabel stabilitet och långsiktig användning av utrustning. Att modellera driften av ett hydrauliskt system är faktiskt grunden för all vidareutveckling..

Typer av värmesystem

Tekniska uppgifter av detta slag kompliceras av det stora utbudet av värmesystem, både vad gäller skala och konfiguration. Det finns flera typer av värmeväxlare, som alla har sina egna lagar:

1. Dubbelrörs-slut-systema – den vanligaste versionen av enheten, väl lämpad för att organisera både centrala och individuella värmekretsar.

Två-rörs återuppvärmningssystemTvå-rörs återuppvärmningssystem

2. Ett rörsystem eller ”Leningradka”anses vara det bästa sättet att bygga anläggningar för civilt värme med en termisk effekt på upp till 30-35 kW.

En-rörs värmesystem En-rörs värmesystem med tvungen cirkulation: 1 – värmepanna; 2 – säkerhetsgrupp; 3 – värmeelement; 4 – Mayevsky kran; 5 – expansionsbehållare; 6 – cirkulationspump; 7 – dränera

3. Dubbelrörssystem av passerande typ– den mest materialintensiva typen av frikoppling av värmekretsar, som samtidigt kännetecknas av den högsta kända driftsstabiliteten och kylvätskans fördelningskvalitet.

Två-rörs tillhörande värmesystem (Tichelman-slinga)Två-rörs tillhörande värmesystem (Tichelman-slinga)

4. Beam layoutliknar på många sätt en två-rörs åktur, men samtidigt är alla systemets kontroller placerade på en punkt – till grenrörsenheten.

StrålningsvärmekretsStrålningsvärmekrets: 1 – panna; 2 – expansionsbehållare; 3 – fodergrenrör; 4 – värmeelement; 5 – returgrenrör; 6 – cirkulationspump

Innan du kommer ner till den tillämpade sidan av beräkningarna finns det ett par viktiga varningar att göra. Först och främst måste du lära dig att nyckeln till en högkvalitativ beräkning ligger i att förstå principerna för drift av vätskesystem på en intuitiv nivå. Utan detta förvandlas hänsyn till varje enskild lösning till en sammanvävning av komplexa matematiska beräkningar. Den andra är den praktiska omöjligheten att presentera mer än grundläggande koncept i en översikt; för mer detaljerade förklaringar är det bättre att hänvisa till sådan litteratur om beräkning av värmesystem:

  • V. Pyrkov “Hydraulisk reglering av värme- och kylsystem. Teori och praktik ”2: a upplagan, 2010.
  • R. Jaushovets ”Hydraulik – hjärtat av vattenuppvärmning”.
  • Pannrumshydraulikmanual från De Dietrich.
  • A. Saveliev “Uppvärmning hemma. Beräkning och installation av system ”.

Bestämning av kylmedlets flödeshastighet och hastighet

Den mest välkända metoden för beräkning av hydraulsystem är baserad på värmekonstruktionsberäkningsdata, som bestämmer hastigheten för påfyllning av värmeförluster i varje rum och följaktligen värmekraften hos de radiatorer som är installerade i dem. Vid första anblicken är allt enkelt: vi har värmeproduktionens totala värde och doserar därefter värmebärarens flöde till varje uppvärmningsanordning. För större bekvämlighet är en axonometrisk skiss av det hydrauliska systemet förbyggt, som är kommenterad med de nödvändiga effektindikatorerna för radiatorer eller slingor på ett vattenuppvärmt golv..

Axonometriskt diagram över värmesystemetAxonometriskt diagram över värmesystemet

Övergången från värmekonstruktion till hydraulisk beräkning utförs genom att introducera begreppet massflöde, det vill säga en viss massa av kylmediet som tillförs varje sektion i värmekretsen. Massflödet är förhållandet mellan den erforderliga värmeeffekten och produkten från kylmedlets specifika värmekapacitet genom temperaturskillnaden i tillförsel- och returledningarna. Således, på skiss av värmesystemet, markeras viktiga punkter för vilka det nominella massflödet anges. För enkelhets skull bestämmes det volymetriska flödet också parallellt, med hänsyn tagen till den använda värmebäraren.

G = Q / (c (t2 – t1))

  • G – kylvätskeflöde, kg / s
  • Q – erforderlig värmeeffekt, W
  • c – specifik värme från värmebäraren, för vatten taget som 4200 J / (kg ° C)
  • ?T = (t2 – t1) – temperaturskillnad mellan tillförsel och retur, ° С

Logiken här är enkel: för att leverera den nödvändiga mängden värme till kylaren måste du först bestämma kylmedlets volym eller massa med en given värmekapacitet som passerar genom rörledningen per tidsenhet. För att göra detta krävs det att bestämma kylmedlets rörelsehastighet i kretsen, vilket är lika med förhållandet mellan det volymetriska flödet och tvärsnittsområdet för rörets inre passage. Om hastigheten beräknas relativt massflödet måste värdet på värmebärartätheten läggas till nämnaren:

V = G / (? F)

  • V – kylmedlets rörelseshastighet, m / s
  • G – kylvätskeflöde, kg / s
  • ? – kylvätskans densitet, för vatten kan du ta 1000 kg / m3
  • f – rörets tvärsnittsarea hittas med formeln ?­R2, där r är rörets innerdiameter dividerat med två

Data om flödeshastighet och hastighet är nödvändiga för att bestämma den nominella storleken på kopplingsrören, liksom flödet och cirkulationspumpens huvud. Tvångscirkulationsanordningar måste skapa övertryck för att övervinna hydrodynamisk motstånd hos rör och avstängnings- och reglerventiler. Den största svårigheten är den hydrauliska beräkningen av system med naturlig (gravitations) cirkulation, för vilken det erforderliga övertrycket beräknas beroende på hastigheten och graden av volumetrisk expansion av det uppvärmda kylmediet..

Huvud- och tryckförluster

Beräkning av parametrarna enligt de förhållanden som beskrivs ovan skulle vara tillräckliga för ideala modeller. I verkligheten kommer både volymflödet och kylmedlets hastighet alltid att skilja sig från de beräknade på olika punkter i systemet. Anledningen till detta är det hydrodynamiska motståndet mot kylvätskans rörelse. Det beror på ett antal faktorer:

  1. Kylvätskans friktionskrafter mot rörväggarna.
  2. Lokala flödesmotstånd som bildas av beslag, kranar, filter, termostatventiler och andra beslag.
  3. Förekomsten av förgreningsanslutningar och grenstyper.
  4. Turbulenta virvlar på hörn, sammandragningar, utvidgningar etc..

Termostatisk blandningsventil

Problemet med att hitta tryckfallet och hastigheten i olika delar av systemet anses med rätta vara det svåraste, det ligger inom beräkningen av hydrodynamiska media. Så friktionskrafter för vätskan mot rörets inre ytor beskrivs med en logaritmisk funktion som tar hänsyn till materialets grovhet och den kinematiska viskositeten. Beräkningar av turbulenta virvel är ännu svårare: den minsta förändringen i kanalens profil och form gör varje situation unik. För att underlätta beräkningar införs två referensfaktorer:

  1. Kvs– karakterisera genomströmningen av rör, radiatorer, separatorer och andra områden nära linjär.
  2. TILLFröken– bestämma lokalt motstånd i olika armaturer.

Dessa faktorer indikeras av tillverkarna av rör, ventiler, ventiler, filter för varje enskild produkt. Det är ganska enkelt att använda koefficienterna: för att bestämma huvudförlusten multipliceras Kms med förhållandet mellan kvadratet för kylmedlets rörelsehastighet och det dubbla värdet på tyngdaccelerationen:

?hFröken = KFröken (V2/ 2g)eller ?pFröken = KFröken (? V2/ 2)

  • ?hFröken – tryckförlust på lokala motstånd, m
  • ?pFröken – tryckförlust på lokala motstånd, Pa
  • TILLFröken – koefficient för lokalt motstånd
  • g – tyngdacceleration, 9,8 m / s2
  • ? – kylvätskans densitet för vatten 1000 kg / m3

Huvudförlusten i linjära sektioner är förhållandet mellan kanalkapaciteten och den kända kapacitetsfaktorn och resultatet av uppdelningen måste höjas till den andra effekten:

P = (G / Kvs)2

  • P – huvudförlust, bar
  • G – kylmedlets faktiska flödeshastighet, m3/timme
  • Kvs – genomströmning, m3/timme

Förbalansera systemet

Det viktigaste slutliga målet för den hydrauliska beräkningen av värmesystemet är beräkningen av sådana genomströmningsvärden vid vilka en strikt uppmätt mängd kylvätska med en viss temperatur kommer in i varje del av varje värmekrets, vilket säkerställer den normaliserade värmeavgivningen på värmeanordningarna. Denna uppgift verkar svår endast vid första anblicken. I verkligheten görs balansering genom flödesbegränsande reglerventiler. För varje ventilmodell anges både Kvs-faktorn för helt öppet tillstånd och Kv-faktorkurvan för olika grader av öppning av styrspindeln. Genom att ändra ventilens genomströmning, som vanligtvis installeras vid anslutningspunkterna för uppvärmningsanordningar, är det möjligt att uppnå den önskade fördelningen av kylmediet, och därför den mängd värme som överförs av den.

Justera ventilens flödesområde

Det finns emellertid en liten nyans: när genomströmningen vid en punkt i systemet förändras, ändras inte bara den faktiska flödeshastigheten i avsnittet som beaktas. På grund av en minskning eller ökning av flödet förändras balansen i alla andra kretsar till viss del. Om vi ​​till exempel tar två radiatorer med olika värmekraft, anslutna parallellt med motsatt rörelse av kylvätskan, då med en ökning av genomströmningen på enheten som är den första i kretsen, kommer den andra att få mindre kylvätska på grund av en ökning i skillnaden i hydrodynamisk motstånd. Tvärtom, när flödeshastigheten minskar på grund av reglerventilen kommer alla andra radiatorer längre ner i kedjan automatiskt att få en större volym kylvätska och behöver ytterligare kalibrering. Varje typ av ledningar har sina egna balanseringsprinciper.

Programvarusystem för beräkningar

Uppenbarligen är manuella beräkningar bara motiverade för små värmesystem med högst en eller två kretsar med 4-5 radiatorer i vardera. Mer komplexa värmesystem med en termisk effekt på över 30 kW kräver ett integrerat tillvägagångssätt för beräkningen av hydraulik, vilket utvidgar utbudet av verktyg som används långt bortom en penna och ett pappersark.

Danfoss C.O. 3,8Danfoss C.O. 3,8

Idag finns det ett ganska stort antal programvaror som tillhandahålls av de största tillverkarna av värmeutrustning, som Valtec, Danfoss eller Herz. I sådana mjukvarupaket används samma metod för att beräkna hydraulikens beteende, vilket beskrivs i vår översyn. Först modelleras en exakt kopia av det projicerade värmesystemet i den visuella redigeraren, för vilken data om värmekraft, typ av värmebärare, längd och höjd på rörfall, använda beslag, radiatorer och golvvärmeslingor indikeras. Programmets bibliotek innehåller ett brett utbud av hydrauliska enheter och armaturer; för varje produkt har tillverkaren förutbestämda driftsparametrar och baskoefficienter. Om så önskas kan du lägga till exemplar av enheter från enheter, om den önskade listan med egenskaper är känd för dem..

Hydraulisk beräkning av värmesystemet i Danfoss C.O.

I slutet av arbetet gör programmet det möjligt att bestämma lämplig nominell rörborrning, välja ett tillräckligt flöde och cirkulationspumpar. Beräkningen avslutas genom att balansera systemet, medan under simuleringen av driften av hydrauliken beaktas beroenden och effekten av att ändra systemets genomströmning på alla andra. Övningen visar att utveckling och användning av även betalda mjukvaruprodukter visar sig vara billigare än om beräkningarna anförtrotts till upphandlade specialister..

Betygsätt artikeln
Dela med vänner
Webbplats med användbara tips för varje tillfälle
Lägg till en kommentar

Genom att klicka på knappen "Skicka kommentar" godkänner jag behandlingen av personuppgifter och accepterar sekretesspolicy