חישוב הידראולי של רשתות חום: קונספט, הגדרה, שיטת חישוב עם דוגמאות, משימות ועיצוב

2024 מְחַבֵּר: Howard Calhoun | [email protected]. שונה לאחרונה: 2023-12-17 10:27

בחישוב הידראולי של רשתות חום, נקבע קצב הזרימה הכולל של המים החמים הראשיים לחימום, מיזוג אוויר, אוורור ומים חמים. על בסיס חישוב כזה, נקבעים הפרמטרים הדרושים של ציוד שאיבה, מחליפי חום וקטרי צינורות של הרשת הראשית.

קצת על תיאוריה ובעיות

המשימה העיקרית של החישוב ההידראולי של רשתות חום היא בחירת הפרמטרים הגיאומטריים של הצינור והגדלים הסטנדרטיים של רכיבי הבקרה על מנת לספק:

• חלוקה איכותית-כמותית של נוזל הקירור למכשירי חימום בודדים;
• אמינות תרמית-הידראולית והיתכנות כלכלית של מערכת תרמית סגורה;
• אופטימיזציה של עלויות ההשקעה והתפעול של ארגון אספקת החום.

החישוב ההידראולי של רשתות חום יוצר את התנאים המוקדמים להתקני חימום ומים חמים להגיע להספק הנדרש בהפרש טמפרטורה נתון. לדוגמה, עם תרשים T של 150-70 ^oS, הוא יהיה שווה ל-80 ^{oS. זה מושג על ידי יצירת לחץ המים או נוזל הקירור הנדרש בכל נקודת חימום.}

תנאי מוקדם כזה להפעלת המערכת התרמית מיושם על ידי הגדרה מוכשרת של ציוד הרשת בהתאם לתנאי התכנון, התקנת ציוד המבוסס על תוצאות החישוב ההידראולי של רשתות תרמיות.

שלבים של הידראוליקה ברשת:

1. חישוב טרום-השקה.
2. רגולציה תפעולית.

הידראוליקת רשת ראשונית בתהליך:

• באמצעות חישובים;
• שיטת מדידה.

בפדרציה הרוסית, שיטת החישוב היא השולטת, היא קובעת את כל הפרמטרים של האלמנטים של מערכת אספקת החום באזור יישוב יחיד (בית, רובע, עיר). בלי זה, הרשת תבוטל, ונוזל הקירור לא יסופק לקומות העליונות של בניינים רבי קומות. לכן תחילת בנייתו של כל מתקן אספקת חום, אפילו הקטן ביותר, מתחילה בחישוב הידראולי של רשתות חום.

שרטוט תרשים של רשתות חום

לפני חישובים הידראוליים, מתבצעת סכמה ראשונית של הקו הראשי המציינת את אורך L במטרים ו-D של צינורות הנדסיים במ מ ואת הנפחים המשוערים של מים ברשת עבור חלקי התכנון של הסכימה. הפסדי ראש במערכות אספקת חום מחולקים ליניאריים, הנובעים בקשר עםשפשוף של חומרי חומר בקירות צינור, והפסדים בחתכים שנגרמו על ידי התנגדות מבנית מקומית עקב נוכחות של טיז, עיקולים, מפצים, עיקולים והתקנים אחרים.

דוגמה לחישוב של חישוב הידראולי של רשתות חום:

1. תחילה, מתבצע חישוב מוגדל על מנת לקבוע את ביצועי הרשת המקסימליים שיכולים לספק לתושבים שירותי חימום במלואם.
2. עם השלמתו נקבעים האינדיקטורים האיכותיים והכמותיים של הרשתות הראשיות והתוך-רבעוניות, כולל הלחץ והטמפרטורה הסופיים של המוביל בצמתי הכניסה של צרכני החום, תוך התחשבות בהפסדי חום.
3. בצע חישוב הידראולי מבחן של מערכת החימום ואספקת המים החמים.
4. הם קובעים את העלויות בפועל בחלקי התוכנית ובתשומות למתקני מגורים, את כמות החום שמקבלים המנויים בעת חישוב הטמפרטורה של נוזל הקירור בצינור המים של מערכות החימום והלחץ הזמין בסעפת השקע, הרציונל למשטרים הידרותרמיים, הטמפרטורה החזויה בתוך מגורים.
5. קבע את טמפרטורת אספקת החום הרצויה לשקע.
6. הגדר את הגודל המרבי T של מים מחוממים ביציאה של חדר הדוודים או מקור חום אחר, המתקבל על בסיס החישוב ההידראולי של רשת החום. הוא חייב להבטיח תקני היגיינה בתוך הבית.

יישום השיטה הנורמטיבית

הידראוליקה של רשתות מתבצעת על בסיס טבלאות של עומסי חום מקסימליים לשעה וסכימת אספקת חום לעיר או למחוז המציינים מקורות, מיקום ראשי,מערכות הנדסיות תוך רבעוניות ותוך ביתיות, עם ייעוד גבולות הבעלות המאזנית של בעלי הרשתות. חישוב הידראולי של צינורות של רשתות חימום של כל מקטע עד לתכנית לעיל מתבצע בנפרד.

שיטת חישוב זו משמשת לא רק עבור רשתות חימום, אלא גם עבור כל הצינורות המובילים מדיה נוזלית, לרבות עיבוי גז וחומרי נוזל כימיים אחרים. עבור מערכות אספקת חום בצנרת, יש לבצע שינויים כדי לקחת בחשבון את הצמיגות הקינמטית וצפיפות המוביל. זאת בשל העובדה שמאפיינים אלו משפיעים על אובדן הראש הספציפי בצינורות, ומהירות הזרימה קשורה לצפיפות המצע המעבר.

פרמטרים של החישוב ההידראולי של רשת חימום המים

צריכת חום Q וכמות נוזל הקירור G עבור החלקות מצוינות בטבלת האינדיקטורים המקסימליים של צריכת חום שעתית לעונת החורף והקיץ בנפרד ומתאים לסכום צריכת החום עבור הרבעים הכלולים ב- תוכנית.

דוגמה לחישוב הידראולי של רשת חום מוצגת להלן.

מכיוון שחישובים תלויים באינדיקטורים רבים, הם מבוצעים באמצעות טבלאות, דיאגרמות, גרפים, נומוגרמות, הערך הסופי של צריכת החום Q עבור מערכות חימום פנימיות מתקבל על ידי אינטרפולציה.

כמות הנוזל שמסתובבת ברשת החימום m3/שעה, בעת חישוב המצב ההידראולי של רשת החימום, נקבעת על ידי הנוסחה:

G=(D2 /4) x V, איפה:

• G - צריכת ספק, m3/שעה;
• D - קוטר צינור, מ"מ;
• V - מהירות זרימה, m/s.

ירידות לחץ ליניאריות בחישוב הידראולי של רשתות חום נלקחות מטבלאות מיוחדות. במהלך התקנת מערכות חימום מותקנים בהן עשרות ומאות אלמנטים עזר: שסתומים, אביזרים, פתחי אוורור, עיקולים ואחרים, היוצרים התנגדות לתווך המעבר.

הסיבות לירידת הלחץ בצנרת יכולות לכלול גם את המצב הפנימי של חומרי הצינור והימצאות משקעי מלח עליהם. ערכי המקדמים המשמשים בחישובים טכניים ניתנים בטבלאות.

מתודולוגיה סטנדרטית ושלבי תהליך

לפי שיטת החישוב הידראולי של רשתות חום, הוא מתבצע בשני שלבים:

1. בניית מערך רשת חימום, שעליו ממוספרים מקטעים, תחילה באזור הכביש המרכזי - קו רשת ארוך ונפחי יותר מבחינת עומס מנקודת החיבור לכיוון יותר מתקן לצריכה מרחוק.
2. חישוב אובדן ראש של כל קטע צינור, סכימה. זה מתבצע באמצעות טבלאות ונומוגרמות, המצוינות על ידי הדרישות של נורמות ותקנים של המדינה.

ראשית, החישובים עבור הכביש הראשי מתבצעים בהתאם לעלויות שנקבעו בהתאם לתכנית. במקביל, נעשה שימוש בנתוני ייחוס של הפסדי לחץ ספציפיים ברשתות.

יתרה מזאת, לאחר חישוב קטרים של הצינורות, הם מחשבים:

1. מספר המפצים בהתאם לתכנית.
2. התנגדות ברכיבים שהותקנו בפועלרשתות חימום.

אובדן ראש מחושב לפי נוסחאות ונומוגרמות. לאחר מכן, עם נתונים אלה ברחבי הרשת, המשטר ההידרו-מכני של מקטעים בודדים מחושב ממקום פיצול הזרימה ועד למשתמש הקצה.

החישובים מקושרים לבחירת קוטרי צינור הסניף. הפער אינו עולה על 10%. לחץ עודף במערכת החימום נכבה בצמתי המעלית, חרירי המצערת או הרגולטורים האוטומטיים בנקודות ההנהלה בבית.

עם הלחץ הזמין של מערכת החימום הראשית והענפים, הגדר תחילה את ההתנגדות הספציפית המשוערת Rm, Pa/m.

החישובים משתמשים בטבלאות, נומוגרמות לחישוב הידראולי של צינורות של רשתות חום וספרות עיון נוספת, חובה לכל השלבים, קל למצוא באינטרנט ובספרות מיוחדת.

תחבורה מים חמים

אלגוריתם סכימת החישוב מבוסס על תיעוד רגולטורי וטכני, תקנים ממלכתיים ותברואתיים ומתבצע בהתאם לנוהל שנקבע.

המאמר מספק דוגמה לחישוב החישוב ההידראולי של מערכת החימום. ההליך מתבצע ברצף הבא:

1. בתוכנית אספקת החום המאושרת של העיר והמחוז, נקודות החישוב הצמתים, מקור החום, המעקב אחר מערכות הנדסיות מסומנות עם אינדיקציה של כל הענפים, חפצי צריכה מחוברים.
2. להבהיר את גבולות הבעלות על המאזן של רשתות צרכנים.
3. הקצה מספרים לחלקה לפי הסכמה, התחל את המספורממקור למשתמש קצה.

מערכת המספור צריכה להפריד בבירור בין סוגי הרשתות: תוך-רבעי ראשי, בין-ביתי מהבאר התרמית ועד לגבולות המאזן, בעוד שהאתר מוגדר כמקטע של הרשת, מוקף על ידי שני סניפים.

התרשים מציין את כל הפרמטרים של החישוב ההידראולי של רשת החום הראשית מתחנת ההסקה המרכזית:

• Q - GJ/שעה;
• G m3/שעה;
• D - mm;
• V - m/s;
• L - אורך קטע, m.

חישוב הקוטר נקבע על ידי הנוסחה.

רשתות חימום אדים

רשת חימום זו מיועדת למערכת אספקת חום המשתמשת במוביל חום בצורת קיטור.

הבדלים של סכימה זו מהקודמת נגרמים על ידי מחווני טמפרטורה ולחץ של המדיום. מבחינה מבנית, רשתות אלה קצרות יותר באורך; בערים גדולות הן כוללות בדרך כלל רק את העיקריות שבהן, כלומר מהמקור לנקודת ההסקה המרכזית. הם אינם משמשים כרשתות פנים-מחוזיות ואינטר-ביתיות, למעט אתרי תעשייה קטנים.

דיאגרמת המעגל מתבצעת באותו סדר כמו עם נוזל קירור המים. כל פרמטרי הרשת לכל סניף מצוינים בסעיפים, הנתונים לקוחים מטבלת הסיכום של צריכת חום שולית לשעה, עם סיכום שלב אחר שלב של מדדי צריכה מהצרכן הסופי למקור.

מידות גיאומטריותצינורות מותקנים בהתבסס על תוצאות חישוב הידראולי, המתבצע בהתאם לנורמות וכללים של המדינה, ובפרט SNiP. הערך הקובע הוא אובדן הלחץ של מדיום עיבוי הגז ממקור אספקת החום לצרכן. עם אובדן לחץ גדול יותר ומרחק קטן יותר ביניהם, מהירות התנועה תהיה גדולה, וקוטר צינור הקיטור יצטרך להיות קטן יותר. בחירת הקוטר מתבצעת על פי טבלאות מיוחדות, המבוססות על הפרמטרים של נוזל הקירור. לאחר מכן, הנתונים מוזנים לטבלאות ציר.

מוביל חום לרשת קונדנסט

החישוב עבור רשת חום כזו שונה באופן משמעותי מהקודמים, שכן הקונדנסט נמצא בו זמנית בשני מצבים - בקיטור ובמים. יחס זה משתנה ככל שהוא נע לכיוון הצרכן, כלומר הקיטור הופך לח יותר ויותר ולבסוף הופך לחלוטין לנוזל. לכן, לחישובים עבור הצינורות של כל אחת מהמדיה הללו יש הבדלים והם כבר נלקחים בחשבון על ידי תקנים אחרים, במיוחד SNiP 2.04.02-84.

נוהל לחישוב צינורות עיבוי:

1. הטבלאות קובעות את החספוס הפנימי המקביל של הצינורות.
2. אינדיקטורים לאובדן לחץ בצינורות בקטע הרשת, מיציאת נוזל הקירור ממשאבות אספקת החום לצרכן, מתקבלים לפי SNiP 2.04.02-84.
3. החישוב של רשתות אלו אינו לוקח בחשבון את צריכת החום Q, אלא רק את צריכת הקיטור.

תכונות העיצוב של סוג זה של רשת משפיעות באופן משמעותי על איכות המדידות, שכן צינורות לכךסוגי נוזל קירור עשויים מפלדה שחורה, קטעי רשת לאחר משאבות רשת עקב דליפות אוויר מתכלים במהירות מעודף חמצן, ולאחר מכן נוצר עיבוי באיכות נמוכה עם תחמוצות ברזל, מה שגורם לקורוזיה של מתכת. לכן, מומלץ להתקין צינורות נירוסטה בסעיף זה. אמנם הבחירה הסופית תיעשה לאחר השלמת בדיקת ההיתכנות של רשת החימום.

תוכניות עיצוב

הפסדי אנרגיה עקב שסתומים, אבזרים וכיפופים נגרמים על ידי הפרעות זרימה מקומיות. אובדן אנרגיה מתרחש בקטע סופי ולא בהכרח קצר של הצינור, עם זאת, עבור חישובים הידראוליים, ההנחה היא שכל נפח ההפסד הזה נלקח בחשבון במיקום המכשיר. עבור מערכות צנרת בעלות צינורות ארוכים יחסית, לעיתים קרובות, ההפסדים שיתקבלו יהיו זניחים ביחס לאובדן הלחץ הכולל בצינור.

אובדן צינורות נמדד באמצעות נתוני ניסוי אמיתיים ולאחר מכן מנותח כדי לקבוע גורם הפסד מקומי שניתן להשתמש בו לחישוב אובדן התאמה מכיוון שהוא משתנה עם קצב זרימת הנוזל דרך התקן זה.

תוכנת זרימת צינורות מקלה על קביעת הפסדי התאמה והפסדים אחרים בחישובי לחץ דיפרנציאליים מכיוון שהן מגיעות מראש עם מסד נתונים של שסתומים המכיל גורמים סטנדרטיים רבים עבור שסתומים ואביזרים בגדלים שונים. משאבה משמשת לעתים קרובות בתוך מערכת צנרת כדי להוסיף לחץ נוסף כדי להתגבר על איבודי התנגדות חיכוך ואחרים.

ביצועי המשאבה נקבעים לפי העקומה. הראש שמייצרת המשאבה משתנה בהתאם לקצב הזרימה, מציאת נקודת העבודה על עקומת ביצועי המשאבה אינה תמיד משימה קלה.

אם אתה משתמש בתוכנית החישוב ההידראולית Pipe Flow Expert, די קל למצוא את נקודת הפעולה המדויקת על עקומת המשאבה, מה שמבטיח שהזרימות והלחצים מאוזנים בכל המערכת, על מנת לקבל החלטה עיצובית מדויקת צינורות.

חישוב מקוון נעשה על מנת לבחור את הקוטר האופטימלי המספק את פרמטרי ההפעלה הטובים ביותר, אובדן ראש נמוך ומהירויות תנועת מדיה גבוהות, שיבטיחו אינדיקטורים טכניים וכלכליים טובים של רשתות החימום בכללותן.

זה ממזער מאמץ ומספק דיוק גבוה יותר. הוא כולל את כל טבלאות ההתייחסות והנומוגרמות הנחוצות. לפיכך, הפסדים למטר צינורות נלקחים בכמות של 81 - 251 Pa / m (8.1 - 25.1 מ מ של עמודת מים), אשר תלוי בחומר של הצינורות. מהירות המים במערכת תלויה בקוטר הצינורות המותקנים ונבחרת בטווח מסוים. מהירות המים הגבוהה ביותר עבור רשתות חימום היא 1.5 m/s. החישוב מציע את ערכי הגבול של מהירות המים בצינורות בקוטר פנימי:

1. 15.0mm-0.3m/s;
2. 20.0mm-0.65m/s;
3. 25, 0 מ"מ - 0,8 m/s;
4. 32.0mm-1.0m/s.
5. עבור קטרים אחרים לא יותר מ-1.5 מטר לשנייה.
6. לצינורות של מערכות כיבוי אש, מותרת מהירות בינונית של עד 5.0 מ"ש.

מערכת גיאוגרפית אינסטרומנטלית

GIS Zulu - תוכנית גיאוגרפיה לחישוב הידראולי של רשתות חום. החברה מתמחה בחקר יישומי GIS הדורשים הדמיה של גיאודטה תלת מימדית בגרסאות וקטור ורסטר, מחקר טופולוגי והקשר שלהם עם מסדי נתונים סמנטיים. Zulu מאפשרת לך ליצור תוכניות וזרימות עבודה שונות, כולל רשתות חום וקיטור באמצעות טופולוגיה, יכולה לעבוד עם רסטרים ולרכוש נתונים מבסיסי נתונים שונים, כגון BDE או ADO.

החישובים מבוצעים באינטגרציה הדוקה עם מערכת המידע הגיאוגרפי, הם מבוצעים בגרסת המודול המורחב. הרשת היא יסודית ומוכנסת בצורה חיה ל-GIS עם העכבר או לפי הקואורדינטות הנתונות. לאחר מכן נוצרת מיד ערכת חישוב. לאחר מכן, הפרמטרים של המעגלים נקבעים, ותחילת התהליך מאושרת. החישובים מיושמים על מערכות חימום ללא מוצא וטבעות, כולל יחידות שאיבה ברשת והתקני מצערת, המופעלות ממקור אחד או יותר. ניתן לבצע חישוב חימום תוך התחשבות בדליפה מרשתות הפצה ואיבודי חום בצנרת חימום.

כדי להתקין תוכנה מיוחדת במחשב, הורידו באינטרנט באמצעות טורנט "חישוב הידראולי של רשתות חום 3.5.2".

מבנה שלבי ההגדרה:

1. הגדרת התמורה.
2. בודק חישוב הידרומכני של רשת החימום.
3. הזמנת חישוב תרמי-הידראולי של צינורות ראשיים ותוך-רבעיים.
4. מבחר עיצוב של ציוד רשת חימום.
5. חישוב של הגרף הפיאזומטרי.

Microsoft Excel Developer Tool

Microsoft Excel לחישוב הידראולי ברשתות תרמיות הוא הכלי הנגיש ביותר למשתמשים. עורך הגיליון האלקטרוני המקיף שלו יכול לפתור בעיות חישוביות רבות. עם זאת, בעת ביצוע חישובים של מערכות תרמיות, יש לעמוד בדרישות מיוחדות. ניתן לרשום את אלה:

• מציאת הקטע הקודם בכיוון המדיום;
• חישוב קוטר הצינור לפי מחוון מותנה זה וחישוב הפוך;
• הגדרת מקדם התיקון לגודל אובדן הראש הספציפי בהתאם לנתונים ולחספוס המקביל של חומר הצינור;
• חישוב הצפיפות של תווך מהטמפרטורה שלו.

כמובן, השימוש ב-Microsoft Excel לחישוב הידראולי ברשתות חום אינו מאפשר לפשט באופן מוחלט את מהלך החישובים, מה שיוצר בתחילה עלויות עבודה גבוהות יחסית.

תוכנה לחישוב הידרומכני של רשתות או חבילת GRTS - אפליקציית מחשב המבצעת חישובים הידרו-מכאניים של רשתות מרובות צינורות, כולל תצורה ללא מוצא. פלטפורמת GRTS מכילה את פונקציונליות השפה של נוסחאות, מה שמאפשרקבע את המאפיינים הדרושים של החישוב ובחר נוסחאות לדיוק קביעתם. בשל השימוש בפונקציונליות זו, למחשבון יש את היכולת למצוא באופן עצמאי את טכנולוגיית החישוב ולהגדיר את המורכבות הנדרשת.

ישנן שתי גרסאות של יישום GRTS: 1.0 ו-1.1. בסיום, המשתמש יקבל את התוצאות הבאות:

• חישוב, המתאר בקפידה את מתודולוגיית החישוב;
• דוח בצורת טבלה;
• העברת מסדי נתונים חישוביים ל-Microsoft Excel;
• גרף פיזומטרי;
• גרף טמפרטורת נושא החום.

יישום GRTS 1.1 נחשב לשינוי המודרני ביותר ותומך בתקנים העדכניים ביותר:

1. חישוב קוטרי צינור מבוסס על לחצים נתונים בנקודות הקצה של הדיאגרמה התרמית.
2. פלטפורמת העזרה שודרגה. צוות "?" פותח את אזור העזרה של האפליקציה במסך הצג.

חישוב הידראולי של רשתות חום

דוגמה לחישוב מוצגת למטה.

הפרמטרים הבסיסיים המינימליים הנדרשים לתכנון מערכת צנרת כוללים:

1. מאפיינים ותכונות פיזיקליות של הנוזל.
2. זרימת מסה (או נפח) נדרשת של אמצעי המעבר שיש להעביר.
3. לחץ, טמפרטורה בנקודת ההתחלה.
4. לחץ, טמפרטורה וגובה בנקודת הסיום.
5. מרחק בין שתי נקודות ואורך שווה ערך (אובדן לחץ) של שסתומים ואביזרים מותקנים.

פרמטרים בסיסיים אלו נחוצים לתכנון מערכת הצנרת. בהנחה של זרימה יציבה, ישנן מספר משוואות המבוססות על משוואת האנרגיה הכללית שניתן להשתמש בהן לתכנון מערכת צנרת.

משתנים הקשורים לנוזל, קיטור או זרימת עיבוי דו-פאזי משפיעים על תוצאת החישוב. זה מוביל לגזירה ולפיתוח של משוואות החלות על נוזל מסוים. למרות שמערכות הצנרת והתכנון שלהן עלולים להפוך למורכבים, את הרוב המכריע של בעיות התכנון העומדות בפני מהנדס ניתן לפתור באמצעות משוואות זרימת ברנולי סטנדרטיות.

המשוואה הבסיסית שפותחה כדי לייצג זרימת נוזל נייחת היא משוואת ברנולי, אשר מניחה שאנרגיה מכנית כוללת נשמרת לזרימה איזוטרמית יציבה, בלתי ניתנת לדחיסה, ללא העברת חום. תנאים מגבילים אלו אכן עשויים להיות מייצגים של מערכות פיזיות רבות.

ניתן לחשב הפסדי ראש הקשורים לשסתומים ואביזרים גם על ידי התחשבות ב"אורכים" המקבילים של קטעי צינור עבור כל שסתום ואביזר. במילים אחרות, אובדן הראש המחושב הנגרם מהנוזל העובר דרך השסתום מתבטא כאורך צינור נוסף שמתווסף לאורך הצינור בפועל בעת חישוב ירידת הלחץ.

כל האורכים השווים נגרמים על ידי שסתומים ואביזרים בקטעצינורות יצורפו יחד כדי לחשב את ירידת הלחץ עבור מקטע הצינור המחושב.

לסיכום, ניתן לומר שמטרת החישוב ההידראולי של רשת החום בנקודת הסיום היא חלוקה הוגנת של עומסי החום בין מנויי המערכות התרמיות. כאן חל עיקרון פשוט: כל רדיאטור - לפי הצורך, כלומר רדיאטור גדול יותר, שנועד לספק נפח גדול יותר של חימום חלל, צריך לקבל זרימה גדולה יותר של נוזל קירור. חישוב רשת שבוצע נכון יכול להבטיח עיקרון זה.