Mailtrain.ru

Журнал Mailtrain.ru
1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Гидравлический расчет трубопроводов

Гидравлический расчет трубопроводов

Системы отопления зданий, теплотрассы, водопроводы, системы водоотведения, гидравлические схемы станков, машин – все это примеры систем, состоящих из трубопроводов. Гидравлический расчет трубопроводов — особенно сложных, разветвленных.

. — является очень непростой и громоздкой задачей. Сегодня в век компьютеров решать ее стало существенно легче при использовании специального программного обеспечения. Но хорошие специальные программы дорого стоят и есть они, как правило, только у специалистов-гидравликов.

В этой статье мы рассмотрим гидравлический расчет трубопроводов на примере расчета в Excel горизонтального участка трубопровода постоянного диаметра по двум методикам и сравним полученные результаты. Для «неспециалистов» применение представленной ниже программы позволит решить несложные «житейские» и производственные задачи. Для специалистов применение этих расчетов возможно в качестве проверочных или для выполнения быстрых простых оценок.

Как правило, гидравлический расчет трубопроводов включает в себя решение двух задач:

1. При проектировочном расчете требуется по известному расходу жидкости найти потери давления на рассматриваемом участке трубопровода. (Потери давления – это разность давлений между точкой входа и точкой выхода.)

2. При проверочном расчете (при аудите действующих систем) требуется по известному перепаду давления (разность показаний манометров на входе в трубопровод и на выходе) рассчитать расход жидкости, проходящей через трубопровод.

Приступаем к решению первой задачи. Решить вторую задачу вы сможете легко сами, используя сервис программы MS Excel «Подбор параметра». О том, как использовать этот сервис, подробно описано во второй половине статьи «Трансцендентные уравнения? «Подбор параметра» в Excel!».

Предложенные далее расчеты в Excel, можно выполнить также в программе OOo Calc из свободно распространяемого пакета Open Office.

Правила цветового форматирования ячеек листа Excel, которые применены в статьях этого блога, детально описаны на странице « О блоге » .

Порядок расчета гидравлических параметров отопления

На первом этапе вычисления параметров системы отопления следует составить предварительную схему, на которой указывается расположение всех компонентов. Таким образом определяется общая протяженность магистралей, рассчитывается количество радиаторов, объем воды, а также характеристики отопительных приборов.

Как сделать гидравлический расчет отопления, не имея опыта подобных вычислений? Следует помнить, что для автономного теплоснабжения важно правильно подобрать диаметр труб. Именно с выполнения этого этапа и следует начать вычисления.

Лучше всего сделать схему отопления на уже готовом плане дома. Это позволит правильно рассчитать расход материала и определиться с его количеством для обустройства системы.

Определение оптимального диаметра труб

Самый упрощенный гидравлический расчет системы отопления включает в себя только вычисление сечения трубопроводов. Нередко при проектировании небольших систем обходятся и без него. Для этого берут следующие параметры диаметров труб в зависимости от типа теплоснабжения:

  • Открытая схема с гравитационной циркуляцией. Трубы диаметром от 30 до 40 мм. Такое большего сечение необходимо для уменьшения потерь при трении воды о внутреннюю поверхность магистралей;
  • Закрытая система с принудительной циркуляцией. Сечение трубопроводов варьируется от 8 до 24 мм. Чем оно меньше, тем больше давление будет в системе и соответственно – уменьшится общий объем теплоносителя. Но при этом возрастут гидравлические потери.

Если в наличии есть специализированная программа для гидравлического расчета системы отопления – достаточно заполнить данные о технических характеристиках котла и перенести отопительную схему. Программный комплект определит оптимальный диаметр труб.

Полученные данные можно проверить самостоятельно. Порядок выполнения гидравлического расчета двухтрубной системы отопления вручную при вычислении диаметра трубопроводов заключается в вычислении следующих параметров:

  • V – скорость движения воды. Она должна быть в пределах от 0,3- до 0,6 м/с. Определятся производительностью насосного оборудования;
  • Q – тепловой поток. Это отношение количества тепла, проходящего за определенный промежуток времени – 1 секунду;
  • G – расход воды. Измеряется в кг/час. Напрямую зависит от диаметра трубопровода.

В дальнейшем для выполнения гидравлического расчета систем водяного отопления понадобиться узнать общий объем отапливаемого помещения – м³. Предположим, что это значение для одной комнаты равно 50 м³. Зная мощность котла отопления (24 кВт) вычисляем итоговый тепловой поток:

Q=50/24=2,083 кВт

Затем для выбора оптимального диаметра труб нужно воспользоваться данными таблицы, составленными при выполнении гидравлического расчета системы отопления в Excel.

В этом случае оптимальный внутренний диаметр трубы на конкретном участке системы составит 10 мм.

В дальнейшем для выполнения примера гидравлического расчета системы отопления можно узнать ориентировочный расход воды, который засвистит от диаметра трубы.

Производители полимерных труб указывают внешний диаметр. Поэтому для корректного расчета гидравлического сопротивления системы отопления следует отнять две толщины стенки магистралей.

Учет местных сопротивлений в магистрали

Не менее важным этапом является расчет гидравлического сопротивления отопительной системы на каждом участке магистрали. Для этого вся схема теплоснабжения условно разделяется на несколько зон. Лучше всего сделать вычисления для каждой комнаты в доме.

Читать еще:  Как увеличить КПД батарей отопления

В качестве исходных данных для внесения в программу для гидравлического расчета системы отопления понадобятся следующие величины:

  • Протяженность трубы на участке, м.п;
  • Диаметр магистрали. Порядок вычислений описан выше;
  • Требуемая скорость теплоносителя. Также зависит от диаметра трубы и мощности циркуляционного насоса;
  • Справочные данные, характерные для каждого типа материала изготовления – коэффициент трения (λ), потери на трении (ΔР);
  • Плотность воды при температуре +80°С составит 971,8 кг/м³.

При проведении этой работы нужно помнить, что чем меньше выбранный участок отопления, тем точнее будут данные общих параметров системы. Так как сделать гидравлический расчет теплоснабжения с первого раза будет затруднительно – рекомендуется провести ряд вычислений для определенного промежутка трубопровода. Желательно, чтобы в нем было как можно меньше дополнительных приборов – радиаторов, запорной арматуры и т.д.

Для проверки гидравлического расчета двухтрубной отопительной системы нужно выполнить его в нескольких разных программах или дополнительно ручным способом самостоятельно.

Гидравлический расчет системы отопления: цели и задачи

Практическая цель такого расчета — это выбор внутренних Д вн труб и установление перепада напора в сети, для профессионального подбора электронасоса, способного обеспечить надежную циркуляцию теплоносителя.

Диаметр труб обязан обеспечить радиатор таким объемом греющей воды, которое требуется ему для функционирования с рабочей производительностью. Одновременно с этим принимается скорость циркуляции теплоносителя, она должна находится в промежутке от 0.2 до 0.5 л/с, а разница температур воды на входе/выходе из прибора отопления — 15-20 С.

Чем дальше размещена батарея от котла, тем большую дистанцию обязана пройти жидкость и, следовательно, тем более значимое гидросопротивление станет мешать ее продвижению. Для выполнения корректировки скорости течения воды необходимо использовать трубы разного диаметра.

Расчет циркуляционного насоса

Подбор и расчет насоса заключается в том, чтобы выяснить потери давления теплоносителя, протекающего по всей сети трубопроводов. Результатом станет цифра, показывающая, какое давление следует развивать циркуляционному насосу, чтобы «продавить» воду по системе. Это давление вычисляют по формуле:

P = Rl + Z, где:

  • Р – потери давления в сети трубопроводов, Па;
  • R – удельное сопротивление трению, Па/м;
  • l – длина трубы на одном участке, м;
  • Z – потеря давления в местных сопротивлениях, Па.

Примечание. Двух – и однотрубная система отопления рассчитываются одинаково, по длине трубы во всех ветвях, а в первом случае — прямой и обратной магистрали.

Данный расчет достаточно громоздкий и сложный, в то время как значение Rl для каждого участка можно легко найти по тем же таблицам Шевелева. В примере синим кружочком отмечены значения 1000i на каждом участке, его надо только пересчитать по длине трубы. Возьмем первый участок из примера, его протяженность 5 м. Тогда сопротивление трению будет:

Rl = 26.6 / 1000 х 5 = 0.13 Бар.

Так же производим просчет всех участков попутной системы отопления, а потом результаты суммируем. Остается узнать значение Z, перепад давления в местных сопротивлениях. Для котла и радиаторов эти цифры указаны в паспорте на изделие. На все прочие сопротивления мы советуем взять 20% от общих потерь на трение Rl и все эти показатели просуммировать. Полученное значение умножаем на коэффициент запаса 1.3, это и будет необходимый напор насоса.

Следует знать, что производительность насоса – это не емкость системы отопления, а общий расход воды по всем ветвям и стоякам. Пример его расчета представлен в предыдущем разделе, только для подбора перекачивающего агрегата нужно тоже предусмотреть запас не менее 20%.

Существую специальные программы, которые можно использовать для того, чтобы существенно упростить гидравлический расчет системы отопления. Конечно же, их не так уж и много, тем не менее, они есть, притом весьма эффективные. Некоторые из них можно скачать бесплатно, другие же, напротив, доступны лишь в пробных версиях. Как бы то ни было, а все необходимые расчеты можно сделать без каких-либо особых капиталовложений.

Программа Oventrop CO

Это абсолютно бесплатная программа, которая широко применяется для того, чтобы рассчитать загородный дом. Необходимо всего лишь предварительно задать все необходимые настройки и указать приборы отопления, трубы – далее можно с легкостью прорабатывать новые системы. Более того, при желании вы сможете корректировать уже наличествующую систему. Это осуществляется следующим образом: мощность уже имеющихся приборов подбирается в соответствии с требованиями отапливаемого здания.

Оба способа проектировки превосходно объединены в едином программном обеспечении, что дает возможность создавать новые проекты и производить регулировку старых. Вне зависимости от способа программа сама подбирает настройку арматуры. Касаемо интересующих нас расчетов, то Oventrop CO дает просто неограниченные возможности – от анализа расхода теплоносителя до диаметра труб. Вся информация выводится в виде рисунков, таблиц или схем.

Читать еще:  Ремонт стен в котельной: фото, своими руками

Программа HERZ C.O.

Еще один представитель бесплатных программ, позволяющий произвести расчет любого рода отопительной системы. Утилита характеризуется тем, что позволяет производить такие расчеты даже в новых или недавно реконструированных объектах, в которых теплоносителем является гликолей. Соответствует всем мировым требованиям, следовательно, владеет всеми необходимыми сертификатами.

Ниже приведены основные возможности, которые может предоставить вам немецкая HERZ C.O.

  1. Подобрать трубопровод по диаметру.
  2. Снизить давление в кольцах циркуляции путем автоподбора параметров вентилей.
  3. Настроить «регулировщиков» разницы в давлении.
  4. Учесть необходимые параметры вентилей термостатики.
  5. Проанализировать будущий расход теплоносителя, а также определить снижение давления в системе.
  6. Вычислить гидравлическое сопротивление колец циркуляции.

Чтобы вам было удобнее пользоваться программой, всю информацию можно вводить в графическом виде. В результате утилита выдаст вам поэтажный план строения.

Важная информация! Еще одной отличительной чертой программы является так называемая контекстная помощь. Она дает возможность подробнее узнать о вводимой команде или каком-либо показателе.

Также доступно открытие сразу нескольких окон (что большая редкость для подобного рода продуктов), благодаря чему вы сможете изучать несколько типов информации одновременно. Возможна работа с принтерами и плоттерами – она крайне просто организована, каждый лист, который планируется распечатать, можно предварительно посмотреть.

Программа Instal-Therm HCR

Еще одна утилита, дающая возможность с предельной точностью рассчитать поверхностную либо радиаторную систему. Она не идет в одиночку, а поставляется в пакете, куда помимо нее входят еще программы для создания чертежей, проектировки подачи горячей/холодной воды, а также для определения теплопотерь.

Ниже мы привели основные вычислительные способности данной программы.

  1. Подбор диаметра будущего трубопровода.
  2. Подбор отопительных приборов, при котором учитывается охлаждения теплоносителя в магистрали.
  3. Определение размеров муфт, фитингов и тройников.
  4. Гидравлический расчет системы отопления.
  5. Подбор мощности насосов (иными словами, высоты поднятия жидкости), которые установлены по периметру.
  6. Автоматическая регулировка необходимой температуры.

Характерно то, что программа доступна бесплатно исключительно в демо-версии, имеющей целый ряд ограничений. Прежде всего, в ней (равно как и в большинстве бесплатных утилит) вы не сможете ни импортировать полученные результаты, ни распечатать их. Кроме того, вы сможете создать только три проекта – для большего требуется покупка программы. Зато! Вы можете изменять эти три проекта неограниченное количество раз! наконец, все проекты сохраняются в специальном доработанном формате, который не сможет прочесть ни одна лицензированная или, разумеется, пробная программа.

В качестве заключения

Сегодня регулирующие системы отопления, в которых показатель тепла перманентно изменяется, нуждаются в постоянном мониторинге и контроле. Но если не знать современный рынок, то едва ли удастся правильно подобрать арматуру. Так что идеальный вариант для расчета системы – воспользоваться одной из специальных программ, которая включала бы в себя большой каталог параметров и данных. От того, насколько правильно будет произведен расчет, будет зависеть не только эффективность отопления, но и первоначальные финансовые затраты на ее монтаж.

Подведение итогов

Выше уже говорилось, что гидравлический расчёт системы отопления — это сложная задача, требующая профессиональных знаний. Если предстоит спроектировать сильно разветвлённую систему отопления (большой дом), то расчёт вручную отнимает много сил и времени. Для упрощения данной задачи разработаны специальные компьютерные программы.

С помощью этих программ можно сделать гидравлический расчёт, определить регулировочные характеристики запорно-регулировочной арматуры и автоматически составить заказную спецификацию. В зависимости от типа программ, расчёт осуществляется в среде AutoCAD или в собственном графическом редакторе.

Добавим, что сейчас при проектировании промышленных и гражданских объектов наметилась тенденция к использованию BIM технологий (building information modeling). В этом случае все проектировщики работают в едином информационном пространстве. Для этого создаётся «облачная» модель здания. Благодаря этому любые нестыковки выявляются ещё на стадии проектировании, и своевременно вносятся необходимые изменения в проект. Это позволяет точно спланировать все строительные работы, избежать затягивания сроков сдачи объекта и тем самым сократить смету.

Расчет диаметра труб

Расчет сечения труб должен опираться на результаты теплового расчета, обоснованные экономически:

  • для двухтрубной системы – разность между tr (горячим теплоносителем) и to (охлажденным – обраткой);
  • для однотрубной – расход теплоносителя G, кг/ч.

Кроме того, в расчете должна учитываться скорость движения рабочей жидкости (теплоносителя) – V . Ее оптимальная величина находится в диапазоне 0,3-0,7 м/с. Скорость обратно пропорциональна внутреннему диаметру трубы.

При скорости движения воды, равной 0,6 м/с в системе появляется характерный шум, если же она менее 0,2 м/с, появляется риск возникновения воздушных пробок.

Для расчетов потребуется еще одна скоростная характеристика – скорость теплопотока. Она обозначается буквой Q, измеряется в ваттах и выражается в количестве тепла, переданного в единицу времени

Q (Вт) = W (Дж)/t (с)

Кроме вышеперечисленных исходных данных для расчета потребуются параметры отопительной системы – длина каждого участка с указанием приборов, подключенных к нему. Эти данные для удобства можно свести в таблицу, пример которой приведен ниже.

Читать еще:  Почему греется насос в системе отопления?

Таблица параметров участков

Обозначение участкаДлина участка в метрахКоличество приборов а участке, шт.
1-21,81
2-33,01
3-42,82
4-52,92

Расчет диаметров труб достаточно сложный, поэтому проще воспользоваться справочными таблицами. Их можно найти на сайтах производителей труб, в СНиП или специальной литературе.

Монтажники при подборе диаметра труб пользуются правилом, выведенным на основании анализа большого числа отопительных систем. Правда, это касается только небольших частных домов и квартир. Практически все отопительные котлы оборудованы патрубками подачи и обратки ¾ и ½ дюйма. Такой трубой и выполняется разводка до первого разветвления. Далее на каждом участке размер трубы уменьшают на один шаг.

Что такое гидравлический расчет

Гидравлический расчет делают только для крупных контуров обогрева.

Принцип работы водяной системы отопления заключается в том, что по трубам и батареям циркулирует теплоноситель. Это жидкость (вода или антифриз) которая нагревается в котле и потом прогоняется по всему контуру циркуляционным насосом или благодаря силе гравитации.

Теплоноситель во время циркуляции встречает гидравлическое сопротивление. Кроме этого, жидкость немного останавливается из-за трения об стенки труб. Гидравлический расчет систем отопления выполняется для того, чтобы вычислить оптимальное значение сопротивления контура, при котором скорость теплоносителя будет в пределах нормы (2-3 м/с для герметичного контура). По заключению вычислений мы узнаем следующие ключевые параметры:

  • диаметр труб для контура;
  • мощность циркуляционного насоса;
  • количество оборотов для регулировки балансировочных клапанов на каждом радиаторе.

Независимо от того где выполнялся гидравлический расчет системы отопления, на онлайн калькуляторе или в Excel, его пользу сложно переоценить. Так как одним выстрелом мы убиваем двух зайцев: контур работает, как часы и нет перерасхода средств, ведь мы точно будем знать оптимальные параметры элементов системы.

Гидравлический расчет нужно делать только для больших систем отопления, которые обогревают дома с площадью от 200 м. кв. Для маленьких контуров это необязательно.

Специалисты делают гидравлический расчет системы отопления в Excel таблице. Это очень сложный процесс, который под силу далеко не всем людям с профильным образованием, не говоря уже о дилетантах. Нужно разбираться в теплотехнике, гидравлике, знать основы монтажа и многое другое. Получить эти знания можно только в высшем учебном заведении. Есть специализированные программы для гидравлического расчета системы отопления. Но опять же работать с ними могут только люди, имеющие профильное образование.

Что такое гидравлический расчёт

Это третий этап в процессе создания тепловой сети. Он представляет собой систему вычислений, позволяющих определить:

  • диаметр и пропускную способность труб;
  • местные потери давления на участках;
  • требования гидравлической увязки;
  • общесистемные потери давления;
  • оптимальный расход воды.

Согласно полученным данным осуществляют подбор насосов .

Для сезонного жилья, при отсутствии в нём электричества, подойдёт система отопления с естественной циркуляцией теплоносителя (ссылка на обзор ).

Основная цель гидравлического расчёта — обеспечить совпадение расчётных расходов по элементам цепи с фактическими (эксплуатационными) расходами. Количество теплоносителя, поступающего в радиаторы, должно создать тепловой баланс внутри дома с учётом наружных температур и тех, что заданы пользователем для каждого помещения согласно его функциональному назначению (подвал +5, спальня +18 и т.д.).

Комплексные задачи — минимизация расходов :

  1. капитальных – монтаж труб оптимального диаметра и качества;
  2. эксплуатационных:
    • зависимость энергозатрат от гидравлического сопротивления системы;
    • стабильность и надёжность;
    • бесшумность.

Замена централизованного режима теплоснабжения индивидуальным упрощает методику вычислений

Для автономного режима применимы 4 метода гидравлического расчёта системы отопления:

  1. по удельным потерям (стандартный расчёт диаметра труб);
  2. по длинам, приведённым к одному эквиваленту;
  3. по характеристикам проводимости и сопротивления;
  4. сопоставление динамических давлений.

Два первых метода используются при неизменном перепаде температуры в сети.

Два последних помогут распределить горячую воду по кольцам системы, если перепад температуры в сети перестанет соответствовать перепаду в стояках/ответвлениях.

Использование программ

В процессе моделирования новой постройки, наиболее рациональным является использование специальной программы, которая максимально точно определяет тепловые и гидравлические характеристики будущей отопительной системы. А можно использовать программу excel. При этом программа предоставляет такие данные:

  • необходимый диаметр трубопровода;
  • размер отопительных устройств;
  • тип регулирования вентилей балансировки;
  • уровень настройки регулировочных вентилей;
  • уровень предварительного регулирования термостатических клапанов;
  • настройку датчиков колебания давления в системе.

Конечно же, непосвященному пользователю будет крайне сложно провести самостоятельно расчет и гидравлическое испытание системы отопления. Наиболее правильным вариантом является обращение к специалисту, который имеет достаточный опыт в данной сфере. В случае, когда возможности привлечения профессионала нет, следует внимательно ознакомиться с методической литературой, в которой максимально детально описывается процесс проведения гидравлического расчета.

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector