Calcolo idraulico delle reti di calore: concetto, definizione, metodo di calcolo con esempi, compiti e progettazione

2024 Autore: Howard Calhoun | [email protected]. Ultima modifica: 2023-12-17 10:31

Nel calcolo idraulico delle reti di calore viene impostata la portata totale dell'acqua calda sanitaria per riscaldamento, condizionamento, ventilazione e acqua calda. Sulla base di tale calcolo, vengono determinati i parametri necessari delle apparecchiature di pompaggio, degli scambiatori di calore e dei diametri dei tubi della rete principale.

Un po' di teoria e problemi

Il compito principale del calcolo idraulico delle reti di calore è la selezione dei parametri geometrici del tubo e delle dimensioni standard degli elementi di controllo al fine di fornire:

• distribuzione quali-quantitativa del liquido di raffreddamento ai singoli dispositivi di riscaldamento;
• affidabilità termoidraulica e fattibilità economica di un impianto termico chiuso;
• ottimizzazione dei costi di investimento e operativi dell'organizzazione di fornitura del calore.

Il calcolo idraulico delle reti di calore crea i presupposti affinché i dispositivi di riscaldamento e acqua calda raggiungano la potenza richiesta ad una data differenza di temperatura. Ad esempio, con un grafico a T di 150-70 ^oS, sarà uguale a 80 ^{oS. Ciò si ottiene creando la pressione dell'acqua o del refrigerante richiesta in ciascun punto di riscaldamento.}

Tale prerequisito per il funzionamento del sistema termico è implementato installando in modo competente le apparecchiature di rete in conformità con le condizioni di progetto, installando apparecchiature sulla base dei risultati del calcolo idraulico delle reti termiche.

Stadi dell'idraulica della rete:

1. Calcolo pre-lancio.
2. Regolamento operativo.

Idraulica rete iniziale in corso:

• tramite calcoli;
• metodo di misurazione.

Nella Federazione Russa, il metodo di calcolo è predominante, determina tutti i parametri degli elementi del sistema di fornitura del calore in un'unica area di insediamento (casa, quartiere, città). Senza questo, la rete sarà deregolamentata e il refrigerante non verrà fornito ai piani superiori degli edifici multipiano. Ecco perché l'inizio della costruzione di qualsiasi impianto di fornitura di calore, anche il più piccolo, inizia con un calcolo idraulico delle reti di calore.

Stesura di un diagramma delle reti termiche

Prima dei calcoli idraulici, viene eseguito uno schema preliminare della linea principale indicando la lunghezza L in metri e D delle condotte ingegneristiche in mm e i volumi stimati di acqua di rete per le sezioni di progetto dello schema. Le perdite di carico nei sistemi di approvvigionamento di calore sono divise in lineari, derivanti in connessione consfregamento del fluido contro le pareti dei tubi e perdite di sezioni causate dalla resistenza strutturale locale dovuta alla presenza di raccordi a T, curve, compensatori, curve e altri dispositivi.

Esempio di calcolo del calcolo idraulico delle reti di calore:

1. In primo luogo, viene eseguito un calcolo allargato al fine di determinare le prestazioni massime della rete in grado di fornire pienamente i servizi di riscaldamento ai residenti.
2. Al completamento, vengono stabiliti gli indicatori qualitativi e quantitativi delle reti principali e intraquartieri, inclusa la pressione e la temperatura finali del vettore ai nodi di ingresso dei consumatori di calore, tenendo conto delle perdite di calore.
3. Eseguire un calcolo idraulico di prova dell'impianto di riscaldamento e della fornitura di acqua calda.
4. Stabiliscono i costi effettivi nelle sezioni dello schema e agli ingressi alle strutture residenziali, la quantità di calore ricevuta dagli abbonati durante il calcolo della temperatura del liquido di raffreddamento nella conduttura dell'acqua di alimentazione degli impianti di riscaldamento e la pressione disponibile nel collettore di mandata, il razionale dei regimi idrotermali, la temperatura prevista all'interno dei locali residenziali.
5. Determinare la temperatura di mandata del calore di mandata desiderata.
6. Impostare la dimensione massima T dell'acqua riscaldata all'uscita del locale caldaia o altra fonte di calore, ottenuta sulla base del calcolo idraulico della rete termica. Deve garantire standard di igiene interna.

Applicazione del metodo normativo

L'idraulica delle reti viene eseguita sulla base di tabelle dei carichi termici massimi orari e di uno schema di fornitura di calore per una città o un distretto che indichi le fonti, l'ubicazione delle principali,sistemi di ingegneria intra-trimestrale e intra-house, con la designazione dei confini della proprietà di bilancio dei proprietari delle reti. Il calcolo idraulico delle tubazioni delle reti di riscaldamento di ciascuna sezione fino allo schema sopra viene eseguito separatamente.

Questo metodo di calcolo viene utilizzato non solo per le reti di riscaldamento, ma anche per tutte le tubazioni che trasportano mezzi liquidi, inclusi condensati di gas e altri liquidi chimici. Per i sistemi di alimentazione del calore delle tubazioni, è necessario apportare modifiche per tenere conto della viscosità cinematica e della densità del vettore. Ciò è dovuto al fatto che queste caratteristiche influiscono sulla perdita di carico specifica nei tubi e la velocità del flusso è correlata alla densità del mezzo di transito.

Parametri del calcolo idraulico della rete di riscaldamento dell'acqua

Il consumo di calore Q e la quantità di refrigerante G per i lotti sono indicati nella tabella degli indicatori massimi di consumo orario di calore per la stagione invernale ed estiva separatamente e corrisponde alla somma dei consumi di calore per i trimestri compresi nel schema.

Di seguito viene presentato un esempio di calcolo idraulico di una rete termica.

Poiché i calcoli dipendono da molti indicatori, vengono eseguiti utilizzando numerose tabelle, diagrammi, grafici, nomogrammi, il valore finale del consumo di calore Q per gli impianti di riscaldamento interni si ottiene per interpolazione.

La quantità di fluido circolante nella rete di riscaldamento m3/ora, nel calcolo della modalità idraulica della rete di riscaldamento, è determinata dalla formula:

G=(RE2 /4) x V, Dove:

• G - consumo vettore, m3/ora;
• D – diametro della tubazione, mm;
• V - velocità del flusso, m/s.

Le perdite di carico lineari nel calcolo idraulico delle reti di calore sono ricavate da apposite tabelle. Durante l'installazione degli impianti di riscaldamento, al loro interno vengono installati decine e centinaia di elementi ausiliari: valvole, raccordi, prese d'aria, curve e altro, creando resistenza al mezzo di transito.

Le ragioni della caduta di pressione nelle tubazioni possono includere anche lo stato interno dei materiali delle tubazioni e la presenza di depositi di sale su di esse. I valori dei coefficienti utilizzati nei calcoli tecnici sono riportati nelle tabelle.

Metodologia standard e fasi del processo

Secondo il metodo di calcolo idraulico delle reti di calore, viene effettuato in due fasi:

1. Costruzione di uno schema di rete di riscaldamento, su cui sono numerate le sezioni, prima nell'area dell'autostrada centrale - una linea di rete più lunga e voluminosa in termini di carico dal punto di connessione a una più impianto di consumo a distanza.
2. Calcolo della perdita di carico di ogni sezione di tubo, schema. Viene eseguito utilizzando tabelle e nomogrammi, che sono indicati dai requisiti delle norme e degli standard statali.

In primo luogo, i calcoli per l'autostrada principale vengono eseguiti in base ai costi stabiliti secondo lo schema. Allo stesso tempo, vengono utilizzati i dati di riferimento delle perdite di carico specifiche nelle reti.

Inoltre, calcolati i diametri dei tubi, calcolano:

1. Numero di compensatori secondo lo schema.
2. Resistenze sugli elementi effettivamente installatireti di riscaldamento.

La perdita di carico è calcolata da formule e nomogrammi. Quindi, disponendo di questi dati in tutta la rete, il regime idromeccanico delle singole sezioni viene calcolato dal luogo di ripartizione del flusso fino all'utente finale.

I calcoli sono legati alla scelta dei diametri delle diramazioni. La discrepanza non è superiore al 10%. L'eccesso di pressione nell'impianto di riscaldamento viene estinto ai nodi dell'ascensore, alle bocchette dell'acceleratore o agli autoregolatori nei punti esecutivi della casa.

Con la pressione disponibile dell'impianto di riscaldamento principale e delle derivazioni, impostare prima la resistenza specifica approssimativa Rm, Pa/m.

I calcoli utilizzano tabelle, nomogrammi per il calcolo idraulico delle tubazioni delle reti di calore e altra letteratura di riferimento, obbligatoria per tutte le fasi, facilmente reperibile su Internet e bibliografia speciale.

Trasporto di acqua calda

L'algoritmo dello schema di calcolo è stabilito dalla documentazione tecnica e normativa, dagli standard statali e sanitari e viene eseguito in stretta conformità con la procedura stabilita.

L'articolo fornisce un esempio di calcolo del calcolo idraulico dell'impianto di riscaldamento. La procedura viene eseguita nella seguente sequenza:

1. Nello schema approvato di fornitura di calore della città e del distretto, i punti nodali di calcolo, la fonte di calore, la tracciabilità dei sistemi ingegneristici sono contrassegnati con l'indicazione di tutte le filiali, oggetti di consumo collegati.
2. Chiarire i confini della proprietà di bilancio delle reti di consumatori.
3. Assegna i numeri alla trama secondo lo schema, iniziando la numerazionedalla sorgente all'utente finale.

Il sistema di numerazione dovrebbe separare nettamente le tipologie di rete: intraquartiere principale, intercapannone dal pozzo termico ai confini del bilancio, mentre il sito è impostato come un segmento di rete, racchiuso da due rami.

Il diagramma indica tutti i parametri del calcolo idraulico della rete di riscaldamento principale dalla centrale:

• Q - GJ/ora;
• G m3/ora;
• D - mm;
• V - m/s;
• L - lunghezza della sezione, m.

Il calcolo del diametro è impostato dalla formula.

Reti di riscaldamento a vapore

Questa rete di riscaldamento è progettata per un sistema di fornitura di calore che utilizza un vettore di calore sotto forma di vapore.

Le differenze di questo schema rispetto al precedente sono causate da indicatori di temperatura e pressione del fluido. Strutturalmente queste reti sono più brevi in lunghezza; nelle grandi città, normalmente comprendono solo le principali, cioè dalla sorgente al punto di riscaldamento. Non vengono utilizzate come reti intra-distrettuali e interne, ad eccezione dei piccoli siti industriali.

Lo schema elettrico viene eseguito nello stesso ordine del liquido di raffreddamento ad acqua. Nelle sezioni sono indicati tutti i parametri di rete di ciascuna filiale, il dato è tratto dalla tabella riepilogativa dei consumi termici orari marginali, con la somma graduale degli indicatori di consumo dal consumatore finale alla fonte.

Dimensioni geometrichele tubazioni sono installate in base ai risultati di un calcolo idraulico, che viene eseguito in conformità con le norme e le regole statali, e in particolare SNiP. Il valore determinante è la perdita di pressione del fluido di condensazione gassoso dalla fonte di fornitura di calore all'utenza. Con una maggiore perdita di pressione e una minore distanza tra loro, la velocità di movimento sarà grande e il diametro della tubazione del vapore dovrà essere inferiore. La scelta del diametro viene effettuata secondo apposite tabelle, in base ai parametri del liquido di raffreddamento. Successivamente, i dati vengono inseriti nelle tabelle pivot.

Trasportatore di calore per rete di condensazione

Il calcolo per una tale rete di calore differisce in modo significativo dai precedenti, poiché la condensa si trova contemporaneamente in due stati: nel vapore e nell'acqua. Questo rapporto cambia man mano che si avvicina al consumatore, cioè il vapore diventa sempre più umido e alla fine si trasforma completamente in un liquido. Pertanto, i calcoli per i tubi di ciascuno di questi mezzi presentano differenze e sono già presi in considerazione da altri standard, in particolare SNiP 2.04.02-84.

Procedura per il calcolo delle tubazioni della condensa:

1. Le tabelle stabiliscono la rugosità interna equivalente dei tubi.
2. Gli indicatori di perdita di pressione nei tubi nella sezione di rete, dall'uscita del refrigerante dalle pompe di alimentazione di calore al consumatore, sono accettati secondo SNiP 2.04.02-84.
3. Il calcolo di queste reti non tiene conto del consumo di calore Q, ma solo del consumo di vapore.

Le caratteristiche progettuali di questo tipo di rete influiscono in modo significativo sulla qualità delle misurazioni, poiché le tubazioni per questoi tipi di liquido di raffreddamento sono realizzati in acciaio nero, le sezioni di rete dopo le pompe di rete a causa di perdite d'aria si corrodono rapidamente a causa dell'eccesso di ossigeno, dopodiché si forma una condensa di bassa qualità con ossidi di ferro, che provoca corrosione dei metalli. Pertanto, si consiglia di installare tubazioni in acciaio inossidabile in questa sezione. Anche se la scelta finale verrà effettuata dopo il completamento dello studio di fattibilità della rete di riscaldamento.

Programmi di design

Le perdite di energia dovute a valvole, raccordi e curve sono causate da disturbi del flusso localizzati. La perdita di energia si verifica in una sezione finita e non necessariamente breve della condotta, tuttavia, per i calcoli idraulici, si presume che l'intero volume di questa perdita sia preso in considerazione nella posizione del dispositivo. Per i sistemi di tubazioni con tubi relativamente lunghi, capita spesso che le perdite risultanti siano trascurabili in relazione alla perdita di pressione totale nel tubo.

La perdita del tubo viene misurata utilizzando dati sperimentali reali e quindi analizzata per determinare un fattore di perdita locale che può essere utilizzato per calcolare la perdita del raccordo poiché varia con la portata del fluido attraverso questo dispositivo.

Il software Pipe Flow semplifica la determinazione delle perdite di raccordo e di altre perdite nei calcoli della pressione differenziale perché sono precaricati con un database di valvole che contiene molti fattori standard per valvole eraccordi di varie dimensioni. Una pompa viene spesso utilizzata all'interno di un sistema di tubazioni per aggiungere ulteriore pressione per superare le perdite per attrito e altre perdite di resistenza.

Le prestazioni della pompa sono determinate dalla curva. La prevalenza prodotta dalla pompa varia con la portata, trovare il punto di lavoro sulla curva delle prestazioni della pompa non è sempre un compito facile.

Se si utilizza il programma di calcolo idraulico Pipe Flow Expert, è abbastanza facile trovare il punto di funzionamento esatto sulla curva della pompa, assicurando che portate e pressioni siano bilanciate in tutto il sistema, al fine di prendere una decisione di progettazione accurata condutture.

Il calcolo online viene effettuato per selezionare il diametro ottimale che fornisce i migliori parametri operativi, basse perdite di carico ed elevate velocità di movimento dei fluidi, che garantiranno buoni indicatori tecnici ed economici delle reti di riscaldamento nel loro insieme.

Riduce al minimo lo sforzo e fornisce una maggiore precisione. Include tutte le tabelle di riferimento e i nomogrammi necessari. Pertanto, le perdite per metro di tubi vengono prese nella quantità di 81 - 251 Pa / m (8,1 - 25,1 mm di colonna d'acqua), che dipende dal materiale dei tubi. La velocità dell'acqua nel sistema dipende dal diametro dei tubi installati ed è selezionata in un intervallo specifico. La velocità massima dell'acqua per le reti di riscaldamento è di 1,5 m/s. Il calcolo suggerisce i valori limite della velocità dell'acqua nelle tubazioni con diametro interno:

1. 15.0mm-0.3m/s;
2. 20.0mm-0.65m/s;
3. 25, 0 mm - 0,8 m/s;
4. 32.0mm-1.0m/s.
5. Per altri diametri non superiori a 1,5 m/s.
6. Per le tubazioni dei sistemi antincendio è consentita una velocità media fino a 5,0 m/s.

Sistema di geoinformazione strumentale

GIS Zulu - programma di geoinformazione per il calcolo idraulico delle reti di calore. L'azienda è specializzata nello studio di applicazioni GIS che richiedono la visualizzazione di geodati 3D in versione vettoriale e raster, lo studio topologico e il loro rapporto con database semantici. Zulu ti consente di creare piani e flussi di lavoro diversi, comprese reti di riscaldamento e vapore utilizzando la topologia, può lavorare con raster e acquisire dati da database diversi, come BDE o ADO.

I calcoli vengono eseguiti in stretta integrazione con il sistema di geoinformazione, vengono eseguiti nella versione del modulo esteso. La rete è elementare ed è vividamente inserita nel GIS con il mouse o secondo le coordinate date. Successivamente, viene immediatamente creato uno schema di calcolo. Successivamente, vengono impostati i parametri dei circuiti e viene confermato l'avvio del processo. I calcoli vengono applicati a sistemi di riscaldamento senza uscita e ad anello, comprese le unità di pompaggio di rete e i dispositivi di regolazione, alimentati da una o più fonti. Il calcolo del riscaldamento può essere eseguito tenendo conto delle perdite dalle reti di distribuzione e delle perdite di calore nelle tubazioni di riscaldamento.

Per installare un programma speciale su un PC, scaricare su Internet tramite torrent "Calcolo idraulico delle reti di calore 3.5.2".

Struttura delle fasi di definizione:

1. Definizione di commutazione.
2. Verifica calcolo idromeccanico della rete di riscaldamento.
3. Calcolo termo-idraulico di messa in servizio delle tubazioni principali e intraquartiere.
4. Selezione del design delle apparecchiature per la rete di riscaldamento.
5. Calcolo del grafico piezometrico.

Strumento per sviluppatori Microsoft Excel

Microsoft Excel per il calcolo idraulico nelle reti termiche è lo strumento più accessibile per gli utenti. Il suo editor di fogli di calcolo completo può risolvere molti problemi di calcolo. Tuttavia, quando si eseguono calcoli di sistemi termici, devono essere soddisfatti requisiti speciali. Questi possono essere elencati:

• trovare la sezione precedente nella direzione del mezzo;
• calcolo del diametro del tubo secondo questo indicatore condizionale e calcolo inverso;
• impostare il fattore di correzione per l'entità della perdita di carico specifica in base ai dati e alla rugosità equivalente del materiale del tubo;
• calcolo della densità di un mezzo dalla sua temperatura.

Naturalmente, l'utilizzo di Microsoft Excel per il calcolo idraulico nelle reti di riscaldamento non consente di semplificare assolutamente il corso dei calcoli, che inizialmente crea costi di manodopera relativamente elevati.

Software per il calcolo idromeccanico di reti o pacchetto GRTS - un'applicazione informatica che esegue calcoli idromeccanici di reti multitubo, inclusa una configurazione senza uscita. La piattaforma GRTS contiene la funzionalità del linguaggio delle formule, che consentestabilire le caratteristiche necessarie del calcolo e selezionare le formule per l'accuratezza della loro determinazione. Grazie all'uso di questa funzionalità, la calcolatrice ha la capacità di trovare autonomamente la tecnologia di calcolo e impostare la complessità richiesta.

Esistono due versioni dell'applicazione GRTS: 1.0 e 1.1. Al termine, l'utente riceverà i seguenti risultati:

• calcolo, che descrive accuratamente la metodologia di calcolo;
• report in forma tabellare;
• trasferimento di database computazionali a Microsoft Excel;
• grafico piezometrico;
• grafico della temperatura del vettore di calore.

L'applicazione GRTS 1.1 è considerata la modifica più moderna e supporta gli standard più recenti:

1. Calcolo dei diametri dei tubi in base alle pressioni date ai punti finali del diagramma termico.
2. Piattaforma di aiuto aggiornata. Squadra "?" apre l'area della guida dell'applicazione sullo schermo del monitor.

Calcolo idraulico delle reti termiche

Di seguito è mostrato un esempio di calcolo.

I parametri di base minimi richiesti per progettare un sistema di tubazioni includono:

1. Caratteristiche e proprietà fisiche del liquido.
2. Portata massica (o volume) richiesta del mezzo di transito da trasportare.
3. Pressione, temperatura al punto di partenza.
4. Pressione, temperatura e altitudine al punto finale.
5. Distanza tra due punti e lunghezza equivalente (perdita di pressione) di valvole e raccordi installati.

Questi parametri di base sono necessari per la progettazione del sistema di tubazioni. Assumendo un flusso costante, esistono numerose equazioni basate sull'equazione energetica generale che possono essere utilizzate per progettare un sistema di tubazioni.

Le variabili associate al flusso di liquido, vapore o condensa bifase influiscono sul risultato del calcolo. Ciò porta alla derivazione e allo sviluppo di equazioni applicabili a un particolare fluido. Sebbene i sistemi di tubazioni e la loro progettazione possano diventare complessi, la stragrande maggioranza dei problemi di progettazione affrontati da un ingegnere può essere risolta mediante equazioni di flusso di Bernoulli standard.

L'equazione di base sviluppata per rappresentare il flusso di fluido stazionario è l'equazione di Bernoulli, che presuppone che l'energia meccanica totale sia conservata per un flusso isotermico stabile, incomprimibile e non viscoso senza trasferimento di calore. Queste condizioni limite possono effettivamente essere rappresentative di molti sistemi fisici.

Le perdite di carico associate a valvole e raccordi possono essere calcolate anche tenendo conto delle "lunghezze" equivalenti delle sezioni di tubo per ciascuna valvola e raccordo. In altre parole, la perdita di carico calcolata causata dal fluido che passa attraverso la valvola è espressa come una lunghezza aggiuntiva del tubo che viene aggiunta alla lunghezza effettiva del tubo quando si calcola la caduta di pressione.

Tutte le lunghezze equivalenti causate da valvole e raccordi nel segmentoi tubi verranno sommati per calcolare la caduta di pressione per il segmento di tubo calcolato.

Riassumendo, possiamo dire che l'obiettivo del calcolo idraulico della rete di calore al punto finale è un'equa distribuzione dei carichi termici tra gli abbonati agli impianti termici. Qui si applica un semplice principio: ogni radiatore, se necessario, ovvero un radiatore più grande, progettato per fornire un volume maggiore di riscaldamento dell'ambiente, dovrebbe ricevere un flusso maggiore di refrigerante. Il calcolo della rete eseguito correttamente può garantire questo principio.