A fűtési rendszer hidraulikus kiszámítása

A cikk tartalma

• A hidraulikus számítás célja és célja
• A fűtési rendszerek típusai
• A hűtőfolyadék áramlási sebességének és mozgási sebességének meghatározása
• Fej- és nyomásveszteségek
• A rendszer előzetes kiegyensúlyozása
• Számítógépes rendszerek

Ma elemezzük, hogyan lehet a fűtési rendszert hidraulikusan kiszámítani. Valójában a mai napig terjed a gyakorlat, hogy a fűtési rendszereket szeszélyesen tervezzék. Ez alapvetően téves megközelítés: előzetes számítás nélkül megemeljük az anyagfogyasztást, előidézzük a rendellenes működési módokat és elveszítjük a maximális hatékonyság elérésének lehetőségét..

A hidraulikus számítás célja és célja

Mérnöki szempontból úgy tűnik, hogy a folyékony fűtési rendszer meglehetősen bonyolult komplexum, beleértve a hő előállítására, szállítására és a fűtött helyiségekben történő kibocsátására szolgáló eszközöket. A hidraulikus fűtési rendszerek számára az ideális üzemmód az, amelyben a hűtőfolyadék a hőt elnyel a forrásból, és mozgás közben veszteség nélkül továbbítja azt a szoba légkörébe. Természetesen egy ilyen feladat teljesen elérhetetlennek tűnik, de egy átgondoltabb megközelítés lehetővé teszi, hogy előre jelezze a rendszer viselkedését különböző körülmények között, és a lehető legközelebb kerüljön a referenciaértékekhez. Ez a fűtési rendszerek tervezésének fő célja, amelynek legfontosabb részét hidraulikus számításnak tekintik..

A hidraulikus tervezés gyakorlati célja a következő:

1. Tudja meg, milyen sebességgel és milyen mennyiségű hűtőfolyadék mozog a rendszer minden csomópontjában.
2. Határozza meg, hogy az egyes eszközök működési módjának változása milyen hatással van az egész komplexum egészére.
3. Határozza meg, hogy az egyes egységek és készülékek milyen kapacitással és működési jellemzőkkel rendelkeznek-e ahhoz, hogy a fűtési rendszer a költségek jelentős növekedése és az indokolatlanul magas biztonsági tartalék biztosítása nélkül elláthassa funkcióit..
4. Végül – annak biztosítása érdekében, hogy a hőenergia szigorúan mérhető legyen az egyes fűtési zónákban, és hogy ez az eloszlás magas állandósággal fennmaradjon.

Többet mondhatunk: legalább alapvető számítások nélkül lehetetlen elérni az elfogadható stabilitást és a berendezések hosszú távú használatát. A hidraulikus rendszer működésének modellezése valójában az alap, amelyen minden további tervezés fejlesztése alapul..

A fűtési rendszerek típusai

Az ilyen típusú mérnöki feladatokat a fűtési rendszerek sokfélesége bonyolítja, mind méretarányban, mind konfigurációban. A fűtőcseréknek többféle típusa létezik, amelyek mindegyike rendelkezik saját törvényekkel:

1. Kétcsöves zsákutca rendszereka – a készülék leggyakoribb verziója, alkalmas mind a központi, mind az egyedi fűtőkörök megszervezésére.

Kétcsöves zsákutca fűtési rendszer

2. Egycsöves rendszer vagy „Leningradka”30-35 kW hőteljesítményű polgári fűtési komplexumok építésének a legjobb módja.

Egycsöves fűtési rendszer kényszerített cirkulációval: 1 – fűtőkazán; 2 – biztonsági csoport; 3 – fűtőtestek; 4 – Mayevsky daru; 5 – tágulási tartály; 6 – cirkulációs szivattyú; 7 – lefolyó

3. Kétcsöves rendszer átmenő típusú– a fűtőkörök lebontása a legelőnyösebb anyagtípus, amelyet a legnagyobb ismert működési stabilitás és a hűtőfolyadék elosztási minősége különböztet meg.

Kétcsöves fűtési rendszer (Tichelman hurok)

4. Sugár elrendezésesok szempontból hasonlít egy kétcsöves haladásra, de ugyanakkor az összes rendszervezérlő egy helyen található – a csatorna szerelvényéhez.

Sugárzási fűtőkör: 1 – kazán; 2 – tágulási tartály; 3 – adagoló elosztó; 4 – fűtőtestek; 5 – visszatérő elosztó; 6 – cirkulációs szivattyú

Mielőtt a számítások alkalmazott oldalára kerülnék, van néhány fontos figyelmeztetés. Mindenekelőtt meg kell tanulnia, hogy a magas színvonalú számítás kulcsa a folyadékrendszerek intuitív működési elveinek megértése. Ennek hiányában az egyes megoldások megfontolása összetett matematikai számítások összefonódásához vezet. A második az, hogy egy áttekintésben nemcsak az alapfogalmakat lehet bemutatni; részletesebb magyarázatokhoz jobb, ha a fűtési rendszerek kiszámításáról az ilyen irodalom hivatkozik:

• Pyrkov V. “A fűtési és hűtési rendszerek hidraulikus szabályozása. Elmélet és gyakorlat „, 2. kiadás, 2010.
• Jaushovets R. „Hidraulika – a vízmelegítés szíve”.
• A kazánház hidraulikai kézikönyve a De Dietrich-től.
• A. Saveliev “Fűtés otthon. Rendszerek kiszámítása és telepítése „.

A hűtőfolyadék áramlási sebességének és mozgási sebességének meghatározása

A hidraulikus rendszerek kiszámításának legismertebb módszere egy hőtechnikai számítás adatain alapul, amely meghatározza az egyes helyiségekben a hőveszteségek pótlási sebességét és ennek megfelelően a beépített radiátorok hőteljesítményét. Első pillantásra minden egyszerű: megkapjuk a hőteljesítmény összértékét, majd adagoljuk a hőhordozó táplálékát az egyes fűtőberendezésekhez. A nagyobb kényelem érdekében a hidraulikus rendszer axonometrikus vázlata elõre van építve, amelyet a vízmelegítõ padló hûtõelemeinek vagy hurkokjainak szükséges teljesítményjelzõi tartalmazzák..

A fűtési rendszer axonometriai diagramja

A hőtechnikáról a hidraulikus számításra való áttérést a tömegáram fogalmának bevezetésével hajtjuk végre, vagyis egy bizonyos tömegű hűtőfolyadékot juttatunk a fűtési kör egyes szakaszaiba. A tömegáram a szükséges hőteljesítmény aránya a hűtőközeg fajlagos hőkapacitása szorzatának a bemenő és visszatérő csővezetékek hőmérsékleti különbsége alapján. Így a fűtési rendszer vázlatán meg vannak jelölve azok a kulcspontok, amelyekre a névleges tömegáramot jelzik. A kényelem érdekében a térfogatáramot párhuzamosan határozzuk meg, figyelembe véve a felhasznált hőhordozó sűrűségét.

G = Q / (c (t₂ – t₁))

• G – hűtőfolyadék áramlási sebessége, kg / s
• Q – szükséges hőteljesítmény, W
• c – a hűtőfolyadék fajlagos hőkapacitása, víznél, 4200 J / (kg ° C)
• ?T = (t₂ – t₁) – hőmérsékleti különbség a betáplálás és a visszatérés között, ° С

A logika itt egyszerű: a kívánt hőmennyiségnek a hűtőbe juttatásához először meg kell határoznia a hűtőfolyadék mennyiségét vagy tömegét egy adott hőkapacitással, amely a csővezetéken halad át egy időegységre. Ehhez meg kell határozni a hűtőfolyadék áramlási sebességét az áramkörben, amely megegyezik a térfogatáram és a cső belső áthaladásának keresztmetszetének arányával. Ha a sebességet a tömegáramhoz viszonyítva számítják ki, akkor a nevezőhöz hozzá kell adni a hűtőfolyadék sűrűségének értékét:

V = G / (? F)

• V – a hűtőfolyadék mozgásának sebessége, m / s
• G – hűtőfolyadék áramlási sebessége, kg / s
• ? – a hűtőfolyadék sűrűsége, víz esetén 1000 kg / m 2 -et vehet fel³
• f – a cső keresztmetszeti területe, a képlet alapján határozható meg ?­R², ahol r a cső belső átmérője osztva kettővel

Az áramlási sebességre és a sebességre vonatkozó adatokra van szükség a leválasztócsövek névleges méretének, valamint a keringetőszivattyúk áramlásának és fejének meghatározásához. A kényszerkeringtető eszközöknek túlnyomást kell létrehozniuk a csövek, az elzáró és a vezérlőszelepek hidrodinamikai ellenállásának kiküszöbölésére. A legnagyobb nehézséget a természetes (gravitációs) keringetéssel rendelkező rendszerek hidraulikus kiszámítása jelenti, amelyre a szükséges túlnyomást a felmelegített hűtőközeg sebességének és térfogati expanziójának függvényében számítják ki..

Fej- és nyomásveszteségek

Az ideális modellekhez elegendő lenne a fenti paraméterek kiszámítása a fent leírt arányok szerint. A valós életben mind a térfogatáram, mind a hűtőfolyadék sebessége mindig különbözik a kiszámított értékektől a rendszer különböző pontjain. Ennek oka a hűtőfolyadék mozgásának hidrodinamikai ellenállása. Ez számos tényezőnek tudható be:

1. A hűtőfolyadék súrlódási erői a csőfalakkal szemben.
2. A szerelvények, csapok, szűrők, termosztatikus szelepek és egyéb szerelvények által létrehozott áramlás helyi ellenállása.
3. Az elágazó összekötő és elágazó típusok jelenléte.
4. Turbulens örvények sarkokban, szűkítésekben, bővítésekben stb..

A nyomásesés és a sebesség megtalálásának problémáját a rendszer különböző részeiben jogosan tekintik a legnehezebbnek, ez a hidrodinamikai közegek számításának területén rejlik. Így a folyadék súrlódási erőit a cső belső felületeivel szemben egy logaritmikus függvény írja le, amely figyelembe veszi az anyag érdességét és a kinematikus viszkozitást. A turbulens örvények kiszámítása még nehezebb: a csatorna profiljának és alakjának legkisebb változása mindegyik helyzetet egyedivé teszi. A számítások megkönnyítése érdekében két referencia-tényezőt vezetnek be:

1. kvs– a csövek, radiátorok, szeparátorok és más, a lineárishoz közeli területek jellemzése.
2. NAK NEK_Kisasszony– a helyi ellenállás meghatározása a különféle szerelvényeknél.

Ezeket a tényezőket a csövek, szelepek, szelepek, szűrők gyártói jelzik minden egyes termékhez. Az együtthatókat meglehetősen könnyű használni: a fejveszteség meghatározásához a Kms-et megszorozzuk a hűtőfolyadék mozgási sebességének négyzetének és a gravitációs gyorsulás kétszeres értékének hányadosával:

?h_Kisasszony = K_Kisasszony (V²/ 2g)vagy ?p_Kisasszony = K_Kisasszony (? V²/ 2)

• ?h_Kisasszony – nyomásveszteség a helyi ellenálláson, m
• ?p_Kisasszony – a helyi ellenállás nyomásvesztesége, Pa
• NAK NEK_Kisasszony – a helyi ellenállás együtthatója
• g – gravitációs gyorsulás, 9,8 m / s²
• ? – a hűtőfolyadék sűrűsége víznél 1000 kg / m³

A fejveszteség lineáris metszetekben a csatorna kapacitásának az ismert kapacitási tényezőhöz viszonyított aránya, és a megosztás eredményét a második teljesítményre kell növelni:

P = (G / Kvs)²

• P – fejvesztés, bár
• G – a hűtőfolyadék tényleges áramlási sebessége, m³/óra
• Kvs – teljesítmény, m³/óra

A rendszer előzetes kiegyensúlyozása

A fűtési rendszer hidraulikus kiszámításának legfontosabb végső célja az olyan átviteli értékek kiszámítása, amikor egy szigorúan mérhető mennyiségű hűtőfolyadék egy bizonyos hőmérsékleten bejut az egyes fűtési körök minden részébe, ami biztosítja a fűtőberendezések normalizált hőkibocsátását. Ez a feladat csak első pillantásra tűnik nehéznek. A valóságban a kiegyensúlyozást az áramlást korlátozó vezérlőszelepekkel hajtják végre. Mindegyik szelepmodell esetében meg kell adni a teljesen nyitott helyzet Kvs-tényezőjét és a vezérlőkar különböző nyitási fokának Kv-tényezőjét. A szelepek átmeneti teljesítményének megváltoztatásával, amelyeket általában a fűtőberendezések csatlakozási pontjaira szerelnek, el lehet érni a hűtőfolyadék kívánt eloszlását, és ennélfogva az által átadott hőmennyiséget..

Van azonban egy kis árnyalat: amikor az átviteli sebesség a rendszer egyik pontján megváltozik, nem csak a megvizsgált szakaszban a tényleges áramlási sebesség változik. Az áramlás csökkenése vagy növekedése miatt az összes többi áramkörben az egyensúly bizonyos mértékben megváltozik. Ha például két, különböző hőteljesítményű radiátort veszünk fel, amelyek párhuzamosan vannak csatlakoztatva a hűtőfolyadék ellentétes mozgásával, akkor az áramkörben az első eszköz teljesítményének növekedésével a második kevesebb hűtőfolyadékot kap a hidrodinamikai ellenállás különbségének növekedése miatt. Ellenkezőleg, ha az áramlási sebesség csökken a szabályozószelep miatt, akkor a láncban levő többi radiátor automatikusan nagyobb mennyiségű hűtőfolyadékot kap, és további kalibrálást igényel. Minden huzalozási típusnak megvan a saját egyensúlyozási alapelve.

Számítógépes rendszerek

Nyilvánvaló, hogy a kézi számítások csak olyan kicsi fűtési rendszereknél indokolhatók, amelyekben legfeljebb egy vagy két áramkör van, mindegyik 4-5 radiátorral. A 30 kW feletti hőteljesítményű, összetettebb fűtési rendszerek integrált megközelítést igényelnek a hidraulika kiszámításában, amely messze túlmutat a ceruzán és a papírlapon túl az alkalmazott szerszámok körében.

Danfoss C.O. 3.8

Manapság meglehetősen sok szoftvert kínálnak a legnagyobb fűtőberendezés-gyártók, például a Valtec, a Danfoss vagy a Herz. Az ilyen szoftvercsomagokban ugyanazt a módszert alkalmazzák a hidraulika viselkedésének kiszámításához, amelyet a beszámolónkban ismertettünk. Először a kivetített fűtési rendszer pontos példányát a vizuális szerkesztőben modellezzük, amelyhez meghatározzuk a hőteljesítményre, a hőhordozó típusára, a csőcseppek hosszára és magasságára, a használt szerelvényekre, radiátorokra és a padlófűtési tekercsekre vonatkozó adatokat. A programkönyvtár a hidraulikus eszközök és szerelvények széles skáláját tartalmazza, a gyártó minden termékhez előre meghatározta a működési paramétereket és az alapvető tényezőket. Ha szükséges, külső gyártóktól származó mintákat is hozzáadhat, ha a szükséges jellemzők listája ismert számukra.

A munka végén a program lehetővé teszi a megfelelő névleges csőfurat meghatározását, a cirkulációs szivattyúk megfelelő áramlásának és nyomásának kiválasztását. A számítást a rendszer kiegyensúlyozásával fejezzük be, miközben a hidraulika működésének szimulálása során figyelembe vesszük a függőségeket és a rendszer egyik egységének teljesítményének megváltoztatásának hatását a többire. A gyakorlat azt mutatja, hogy még a fizetett szoftvertermékek fejlesztése és használata olcsóbb, mint ha a számításokat megbízott szakemberekre bíznák.