Hydraulische berekening van het verwarmingssysteem

Vandaag zullen we analyseren hoe we een hydraulische berekening van het verwarmingssysteem kunnen maken. Tot op de dag van vandaag breidt de praktijk van het ontwerpen van verwarmingssystemen zich in een opwelling uit. Dit is een fundamenteel verkeerde benadering: zonder voorafgaande berekening leggen we de lat voor materiaalverbruik hoger, provoceren we abnormale werkingsmodi en verliezen we de kans om maximale efficiëntie te bereiken.

Hydraulische berekening van het verwarmingssysteem

Doelen en doelstellingen van hydraulische berekening

Technisch gezien lijkt een vloeistofverwarmingssysteem een ​​tamelijk complex complex, inclusief apparaten om warmte te genereren, te transporteren en af ​​te geven in verwarmde ruimtes. De ideale bedrijfsmodus voor een hydraulisch verwarmingssysteem is er een waarin het koelmiddel maximale warmte van de bron absorbeert en deze tijdens beweging zonder verlies aan de kameratmosfeer overbrengt. Een dergelijke taak lijkt natuurlijk volkomen onbereikbaar, maar met een meer doordachte benadering kunt u het gedrag van het systeem onder verschillende omstandigheden voorspellen en zo dicht mogelijk bij de benchmarks komen. Dit is het belangrijkste doel van het ontwerpen van verwarmingssystemen, waarvan het belangrijkste onderdeel wordt beschouwd als hydraulische berekening..

De praktische doelen van hydraulisch ontwerp zijn:

  1. Begrijp met welke snelheid en in welk volume de koelvloeistof in elk knooppunt van het systeem beweegt.
  2. Bepaal welk effect een wijziging in de bedieningsmodus van elk apparaat heeft op het hele complex als geheel.
  3. Stel vast welke capaciteit en werkingskenmerken van individuele units en apparaten voldoende zullen zijn om het verwarmingssysteem zijn functies te laten uitvoeren zonder een aanzienlijke stijging van de kosten en met een onredelijk hoge veiligheidsmarge.
  4. Uiteindelijk – om een ​​strikt gemeten distributie van warmte-energie in verschillende verwarmingszones te garanderen en ervoor te zorgen dat deze distributie met een hoge constantheid wordt gehandhaafd.

Verwarming radiator installatie

We kunnen meer zeggen: zonder op zijn minst basisberekeningen is het onmogelijk om een ​​acceptabele stabiliteit en langdurig gebruik van apparatuur te bereiken. Het modelleren van de werking van een hydraulisch systeem is in feite de basis waarop alle verdere ontwerpontwikkeling is gebaseerd..

Soorten verwarmingssystemen

Dit soort engineeringtaken wordt bemoeilijkt door de grote verscheidenheid aan verwarmingssystemen, zowel qua schaal als qua configuratie. Er zijn verschillende soorten verwarmingsuitwisselingen, die elk hun eigen wetten hebben:

1. Twee-pijps doodlopende systemena – de meest voorkomende versie van het apparaat, zeer geschikt voor het organiseren van zowel centrale als individuele verwarmingscircuits.

Tweepijps doodlopend verwarmingssysteemTweepijps doodlopend verwarmingssysteem

2. Eenpijpssysteem of “Leningradka”wordt beschouwd als de beste manier om civiele verwarmingscomplexen te bouwen met een thermisch vermogen tot 30-35 kW.

Eenpijps verwarmingssysteem Eenpijps verwarmingssysteem met geforceerde circulatie: 1 – verwarmingsketel; 2 – beveiligingsgroep; 3 – verwarmingsradiatoren; 4 – Mayevsky-kraan; 5 – expansievat; 6 – circulatiepomp; 7 – afvoer

3. Dubbelpijpssysteem van het doorlopende type– het meest materiaalintensieve type ontkoppeling van verwarmingscircuits, dat zich onderscheidt door de hoogst bekende bedrijfsstabiliteit en de kwaliteit van de distributie van het koelmiddel.

Tweepijpsverwarmingssysteem (Tichelman-lus)Tweepijpsverwarmingssysteem (Tichelman-lus)

4. Beam-indelingis in veel opzichten vergelijkbaar met een tweepijpsrit, maar tegelijkertijd zijn alle bedieningselementen van het systeem op één punt geplaatst – op het verdeelstuk.

StralingsverwarmingscircuitStraling verwarmingscircuit: 1 – ketel; 2 – expansievat; 3 – voedingsspruitstuk; 4 – verwarmingsradiatoren; 5 – retourverdeelstuk; 6 – circulatiepomp

Voordat we naar de toegepaste kant van de berekeningen gaan, zijn er een paar belangrijke kanttekeningen die u moet maken. Allereerst moet u leren dat de sleutel tot een goede berekening ligt in het begrijpen van de principes van vloeistofsystemen op een intuïtief niveau. Zonder dit verandert de beschouwing van elke individuele oplossing in een vervlechting van complexe wiskundige berekeningen. De tweede is de praktische onmogelijkheid om in één recensie meer dan basisconcepten te presenteren; voor meer gedetailleerde uitleg is het beter om naar dergelijke literatuur over de berekening van verwarmingssystemen te verwijzen:

  • V. Pyrkov “Hydraulische regeling van verwarmings- en koelsystemen. Theorie en praktijk “2e editie, 2010.
  • R. Jaushovets “Hydraulica – het hart van waterverwarming”.
  • Handleiding ketelhuishydrauliek van De Dietrich.
  • A. Saveliev “Thuis verwarmen. Berekening en installatie van systemen “.

Bepaling van het debiet en de bewegingssnelheid van het koelmiddel

De meest bekende methode voor het berekenen van hydraulische systemen is gebaseerd op gegevens van een warmtetechnische berekening, die de mate van aanvulling van warmteverliezen in elke kamer bepaalt en dienovereenkomstig het thermische vermogen van de radiatoren die erin zijn geïnstalleerd. Op het eerste gezicht is alles eenvoudig: we hebben de totale waarde van het thermische vermogen en doseren vervolgens de stroom van de warmtedrager naar elk verwarmingsapparaat. Voor meer gemak is een axonometrische schets van het hydraulische systeem vooraf gebouwd, die is geannoteerd met de vereiste vermogensindicatoren van radiatoren of lussen van een met water verwarmde vloer..

Axonometrisch diagram van het verwarmingssysteemAxonometrisch diagram van het verwarmingssysteem

De overgang van warmtetechniek naar hydraulische berekening wordt uitgevoerd door het concept van massastroom te introduceren, dat wil zeggen een bepaalde massa koelvloeistof die aan elke sectie van het verwarmingscircuit wordt toegevoerd. De massastroom is de verhouding tussen het benodigde thermische vermogen en het product van de specifieke warmtecapaciteit van het koelmiddel door het temperatuurverschil in de aanvoer- en retourleidingen. Op de schets van het verwarmingssysteem zijn dus de belangrijkste punten gemarkeerd waarvoor de nominale massastroom is aangegeven. Gemakshalve wordt de volumestroom parallel bepaald, rekening houdend met de dichtheid van de gebruikte warmtedrager.

G = Q / (c (t2 – t1))

  • G – koelvloeistofdebiet, kg / s
  • Q – vereist thermisch vermogen, W.
  • c – specifieke warmtecapaciteit van het koelmiddel, voor water genomen als 4200 J / (kg ° C)
  • ?T = (t2 – t1) – temperatuurverschil tussen aanvoer en retour, ° С

De logica hier is simpel: om de benodigde hoeveelheid warmte aan de radiator te leveren, moet je eerst het volume of de massa van het koelmiddel bepalen met een gegeven warmtecapaciteit die per tijdseenheid door de pijpleiding gaat. Om dit te doen, is het vereist om de bewegingssnelheid van het koelmiddel in het circuit te bepalen, die gelijk is aan de verhouding van de volumestroom tot het dwarsdoorsnedegebied van de interne doorgang van de buis. Als de snelheid wordt berekend ten opzichte van de massastroom, moet de dichtheidswaarde van het koelmiddel worden opgeteld bij de noemer:

V = G / (? F)

  • V – bewegingssnelheid van het koelmiddel, m / s
  • G – koelvloeistofdebiet, kg / s
  • ? – de dichtheid van de koelvloeistof, voor water mag je 1000 kg / m nemen3
  • f – dwarsdoorsnede van de buis, wordt gevonden door de formule ?­R2, waarbij r de binnendiameter is van de buis gedeeld door twee

De gegevens over het debiet en de snelheid zijn nodig om de nominale maat van de ontkoppelingsleidingen te bepalen, evenals het debiet en de opvoerhoogte van circulatiepompen. Apparaten met gedwongen circulatie moeten overdruk creëren om de hydrodynamische weerstand van leidingen en afsluiters en regelkleppen te overwinnen. De grootste moeilijkheid is de hydraulische berekening van systemen met natuurlijke (gravitatie) circulatie, waarbij de benodigde overdruk wordt berekend op basis van de snelheid en mate van volumetrische uitzetting van het verwarmde koelmiddel.

Hoofd- en drukverliezen

De berekening van de parameters volgens de hierboven beschreven verhoudingen zou voldoende zijn voor ideale modellen. In het echte leven zullen zowel de volumestroom als de snelheid van de koelvloeistof altijd verschillen van de berekende op verschillende punten van het systeem. De reden hiervoor is de hydrodynamische weerstand tegen de beweging van het koelmiddel. Het is te wijten aan een aantal factoren:

  1. Wrijvingskrachten van het koelmiddel tegen de buiswanden.
  2. Lokale stromingsweerstanden gevormd door fittingen, kranen, filters, thermostatische afsluiters en andere fittingen.
  3. De aanwezigheid van vertakkende verbindende en vertakte typen.
  4. Turbulente wervelingen in hoeken, vernauwingen, uitbreidingen, enz..

Thermostatische mengkraan

Het probleem van het vinden van de drukval en snelheid in verschillende delen van het systeem wordt met recht als het moeilijkste beschouwd; het ligt op het gebied van berekeningen van hydrodynamische media. Aldus worden de wrijvingskrachten van het fluïdum tegen de binnenoppervlakken van de buis beschreven door een logaritmische functie die rekening houdt met de ruwheid van het materiaal en de kinematische viscositeit. Berekeningen van turbulente wervelingen zijn nog ingewikkelder: de kleinste verandering in het profiel en de vorm van het kanaal maakt elke situatie uniek. Om berekeningen te vergemakkelijken, worden twee referentiefactoren geïntroduceerd:

  1. Kvs– karakteriseren van de doorvoer van leidingen, radiatoren, afscheiders en andere gebieden die bijna lineair zijn.
  2. NAARMevrouw– bepalen van lokale weerstand in diverse fittingen.

Deze factoren worden aangegeven door de fabrikanten van leidingen, kleppen, kleppen, filters voor elk afzonderlijk product. Het is vrij eenvoudig om de coëfficiënten te gebruiken: om het drukverlies te bepalen, wordt Kms vermenigvuldigd met de verhouding van het kwadraat van de bewegingssnelheid van het koelmiddel tot de dubbele waarde van de versnelling als gevolg van de zwaartekracht:

?hMevrouw = KMevrouw (V.2/ 2 g)of ?pMevrouw = KMevrouw (? V2/ 2)

  • ?hMevrouw – drukverlies op lokale weerstanden, m
  • ?pMevrouw – drukverlies op lokale weerstanden, Pa
  • NAARMevrouw – coëfficiënt van lokale weerstand
  • g – versnelling van de zwaartekracht, 9,8 m / s2
  • ? – de dichtheid van het koelmiddel, voor water 1000 kg / m3

Het drukverlies in lineaire secties is de verhouding van de kanaalcapaciteit tot de bekende capaciteitsfactor, en het resultaat van de verdeling moet worden verhoogd naar de tweede macht:

P = (G / Kvs)2

  • P – hoofdverlies, bar
  • G – het werkelijke debiet van het koelmiddel, m3/uur
  • Kvs – doorvoer, m3/uur

Het systeem voorbalanceren

Het belangrijkste einddoel van de hydraulische berekening van het verwarmingssysteem is de berekening van dergelijke waarden van doorvoer waarbij een strikt gedoseerde hoeveelheid koelvloeistof met een bepaalde temperatuur elk deel van elk verwarmingscircuit binnenkomt, wat de genormaliseerde warmteafgifte op de verwarmingsapparaten garandeert. Deze taak lijkt alleen op het eerste gezicht moeilijk. In werkelijkheid wordt het balanceren gedaan door stroombeperkende regelkleppen. Voor elk afsluitermodel zijn zowel de Kvs-factor voor de volledig geopende positie als de Kv-factorcurve voor verschillende graden van opening van de regelsteel aangegeven. Door de doorvoer van de kleppen te veranderen, die in de regel op de aansluitpunten van verwarmingsapparaten worden geïnstalleerd, is het mogelijk om de gewenste verdeling van het koelmiddel te bereiken, en dus de hoeveelheid warmte die erdoor wordt overgedragen.

Het klepstroomgebied aanpassen

Er is echter een kleine nuance: wanneer de doorvoer op een bepaald punt in het systeem verandert, verandert niet alleen het werkelijke debiet in de betreffende sectie. Door een afname of toename van de doorstroming verandert de balans in alle andere circuits enigszins. Als we bijvoorbeeld twee radiatoren nemen met een verschillend thermisch vermogen, parallel verbonden met de tegengestelde beweging van het koelmiddel, dan zal bij een toename van de doorvoer van het apparaat dat de eerste in het circuit is, de tweede minder koelmiddel ontvangen vanwege een toename van het verschil in hydrodynamische weerstand. Als het debiet daarentegen afneemt als gevolg van de regelklep, zullen alle andere radiatoren verderop in de ketting automatisch een groter volume koelvloeistof ontvangen en moeten ze extra worden gekalibreerd. Elk type bedrading heeft zijn eigen uitbalanceringsprincipes.

Softwaresystemen voor berekeningen

Handmatige berekeningen zijn natuurlijk alleen verantwoord voor kleine verwarmingssystemen met maximaal één of twee circuits met elk 4 à 5 radiatoren. Complexere verwarmingssystemen met een thermisch vermogen van meer dan 30 kW vereisen een geïntegreerde benadering van de berekening van hydraulica, waardoor het scala aan gebruikte gereedschappen veel verder gaat dan een potlood en een vel papier.

Danfoss C.O. 3.8Danfoss C.O. 3.8

Tegenwoordig wordt er een vrij groot aantal software geleverd door de grootste fabrikanten van verwarmingsapparatuur, zoals Valtec, Danfoss of Herz. In dergelijke softwarepakketten wordt dezelfde methodologie gebruikt om het gedrag van hydraulica te berekenen, zoals beschreven in onze review. Eerst wordt een exacte kopie van het geprojecteerde verwarmingssysteem gemodelleerd in de visuele editor, waarvoor gegevens over het thermisch vermogen, het type warmtedrager, de lengte en hoogte van de buisdruppels, gebruikte fittingen, radiatoren en vloerverwarmingsspiralen worden weergegeven. De programmabibliotheek bevat een breed scala aan hydraulische apparaten en fittingen; voor elk product heeft de fabrikant de bedrijfsparameters en basisfactoren vooraf bepaald. Desgewenst kunt u samples van apparaten van derden toevoegen, als de vereiste lijst met kenmerken voor hen bekend is.

Hydraulische berekening van het verwarmingssysteem in Danfoss C.O.

Aan het einde van het werk maakt het programma het mogelijk om de juiste nominale buisdoorlaat te bepalen, het voldoende debiet en de druk van de circulatiepompen te selecteren. De berekening wordt voltooid door het systeem in evenwicht te brengen, terwijl tijdens de simulatie van de werking van de hydraulica rekening wordt gehouden met de afhankelijkheden en het effect van het wijzigen van de doorvoer van een eenheid van het systeem op alle andere. De praktijk leert dat het beheersen en gebruiken van zelfs betaalde softwareproducten goedkoper blijkt te zijn dan wanneer de berekeningen zouden worden toevertrouwd aan gecontracteerde specialisten..

Beoordeel artikel
( Nog geen beoordelingen )
Delen met vrienden
Aanbevelingen en advies op elk gebied van het leven
Voeg een reactie toe

Door op de knop "Reactie verzenden" te klikken, ga ik akkoord met de verwerking van persoonlijke gegevens en accepteer ik het privacybeleid