НАЗОВИТЕ ЦЕЛИ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО РАСЧЕТА

Нюансы, о которых надо знать перед выполнением гидравлического расчёта

В современной системе отопления протекают сложные гидравлические процессы с динамически меняющимися характеристиками. Поэтому на гидравлический расчёт оказывает влияние множество нюансов: начиная от типа системы отопления, вида отопительных приборов и способа их присоединения, режима регулирования и заканчивая материалом комплектующих.

Важно: Трубопроводная отопительная система загородного дома — это сложная разветвлённая сеть. Гидравлический расчет определяет её правильную работу так, чтобы ко всем отопительным приборам поступало необходимое количество теплоносителя. Правильно рассчитать и спроектировать систему отопления может только квалифицированный специалист, имеющий профильное образование по данной дисциплине.

Вне зависимости от того, какая система отопления смонтирована в доме, например, радиаторная разводка или тёплый пол, принцип гидравлического расчёта одинаков для всех, но каждая система требует индивидуального подхода.

Например, система отопления может быть заправлена водой, этилен- или пропиленгликолем, а это повлияет на гидравлические параметры системы.

Важно: вид теплоносителя, который будет циркулировать в системе отопления, определяется заранее. Соответственно: проектировщик при гидравлическом расчёте системы отопления должен учесть его характеристики.

Выбор одно- или двухтрубной системы отопления также влияет на методику гидравлического расчёта.

Это связано с тем, что в однотрубной системе вода последовательно проходит через все радиаторы, и расход через все приборы в расчетных условиях будет единым при различных небольших перепадах температур на каждом приборе. В двухтрубной системе вода через отдельные кольца поступает независимо в каждый радиатор. Поэтому в двухтрубной системе перепад температур на всех приборах будет одинаковым и большим, порядка 20 К, а вот расходы через каждый прибор будут существенно различаться.

При гидравлическом расчете выбирается самое нагруженное кольцо. Оно является расчётным. Все остальные кольца увязываются с ним так, чтобы потери в параллельных кольцах были одинаковыми, с соответствующими им участками главного кольца.

При выполнении гидравлического расчета обычно вводятся следующие допущения:

Влияние материала труб на расчет

Для строительства газопроводов можно использовать трубы, изготовленные только из определенных материалов: стали, полиэтилена. В некоторых случаях применяются изделия из меди. Скоро будут массово использоваться металлопластиковые конструкции.

Сегодня нужные сведения можно получить только для стальных и полиэтиленовых труб. В результате проектирование и гидравлический расчет можно выполнять только с учетом их характеристик, чего требует профильный Свод правил. А также в документе указаны необходимые для исчисления данные.

Коэффициент шероховатости всегда приравнивается к следующим значениям:

Для каких-либо других видов труб этот показатель в Своде правил не указывается. Поэтому их использовать для строительства нового газопровода не стоит, так как специалисты горгаза могут потребовать внести коррективы. А это опять же дополнительные расходы.

Предварительная балансировка системы

Важнейшей финальной целью гидравлического расчёта системы отопления является вычисление таких значений пропускной способности, при которых в каждую часть каждого контура отопления поступает строго дозированное количество теплоносителя с определённой температурой, чем обеспечивается нормированное выделение тепла на нагревательных приборах.

а задача лишь на первый взгляд кажется сложной. В действительности балансировка выполняется за счёт регулировочных клапанов, ограничивающих проток. Для каждой модели клапана указывается как коэффициент Kvs для полностью открытого состояния, так и график изменения коэффициента Kv для разной степени открытия регулировочного штока. Изменяя пропускную способность клапанов, которые, как правило, устанавливаются в точках подключения нагревательных приборов, можно добиться искомого распределения теплоносителя, а значит, и количества переносимой им теплоты.

Есть, однако, небольшой нюанс: при изменении пропускной способности в одной точке системы меняется не только фактический расход на рассматриваемом участке. Из-за снижения или увеличения протока в некой степени меняется баланс во всех остальных контурах. Если взять для примера два радиатора с разной тепловой мощностью, соединённых параллельно при встречном движении теплоносителя, то при увеличении пропускной способности прибора, стоящего в цепи первым, второй получит меньше теплоносителя из-за увеличения разницы в гидродинамическом сопротивлении. Напротив, при снижении протока за счёт регулировочного клапана все остальные радиаторы, стоящие по цепочке дальше, получат больший объём теплоносителя автоматически и будут нуждаться в дополнительной калибровке. Для каждого типа разводки действуют свои принципы балансировки.

Потери напора и давления

Расчёт параметров по описанным выше соотношениям был бы достаточен для идеальных моделей. В реальной жизни и объёмный поток, и скорость теплоносителя всегда будут отличаться от расчётных в разных точках системы. Причина тому — гидродинамическое сопротивление движению теплоносителя. Оно обусловлено рядом факторов:

Задача нахождения падения давления и скорости на разных участках системы по праву считается наиболее сложной, она лежит в области расчётов гидродинамических сред. Так, силы трения жидкости о внутренние поверхности трубы описываются логарифмической функцией, учитывающей шероховатость материала и кинематическую вязкость. С расчётами турбулентных завихрений всё ещё сложнее: малейшее изменение профиля и формы канала делает каждую отдельно взятую ситуацию уникальной. Для облегчения расчётов вводится два опорных коэффициента:

Эти коэффициенты указываются производителями труб, клапанов, кранов, фильтров для каждого отдельно взятого изделия. Пользоваться коэффициентами достаточно легко: для определения потери напора Кмс умножают на отношение квадрата скорости движения теплоносителя к двойному значению ускорения свободного падения:

Δhмс = Кмс (V2/2g) или Δpмс = Кмс (ρV2/2)

Потеря напора на линейных участках представляет собой отношение пропускной способности канала к известному коэффициенту пропускной способности, причём результат деления нужно возвести во вторую степень:

Р = (G/Kvs)2

Принцип гидравлического расчета газопроводов

I. Разновидности расчетов сетей:

1) Оптимизационные и технико-экономические расчеты решают задачи выбора основных параметров, включаемых в задание на проектирование, в частности: выбор оптимального направления и условий прокладки трубопровода, определение наиболее эффективной технологической схемы транспортировки и параметров трубопровода, определение целесообразного уровня резервирования в элементах систем и другие

2) Технологические расчеты включают выбор технологии и технологической схемы транспортировки, обоснование технологической структуры трубопровода, определение состава и типа используемого оборудования, режимов его работы и другие

3) Гидравлические расчеты предусматривают определение давления и скорости перемещаемой по трубопроводу среды в различных сечениях трубопровода, а также потери напора движущегося потока

4) Тепловые расчеты включают определение температуры транспортируемого продукта, оценку температуры стенок трубопроводов и оборудования, а также потерь тепла трубопроводами и их термических сопротивлений

5) Механические расчеты предполагают оценку прочности, устойчивости, и деформации трубопровода, конструкций, установок и оборудования под действием температуры, давления и других нагрузок и выбор значений параметров, обеспечивающих надежную работу в заданных условиях

6) Расчет внешних воздействий на процесс транспортировки включают определение температуры внешней среды, ветровых, снеговых и других механических нагрузок, оценку сейсмичности и другие

7) Расчет свойств транспортируемой среды предусматривает определение физических, химических, термодинамических и прочих характеристик, необходимых для проектирования трубопроводов и прогнозирования режимов его эксплуатации

II. Цель гидравлического расчета

Прямой задачей при проектировании газопроводов является определение внутреннего диаметра труб при пропуске необходимого количества газа при допустимых для конкретных условий потерях давления.

Обратная задача – определение потерь давления при заданном расходе, диаметре газопровода и давлении.

III. Уравнения, являющиеся основанием для вывода формул гидравлического расчета

Для большинства задач расчета газопроводов движение газа можно считать изотермическим, температура трубы принимается равной температуре грунта. Следовательно определяющими параметрами будут: давление газа р, его плотность ρ и скорость движения ω. Для их определения нам нужна система из 3 уравнений:

1) Уравнение Дарси в дифференциальной форме, определяющее потери давления на преодоление сопротивлений:

– коэффициент трения, d – внутренний диаметр

2) Уравнение состояния для учета изменения плотности от изменения давления:

3) Уравнение неразрывности:

где М – массовый расход, Q0 – объемный расход, приведенный к нормальным условиям

Решая систему, получим основное уравнение для расчета газопроводов высокого и среднего давления:

Для расчета городских газопроводов Т≈Т0, следовательно:

Для расчета низкого давления подставим

, а так как

IV. Основные составляющие сопротивления движения газа

· Линейные сопротивления трения по всей длине газопровода

· Местные сопротивления в местах изменения скоростей и направления движения

По соотношению местных потерь и потерь давления по длине сети бывают:

— короткие – местные потери соизмеримые с потерями по длине

— длинные – местные потери пренебрежимо малы по отношению к потере по длине (5-10%)

V. Основные формулы для гидравлического расчета согласно СП 42-101-2003

1. Падение давления на участке газовой сети можно определить по формулам:

а) Для среднего и высокого давления:

Рн — абсолютное давление в начале газопровода, МПа;

Рк — абсолютное давление в конце газопровода, МПа;

Р0 = 0,101325 МПа;

— коэффициент гидравлического трения;

l — расчетная длина газопровода постоянного диаметра, м;

d — внутренний диаметр газопровода, см;

— плотность газа при нормальных условиях, кг/м3;

Q0 — расход газа, м3/ч, при нормальных условиях;

б) Для низкого давления:

Рн — избыточное давление в начале газопровода, Па;

Рк — избыточное давление в конце газопровода, Па

в) В трубопроводах жидкой фазы СУГ:

V – средняя скорость движения сжиженных газов, м/с: во всасывающих трубопроводах – не более 1,2 м/с; в напорных трубопроводах – не более 3 м/с

2. Режим движения газа по газопроводу, характеризуемый числом Рейнольдса:

где ν — коэффициент кинематической вязкости газа при нормальных условиях, 1,4•10-6м2/с

Условие гидравлической гладкости внутренней стенки газопровода:

n — эквивалентная абсолютная шероховатость внутренней поверхности стенки трубы, принимаемая равной для новых стальных — 0,01 см, для бывших в эксплуатации стальных — 0,1 см, для полиэтиленовых независимо от времени эксплуатации — 0,0007 см/

3. Коэффициент гидравлического трения λ определяется в зависимости от значения Re:

а) для ламинарного режима движения газа Re ≤ 2000:

б) для критического режима движения газа 2000≤ Re ≤ 4000:

— для гидравлически гладкой стенки:

· при 4000 < Re < 100000:

— для шероховатых стенок:

4. Предварительный подбор диаметров участков сети

· А, В, m, m1 — коэффициенты, определяемые по таблицам 6 и 7 СП 42-101-2003 в зависимости от категории сети (по давлению) и материала газопровода

— расчетный расход газа, м3/ч, при нормальных условиях;

· ΔPуд — удельные потери давления (Па/м — для сетей низкого давления, МПа/м — для сетей среднего и высокого давления)

Внутренний диаметр газопровода принимается из стандартного ряда внутренних диаметров трубопроводов: ближайший больший — для стальных газопроводов и ближайший меньший — для полиэтиленовых.

5. При расчете газопроводов низкого давления учитывается гидростатический напор Нg, даПа, определяемый по формуле:

где g — ускорение свободного падения, 9,81 м/с2;

h — разность абсолютных отметок начальных и конечных участков газопровода, м;

ρа — плотность воздуха, кг/м3, при температуре 0°С и давлении 0,10132 МПа;

ρ0 — плотность газа при нормальных условиях, кг/м3

6. Местные сопротивления:

Для наружных надземных и внутренних газопроводов расчетную длину газопроводов определяют по формуле:

где l1 – действительная длина газопровода, м;

Σξ – сумма коэффициентов местных сопротивлений участка газопровода

Падение давления в местных сопротивлениях (колена, тройники, запорная арматура и др.) допускается учитывать путем увеличения фактической длины газопровода на 5 — 10 %

При расчете внутренних газопроводов низкого давления для жилых домов допускается определять потери давления газа на местные сопротивления в размере:

— — на газопроводах от вводов в здание:

· до стояка – 25% линейных потерь

· на стояках – 20% линейных потерь

— — на внутриквартирной разводке:

· при длине разводки 1 — 2 м – 450% линейных потерь

· при длине разводки 3 — 4 м – 300% линейных потерь

· при длине разводки 5 — 7 м – 120% линейных потерь

· при длине разводки 8 — 12 м – 50% линейных потерь

Более подробные данные о величине ξ приведены в справочнике С. А. Рысина:

7. Расчет кольцевых сетей газопроводов следует выполнять с увязкой давлений газа в узловых точках расчетных колец. Неувязка потерь давления в кольце допускается до 10 %. При выполнении гидравлического расчета надземных и внутренних газопроводов с учетом степени шума, создаваемого движением газа, следует принимать скорости движения газа не более 7 м/с для газопроводов низкого давления, 15 м/с для газопроводов среднего давления, 25 м/с для газопроводов высокого давления.

VI. По конфигурации сети бывают:

1) Простые: трубопроводы с постоянным диаметром и не имеющие ответвлений

2) Сложные: имеющие хотя бы одно ответвление

а) Тупиковые (обычно сети низкого давления, позволяют сэкономить на трубопроводах, т. к. имеют минимальную длину)

б) Кольцевые (обычно сети высокого и среднего давления, имеют возможность резервирования, т.е. продолжения снабжения газом объектов в случае аварии на одном из участков путем перераспределения потоков)

в) Смешанные (сочетают возможности тупиковых и кольцевых сетей, обычно получаются из тупиковых сетей путем их закольцовки – добавления перемычки между стратегически важными точками)

Вопросы для самопроверки

11. Разновидности расчетов сетей

12. Цели гидравлического расчета

13. Понятие о сопротивлении движению газа

14. Определение основных констант и переменных, входящих в формулы гидравлического расчета

15. Учет местных сопротивлений при гидравлическом расчете газопроводов

16. Допустимые невязки и скорости газа в сетях

17. Классификация сетей по конфигурации.

Программные комплексы для расчётов

Очевидно, что выполнение расчётов вручную оправдано только для малых систем отопления, имеющих максимум один или два контура с 4–5 радиаторами в каждом. Более сложные системы отопления тепловой мощностью свыше 30 кВт требуют комплексного подхода при расчёте гидравлики, что расширяет спектр используемых инструментов далеко за пределы карандаша и листа бумаги.

Danfoss C. O. 3.8

На сегодняшний день существует достаточно большое количество программного обеспечения, предоставляемого крупнейшими производителями отопительной техники, такими как Valtec, Danfoss или Herz. В подобных программных комплексах для расчёта поведения гидравлики используется та же методология, которая была описана в нашем обзоре. Сначала в визуальном редакторе моделируется точная копия проектируемой системы отопления, для которой указываются данные о тепловой мощности, типе теплоносителя, протяжённости и высоте перепадов трубопроводов, используемой арматуре, радиаторах и змеевиках тёплого пола. В библиотеке программы имеется широкий спектр гидротехнических устройств и арматуры, для каждого изделия производитель заблаговременно определил рабочие параметры и базовые коэффициенты. При желании можно добавить и сторонние образцы устройств, если для них известен требуемый перечень характеристик.

В финале работы программа даёт возможность определить подходящий условный проход труб, подобрать достаточную подачу и напор циркуляционных насосов. Расчёт завершается балансировкой системы, при этом в ходе симуляции работы гидравлики происходит учёт зависимостей и влияния изменения пропускной способности одного узла системы на все остальные. Практика показывает, что освоение и использование даже платных программных продуктов оказывается дешевле, чем если бы выполнение расчётов поручалось подрядным специалистам.

Виды систем отопления

Задачи инженерных расчётов такого рода осложняются высоким разнообразием систем отопления, как с точки зрения масштабности, так и в плане конфигурации. Различают несколько видов отопительных развязок, в каждой из которых действуют свои закономерности:

1. Двухтрубная тупиковая система — наиболее распространённый вариант устройства, неплохо подходящий для организации как центральных, так и индивидуальных контуров обогрева.

Двухтрубная тупиковая система отопления

2. Однотрубная система или «Ленинградка» считается лучшим способом устройства гражданских отопительных комплексов тепловой мощностью до 30–35 кВт.

Однотрубная система отопления с принудительной циркуляцией: 1 — котёл отопления; 2 — группа безопасности; 3 — радиаторы отопления; 4 — кран Маевского; 5 — расширительный бак; 6 — циркуляционный насос; 7 — слив

3. Двухтрубная система попутного типа — наиболее материалоёмкий вид развязки отопительных контуров, отличающийся при этом наивысшей из известных стабильностью работы и качеством распределения теплоносителя.

Двухтрубная попутная система отопления (петля Тихельмана)

4. Лучевая разводка во многом схожа с двухтрубной попуткой, но при этом все органы управления системой вынесены в одну точку — на коллекторный узел.

Лучевая схема отопления: 1 — котёл; 2 — расширительный бак; 3 — коллектор подачи; 4 — радиаторы отопления; 5 — коллектор обратки; 6 — циркуляционный насос

Прежде чем приступить к прикладной стороне расчётов, нужно сделать пару важных предупреждений. В первую очередь нужно усвоить, что ключ к качественному расчёту лежит в понимании принципов работы жидкостных систем на интуитивном уровне. Без этого рассмотрение каждой отдельно взятой развязки превращается в переплетение сложных математических выкладок. Второе — практическая невозможность изложить в рамках одного обзора больше, чем базовые понятия, за более подробными разъяснениями лучше обратиться к такой литературе по расчёту отопительных систем:

Системы отопления с тупиковым и попутным движением теплоносителя

Отметим, что в системах радиаторной разводки, при едином принципе гидравлического расчёта, существуют разные подходы, т.к. системы подразделяются на тупиковые и попутные.

При тупиковой схеме теплоноситель движется по трубам «подачи» и «обратки» в противоположные стороны. И, соответственно, в попутной схеме теплоноситель движется по трубам в одном направлении.

В тупиковых системах расчет ведётся через дальние — наиболее нагруженные участки. Для этого выбирается главное циркуляционное кольцо. Это самое неблагоприятное направление для воды, по которому прежде всего подбираются диаметры отопительных труб. Все остальные второстепенные кольца, которые возникают в этой системе, должны увязываться с главным. В попутной системе расчёт ведётся через средний, наиболее нагруженный, стояк.

В системах водопровода соблюдается аналогичный принцип. Система рассчитывается через самый удалённый и самый нагруженный стояк. Но есть особенность – в расчёте расходов.

Важно: если в радиаторной разводке расход зависит от количества тепла и перепадов температур, то в водопроводе расход зависит от норм водопотребления, а также от типа установленной водоразборной арматуры.

Гидравлический расчет задачи гидравлического расчета

1) определение
диаметров трубопроводов;

2) определение
падения давления (напора);

3) определение
давлений (напоров) в различных точках
сети;

4) увязка всех точек
системы при статическом и динамическом
режимах с целью обеспечения допустимых
давлений и требуемых напоров в сети и
абонентских системах.

В некоторых случаях
может быть поставлена также задача
определения пропускной способности
трубопроводов при известном их диаметре
и заданной потере давления.

Результаты
гидравлического расчета используют
для:

1) определения
капиталовложений, расхода металла
(труб) и основного объема работ по
сооружению тепловой сети;

2) установления
характеристик циркуляционных и
подпиточных насосов, количества насосов
и их размещения;

3) выяснения условий
работы источников теплоты, тепловой
сети и абонентских систем и выбора схем
присоединения теплопотребляющих
установок к тепловой сети;

4) выбора средств
авторегулирования в тепловой сети на
ГТП, МТП и на абонентских вводах;

5) разработки
режимов эксплуатации систем теплоснабжения.

Исходными данными
для проведения гидравлического расчета
должны быть заданы схема и профиль
тепловой сети, указаны размещение
источников теплоты и потребителей и
расчетные нагрузки.

Как выбор комплектующих для системы отопления влияет на гидравлический расчёт

Материал, из которого изготовлены трубы системы отопления, фитинги, а также техника их соединения, оказывает существенное влияние на гидравлический расчет.

В местах соединений «фитинг-труба», в зависимости от способа их монтажа, могут быть большие потери, или, наоборот, потери на сопротивление потоку при движении теплоносителя сведены к минимуму.

Например, если используется техника соединения методом «надвижной гильзы», т.е. развальцовывается конец трубопровода, и внутрь вставляется фитинг, то за счёт этого не происходит заужения живого сечения. Соответственно: уменьшается местное сопротивление, и уменьшаются энергетические затраты на циркуляцию воды.

Нюансы, о которых надо знать, для выполнения гидравлического расчета системы радиаторного отопления.

Комфорт в загородном доме во многом зависит от надёжной работы системы отопления. Теплоотдача при радиаторном отоплении, системе «тёплый пол» и «тёплый плинтус» обеспечивается за счёт движения по трубам теплоносителя. Поэтому правильному подбору циркуляционных насосов, запорно-регулирующей арматуры, фитингов и определению оптимального диаметра трубопроводов предшествует гидравлический расчёт системы отопления.

Данный расчёт требует профессиональных знаний, поэтому мы в данной части учебного курса «Системы отопления: выбор, монтаж», с помощью специалиста компании REHAU, расскажем:

Определение расхода и скорости движения теплоносителя

Наиболее известная методика расчёта гидравлических систем основывается на данных теплотехнического расчёта, которым определяется норма восполнения теплопотерь в каждом помещении и, соответственно, тепловая мощность радиаторов, в них установленных. На первый взгляд всё просто: мы имеем общее значение тепловой мощности и затем дозируем поступление теплоносителя к каждому нагревательному прибору. Для большего удобства предварительно строится аксонометрический эскиз гидравлической системы, который аннотируется требуемыми показателями мощности радиаторов или петель водяного тёплого пола.

Аксонометрическая схема системы отопления

Переход от теплотехнического расчёта к гидравлическому осуществляется путём введения понятия массового потока, то есть некой массы теплоносителя, подводимого к каждому участку отопительного контура. Массовый поток есть отношение требуемой тепловой мощности к произведению удельной теплоёмкости теплоносителя на разность температур в подающем и возвратном трубопроводе. Таким образом, на эскизе отопительной системы отмечают ключевые точки, для которых указывается номинальный массовый поток. Для удобства параллельно определяется и объёмный поток с учётом плотности используемого теплоносителя.

G = Q / (c (t2 – t1))

Логика здесь проста: чтобы доставить необходимое количество тепла к радиатору, нужно сперва определить объём или массу теплоносителя с заданной теплоёмкостью, проходящего через трубопровод за единицу времени. Для этого требуется определить скорость движения теплоносителя в контуре, которая равна отношению объёмного потока к площади сечения внутреннего прохода трубы. Если расчёт скорости ведётся относительно массового потока, в знаменатель нужно добавить значение плотности теплоносителя:

V = G / (ρ · f)

Данные о расходе и скорости необходимы для определения условного прохода труб развязки, а также подачи и напора циркуляционных насосов. Устройства принудительной циркуляции должны создавать избыточное давление, позволяющее преодолеть гидродинамическое сопротивление труб и запорно-регулирующей арматуры. Наибольшую сложность представляет гидравлический расчёт систем с естественной (гравитационной) циркуляцией, для которых требуемое избыточное давление рассчитывается по скорости и степени объёмного расширения нагреваемого теплоносителя.

Расчет расхода на ограниченном участке

Если газопровод состоит из отдельных участков, то расчет суммарного расхода на каждом из них придется выполнять отдельно. Но это несложно, так как для вычислений потребуются уже известные цифры.

Определение данных с помощью программы

Зная изначальные показатели, имея доступ к таблице одновременности и к техническим паспортам плит и котлов, можно приступать к расчету. Для этого выполняются следующие действия (пример приведен для внутридомового газопровода именно низкого давления):

Подобные манипуляции проводятся для всех участков газопровода. Полученные данные вводятся в соответствующие графы программы, с помощью которой выполняются исчисления. Все остальное электроника делает сама.

Расчет с использованием формул

Этот вид гидравлического расчета схож с описанным выше, то есть потребуются те же данные, но процедура будет длительной. Так как все придется выполнять вручную, кроме того, проектировщику понадобится осуществить ряд промежуточных операций, чтобы использовать полученные значения для окончательного подсчета.

А также придется уделить достаточно много времени, чтобы разобраться во многих понятиях, вопросах, которые человек не встречает при использовании специальной программы. В справедливости вышеизложенного можно убедиться, ознакомившись с формулами, которые предстоит использовать.

В применении формул, как и в случае с гидравлическим расчетом с использованием специальной программы, есть особенности для газопроводов высокого, среднего и, конечно же, низкого давления. И об этом стоит помнить, так как ошибка чревата, причем всегда, внушительными финансовыми издержками.

Вычисления с помощью номограмм

Какая-либо специальная номограмма представляет собой таблицу, где указаны ряд значений, изучив которые можно получить нужные показатели, не выполняя вычислений. В случае с гидравлическим расчетом — диаметр трубы и толщину ее стенок.

Существуют отдельные номограммы для полиэтиленовых и стальных изделий. При расчете их использовались стандартные данные, к примеру, шероховатость внутренних стенок. Поэтому за правильность информации можно не переживать.

Теория гидравлического расчета системы отопления.

Теоретически ГР отопления основан на следующем уравнении:

ΔP = R•l + z

Данное равенство справедливо для конкретного участка. Расшифровывается это уравнение следующим образом:

Из формулы видно, что потери давления тем больше, чем она длиннее и чем больше в ней отводов или других элементов, уменьшающих проход или меняющих направление потока жидкости. Давайте выведем чему равны R и z. Для этого рассмотрим еще одно уравнение, показывающее потери давления от трения об стенки труб:

Это уравнение Дарси — Вейсбаха. Давайте расшифруем его:

Из этого уравнения устанавливается важная зависимость — потери давления на трение тем меньше, чем больше внутренний диаметр труб и меньше скорость движения жидкости. Причем, зависимость от скорости здесь квадратичная. Потери в отводах, тройниках и запорной арматуре определяются по другой формуле:

Из данного уравнения также видно, что падение давления возрастает с увеличением скорости жидкости. Также, стоит сказать, что в случае применения низкозамерзающего теплоносителя также будет играть важную роль его плотность — чем она выше тем тяжелее циркуляционному насосу. Поэтому при переходе на «незамерзайку» возможно придется заменить циркуляционный насос.

Из всего вышеизложенного выведем следующее равенство:

ΔP =ΔPтрение +ΔPарматура=((λ/d)(v²ρ/2)) + (ξ(v²ρ/2)) = ((λ/α)l(v²ρ/2)) + (ξ*(v²ρ/2)) =  R•l + z;

Отсюда получаем следующие равенства для R и z:

R = (λ/α)*(v²ρ/2) Па/м;

z = ξ*(v²ρ/2) Па;

Теперь давайте разберемся в том, как используя эти формулы рассчитать гидравлическое сопротивление.

Вариант вычислений с помощью ПК

Выполнение исчисления с использованием компьютера является наименее трудоемким — все, что требуется от человека, это вставить в соответствующие графы нужные данные.

Поэтому гидравлический расчет делается за несколько минут, причем для этой операции не потребуется большого запаса знаний, который необходим при использовании формул.

Для его правильного выполнения необходимо взять из технических условий следующие данные:

Необходимые техусловия получают в горгазе населенного пункта, в котором будет строиться газопровод. Собственно, с получения этого документа и начинается проектирование любого трубопровода, ведь там содержатся все основные требования к его конструкции.

Далее застройщику необходимо узнать расход газа для каждого прибора, который планируется подключить к газопроводу. К примеру, если топливо будет транспортироваться в частный дом, то там чаще всего используются плиты для приготовления пищи, всевозможные отопительные котлы, а в их паспортах всегда стоят нужные цифры.

Кроме того, потребуется знать количество конфорок у каждой плиты, которая будет подключена к трубе.

На следующем этапе сбора необходимых данных отбирается информация о падении давления в местах установки какого-либо оборудования — это может быть счетчик, клапан отсекатель, термозапорный клапан, фильтр, прочие элементы.

В этом случае нужные цифры найти просто — они содержатся в специальной таблице, приложенной к паспорту каждого изделия. Проектировщику следует обратить внимание на то, что должно указываться падение давления при максимальном потреблении газа.

На следующем этапе рекомендуется узнать, каково будет давление голубого топлива в точке врезки. Такие сведения могут содержать технические условия своего горгаза, ранее составленная схема будущего газопровода.

Если сеть будет состоять из нескольких участков, то их необходимо пронумеровать и указать фактическую длину. Кроме того, для каждого следует прописать все изменяемые показатели отдельно — это общий расход любого прибора, который будет использоваться, падение давления, другие значения.

В обязательном порядке понадобится коэффициент одновременности. Он учитывает возможность совместной работы всех потребителей газа, подключенных к сети. Например, всего отопительного оборудования, расположенного в многоквартирном или же частном доме.

Такие данные используются программой, выполняющей гидравлический расчет, для определения максимальной нагрузки на каком-либо участке или во всем газопроводе.

Для каждой отдельной квартиры или дома указанный коэффициент рассчитывать не нужно, так как его значения известны и указаны в приложенной ниже таблице:

Если на каком-то объекте планируется использовать более двух обогревательных котлов, печей, емкостных водонагревателей, то показатель одновременности всегда будет равняться 0,85. Что и нужно будет указать в соответствующей графе, используемой для расчета, программы.

Далее следует указать диаметр труб, а еще понадобятся коэффициенты их шероховатости, которые будут использоваться при строительстве трубопровода. Эти значения стандартные и их легко можно найти в Своде правил.

Специфика гидравлического расчета

Любой выполняемый гидравлический расчет представляет собой определение параметров будущего газопровода. Эта процедура является обязательным, а также одним из важнейших этапов подготовки к строительству. От правильности исчисления зависит, будет ли газопровод функционировать в оптимальном режиме.

При осуществлении каждого гидравлического расчета производится определение:

Потери давления происходят из-за того, что в любом газопроводе существует гидравлическое сопротивление. При неправильном расчете оно может привести к тому, что потребителям не будет хватать газа для нормальной работы на всех режимах или в моменты максимального его потребления.

Такая операция представляет собой стандартизированную государством процедуру, которая выполняется согласно формулам, требованиям, изложенным в СП 42-101–2003.

Исчисления обязан проводить застройщик. За основу принимаются данные технических условий трубопровода, которые можно получить в своем горгазе.

Газопроводы, требующие выполнения расчетов

Государство требует, чтобы гидравлические вычисления выполнялись для всех типов трубопроводов, относящихся к системе газоснабжения. Так как процессы, происходящие при перемещении газа, всегда одинаковые.

К указанным газопроводам относятся следующие виды:

Первые предназначенны для транспортировки топлива к жилым объектам, всевозможным общественным зданиям, бытовым предприятиям. Причем в частных, многоквартирных домах, коттеджах давление газа не должно превышать 3 кПа, на бытовых предприятиях (непроизводственных) этот показатель выше и достигает 5 кПа.

Второй тип трубопроводов предназначен для питания сетей, причем всевозможных, низкого, среднего давления через газорегуляторные пункты, а также осуществляющих подвод газа к отдельным потребителям.

Это могут быть промышленные, сельскохозяйственные, различные коммунальные предприятия и даже отдельно стоящие, или пристроенные к промышленным, здания. Но в двух последних случаях будут существенные ограничения по давлению.

Перечисленные выше виды газопроводов специалисты условно делят на такие категории:

Кроме того, гидравлический расчет выполняется для газовых сетей с разным количеством ступеней давления, разновидностей которых много.

Так, для удовлетворения потребностей могут использоваться двухступенчатые сети, работающие с газом, транспортируемым при низком, высоком давлении или низком, среднем. А также нашли применение трехступенчатые и различные многоступенчатые сети. То есть все зависит только от наличия потребителей.

Несмотря на большое разнообразие вариантов газопроводов гидравлический расчет в любом из случаев схож. Так как для изготовления используются элементы конструкции со схожих материалов, а внутри труб происходят одинаковые процессы.

Гидравлическое сопротивление и его роль

Как указывалось выше, основанием для проведения расчета является наличие в каждом газопроводе гидравлического сопротивления.

Оно действует на всю конструкцию трубопровода, а также на отдельные ее части, узлы — тройники, места существенного уменьшения диаметра труб, запорную арматуру, различные клапаны. Это приводит к потере давления транспортируемым газом.

Гидравлическое сопротивление всегда представляет из себя сумму:

Перечисленные параметры постоянно и существенно влияют на рабочие характеристики каждого газопровода. Поэтому в результате неправильного расчета будут иметь место дополнительные и внушительные финансовые потери по причине того, что проект придется переделывать.

Варианты гидравлического расчета водопроводных сетей

В зависимости от целей различают два вида гидравлического расчета водопроводных сетей — проектный и поверочный (наладочный).

Проектный

Данный вид гидравлического расчета производится при проектировании системы водоснабжения здания. С его помощью определяют вид трубопроводов для различных участков сети, скорость потока в них.

Кроме вычислений данный вид расчета включает в себя схематическое расположение элементов внутреннего водопровода — узла ввода, подвальных коммуникаций, стояков, узлов водоразбора.

Поверочный

Основными целями данного вида гидравлического расчета является определение распределения потоков в системе водоснабжения, вычисление напора источников при заранее вычисленных внутренних диаметрах труб и отборах воды в узловых точках.

Результатами поверочного расчета являются:

Все полученные в результате данного расчета значения используют для проектирования расположения точек водоразбора – сантехнических приборов – внутри проектируемого здания.

Точный и достаточно быстрый наладочный расчет водопроводных сетей различной конфигурации (от простой тупикового водопровода до более сложной кольцевой системы) можно производить при помощи программ: «ГидроМодель», «Умная Вода», «WaterSupply», «Гидравлический расчет трубопровода».