Calcul hydraulique des réseaux de chaleur : concept, définition, méthode de calcul avec exemples, tâches et conception

2024 Auteur: Howard Calhoun | [email protected]. Dernière modifié: 2023-12-17 10:27

Dans le calcul hydraulique des réseaux de chaleur, le débit total de l'eau chaude principale pour le chauffage, la climatisation, la ventilation et l'eau chaude est défini. Sur la base d'un tel calcul, les paramètres nécessaires de l'équipement de pompage, des échangeurs de chaleur et des diamètres de tuyauterie du réseau principal sont déterminés.

Un peu de théorie et de problèmes

La tâche principale du calcul hydraulique des réseaux de chaleur est la sélection des paramètres géométriques du tuyau et des tailles standard des éléments de contrôle afin de fournir:

• répartition qualitative-quantitative du liquide de refroidissement vers les appareils de chauffage individuels;
• fiabilité thermohydraulique et faisabilité économique d'un système thermique fermé;
• optimisation des coûts d'investissement et d'exploitation de l'organisation de fourniture de chaleur.

Le calcul hydraulique des réseaux de chaleur crée les conditions préalables pour que les appareils de chauffage et d'eau chaude atteignent la puissance requise à un écart de température donné. Par exemple, avec un T-chart de 150-70 ^oS, il sera égal à 80 ^{oS. Ceci est réalisé en créant la pression d'eau ou la pression de liquide de refroidissement requise à chaque point de chauffage.}

Une telle condition préalable au fonctionnement du système thermique est mise en œuvre en installant avec compétence l'équipement du réseau conformément aux conditions de conception, en installant l'équipement en fonction des résultats du calcul hydraulique des réseaux thermiques.

Étapes de l'hydraulique du réseau:

1. Calcul de pré-lancement.
2. Règlement opérationnel.

Première hydraulique du réseau en cours:

• à travers des calculs;
• méthode de mesure.

En Fédération de Russie, la méthode de calcul est prédominante, elle détermine tous les paramètres des éléments du système d'alimentation en chaleur dans une seule zone de peuplement (maison, quartier, ville). Sans cela, le réseau sera déréglementé et le liquide de refroidissement ne sera pas fourni aux étages supérieurs des bâtiments à plusieurs étages. C'est pourquoi le début de la construction de toute installation de fourniture de chaleur, même la plus petite, commence par un calcul hydraulique des réseaux de chaleur.

Rédaction d'un schéma de réseaux de chaleur

Avant les calculs hydrauliques, un schéma préliminaire de la ligne principale est réalisé indiquant la longueur L en mètres et D des conduites d'ingénierie en mm et les volumes estimés d'eau du réseau pour les sections de conception du schéma. Les pertes de charge dans les systèmes d'alimentation en chaleur sont divisées en linéaires, résultant dele frottement des fluides contre les parois des tuyaux et les pertes de sections causées par la résistance structurelle locale due à la présence de tés, de coudes, de compensateurs, de coudes et d'autres dispositifs.

Exemple de calcul de calcul hydraulique des réseaux de chaleur:

1. D'abord, un calcul élargi est effectué afin de déterminer la performance maximale du réseau qui peut fournir pleinement aux résidents des services de chauffage.
2. Une fois terminé, les indicateurs qualitatifs et quantitatifs des réseaux principaux et intra-quartiers sont établis, y compris la pression et la température finales du vecteur aux nœuds d'entrée des consommateurs de chaleur, en tenant compte des pertes de chaleur.
3. Effectuer un test de calcul hydraulique du système de chauffage et de l'alimentation en eau chaude.
4. Ils établissent les coûts réels dans les sections du système et aux entrées des installations résidentielles, la quantité de chaleur reçue par les abonnés lors du calcul de la température du liquide de refroidissement dans la conduite d'alimentation en eau des systèmes de chauffage et la pression disponible dans le collecteur de sortie, la justification des régimes hydrothermaux, la température prévue à l'intérieur des locaux d'habitation.
5. Déterminer la température de soufflage souhaitée.
6. Définir la taille maximale T d'eau chauffée à la sortie de la chaufferie ou d'une autre source de chaleur, obtenue sur la base du calcul hydraulique du réseau de chaleur. Il doit garantir les normes d'hygiène intérieure.

Appliquer la méthode normative

L'hydraulique des réseaux est réalisée sur la base de tableaux de charges thermiques horaires maximales et d'un schéma d'alimentation en chaleur pour une ville ou un quartier indiquant les sources, l'emplacement des principales,systèmes d'ingénierie intra-quartier et intra-maison, avec la désignation des limites de la propriété du bilan des propriétaires de réseaux. Le calcul hydraulique des canalisations des réseaux de chauffage de chaque section jusqu'au schéma ci-dessus est effectué séparément.

Cette méthode de calcul est utilisée non seulement pour les réseaux de chauffage, mais également pour toutes les canalisations transportant des fluides liquides, y compris les condensats de gaz et autres fluides chimiques liquides. Pour les systèmes d'alimentation en chaleur par pipeline, des modifications doivent être apportées pour tenir compte de la viscosité cinématique et de la densité des porteurs. Cela est dû au fait que ces caractéristiques affectent la perte de charge spécifique dans les tuyaux et que la vitesse d'écoulement est liée à la densité du milieu de transit.

Paramètres du calcul hydraulique du réseau de chauffage de l'eau

La consommation de chaleur Q et la quantité de liquide de refroidissement G pour les parcelles sont indiquées séparément dans le tableau des indicateurs de consommation de chaleur horaire maximale pour les saisons d'hiver et d'été et correspondent à la somme des consommations de chaleur pour les trimestres inclus dans le schéma.

Un exemple de calcul hydraulique d'un réseau de chaleur est présenté ci-dessous.

Comme les calculs dépendent de nombreux indicateurs, ils sont effectués à l'aide de nombreux tableaux, diagrammes, graphiques, nomogrammes, la valeur finale de la consommation de chaleur Q pour les systèmes de chauffage domestique est obtenue par interpolation.

La quantité de fluide circulant dans le réseau de chauffage m3/heure, lors du calcul du mode hydraulique du réseau de chauffage, est déterminée par la formule:

G=(D2 /4) x V, Où:

• G - consommation du transporteur, m3/heure;
• D – diamètre du tuyau, mm;
• V - vitesse d'écoulement, m/s.

Les pertes de charge linéaires dans le calcul hydraulique des réseaux de chaleur sont tirées de tableaux spéciaux. Lors de l'installation de systèmes de chauffage, des dizaines et des centaines d'éléments auxiliaires y sont installés: vannes, raccords, bouches d'aération, coudes et autres, créant une résistance au fluide de transit.

Les raisons de la chute de pression dans les canalisations peuvent également inclure l'état interne des matériaux des canalisations et la présence de dépôts de sel sur celles-ci. Les valeurs des coefficients utilisés dans les calculs techniques sont données dans les tableaux.

Méthodologie standard et étapes du processus

Selon la méthode de calcul hydraulique des réseaux de chaleur, il s'effectue en deux temps:

1. Construction d'un schéma de réseau de chauffage, sur lequel les sections sont numérotées, d'abord dans la zone de l'autoroute centrale - une ligne de réseau plus longue et plus volumineuse en termes de charge du point de connexion à un plus installation de consommation à distance.
2. Calcul de la perte de charge de chaque section de tuyau, schéma. Elle est réalisée à l'aide de tableaux et de nomogrammes, qui sont indiqués par les exigences des normes et standards de l'État.

Premièrement, les calculs pour l'autoroute principale sont effectués en fonction des coûts fixés selon le schéma. Dans le même temps, des données de référence sur les pertes de charge spécifiques dans les réseaux sont utilisées.

De plus, après avoir calculé les diamètres des tuyaux, ils calculent:

1. Nombre de compensateurs selon le schéma.
2. Résistances sur les éléments réellement installésréseaux de chauffage.

La perte de charge est calculée par des formules et des nomogrammes. Ensuite, en disposant de ces données sur tout le réseau, le régime hydromécanique des sections individuelles est calculé depuis le lieu de division du flux jusqu'à l'utilisateur final.

Les calculs sont liés au choix des diamètres de dérivation. L'écart n'est pas supérieur à 10 %. L'excès de pression dans le système de chauffage est éteint au niveau des nœuds d'ascenseur, des buses d'étranglement ou des régulateurs automatiques dans les points exécutifs de la maison.

Avec la pression disponible du système de chauffage principal et des branches, réglez d'abord la résistance spécifique approximative Rm, Pa/m.

Les calculs utilisent des tableaux, des nomogrammes pour le calcul hydraulique des canalisations des réseaux de chaleur et d'autres documents de référence, obligatoires pour toutes les étapes, faciles à trouver sur Internet et dans la littérature spécialisée.

Transport d'eau chaude

L'algorithme du schéma de calcul est établi par la documentation réglementaire et technique, les normes nationales et sanitaires et est effectué en stricte conformité avec la procédure établie.

L'article fournit un exemple de calcul du calcul hydraulique du système de chauffage. La procédure est effectuée dans l'ordre suivant:

1. Sur le schéma d'approvisionnement en chaleur approuvé de la ville et du quartier, les points nodaux de calcul, la source de chaleur, le traçage des systèmes d'ingénierie sont marqués avec une indication de toutes les branches, objets de consommation connectés.
2. Clarifier les limites de la propriété du bilan des réseaux grand public.
3. Attribuez des numéros à la parcelle selon le schéma, en commençant la numérotationde la source à l'utilisateur final.

La numérotation doit clairement séparer les types de réseaux: intra-quartier principal, inter-maisons du puits thermique jusqu'aux limites du bilan, tandis que le site est défini comme un segment du réseau, délimité par deux branches.

Le schéma indique tous les paramètres du calcul hydraulique du réseau de chaleur principal de la centrale de chauffage:

• Q - GJ/heure;
• G m3/heure;
• D - mm;
• V - m/s;
• L - longueur de section, m.

Le calcul du diamètre est défini par la formule.

Réseaux de chauffage vapeur

Ce réseau de chauffage est destiné à un système d'apport de chaleur utilisant un caloporteur sous forme de vapeur.

Les différences de ce schéma par rapport au précédent sont dues aux indicateurs de température et à la pression du fluide. Structurellement, ces réseaux sont plus courts; dans les grandes villes, ils ne comprennent généralement que les principaux, c'est-à-dire de la source au point de chauffage central. Ils ne sont pas utilisés comme réseaux intra-quartiers et intra-maisons, sauf pour les petits sites industriels.

Le schéma de circuit est réalisé dans le même ordre qu'avec le liquide de refroidissement par eau. Tous les paramètres du réseau pour chaque branche sont indiqués sur les coupes, les données sont issues du tableau récapitulatif des consommations horaires marginales de chaleur, avec une sommation pas à pas des indicateurs de consommation du consommateur final à la source.

Dimensions géométriquesles canalisations sont installées sur la base des résultats d'un calcul hydraulique, qui est effectué conformément aux normes et règles de l'État, et en particulier au SNiP. La valeur déterminante est la perte de pression du milieu de condensat gazeux de la source d'alimentation en chaleur au consommateur. Avec une perte de charge plus importante et une distance plus petite entre eux, la vitesse de déplacement sera grande et le diamètre de la conduite de vapeur devra être plus petit. Le choix du diamètre est effectué selon des tableaux spéciaux, basés sur les paramètres du liquide de refroidissement. Après cela, les données sont saisies dans des tableaux croisés dynamiques.

Transporteur de chaleur pour réseau de condensats

Le calcul d'un tel réseau de chaleur diffère considérablement des précédents, car le condensat est simultanément dans deux états - en vapeur et en eau. Ce rapport change au fur et à mesure qu'il se rapproche du consommateur, c'est-à-dire que la vapeur devient de plus en plus humide et finit par se transformer complètement en liquide. Par conséquent, les calculs pour les tuyaux de chacun de ces médias présentent des différences et sont déjà pris en compte par d'autres normes, notamment SNiP 2.04.02-84.

Procédure de calcul des conduites de condensat:

1. Les tableaux fixent la rugosité interne équivalente des tuyaux.
2. Les indicateurs de perte de pression dans les tuyaux de la section réseau, de la sortie du liquide de refroidissement des pompes d'alimentation en chaleur au consommateur, sont acceptés conformément au SNiP 2.04.02-84.
3. Le calcul de ces réseaux ne prend pas en compte la consommation de chaleur Q, mais uniquement la consommation de vapeur.

Les caractéristiques de conception de ce type de réseau affectent considérablement la qualité des mesures, car les pipelines pour celes types de liquide de refroidissement sont en acier noir, les sections du réseau après les pompes du réseau en raison des fuites d'air se corrodent rapidement à cause de l'excès d'oxygène, après quoi un condensat de mauvaise qualité avec des oxydes de fer se forme, ce qui provoque la corrosion du métal. Par conséquent, il est recommandé d'installer des canalisations en acier inoxydable dans cette section. Bien que le choix définitif sera fait après la réalisation de l'étude de faisabilité du réseau de chauffage.

Programmes de conception

Les pertes d'énergie dues aux vannes, aux raccords et aux coudes sont causées par des perturbations localisées de l'écoulement. La perte d'énergie se produit dans une section finie et pas nécessairement courte de la canalisation, cependant, pour les calculs hydrauliques, on suppose que tout le volume de cette perte est pris en compte à l'emplacement de l'appareil. Pour les systèmes de tuyauterie avec des tuyaux relativement longs, il arrive souvent que les pertes résultantes soient négligeables par rapport à la perte de charge totale dans le tuyau.

La perte de tube est mesurée à l'aide de données expérimentales réelles, puis analysée pour déterminer un facteur de perte local qui peut être utilisé pour calculer la perte d'ajustement car elle varie avec le débit de fluide à travers cet appareil.

Pipe Flow Software facilite la détermination des pertes de raccord et d'autres pertes dans les calculs de pression différentielle, car ils sont préchargés avec une base de données de vannes qui contient de nombreux facteurs standard pour les vannes etraccords de différentes tailles. Une pompe est souvent utilisée à l'intérieur d'un système de tuyauterie pour ajouter une pression supplémentaire afin de surmonter les pertes de résistance par frottement et autres.

Les performances de la pompe sont déterminées par la courbe. La tête produite par la pompe varie avec le débit, trouver le point de fonctionnement sur la courbe de performance de la pompe n'est pas toujours une tâche facile.

Si vous utilisez le programme de calcul hydraulique Pipe Flow Expert, il est assez facile de trouver le point de fonctionnement exact sur la courbe de la pompe, garantissant que les débits et les pressions sont équilibrés dans tout le système, afin de prendre une décision de conception précise pipelines.

Le calcul en ligne est effectué afin de sélectionner le diamètre optimal qui offre les meilleurs paramètres de fonctionnement, une faible perte de charge et des vitesses de déplacement des supports élevées, ce qui garantira de bons indicateurs techniques et économiques des réseaux de chauffage dans leur ensemble.

Il minimise les efforts et offre une plus grande précision. Il comprend tous les tableaux de référence et nomogrammes nécessaires. Ainsi, les pertes par mètre de tuyaux sont prises à hauteur de 81 à 251 Pa / m (8,1 à 25,1 mm de colonne d'eau), ce qui dépend du matériau des tuyaux. La vitesse de l'eau dans le système dépend du diamètre des tuyaux installés et est sélectionnée dans une plage spécifique. La vitesse de l'eau la plus élevée pour les réseaux de chauffage est de 1,5 m/s. Le calcul suggère les valeurs limites de la vitesse de l'eau dans les canalisations de diamètre interne:

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. Pour les autres diamètres pas plus de 1,5 m/s.
6. Pour les canalisations des systèmes anti-incendie, une vitesse moyenne jusqu'à 5,0 m/s est autorisée.

Système de géoinformation instrumental

GIS Zulu - programme de géoinformation pour le calcul hydraulique des réseaux de chaleur. La société est spécialisée dans l'étude d'applications SIG nécessitant la visualisation de géodonnées 3D en versions vectorielles et raster, l'étude topologique et leur relation avec des bases de données sémantiques. Zulu vous permet de créer différents plans et flux de travail, y compris des réseaux de chaleur et de vapeur utilisant la topologie, peut travailler avec des rasters et acquérir des données à partir de différentes bases de données, telles que BDE ou ADO.

Les calculs sont effectués en étroite intégration avec le système de géoinformation, ils sont exécutés dans la version du module étendu. Le réseau est élémentaire et saisi de façon vivante dans le SIG à la souris ou selon les coordonnées données. Après cela, un schéma de calcul est immédiatement créé. Après cela, les paramètres des circuits sont définis et le début du processus est confirmé. Les calculs sont appliqués aux systèmes de chauffage en impasse et en anneau, y compris les unités de pompage du réseau et les dispositifs d'étranglement, alimentés par une ou plusieurs sources. Le calcul du chauffage peut être effectué en tenant compte des fuites des réseaux de distribution et des pertes de chaleur dans les conduites de chauffage.

Pour installer un programme spécial sur un PC, téléchargez sur Internet via torrent "Calcul hydraulique des réseaux de chaleur 3.5.2".

Structure des étapes de définition:

1. Définition de la commutation.
2. Vérification du calcul hydromécanique du réseau de chauffage.
3. Mise en service du calcul thermohydraulique des canalisations principales et intra-quartier.
4. Sélection de conception d'équipements de réseau de chauffage.
5. Calcul du graphique piézométrique.

Outil de développement Microsoft Excel

Microsoft Excel pour le calcul hydraulique dans les réseaux thermiques est l'outil le plus accessible pour les utilisateurs. Son éditeur de tableur complet peut résoudre de nombreux problèmes de calcul. Cependant, lors des calculs de systèmes thermiques, des exigences particulières doivent être respectées. Ceux-ci peuvent être listés:

• trouver la section précédente dans la direction du support;
• calcul du diamètre du tuyau selon cet indicateur conditionnel et calcul inverse;
• définir le facteur de correction pour la taille de la perte de charge spécifique en fonction des données et de la rugosité équivalente du matériau du tuyau;
• calcul de la densité d'un milieu à partir de sa température.

Bien sûr, l'utilisation de Microsoft Excel pour le calcul hydraulique dans les réseaux de chaleur ne permet pas de simplifier absolument le déroulement des calculs, ce qui engendre dans un premier temps des coûts de main d'oeuvre relativement importants.

Logiciel de calcul hydromécanique de réseaux ou package GRTS - une application informatique qui effectue des calculs hydromécaniques de réseaux multicanaux, y compris une configuration sans issue. La plate-forme GRTS contient la fonctionnalité de langage des formules, ce qui permetétablir les caractéristiques nécessaires du calcul et sélectionner des formules pour la précision de leur détermination. Grâce à l'utilisation de cette fonctionnalité, la calculatrice a la capacité de trouver indépendamment la technologie de calcul et de définir la complexité requise.

Il existe deux versions de l'application GRTS: 1.0 et 1.1. À la fin, l'utilisateur recevra les résultats suivants:

• calculation, qui décrit soigneusement la méthode de calcul;
• rapport sous forme de tableau;
• transfert des bases de données informatiques vers Microsoft Excel;
• graphique piézométrique;
• graphique de température du caloporteur.

L'application GRTS 1.1 est considérée comme la modification la plus moderne et prend en charge les dernières normes:

1. Calcul des diamètres de tuyaux en fonction des pressions données aux extrémités du diagramme thermique.
2. Plateforme d'aide mise à jour. Équipe "?" ouvre la zone d'aide de l'application sur l'écran du moniteur.

Calcul hydraulique des réseaux de chaleur

Un exemple de calcul est présenté ci-dessous.

Les paramètres de base minimaux requis pour concevoir un système de tuyauterie incluent:

1. Caractéristiques et propriétés physiques du liquide.
2. Débit massique (ou volume) requis du milieu de transit à transporter.
3. Pression, température au point de départ.
4. Pression, température et altitude au point final.
5. Distance entre deux points et longueur équivalente (perte de charge) des vannes et raccords installés.

Ces paramètres de base sont nécessaires pour la conception du système de tuyauterie. En supposant un débit constant, il existe un certain nombre d'équations basées sur l'équation générale de l'énergie qui peuvent être utilisées pour concevoir un système de tuyauterie.

Les variables associées au débit de liquide, de vapeur ou de condensat diphasique affectent le résultat du calcul. Cela conduit à la dérivation et au développement d'équations applicables à un fluide particulier. Bien que les systèmes de tuyauterie et leur conception puissent devenir complexes, la grande majorité des problèmes de conception rencontrés par un ingénieur peuvent être résolus par les équations d'écoulement standard de Bernoulli.

L'équation de base développée pour représenter l'écoulement de fluide stationnaire est l'équation de Bernoulli, qui suppose que l'énergie mécanique totale est conservée pour un écoulement isotherme stable, incompressible et non visqueux sans transfert de chaleur. Ces conditions limites peuvent en effet être représentatives de nombreux systèmes physiques.

Les pertes de charge associées aux vannes et raccords peuvent également être calculées en tenant compte des "longueurs" équivalentes de sections de tuyau pour chaque vanne et raccord. En d'autres termes, la perte de charge calculée causée par le fluide traversant la vanne est exprimée comme une longueur de tuyau supplémentaire qui est ajoutée à la longueur réelle du tuyau lors du calcul de la chute de pression.

Toutes les longueurs équivalentes causées par les vannes et raccords du segmentles tuyaux seront additionnés pour calculer la chute de pression pour le segment de tuyau calculé.

En résumé, on peut dire que l'objectif du calcul hydraulique du réseau de chaleur au point terminal est une répartition équitable des charges thermiques entre les abonnés des systèmes thermiques. Un principe simple s'applique ici: chaque radiateur - selon les besoins, c'est-à-dire un radiateur plus grand, conçu pour fournir un volume de chauffage plus important, doit recevoir un débit de liquide de refroidissement plus important. Un calcul de réseau correctement effectué peut garantir ce principe.