Fűtési rendszerek hidraulikai méretezése Baumann Mihály adjunktus Lenkovics László tanársegéd PTE MIK Gépészmérnök Tanszék
Hidraulikai méretezés lépései 1. A hálózat kialakítása, alaprajzok, függőleges csőterv elkészítése. 2. A hálózat szakaszokra bontása. Ennek elve: Egy-egy szakaszon belül sem a víz térfogatáram, sem pedig az átmérő nem változhat. 3. Fogyasztói hőáramok alapján a szakaszokon áramló víz térfogatáram meghatározása 4. A víz térfogatáramok, és az S' = 50-300 Pa/méter feltételek alapján az előzetes csőátmérő meghatározása. 5. Valamennyi szakasz ellenállásának számítása azzal a feltétellel, hogy a beszabályozásra való szerelvények nyitott állapotban vannak.
Hidraulikai méretezés lépései 6. Ezután össze kell adni egy-egy áramkörhöz tartozó szakaszok ellenállását. Meg kell keresni a legnagyobb ellenállású áramkört, ez a mértékadó- vagy gerinc áramkör. 7. Meg kell határozni, hogy egy-egy mellékáramkör ellenállásának legyőzésére mennyi nyomás áll rendelkezésre, mennyi a mellékáramkörök nyomásvesztesége, mekkora fojtásra van szükség, és ehhez milyen szelepállás tartozik. 8. Eredmények értékelése. Nem túl nagy, vagy túl kicsi-e a mértékadó áramkör ellenállása; nem lehet-e az átmérőket egyes helyeken csökkenteni, lehetséges lesz-e a termosztatikus szelepek alkalmazása. 9. Ha változtatásra van szükség, akkor újra kell csőátmérőt választani, és a 4. ponttól a lépéseket újra meg újra végre kell hajtani.
Csővezeték ellenállása, csősúrlódási tényező 2 l p v 2 d Lamináris tartomány: Turbulens áramlás, hidraulikailag sima cső: 64 Re 0,316 4 Re Turbulens áramlás, hidraulikailag érdes cső: 1 1,14 2 lg k d Turbulens áramlás, átmeneti tartomány: 1 2 lg d k 3,71 2,51 Re
Csősúrlódási tényező
Csővezeték ellenállása
Csővezeték ellenállása
Alaki ellenállási tényezők
Alaki és súrlódási ellenállás aránya Jelentős ellenállású elemek: kazán, hőcserélő, szabályozószelep 3/8 fűtési vezeték, v=0,31 m/s, s =144 Pa/m Könyök ζ=1,5 Δp=70 Pa Egyenértékű csőhossz 0,5 m DN180 légcsatorna, v=4 m/s, s =1,2 Pa/m Könyök ζ=0,4 Δp=3,8 Pa Egyenértékű csőhossz 3,15 m DN400 légcsatorna, v=4 m/s, s =0,45 Pa/m Könyök ζ=0,4 Δp=3,8 Pa Egyenértékű csőhossz 8,4 m
k v -érték definíció Szabályozószelepek k vs értéke: Teljesen nyitott állapotban, 1 bar nyomáskülönbség hatására a szelepen átáramló térfogatáram nagysága m 3 /h-ban, a víz hőmérséklete 4 30 C. Szabályozószelepek k v értéke: Adott szelepállás mellett a szabályozott ágon, 1 bar nyomáskülönbség hatására átáramló térfogatáram nagysága m 3 /h-ban, a víz hőmérséklete 4 30 C. Kis és nagybetűk jelentése: kv-érték: gyári adat, az adott sorozatra jellemző katalógus érték Kv-érték: adott szelep, berendezés méréssel meghatározott egyedi jellemzője
k v -érték definíció p = ρ 2 v2 ζ = ρ 2 V2 A 2 ζ p = ρ V 2 Const 1 bar = p 0 = ρ 0 k v 2 Const p p 0 = ρ V2 ρ 0 k v 2 k v = ሶ V ρ p 0 ρ 0 p p = ρ ρ 0 ሶ V k v 2 p 0 p 0 = 1 bar = 100 000 Pa k v [m 3 /h]
k v -érték definíció Indexek jelentése: k vs - teljesen nyitott helyzethez tartozó érték k v100-100 %-os nyitáshoz, teljesen nyitott helyzethez tartozó érték k v50-50 %-os nyitáshoz tartozó érték k v2-2 K-es arányossági sávhoz tartozó érték Szabályozószelepek Sv állítási viszonya: Az állítási viszony megadja a szelep szabályozhatósági tartományát, értéke függ a szelep geometriai kialakításától S v = k vs /k vr ahol k vr a szelepen átáramló legkisebb szabályozható térfogatáram értéke S v tipikus értékei: 50-150
Szelep beállítási értékek
Vízhőmérséklet befolyása Cső mérete mm 16x2 16x2 20x2 20x2 Sebesség m/s 0.3 0.3 0.5 0.5 Vízhőmérséklet C 80 15 80 15 Súrlódási ellenállás Pa/m 116.6 162.7 200 270.3 Tömegáram kg/h 118.8 122 351.7 361.7 Sűrűség kg/m3 971.9 999.2 971.9 999.2 Térfogatáram l/h 122.2 122.1 361.9 362.0 Kinematikai viszkozitás m2/s 3.67E-07 1.15E-06 3.67E-07 1.15E-06
Közeg fizikai jellemzőinek hatása Fagyálló keverékek kinematikai viszkozitása: Forrás:Recknagel-Sprenger-Schramek: Fűtés- és klímatechnika 2000
Közeg fizikai jellemzőinek hatása Közeg típusa Normál víz 60 % monoetilénglikol Sűrűség [kg/m 3 ] 1000 1108 Kinematikai viszkozitás [m 2 /s] 1.65x10-6 1.226x10-5 Fajhő [J/kgK] 4215 3087
Közeg fizikai jellemzőinek hatása Sűrűség kg/m3 1000 1108 1108 1108 Közeg víz 60 % monoetilénglikol Cső mérete mm 20x1 Q W 1170.7 857.5 1170.7 951.8 Sebesség m/s 0.177 0.16 0.218 0.177 Tömegáram kg/h 200.0 200.0 273.1 222.0 Térfogatáram l/h 200.0 180.5 246.5 200.4 Súrlódási ellenállás Pa/m 23.34 173.5 236.8 192.5
Közeg fizikai jellemzőinek hatása Sűrűség kg/m3 1000 1108 1108 1108 Közeg víz 60 % monoetilénglikol Cső mérete mm 54x1.5 Q W 17561 12862 17561 14255 Sebesség m/s 0.408 0.368 0.503 0.408 Tömegáram kg/h 3000.0 3000.0 4096.0 3325.0 Térfogatáram l/h 3000.0 2707.6 3696.8 3000.9 Súrlódási ellenállás Pa/m 47.51 61.54 84.02 68.21
Csőérdesség hatása Forrás:Recknagel-Sprenger-Schramek: Fűtés- és klímatechnika 2000
Csőérdesség hatása 20 mm belső átmérőjű cső
Csőérdesség hatása 65 mm belső átmérőjű cső
Cső belső átmérő befolyása p = ρ 2 v2 λ l d = ρ 2 Vሶ A 2 λ l d p = ρ 2 ሶ V d 2 π 4 2 λ l d =ρ 2 λ l Vሶ 2 4 2 d 5 π
Cső belső átmérő befolyása Csövek ellenállása azonos vízsebesség mellett. Vízhőmérséklet 60 C Cső típusa Tömegáram kg/h Sebesség m/s Ellenállás Pa/m ¾ acélcső (20,4 mm) 639,3 0,5 179 20x1 rézcső (18 mm) 450,8 0,5 181 20x2 PE cső (16 mm) 355,8 0,5 214,6 20x3,4 PP cső (13,2 mm) 242 0,5 273,1
Cső belső átmérő befolyása Csövek ellenállása azonos tömegáram mellett. Vízhőmérséklet 60 C Cső típusa Tömegáram kg/h Sebesség m/s Ellenállás Pa/m ¾ acélcső (20,4 mm) 639,3 0,5 179 20x1 rézcső (18 mm) 639,3 0,71 335,2 20x2 PE cső (16 mm) 639,3 0,898 611,3 20x3,4 PP cső (13,2 mm) 639,3 1,32 1557
Csőátmérő választás sebesség alapján Csövek ellenállása 1 m/s vízsebesség mellett. Vízhőmérséklet 60 C Csőméret Tömegáram kg/h Ellenállás Pa/m 6x1 PP cső (4 mm) 44,5 4286 3/8 acélcső (12,3 mm) 422 1384 1/2 acélcső (15,95 mm) 710 987,2 1 acélcső (27 mm) 2030 499,2 57x2,9 acélcső (51,2 mm) 7300 222,4 108x3,6 acélcső (100,8 mm) 28300 95,8 323,9x8 acélcső (307,9 mm) 264000 24,5
Köszönöm a figyelmet!