Тепловой расчёт сети

Кратко. После гидравлики движок находит температуры во всех узлах. В каждом узле смешиваются входящие потоки, на каждом участке вода теряет тепло по нормам (таблица 39), у потребителя остывает на отданное тепло. Это линейная система «тепловой баланс узлов»; она решается до 5 раз, пока температуры не перестанут меняться больше чем на 0,01 °C. Потом считаются нагрузки, проходящие по участкам. Подробно — Тепловой расчёт сети.

Зачем это

Температура подачи у потребителя решает, хватит ли ему тепла: при остывании на 5–10 °C в длинной подводке дом недогрет даже при достаточном напоре. Тепловой расчёт показывает, где вода остывает, сколько тепла теряет сеть и откуда пришла вода в каждый узел. При расчёте по графику с потерями он же уточняет расходы потребителей (урок 7).

Температура источника

На промежуточных проходах источник выдаёт подачу по графику при расчётной tн отопления, на финальном — по tн, заданной в окне расчёта; летом — летнюю температуру. Если у источника нет графика или во фрагменте нет источников, протокол об этом сообщит, и тепловой расчёт не выполняется.

Баланс узла и смешение

Σ (Gвх · tвх) − 1000 · Σ Yвх = tузла · Σ Gвых

Yвх — потери на входящем элементе, Гкал/ч: у трубы — по нормам, у потребителя — отданное тепло. Без потерь это просто смешение: 100 т/ч при 120 °C и 50 т/ч при 90 °C дают (100·120 + 50·90)/150 = 110 °C.

Особые узлы:

• узел-сток (вода втекает, но не вытекает) — температура смешения втекающих потоков;
• узел задания давления (точка связи с магистралью, источник) — тоже смешение втекающих по сети; обмен с внешней сетью идёт при температуре узла;
• узел, куда вода не приходит, — температура 0.

Остывание на участке

Из баланса — падение температуры на участке:

Δt = 1000 · Y / G        °C

Потери Y = 0,005 Гкал/ч: при 50 т/ч вода остынет на 0,1 °C, при 2 т/ч — на 2,5 °C. Поэтому на тупиках с малым расходом остывание заметно больше. Вода не может остыть ниже окружающей среды:

Y ≤ G · (tначала − tокр) / 1000        tокр = tн для надземной прокладки, иначе среднегодовая температура грунта

Летом потери участков не учитываются (Y = 0).

Тепло, отданное потребителем

В плановом режиме потребитель отдаёт Y = (t1 − t2) · G / 1000, где t2 — обратка по схеме присоединения или по расчётному перепаду потребителя. Обратка не бывает холоднее воздуха в помещении: при очень малом расходе расчёт ограничивает её tв, и отданное тепло равно G · (t1 − tв) / 1000.

Итерации

до 5 раз:  собрать систему по текущим расходам → решить → записать t в узлы
           если max |t − t_пред| < 0,01 °C — стоп

При расчёте по графику с потерями тепло считается между проходами гидравлики (до 4 раз): расходы потребителей пересчитываются с фактической подачей.

Нормативные потери участка

Y = q · L · β · kti / 10⁶        Гкал/ч

• q — норма, ккал/(ч·м), из таблицы 39 по периоду прокладки (до 1990 — 1; 1990–1997 — 2; 1998–2003 — 3; с 2004 — 4), типу прокладки (канальная, бесканальная, надземная), диаметру, числу часов работы и температуре теплоносителя. Между точками таблицы — линейная интерполяция.
• Температура для нормы — по графику источника при tн, выбранной в окне расчёта («Температура расчёта тепловых потерь»): расчётной, среднесезонной или текущей. При среднесезонной потери участков примерно вдвое ниже (Алматы, фрагмент 74: 196 тыс. вместо 379 тыс.).
• β — коэффициент местных потерь по справочнику 30:

Прокладка	Диаметр ≥ 150 мм	Меньше 150 мм
Бесканальная	1,15	1,15
Канальная	1,15	1,2
Надземная	1,15	1,2

• kti — «Коэффициент тепловых испытаний» из паспорта участка, по умолчанию 1.

Пример. Канальный участок, наружный диаметр 325 мм, L = 200 м, q = 95 ккал/(ч·м), kti = 1, расход 150 т/ч:

β = 1,15;   Y = 95 · 200 · 1,15 / 10⁶ = 0,02185 Гкал/ч;   Δt = 1000 · 0,02185 / 150 = 0,15 °C

Проверка на базе Астаны: бесканальный Ду600, q = 76,467, L = 369,7 м, kti = 1,2 — 76,467·369,7·1,15·1,2/10⁶ = 0,039012 Гкал/ч, ровно как в результатах веба (десктоп с β = 1,2 даёт 0,040708).

Помесячные нормативные потери за сезон считает отдельная функция — урок 14.

Нагрузки на участках и баланс

В плановом режиме нагрузка каждого потребителя переносится вверх по потоку до источника и суммируется на разветвлениях: так получаются нагрузки участков b101–b106 (суммарная, отопление, вентиляция, ГВС закрытая, из подачи, из обратки). Их показывает подпись «Нагрузка на участках». В конце протокола — тепловой и материальный баланс подсети: небаланс указывает на подпитку, утечки или ошибки данных.

Как сделать в ТГИД

• Формулы, выбор нормы q и проверка на реальных участках — Тепловой расчёт сети.
• Выбор температуры расчёта потерь и летнего режима — Расчёт режима.
• Отличия веба от десктопа (β, температура норм, узлы-стоки, обратка) — Расчётный движок.
• Нормативные потери за сезон — Тепловые потери.

Задания

1. Потери и остывание

Канальный участок, наружный диаметр 325 мм, L = 200 м, норма q = 95 ккал/(ч·м), kti = 1. Найдите потери и остывание при 150 т/ч и при 6 т/ч.

Ответ

β = 1,15 (канальная, ≥ 150 мм); Y = 95·200·1,15/10⁶ = 0,02185 Гкал/ч. При 150 т/ч Δt = 0,15 °C, при 6 т/ч Δt = 1000·0,02185/6 = 3,6 °C — в 25 раз больше при том же участке.

2. Веб и десктоп разошлись

Бесканальный участок Ду100 (наружный 108 мм), L = 300 м, q = 80 ккал/(ч·м), kti = 1. Какие потери даст веб, а какие десктоп? Почему?

Ответ

Веб берёт β по справочнику 30: бесканальная — 1,15 при любом диаметре: Y = 80·300·1,15/10⁶ = 0,0276 Гкал/ч. Прежний движок десктопа ставит 1,15 только канальной прокладке от 150 мм, остальным 1,2: 0,0288 Гкал/ч. Разница 4 %, подача у потребителей в вебе чуть теплее (Расчётный движок).

3. Смешение в узле

В узел приходят 80 т/ч при 115 °C и 20 т/ч при 95 °C, потерями на входящих участках пренебречь. Какая температура узла? Что будет, если второй поток прекратится?

Ответ

(80·115 + 20·95)/100 = 111 °C. Без второго потока — 115 °C: смешивать не с чем. Если в узел не придёт ни одного потока, расчёт запишет ему 0 °C.

4. Почему подача теплее

Тот же фрагмент посчитали дважды: с температурой расчёта потерь «расчётная» и «среднесезонная». Во втором расчёте подача у дальних потребителей теплее на несколько градусов, а гидравлика почти та же. Это ошибка?

Ответ

Нет. Нормы потерь берутся при температурах графика для выбранной tн; при среднесезонной вода холоднее, нормы ниже, и потери участков падают примерно вдвое — сеть меньше остужает воду. Сравнивать расчёты нужно при одной и той же температуре расчёта потерь (Тепловой расчёт сети, §8.4).