Страница не найдена – Все о трубах

Металлические 1 166 просмотров

Человек – существо нежное и теплолюбивое, и жить в доме без отопления не может.

Металлические 29 064 просмотров

Строительная наука – это сложная взаимосвязь физики и математики, здесь не обойтись без определенных

Инструменты 547 просмотров

Здравствуйте, уважаемый читатель! Труборез для медных труб — основной инструмент для любого монтажника-сантехника. От качества зависит

Инструменты 114 просмотров

Склад не может обходится без погрузчика, с его помощью груз их размещают на полки

Отопление 7 434 просмотров

Я приветствую моего уважаемого постоянного читателя! Современные инженерные системы призваны сделать нашу жизнь более

Гофрированные 801 просмотров

Здравствуйте, уважаемый читатель! Для отведения паводковых или грунтовых вод устраивают дренажную систему. Её оборудуют

Страница не найдена – Все о трубах

Монтаж и ремонт 9 060 просмотров

Здравствуйте, уважаемый читатель! Чугунные трубы постепенно исчезают из наших квартир и домов. Пользуясь случаем, многие во время

Отопление 1 066 просмотров

Принять решение о том, какая система отопления лучше, однотрубная или двухтрубная, можно после анализа особенностей конструкции,

Гофрированные 1 556 просмотров

Приветствуем! Сегодня трудно себе представить дом без электричества, телефонии, интернета, телевидения и прочих благ

Монтаж и ремонт 12 657 просмотров

Один из самых распространенных видов полимерных труб – из полиэтилена низкого давления (ПНД). Это

Водосток 4 239 просмотров

Большинство людей не сталкивались с проблемой дренирования участков или домов. В любом мегаполисе обязательно

Монтаж и ремонт 6 964 просмотров

Доброе время суток, дорогой читатель! Сборка или ремонт систем отопления, водопровода, канализации из современных

Какие трубы лучше выбрать для отопления в квартире

Автор статьи

Вероника Фортус

Эксперт по строительным материалам

В этой статье мы рассматриваем, какие трубы используются для отопления в квартире сегодня, и разберём каждый тип по недостаткам и достоинствам.

При выборе труб учтите, какой теплоноситель используется в системе, его химический состав, температуру и давление. Кроме того, важно понимать, скрытым или открытым будет трубопровод и насколько материал труб будет совместим с другими элементами.

Трубы из стали и меди по-прежнему популярны, пожалуй, лучшим вариантом для квартиры будут трубы из полипропилена. Они устойчивы к коррозии и агрессивной среде, они инертны — не влияют на состав теплоносителя, у них низкая теплопроводность. Кроме того, такой трубопровод легко собрать и обойдется он относительно дешево.

Для системы отопления требуются армированные трубы с маркировкой PN25. Маркировка указывает на величину давления, которые выдерживают трубы. В приведенном примере это 25,5 кг на кв. сантиметр.

Композитный слой — чаще это размещенная между слоями полимера, цельная или перфорированная алюминиевая фольга, снижает проницаемость пластика для кислорода и не позволяет ему расширяться под воздействием высокой температуры.

Еще один вариант — это армирование пластиковой трубы стекловолокном.

Диаметр труб для отопления

В большинстве случаев для разводки отопления по квартире используются трубы, наружный диаметр которых составляет 32, 25 и 20 мм. Подробнее об однотрубной и двухтрубной системах отопления:

• При однотрубной системе для вертикальных стояков используются трубы с диаметром 32 или 25 мм, для подводки к батареям — 20 мм
• В двухтрубных горизонтальных системах учитывается уже протяженность линий и количество подключаемых потребителей.

Например, труба 32 мм применяется, когда длина участка превышает 30 м или от него питается 8 и более радиаторов. Труба с диаметром 25 мм применяется при сопоставимой длине участка, но с меньшим количество подключенных приборов. 20-ти миллиметровая труба используется, если участок менее 10 м и питает отдельные радиаторы.

Тонкости прокладки

В домах советской постройки вертикальные стояки однотрубной системы не маскировались, сооружались снаружи вдоль стен. Сейчас трубы предпочитают скрывать в стенах или полу.

Трубы прокладываются либо параллельно стенам, либо перпендикулярно, повороты выполняются только под прямым углом.

Понятно, что для горизонтальной двухтрубной системы оптимальным вариантом будет прокладка труб в полу с подводкой к радиатору из стены — подключение из стены для радиатора предпочтительнее.

Трубопровод можно разводить и до заливки стяжки, и после нее, нарезав отдельные штробы в покрытии для труб подачи и «обратки». Расстояние между штробами должно составлять 100-200 мм — так трубы будут меньше нагреваться друг от друга, и монтировать будет удобнее.

Поскольку при нагревании полимерные трубы расширяются, при укладке в стяжку позаботьтесь об изоляции труб в рукав из вспененного полиэтилена, а фитинги обложите минеральной ватой или иным мягким материалом. Размер штробы также должен позволять свободно уложить в нее трубу, обернутую в слой теплоизолирующего материала, с небольшим допуском на температурное расширение.

Если проложить по дну штробы утеплитель с отражающим слоем, больше теплового излучения направляется вверх — в помещение, и возникает эффект своеобразного «теплого пола».

По той же причине трубопровод отопления не фиксируется на жесткие крепежи — применять следует пластиковые хомуты или скобы. Жесткая фиксация нужна только в местах выхода труб из стен или радиаторных ниш.

В однотрубной вертикальной системе нет протяженных горизонтальных участков, поэтому трубопровод скрывают либо под каркасом гипсокартона, либо в штробах стены. Однако, если трубопровод идет в наружной стене, трубы нуждаются в обязательном утеплении.

Прокладывая отопление в полу или стенах, обязательно составьте подробную схему — пригодится на случай поломки или следующего ремонта. Чтобы в дальнейшем случайно не повредить трубопровод, дополните схему фотографиями трубопровода, «привязанного» к ориентирам в виде стен или иных конструкций с помощью полотна рулетки.

Подготовка к сборке трубопровода

Перед работой изучите инструкцию к сварочному аппарату, а также ознакомьтесь с рекомендациями производителя труб и фитингов. И, конечно, желательно потренироваться в пайке полипропилена.

Рассмотрите план-схему и подготовленные штробы. Изобразите схематически рядом с ними фитинги, которые могут понадобится. Это позволит подсчитать количество нужных деталей, и изготовить заранее крупные фрагменты трубопровода.

Перед сборкой стоит произвести примерку: приложить фитинги к трубам и карандашом или маркером поставить риски. На фитинге риску ставят возле стыка, на трубе — на расстоянии 17-20 мм от края. Это поможет при сборке расположить фитинги в одном положении

Разрежьте трубы специальными ножницами на отрезки необходимой длины. Не забудьте с обоих концов оставить допуски: в фитинги входит около 15 мм трубы. Проследите, чтобы разогреваемые поверхности труб и фитингов были чистыми и сухими — это залог прочности соединения.

Армированную алюминием трубу («стаби») для соединения с фитингами зачищают вручную, удаляя специальным инструментом слой фольги, расположенный близко к поверхности. Трубы, армированные стекловолокном, в предварительной зачистке не нуждаются.

Сборка трубопровода

Не всегда трубопровод собирается по одному элементу в одном направлении. Иногда удобнее собрать несколько фрагментов, а уже потом соединять их. Однако последний этап сборки должен проводиться в месте, где есть доступ для паяльника и достаточный свободный ход трубы. Чаще всего это участок между стеной и батареей. Так что самым удобным будет монтаж труб от стояков к навешенным и запакованным радиаторам.

Полипропиленовые трубы соединяются между собой термической сваркой с применением фитингов — колен, редукторов, муфт и т. п. Для сварки используется ручной паяльник с набором насадок, которым одновременно расплавляют и трубы, и фитинги.

Настройте сварочный аппарат на температуру, рекомендуемую производителем полипропиленового трубопровода (250-300 °C), и полностью прогрейте его, проконтролировав прогрев по индикатору.

Вставьте в муфтовую часть насадки отрезок трубы, а на насадку-дорн — наденьте до упора фитинг. Выдержите время в соответствии с таблицей ниже: если пластик недостаточно разогрет— не получится надежного соединения, если перегрет — поверхность стыка может деформироваться вплоть до закупорки трубы.

Диаметр трубы	Время плавления
20 мм	4-5 секунд
25 мм	7-8 секунд
32 мм	10-12 секунд
Если температура воздуха в помещении ниже +5 градусов по Цельсию, время плавления увеличивается примерно вполовину.

Спаивать между собой лучше трубы и фитинги одного производителя. В противном случае может оказаться, что для плавки разных деталей потребуется разное время.

Дождитесь, пока поверхности пластиковых деталей расплавятся, снимите их с насадок и вставьте трубу в фитинг. Затем на несколько секунд зафиксируйте детали в нужном положении, стараясь при этом не слишком сильно на них давить и не прокручивать. Когда детали полностью остынут, они уже будут представлять собой одно целое, после чего можно продолжать пайку рядом с недавним соединением.

Проследите, чтобы на насадке не было посторонних частиц или остатков расплавленного материала, протирайте ее чистой тряпкой. Если пластик липнет к насадке — значит, ее покрытие пришло в негодность, и насадку надо менять. Сварочные работы желательно вести в перчатках — чтобы избежать ожогов.

Проверка работоспособности системы

После того, как система отопления смонтирована, обязательно нужно проверить ее на прочность и качество соединения. Гидростатическое испытание системы проводится под давлением, примерно в полтора раза превышающим расчетное, но не превышающее предельно допустимое для использованных в системе отопительных приборов.

Воду подают в систему снизу вверх. В двухтрубной горизонтальной системе сначала открывают «обратку», вытесняя воздух из радиаторов и сбрасывая его при помощи кранов Маевского.

Затем нужно поднять давление в системе с помощью опрессовочного насоса и отследить показания манометра — нет ли падения давления. Сварные и резьбовые соединения на наличие течи проверяют визуально. Если давление не падает и течь не определяется, значит, система собрана качественно, трубопровод можно маскировать.

Как выбрать материалы вместе с UGOL

Вы можете выбрать нужную систему отопления в каталоге:

Масляные радиаторы

от 2 241 ₽/шт.

Водонагреватели

от 1 879 ₽/шт.

Полотенцесушители

от 860 ₽/шт.

Радиаторы водяного отопления

от 640 ₽/шт.

В каталоге материалов онлайн-сервиса UGOL собраны товары для интерьера, дома и ремонта из всех магазинов.

1. Цены на товар можно сравнить по разным магазинам прямо на странице товара. Лучшее предложение — справа от изображения товара, ниже размещен полный перечень магазинов, где можно приобрести этот товар, с указанием цен и условий доставки. Так что определиться с выбором можно онлайн, без беготни по магазинам.
2. В 3D-редакторе можно рассмотреть в деталях, как понравившиеся материалы или мебель будут выглядеть в вашей квартире. Кроме того, онлайн-сервис UGOL рассчитает расходы на ремонт и напомнит о забытых, но необходимых для ремонта инструментах и фурнитуре.
3. Выбранные товары можно заказать через единую корзину каталога UGOL, в каком бы магазине они ни продавались. Это поможет ничего не забыть и спланировать доставку.

Полипропиленовые трубы: какой диаметр выбрать

Разновидности полипропиленовых труб

ППР трубы классифицируют по исходному сырью:

• PPR – Изготавливают из статического сополимера пенопропилена. Готовое изделие устойчиво к перепадам температуры, а также механическим воздействиям, поэтому они более пригодны для водопроводных, отопительных и канализационных систем. Диаметр колеблется от 20 до 110 мм;
• PPH – Для повышения прочности изделий к полипропилену добавляют антистатики, антипирены и нуклеаторы. Трубы с большим диаметром используют при монтаже наружной водопроводной, дренажной и вентиляционной системы. Для систем отопления данная разновидность не подходит;
• PPB (блок-сополимер) – Сырье состоит из блоков микромолекул полимера различного состава, которые выстроены в нужном порядке. Изделия получаются стойкими к механическим воздействиям, в связи с этим их широко используют для теплых полов или систем ХВС;
• PPs (полифенилсульфид) – Полимер высокого качества, который имеет особое строение молекул. Материал долговечный, прочный, стойкий к высоким температурам и нагрузкам. Область применения – Холодное водоснабжение и ГВС, вентиляционные и отопительные системы. Диаметр колеблется от 20 до 1200 мм.

Разные диаметры и что к ним подключать

Полипропиленовые трубы имеют следующие наружные диаметры:

• 20 – Допускается подключать один радиатор или до 5 штук радиаторов с максимальной мощностью до 7 кВт;
• 25  – Возможно подключение нескольких радиаторов, но не более 8 штук с тепловой мощностью до 11 кВт;
• 32 – В зависимости от мощности, при таком параметре можно подключить один этаж или весь жилой дом, но, как правило, не более 12 радиаторов отопления с мощностью до 19 кВт в сумме;
• 40 – Подключение всего дома, 20 радиаторов с мощностью до 30 кВт.

Выбор трубы по давлению

• PN10 – допустимое рабочее давление 10 бар. Используют при монтаже холодного водоснабжения
• PN20 – Предельно допустимое рабочее давление 20 бар. Подходящий вариант, чтобы подвести холодное и горячее водоснабжение с нагреванием до температуры 80 С.
• PN25 – Допустимое рабочее давление не более 25 бар. Используется армированный полипропилен. Оптимально подойдет для устройства ГВС, отопительной системы с температурой теплоносителя до 95 С. Изделие выполнено в несколько слоев, что повышает стойкость к высоким температурам.

От чего еще зависит выбор диаметра

Диаметр выбирается исходя из тепловой нагрузки в системе отопления или от количества подключенных точек водоразбора в системах ХВС и ГВС, давления.

Обычно для основной трубы используют величину сечения в 32 мм. Для подводов к приборам берут изделия с D 20-25 мм. Исходя из толщины стенок трубы, определяется внутренний диаметр.

Для систем ХВС и ГВС обычно используют трубопроводы с D 20-25 мм. Для стояков оптимально использовать D 32-40 мм.

Внутренний диаметр определяется исходя из потребностей конкретной системы. На это влияет ряд факторов:

• Давление во всей системе;
• Наличие и количество отводов и стыковочных мест;
• Какое использовалось сырье при производстве полипропиленовых трубок;
• Длина трубопровода

При выборе нужно учитывать множество моментов – в какой системе будут использоваться трубы и какое в ней рабочее давление. Например, трубы для системы отопления и для ХВС будут отличаться.

Как правильно выбрать диаметр для магистрали

С особой ответственностью нужно подбирать сечение ППР трубам, которые будут устанавливаться в многоквартирных домах. Каким будет диаметр, зависит от потребления воды и рассчитывается на этапе проектирования дома.

Обычно в зданиях с большим количеством квартир используют:

• В домах с 5 этажами для стояков оптимальный d 32 мм;
• Для разводки внутри квартир подходит d 20 мм;
• Для стояков в зданиях с 9 и более этажностью используют d 40 или 50 мм.

В квартирах или частных домах точно рассчитывать величину сечения не требуется. Она рассчитывается исходя из длины трубопровода:

• Если длина трубопровода до 10 м, следует брать величину 20 мм;
• При длине, колеблющейся между 10 и 20 м, оптимально 25 мм;
• Если длина более 30 метров, то 32 мм.

Трубы диаметром более 32 миллиметров принято использовать в монтаже стояков. 

Какое количество тепла должен раздавать трубопровод

Например, стоит многоквартирный дом площадью 250 кв метров, который постоянно отапливается и зимой теряет тепло по 1 кВт мощности с каждой площади в 10 кв метров. Чтобы обогреть дом, используют максимальную мощность 25 кВт.

В этом доме применяется двухтрубная система отопления. По одной трубе транспортируется горячий теплоноситель, по другой охлажденный теплоноситель подается в котельную. К трубам подключены радиаторы.

От котла до межэтажного коллектора подается тепловая мощность 25 кВт. Магистральные трубы в данном случае нужно использовать с внутренним размером сечения от 26,6 миллиметров. Это нужно для того чтобы скорость теплоносителя составляла не более 0,6 м/c. Таким образом, подойдет полипропиленовая трубка с наружным диаметром 40 мм.

От коллектора к первому этажу поступает тепловая мощность 15 кВт. Скорость передвижения теплоносителя будет меньше 0,6 м/с. Поэтому внутренний диаметр будет составлять 21,2 мм. Таким образом, оптимальный наружный диаметр в конкретном случае будет ровняться 32 мм.

Как правило, для любых радиаторов с мощностью не более 2 кВт монтируют трубы с наружным d 20 мм.

Из всего сказанного можно сделать вывод, что выбор диаметра не такое уж сложное занятие. Выбирать приходится из стандартных размеров. В системах, где насчитывается около 10 радиаторов, обычно устанавливают полипропиленовые трубки с наружным диаметром 25 на площадь одного крыла, 20 на радиатор и 32 на магистральные трубы.

Чтобы купить полипропиленовые трубы подходящего диаметра, перейдите в каталог продукции, разделы канализации и водоснабжения.

Диаметр трубы для отопления – делаем правильный выбор

Все мы понимаем, что, когда дело касается отопления помещений, на первое место выходят так называемые тепловые потери отопительной системы дома. И их обязательно надо снижать. Это закон теплотехники, от которого зависит эффективность работы самой системы, экономичность потребления топлива и оптимальный температурный режим в комнатах. На тепловые потери влияет много факторов, один из них – это диаметр трубы для отопления. Казалось бы, не самый существенный фактор, но это только на первый взгляд. Поэтому стоит в нем разобраться.

Во-первых, необходимо отметить, что сечение трубы в независимости от материала, из которого она изготовлена, влияет на гидродинамику трубопровода. Поэтому просто так бездумно относится к выбору нельзя. Многие обыватели считают, что, чем больше диаметр трубы, тем эффективнее будет работать отопление дома. Это неправильно, ведь большое сечение требует большого количества теплоносителя, который надо будет нагревать, а значит, затрачивать большое количество энергоносителя. Это первое.

Второе – в таком контуре резко падает давление. А это может привести к тому, что отопление, как таковое, можно считать неработающим. Котел будет греть теплоноситель, но перемещаться по трубному контуру он не будет. Конечный результат – закипание котла.

Выбираем сечение

Подбираем диаметр

В частном домостроении все будет зависеть от того, каким способом будет перемещаться теплоноситель по трубной разводке. Если вами выбрана автономная система с естественной циркуляцией теплоносителя, то сечение обычно выбирается больше, чем в системе с принудительным перемещением. Почему?

• Для того чтобы горячая вода начала движение вверх, необходима определенная температура и определенный объем самой жидкости. Но это не самое главное. Считается, что есть некоторые чисто технологические позиции, которые влияют на эффективность работы отопления в целом. Одним из таких показателей является скорость водяного потока. Оптимальное ее значение – 0,3-0,7 м/с. Если диаметр труб будет большой, то скорость потока будет снижаться, если наоборот маленький, то скорость просто увеличится.
• В принудительном отоплении установлен циркуляционный насос, который создает необходимое давление внутри контура. Соответственно, его подбирают под определенную систему так, чтобы скорость внутри разводки также находилась в вышеуказанном диапазоне. Поэтому чаще всего для такой отопительной системы подбираются трубы с меньшим диаметром, ведь насос все равно будет прогонять теплоноситель с расчетной скоростью.

Как рассчитать диаметр

Чтобы провести расчет диаметра трубы для отопления, можно воспользоваться разными способами.

• Сделать это самостоятельно.
• Использовать онлайн калькулятор, их можно сегодня найти на разных строительных сайтах.
• Воспользоваться таблицами.

Кстати, вот одна из таких таблиц на фото ниже.

Таблица диаметров труб

Самостоятельный расчет на самом деле не очень сложный. Но при его проведении приходится учитывать достаточно большой ряд различных показателей, которые влияют на значение тепловых потерь. Поэтому для облегчения проводимого расчета используется одно стандартное соотношение: на 10 м² отапливаемой площади расходуется 1,0 кВт тепловой энергии. Для точности конечного результата к окончательной цифре прибавляется 20%.

К примеру, для отопления дома площадью 100 м² потребуется 10 кВт тепла. Прибавляем к этому значению 20%, получаем 12 кВт (12000 Вт). Теперь по вышеуказанной таблице находите этот показатель и сверяете его с диаметром трубы и скоростью движения теплоносителя. Получается, что вам необходима труба диаметром 15 мм, в которой вода будет перемещаться со скоростью 0,5-0,55 м/с. По всем показателям это оптимальный выбор, который попадает в диапазон оптимальных скоростей. Единственное отметим, что данная таблица применяется для двухконтурной системы. Для одноконтурной есть свои показатели.

Основные размеры трубы

Как видите, правильно подобранное сечение трубопровода для системы отопления играет немаловажную роль в ее эффективной работе. Конечно, необходимо учитывать и материал, из которого труба изготовлена, потому что это влияет на скоростные характеристики теплоносителя. Поэтому здесь вам придется воспользоваться другими таблицами.

Правильный выбор диаметров труб для магистрали отопления Волкано

Диаметр трубопровода волкано

---

Диаметр подающего трубопровода при подключении нескольких тепловентиляторов должен быть подобран таким образом, чтобы скорость потока воды не превышала 2,5 м/с.

---

---

Данное требование является следствием компромисса между инвестиционными расходами, связанными с применением трубопроводов определенного диаметра, и эксплуатационными расходами (текущими затратами), связанными с гидравлическим сопротивлением трубопроводов.

Возможно применение трубопроводов с последовательным заужением трассы, для снижения нагрузки на насосные группы и уменьшения затрат на создание системы отопления в целом.

Материал труб для системы отопления тепловентиляторов волкано – может быть любой: это могут быть стальные газосварные трубы, медные трубы, трубы из сшитого полиэтилена или полипропиленовые трубы.

Рекомендуется подбирать оптимальные диаметры трубопроводов в зависимости от количества и типа тепловентиляторов, подключаемых к магистральному трубопроводу, в соответствии со следующей таблицей:

Количество тепловентиляторов Volcano mini, подключаемых к магистральному водопроводу

	Volcano VR Mini
	Макс. расход воды, м³/час	Диам. труб, мет.,  дюйм
1	0,9	¾
2	1,8	1
3	2,8	1¼
4	3,7	1 ¼
5	4,6	1 ¼
6	5,5	1 ½
7	6,4	1 ½
8	7,4	1 ½
9	8,3	1 ¾
10	9,2	1 ¾

 

Количество тепловентиляторов Volcano VR1, подключаемых к магистральному водопроводу

	Volcano VR1
	Макс. расход воды, м³/час	Диам. труб, мет.,  дюйм
1	1,3	¾
2	2,7	1
3	4	1 ¼
4	5,3	1 ½
5	6,7	1 ½
6	8	1 ¾
7	9,3	1 ¾
8	10,6	2
9	12	2
10	13,3	2

 

Количество тепловентиляторов Volcano VR2, подключаемых к магистральному водопроводу

	Volcano VR2
	Макс. расход воды, м³/час	Диаметр трубы, металл, дюйм
1	2,2	1
2	4,4	1 ¼
3	6,6	1 ½
4	8,8	1 ¾
5	11,1	2
6	13,3	2
7	15,5	2
8	17,7	2 ¼
9	19,9	2 ½
10	22,1	2 ½

 

Количество тепловентиляторов Volcano VR3, подключаемых к магистральному водопроводу

	Volcano VR3
	Макс. расход воды, м³/час	Диаметр трубы, металл, дюйм
1	3,3	1
2	6,6	1 ½
3	9,9	1 ¾
4	13,2	2
5	16,6	2 ¼
6	19,9	2 ½
7	23,2	2 ½
8	26,5	2 ¾
9	29,8	3
10	33,1	3

Данные по рекомендуемым диаметрам трубопровода, в таблице приведены при условии, что общая длина трубопровода в одну сторону не превышает 40 м. В случае крупных трубопроводных систем, т.е. при размещении тепловентиляторов на расстоянии более 40 м от источника теплоты, диаметры трубопроводов следует обязательно корректировать с учетом более низких скоростей движения потока воды, в сторону увеличения.

Для ПП труб размер больше на 1 значение по сравнению с металлом, например, металл 3/4” – ПП +1 диаметр 32 ПП

Очень часто, приходится экономмить буквально на всем. Данные, которые помогут Вам самостоятельно определить диаметры магистральных труб системы отопления VOLCANO:

---

---

Самотечная система отопления одноэтажного дома с естественной циркуляцией: схема и диаметр труб

Частный загородный дом практически не ограничивает хозяина в выборе типа и схемы прокладки отопительных конструкций. Разнообразие вариантов позволяет сформировать систему для строений малых и больших площадей, оборудовать экономный способ получения тепла из самых разных энергоносителей. Оптимальный вариант – самотечная система отопления, особенности и характеристики которой следует рассмотреть подробно.

Принцип действия системы отопления с естественной циркуляцией

Работа выстроена на физических законах. При нагревании плотность и вес воды снижаются, а при остывании показатели возвращаются к стандартным параметрам. Давление в системе почти отсутствует – в формулах теплотехнических расчетов принимается соотношение 1 атм. на 10 м напорного водяного столба. Таким образом, при обустройстве отопительной системы в 2-х этажном строении расчет гидростатического давления показывает не более 1 атм., в одноэтажных не более 0,7 атм. на 10 м напорного водяного столба.

Из-за увеличения объема прогретой жидкости самотечная система отопления частного дома дополняется расширительным баком, который устанавливается на трубе подачи теплоносителя вверху системы. Задача емкости – компенсировать повышение объема воды.

Самоциркулирующая система используется в частных строениях и позволяет выполнять подключения:

1. К теплым полам. Циркуляционный насос нужен только на водяной контур теплого пола, вся остальная теплосистема будет работать в самотечном режиме. При отключении питания (электричества) комната будет отапливаться посредством радиаторов.
2. К бойлеру косвенного нагрева воды. В этом случае нет нужды в насосном оборудовании, бойлер ставится в верхней точке всей конструкции, рядом или чуть ниже расширительного бака. При невозможности монтажа бойлера, систему дополняют насосом, который ставится на расширительный бак. Для предупреждения рециркуляции теплоносителя на бак устанавливается обратный клапан.

Физические свойства воды помогают транспортировке жидкости по трубопроводам – при нагревании жидкость устремляется вверх самотеком по разгонному участку трубопровода, а после остывания перемещается от радиаторов обратно в котел. Важно выложить трубопровод с определенным углом наклона, иначе гравитационная циркуляция не будет работать.

Преимущества и недостатки самотечной системы

Популярностью система отопления одноэтажного дома с естественной циркуляцией пользуется из-за простоты монтажа и удобства эксплуатации. Нет необходимости в установке дорогостоящего дополнительного оборудования, не будет расходов на электроэнергию. Поддержание автономности работы отопления – еще один плюс.

К минусам можно отнести только небольшую эффективность конструкции – отопление с принудительной транспортировкой обладает повышенной теплоотдачей. Это достигается за счет ускорения транспортировки нагретого теплоносителя, вода не успевает остывать и доходит в нужном температурном режиме до самых крайних радиаторов. Однако снижение температуры теплоносителя наблюдается в помещениях значительных площадей, а если обустраивается тепловая конструкция в строении малого объема, отопление самотеком является лучшим выбором.

Основные виды гравитационной системы отопления

Различается 4 типа самоциркулирующейся конструкции с гравитационным течением теплоносителя. Выбор варианта зависит от требований хозяина по производительности отопления, материала строения, утепления дома и прочих нюансов.

Определяя, какое лучше делать водяное отопление в частном доме без насоса, требуется выполнить несколько расчетов, принять во внимание технические характеристики источника тепла, просчитать диаметр трубы и составить проект.

Закрытая система

Рекомендуем к прочтению:

Принцип работы такой:

• Нагрев теплоносителя приводит к вытеснению воды из контура отопления. Под воздействием повышенного давления жидкость перемещается в закрытый расширительный бак с мембраной.
• В этом баке одна половина заполнена газом, вторая – пустая. Пустая половина заливается прогретым теплоносителем, что приводит к сжатию газообразного вещества.
• Как только вода остывает, газ снова расширяется и выталкивает из бака воду.

Простое решение пока не набрало популярность, однако возможность полной автономности и поддержания оптимального давления в трубах – явные плюсы варианта, которые пригодятся хозяевам частных домов небольшой площади. Минус конструкции в повышении объема емкости при необходимости прогревать большие помещения, поэтому закрытая система в основном используется в домах площади до 40 м2.

Открытая система

Этот вариант отличается от закрытого лишь конструкцией расширительного бака. Схему можно увидеть в старых строениях, где бак установлен под кровлей или потолком жилого помещения. Емкость можно сделать самостоятельно, но при такой схеме есть риск завоздушивания радиаторов, что снижает эффективность работы системы. Кроме того, кислород в воде приводит к образованию коррозии, появлению дефектов внутри труб и быстрому выходу элементов из строя.

Важно! При открытой системе самотечного отопления необходимо установить радиаторы под определенным углом и оснастить каждую батарею краном Маевского.

Двухтрубная система

Особенности конструкции:

1. Прокладывается 2 трубы – одна для подачи теплоносителя, вторая для обратки. Подающий трубопровод соединяется входным отводом, обратный подводкой стыкуется с баком и батареей.
2. Двухтрубная схема систем отопления частного дома с естественной циркуляцией обеспечивает равномерное распределение тепла по помещению.
3. Нет необходимости добавлять секции батарей, расположенных далеко от бака, чтобы гарантировать прогрев комнаты.
4. Для контура выбираются трубы меньшего диаметра, регулировать интенсивность подачи теплоносителя и уровень нагрева намного проще.

В 2-х трубной системе можно допустить некоторые отклонения от параметров уклона труб, причем это не скажется на скорости транспортировки теплоносителя. Выполнить работы по силам домашнему мастеру, ошибки в расчетах устраняются в процессе обустройства конструкции.

Однотрубная система

Это простая горизонтальная схема выкладки с одной трубой, которая подключена последовательным образом ко всем батареям. Подача носителя через верхний отвод – отток через нижний, таким образом, вторая батарея получает чуть более остывший носитель, третья – еще более прохладный. От крайнего радиатора обратка возвращается в бак для прогрева.

Обустроить такую самотечную систему не представляет труда, но если количество радиаторов более 3-5 шт., однотрубная система не является целесообразной. Даже если увеличить количество секций последней батареи, температура носителя слишком мала, чтобы обеспечить равномерность отопления.

К достоинствам схемы относят простоту монтажа, экономию средств, а недостаток наблюдается только при установке одной трубы в больших комнатах. Сформировать однотрубную схему в 2-х и более этажных строениях без насоса нельзя – велик риск допустить ошибку в уклонах трубопроводов, из-за чего теплоноситель не будет транспортироваться с нужной скоростью, и строение останется без отопления.

Какое отопление лучше, естественное или принудительное?

Если дом не отличается величиной площадей, насчитывает всего 1 этаж и количество радиаторов не превышает 3-5 шт., самотечная система отопления будет оптимальным решением задачи.

Во всех прочих случаях следует продумать установку циркуляционного насоса, и вот по каким причинам:

Рекомендуем к прочтению:

• При наличии насоса жидкость быстрее прогревается, достигает положенной температуры в + 50 С, расширяется и начинает циркулировать по системе. То есть прогрев помещений будет более быстрым.
• При самотечном движении воды теплоноситель в крайнем радиаторе будет остывшим, поэтому число модулей в батарее нужно увеличить, а это дополнительные расходы.
• Если стоит насос, риск завоздушивания батарей минимальный, даже при формировании открытой системы отопления.

При подключении насоса есть возможность управлять температурой прогрева, интенсивностью подачи теплоносителя в трубы, самотечная система такого не подразумевает.

Правила монтажа системы отопления без насоса

Во всех гравитационных схемах один минус – нет давления в системе, потому нарушения в монтаже приводят к снижению функциональности конструкции. На работу влияют повороты, высокие или низкие уклоны, отсутствие продуманной схемы.

Чтобы сформировать правильную теплосистему, следует обратить внимание на:

• выкладку уклонов;
• тип, диаметр трубы;
• подачу, вид теплоносителя.

Выбор труб и их уклона в системе отопления

Различается несколько видов материала, пригодного для сооружения трубопровода:

1. Сталь. Это трубы с относительно невысокой стоимостью, но увеличенной теплопроводностью, прочностью. Сталь хорошо переносит разницу давлений, стойко противостоит коррозии. Минус – потребуется сварка.
2. Металлопластик. Трубы с гладкой внутренней стороной, минимизирующие образование засоров. Малый вес и линейное расширение – плюсы, небольшой срок эксплуатации (15 лет) и высокая цена – минусы.
3. Полипропилен. Простой монтаж, герметичность, прочность, длительный срок пользования и неподверженность к промерзанию – достоинства труб, а вот цена товара – минус. Следует учитывать, что стыковка осуществляется пайкой, что снижает затраты на монтаж. Срок службы до 25 лет.
4. Медь. Предельно прочный материал, который выдерживает нагрев до +500 С. Срок пользования от 100 лет, предельная стойкость к коррозии – плюсы. Но очень высокая цена и масса – явные минусы трубопроводов.

Что касается выбора диаметра, то его нужно просчитать так:

• учесть потребность помещения в тепловой энергии и к конечной цифре добавить 20%;
• по СНиП найти параметры соотношения мощности теплосети к внутреннему сечению трубы;
• выбрать в таблице материал, из которого сделаны трубы, принять в расчет стандартные параметры, в частности, для стальных труб диаметр должен быть не менее 50 мм, но при подборе широких труб эффективность теплоносителя снижается.

Важно! Чтобы самотечная система работала без сбоев, можно сделать так: после каждого разветвления трубы диаметр снижать на один размер. То есть, если к котлу подсоединяется труба в 2 дюйма, после первой батареи диаметр 1,2 дюйма, после следующей – 1,3 дюйма.

Что касается уклона, то по строительным нормам на каждый погонный метр трубы нужно делать наклон размером в 10 мм. Эти стандарты и нужно принимать в учет, планируя отопление самотеком, а схема выкладки, предварительно составленная в виде проекта, поможет промерить параметры укладки при проведении монтажных работ.

Выбор теплоносителя для системы

Чтобы естественная циркуляция в системе отопления частного дома поддерживалась с нужной скоростью, следует выбрать оптимальный теплоноситель. В большинстве случаев выбирается чистая вода – безопасный и дешевый вариант. Можно применять антифриз, но большая плотность с меньшей теплоотдачей нивелируют достоинства жидкости. Гликолевые составы нужны только при условии, что теплосистема не будет использоваться очень длительное время, антифриз не замерзает, и в отличие от воды не прорывает трубы.

Выбор верхнего или нижнего разлива

Если применяется нижний розлив, то трубопровод прокладывается на уровне напольного покрытия. При формировании однотрубной самотечной схемы нижний розлив считается не теплоэффективным, схема оправдана для трубопроводов с высоким давлением теплоносителя.

Верхний розлив лучше подходит для частных строений. В этом случае горячий поток подается через трубу под потолком, вода вытесняет воздух, который можно стравить краном Маевского. При верхнем розливе можно делать однотрубную схему отопления, теплоэффективность в этом случае поддерживается на оптимальных величинах.

Зная, как сделать циркуляцию воды без насоса, следует внимательно относиться ко всем этапам проектирования и монтажа. Ошибки в работе приводят к переустановке всех элементов, модификации контура или монтажу насоса, а это увеличивает финансовые вложения.

Быстрый способ определения оптимального диаметра паропровода

Существующие модели для расчета диаметра трубопровода сложны и дают непоследовательные и, следовательно, ненадежные результаты. Эта модель упрощает расчеты для оптимизации диаметра трубопровода и снижения общих затрат на установку.

Парораспределительные трубопроводы являются необходимым звеном между паровым котлом / генератором и потребителем пара. Эффективная система распределения пара необходима для подачи пара надлежащего качества и под давлением к соответствующему оборудованию.Монтаж и обслуживание паровой системы – важные вопросы, которые необходимо учитывать на этапе проектирования. Как негабаритные, так и малоразмерные трубопроводы могут иметь эксплуатационные проблемы. Трубы, клапаны, фитинги и т. Д. В трубопроводах большого размера будут более дорогими, чем это необходимо, с более высокими капитальными затратами и затратами на установку, а также дополнительными вспомогательными работами и изоляцией. Кроме того, в системе с трубами увеличенного диаметра более высокие потери тепла приводят к образованию большего объема конденсата, что требует большего улавливания пара, чтобы избежать подачи влажного пара.

Большой перепад давления в трубопроводе меньшего диаметра может ограничить доступность пара более низкого давления только до точки использования, увеличивая риск эрозии, гидроудара и шума из-за увеличения скорости пара.

Математически строгие методы выбора диаметра труб требуют много времени, поскольку они включают итерационные процедуры для определения минимальных общих капитальных и эксплуатационных затрат. Простые уравнения могут обеспечить достаточно точные оценки оптимальных диаметров труб на начальных этапах проектирования, что может служить хорошей отправной точкой для более строгой процедуры.

Первая модель оптимизации трубопровода, основанная на экономических принципах, первоначально применялась к турбулентным текучим средам в гидравлически гладких трубах, а затем была расширена для учета ламинарного потока; недавно была разработана новая модель для гидравлически грубых труб. Все эти модели были разработаны для жидкостей, которые получают энергию от насосов, компрессоров, нагнетателей или вентиляторов, приводимых в действие электродвигателями, поэтому ни одна из них не может использоваться для паропроводов (1–3) .

В этой статье представлена ​​простая модель оптимизации для оценки диаметра паропроводов и обсуждается роль таких параметров, как местоположение завода и тип топлива.В двух примерных расчетах сравниваются рекомендованные скорости пара в литературе и решения, полученные на основе предложенной модели.

Модель, основанная на экономических критериях

Экономические критерии имеют решающее значение при проектировании установок в различных областях техники. Оптимизация размера заводского оборудования обеспечивает минимальную стоимость жизненного цикла любого проекта. Стоимость трубопроводов может составлять до 35% капитальных затрат завода. Поэтому полезно оптимизировать системы трубопроводов для снижения капитальных затрат и затрат на перекачку.

При определении стоимости трубы необходимо учитывать как капитальные, так и эксплуатационные затраты. Хотя капитальные затраты являются основным фактором для большинства проектов, инженеры должны знать, что наиболее экономичным диаметром трубы будет тот с наименьшими общими затратами на протяжении всего срока реализации проекта, включая ежегодные затраты на техническое обслуживание. Хотя есть паропроводы, которым более века и которые все еще работают, по прогнозам, большинство из них прослужат около 20 лет.

Капитальные затраты на трубопровод

Для трубы с внутренним диаметром D (м) и длиной L (м) закупочная стоимость C _P может быть выражена как (1) :

, где м и n – параметры, основанные на типе материала трубы и толщине стенки трубы (спецификации трубы) соответственно; рыночные цены определяют значения m и n для каждой страны.Стоимость трубы теоретически пропорциональна диаметру трубы на квадратную площадь. Это не относится к реальным ценам на трубы.

Годовые затраты на техническое обслуживание трубопровода, b, обычно выражаются как часть капитальных затрат, поэтому со ставкой амортизации a, годовые капитальные затраты, C _c , трубопровода могут рассчитывается по формуле:

, где F – коэффициент, включающий стоимость клапанов, фитингов и конструкции.

Эксплуатационные расходы трубопровода

Эксплуатационные расходы трубопровода зависят от потребления энергии, необходимого для обеспечения потока жидкости через трубопровод.

Энергетический баланс любой проточной системы включает удельные энергии, рассчитанные на входе и выходе системы. Общая форма уравнения баланса энергии:

Энергия _в + Генерация = Энергия _{на выходе} + Потребление + Накопление

Для стационарных процессов накопление энергии равно нулю, а для изолированных трубопроводов потери тепла через стенки трубы незначительны, поэтому уравнение баланса энергии для трубопровода упрощается до:

, где ч (Дж / кг) – удельная энтальпия, г (м / сек ² ) – ускорение свободного падения, z (м) – высота над произвольной точкой отсчета, u (м / сек) – скорость, Δ p (Па) – перепад давления, ρ (кг / м ³ ) – плотность жидкости, а – и из – показатели, обозначающие входное и выходное состояние трубопровода.Член Δ p / ρ обозначает потерю энергии из-за трения жидкости.

В паропроводах пар обычно перегрет или насыщен. Если пренебречь изменением расширения жидкости из-за падения давления, горизонтальный трубопроводный транспорт из уравнения. 3 становится:

Мощность котла Q (Вт) составляет:

, где G (кг / с) – массовый расход пара, W (кг / час) – расход топлива, K (Дж / кг) – это нижняя теплота сгорания топлива, а E – КПД котла.

Перепад давления рассчитывается как сумма перепада давления на трение Δ p _fr (Па) и незначительных потерь давления Δ p _ml (Па):

Уравнение Вайсбаха для перепада давления на трение составляет:

где ξ – коэффициент трения Дарси.

Незначительные потери давления можно оценить либо как потери напора, либо используя эквивалентную длину. В дальнейшем анализе незначительные потери давления будут просто учтены с помощью:

, где J – отношение малых потерь давления к падению давления на трение.

Уравнения 7 и 8 применимы к потоку изотермической несжимаемой жидкости (жидкости). В инженерной практике это уравнение приемлемо для потока сжимаемой жидкости (газа), если общий перепад давления составляет менее 10% от начального давления.

Если завод работает Y ч / год, годовые эксплуатационные расходы ( C _e ) паропровода составляют:

, что можно записать как:

, где C _F ($ / кг топлива) – стоимость топлива.

Оптимизация …

Проектирование и выбор трубопровода. Оптимальный диаметр трубопровода

Трубопроводы для транспортировки различных жидкостей являются неотъемлемой частью агрегатов и установок, реализующих рабочие процессы, относящиеся к различным областям применения. При выборе труб и конфигураций трубопроводов большое значение имеет стоимость самих труб и стоимость арматуры. Окончательная стоимость передачи среды по трубопроводу во многом определяется размером труб (диаметром и длиной).Для расчета этих значений используются специально разработанные формулы, характерные для определенных типов операций.

Труба – это полый цилиндр из металла, дерева или другого материала, используемый для транспортировки жидких, газообразных и гранулированных сред. Переносимая среда может включать воду, природный газ, пар, нефтепродукты и т. Д. Трубы используются повсеместно, начиная с различных отраслей промышленности и заканчивая домашним хозяйством.

Различные материалы, такие как сталь, чугун, медь, цемент, пластик, например АБС-пластик, поливинилхлорид, хлорированный поливинилхлорид, полибутилен, полиэтилен и т. Д., можно использовать при производстве труб.

Диаметр трубы (внешний, внутренний и т. Д.) И толщина стенки, измеряемая в миллиметрах или дюймах, являются основными размерами трубы. Также используется такое значение, как номинальный диаметр или условное отверстие – номинальное значение внутреннего диаметра трубы, также измеряемое в миллиметрах (обозначается Ду ) или дюймах (обозначается DN). Значения номинального диаметра стандартизированы и являются основным критерием при выборе трубы и соединительной арматуры.

Соответствие условного прохода в [мм] и [дюймах] указано ниже.

По ряду причин, указанных ниже, трубы с круглым (круглым) поперечным сечением являются предпочтительным вариантом по сравнению с другими геометрическими поперечными сечениями:

• Circle имеет минимальное отношение периметра к площади; применительно к трубам это означает, что при одинаковой пропускной способности расход материала для труб круглой формы будет минимальным по сравнению с трубами другой формы. Это также подразумевает минимально возможные затраты на изоляционные и защитные покрытия;
• Круглое поперечное сечение – наиболее выгодный вариант для перемещения жидких или газообразных сред с гидродинамической точки зрения.Кроме того, благодаря минимально возможной внутренней площади трубы на единицу ее длины, трение между перекачиваемой жидкостью и трубой сводится к минимуму.
• Круглая форма наиболее устойчива к внутреннему и внешнему давлению;
• Процесс производства круглых труб достаточно прост и удобен в реализации.

Трубы могут сильно различаться по диаметру и конфигурации в зависимости от назначения и области применения. Поскольку магистральные трубопроводы для перекачки воды или нефтепродуктов могут достигать почти полуметра в диаметре при довольно простой конфигурации, а змеевики, также выполненные в виде трубы малого диаметра, имеют сложную форму с большим количеством витков.

Невозможно представить любой сектор промышленности без трубопроводной сети. Любой расчет трубопроводной сети включает в себя выбор материалов труб, разработку ведомости материалов, которая включает данные о толщине, размере, маршруте и т. Д. Трубы. Сырье, промежуточный продукт и / или готовый продукт проходят различные стадии производства, перемещаясь между различными аппаратами и установками. , которые соединяются трубопроводами и арматурой. Правильный расчет, выбор и установка системы трубопроводов необходимы для надежной реализации всего технологического процесса и обеспечения безопасной передачи рабочих сред, а также для герметизации системы и предотвращения утечки переносимых веществ в атмосферу.

Не существует универсальной формулы или правила для выбора трубопровода для любого возможного применения и рабочей среды. Каждая область применения трубопровода включает в себя ряд факторов, которые следует принимать во внимание и которые могут оказать значительное влияние на требования к трубопроводу. Например, при работе с жидким навозом крупногабаритный трубопровод не только увеличит стоимость установки, но и создаст трудности в эксплуатации.

Обычно трубы выбираются после оптимизации материальных затрат и эксплуатационных затрат.Чем больше диаметр трубопровода, т.е. чем больше первоначальные вложения, тем меньше перепад давления и, соответственно, меньше эксплуатационные расходы. И наоборот, небольшой размер трубопроводов позволит снизить первоначальную стоимость труб и арматуры; однако повышенная скорость повлечет за собой повышенные потери и приведет к затратам дополнительной энергии на прокачку среды. Скорости, фиксированные для различных приложений, основаны на оптимальных расчетных условиях. Эти значения с учетом области применения используются при расчетах размеров трубопроводов.

(PDF) Оптимизация диаметра труб в зависимости от оптимальных критериев скорости и механических потерь энергии для тепловой сети

Международный журнал последних достижений в области инженерии и исследований

Том 04, выпуск 01; Январь – 2018 [ISSN: 2456-401X]

@ IJRAER-2018, Все права защищены 37

На основе результатов моделирования Варианта 1: Гидравлический расчет будет выполнен

для существующего состояния (ES – синяя линия) тепловой сети.Из рисунков 5 и 6 можно сделать вывод, что сеть

была рассчитана неправильно, сравните с оптимальными критериями (OC – красная линия

). Из этих рисунков видно, что трубопровод AL67 (размер трубы DN100) имеет максимальный поток

, скорость vex = 2,01 м / с, для сравнения с оптимальными критериями, которые должны быть vo = 1,26 м / с, и максимальной механической потерей энергии



hes = 247,02 Па / м, оптимальные критерии



hoc = 131 Па / м.Потребитель тепла AK04 в существующем

имеет максимальную скорость потока vex = 1,44 м / с; оптимальный критерий Voc = 1,03 м / с и механическая энергия

потеря



hex = 247,02 Па / м, оптимальные критерии



hoc = 148 Па / м.

Если мы сравним кривые на Рисунке 5 и Рисунке 6 для случая существующего решения для тепловой сетевой системы

(ES – синяя кривая) и оптимальных критериев (OC – красная кривая), мы увидим расхождение

поток жидкости (скорости и потери механической энергии).

На основе результатов моделирования Вариант 2: Гидравлический расчет будет выполнен

для утвержденного решения (AS – синяя линия) тепловой сети, по критерию оптимального потока

скорости и оптимальной потери механическая энергия. Из рисунков 7 и 8 можно сделать вывод

, что сеть рассчитала правильно, по сравнению с оптимальными критериями (OC – красная линия).

На основе результатов, рисунок 9, мы можем сравнить результаты выигрыша между существующими решениями, и

одобряет решение.Из результатов этого рисунка видно, что объем воды в системе отопления

уменьшился с Ves = 23,98 м3 до Vas = 7,48 м3, жидкость имеет такое же значение Ves = Vas = 71,44 м3 / ч,

потери механической энергии составляют увеличение с hes = 4,64 mh3O до has = 9,76 mh3O, и в то же время мощность накачки

с Pes = 1,73 кВт до Pas = 93,64 кВт.

Из рисунка 10 критическим потребителем для существующего решения был обогреваемый потребитель AK03 с

потерями механической энергии hes = 1.73 mh3O, а для утвержденного раствора – обогрев потребителя AK05

с механическими потерями энергии has = 6.51 mh3O.

Анализируя результаты гидравлических расчетов, можно сделать вывод, что расчет тепловой

сети на основе оптимального критерия скорости потока, механических потерь энергии, за счет потока жидкости

в трубе является основой для оптимизации гидравлических параметров сеть.

Полученные результаты представляют:

1.Причина анализа этого типа в качестве основы для разработки и реализации программ

, таких как программы для управления, контроля, эксплуатации и обучения людей, работающих с сетями

во время использования.

2. На основе анализа можно извлечь некоторую информацию:

– Какой клиент является критическим в сети;

– Влияние типов граничных условий при расчете новых сетей;

– Возможность номинальной нагрузки, потребности в кипящей воде, оптимальное расположение подающих станций

и оптимальный размер гидравлических параметров теплоносителя.

– Ссылки

И. Х. Ли, С. Свендсен, «Оптимизация проектирования и конфигурации сетей централизованного теплоснабжения с помощью генетического алгоритма»,

Журнал устойчивого развития систем энергетики, водоснабжения и окружающей среды, том. 1 (4), pp. 291-303, 2013.

II. А. Любенко, А. Поредос, Т. Моросук, Г. Цацаронис, «Анализ производительности системы централизованного теплоснабжения»,

Energy 2013, 6 (3), 1298-1313.DOI: 10.3390 / en6031298.

III.G. Phetteplase, Оптимальное проектирование трубопроводных систем для централизованного теплоснабжения, Отчет CRREL 95-17, Корпус армии США

инженеров, 1995.

IV. П. Рандлов, Справочник централизованного теплоснабжения, Euroheat & Power, Дания, 1997.

В. Ф. Майкл, Справочник по системам трубопроводов, второе издание, McGraw-HILL, Нью-Йорк, 2002.

VI. В.Л. Стритер, Э. Wylie, Fluid Mechanics, First SI Metric Edition, McGraw-Hill Book Company, 1986.

(PDF) Минимизация потерь энергии за счет оптимизации диаметра трубы и толщины изоляции в парораспределительных трубопроводах

SLEMA Journal, Volume 18, No.1, март 2015 г.

19

Минимизация потерь энергии за счет оптимизации диаметра и изоляции труб

Толщина парораспределительных трубопроводов

Джекдж Бандара, Ручира Абейвира и Н.С. Сенанаяке

Открытый университет Шри-Ланки, Навала,

Аннотация

В данной статье представлен анализ потерь тепла

в паропроводных трубах вместе с процедурой выбора

труб правильного диаметра

и изоляции для удовлетворения заданных требований.

Выбор правильного размера трубы помогает предотвратить или уменьшить

трубок, улучшить работу системы

и избежать риска пара

голодания. Частое неиспользование труб оптимального размера

приводит к потерям энергии, что приводит к более высокому расходу топлива

и, следовательно, к более высоким расходам. Помимо диаметра трубы

, изоляция играет важную роль в снижении потерь тепла вдоль трубы

и, следовательно, стоимости топлива.Однако

увеличение изоляции излишне приводит к увеличению затрат на

, которые не могут быть оправданы экономией топлива

. Поэтому выбор оптимальной толщины изоляции

очень важен в парораспределительных системах

. Таким образом, в данном документе

также представлена ​​подробная процедура для

оценки потерь тепла в паровых трубах для

различных значений толщины изоляции, вместе

с соответствующими затратами.Это позволит проектировщику

выбрать лучшую толщину изоляции

для данного требования, чтобы она была

экономичной.

Введение

Использование пара для производства

технологического тепла является обычным в промышленности. Система распределения As

состоит в основном из котлов

для производства пара, распределительных трубопроводов

и принадлежностей точек утилизации,

в зависимости от типа конечного использования.

Промышленная норма для производства, распределения

и использования состоит в том, что пар должен генерироваться и распределяться при наивысшем возможном давлении

и использоваться при самом низком

возможном давлении.

Генерация пара под высоким давлением помогает

добавить больше энергии к ограниченному количеству

воды, циркулирующей в системе. Распределение при высоком давлении

снижает требуемый диаметр трубы

, так как удельный объем пара

уменьшается с увеличением давления.В утилизационном оборудовании

пар при более низком давлении

выделяет больше энергии, поскольку теплота испарения

h

fg

выше при более низком давлении

.

В большинстве промышленных процессов используется влажный пар

, а в некоторых используется высококачественный сухой пар.

В когенерации используется перегретый пар.

Правильное проектирование системы распределения

очень важно, так как оно определяет надежность и энергоэффективность системы

.В задачу проектирования

входит выбор материала, арматуры,

расчет толщины трубы и выбор диаметра

и толщины изоляции.

Изоляция различных тепловых систем

обеспечивает безопасность и преимущества с точки зрения энергии

и экономии затрат. Он снижает потери тепла от

различных подсистем, таких как соединительные трубы

и поверхности оборудования рекуперации тепла, что

может сделать рабочую среду более комфортной.Снижение тепловых потерь также может снизить нагрузку на системы охлаждения, используемые на рабочих местах

. С точки зрения безопасности изоляция

снижает температуру внешней поверхности трубопровода

, что снижает риск ожогов [1].

Конструкция системы трубопроводов, в которой выбор материала

, расчет толщины трубы, анализ напряжений

, расчет опор и т. Д. Требуют, чтобы

соответствовали стандарту ASME B31.1, мощность трубопроводов

.

Два основных фактора определяют размер трубы в

паровой системе. Во-первых, начальное давление на котле

и допустимый перепад давления всей системы

. Суммарный перепад давления в системе

не должен превышать 20% от общего максимального давления

на котле [2]. Это

включает все капли: потери в трубопроводе, колена, клапаны,

и т. Д. Второй фактор – скорость пара.

Расход через трубу должен находиться в пределах

определенных пределов скорости, и трубы должны иметь размер

соответственно.Более высокая скорость приводит к

эрозии труб, в то время как более низкая скорость

не оказывает значительного воздействия на систему.

Однако более низкие скорости увеличивают количество конденсата

и, следовательно, потери энергии.

Трубы меньшего размера вызывают эрозию трубы,

недостаточное давление в точке использования из-за

Энергии | Бесплатный полнотекстовый | Подбор размеров труб для новой технологии распределения тепла

2.1. Сводка имитационной модели

В нашей имитационной модели каждому потребителю дается ситуация с одинаковым спросом на тепло, и, следовательно, из этой ситуации; оценивается активность на подстанциях вместе с выбранной температурой подачи в точке подключения.Посредством итеративной функции получаются температуры обратки от теплообменников отопления помещений и горячей воды для бытового потребления, а также массовый расход каждой подстанции. Минимальный массовый расход определяется на основе допустимого перепада температуры в рабочем трубопроводе (т. Е. В трубопроводе между подстанцией и распределительной трубой). Если массовый расход на подстанции больше необходимого минимума, то рециркуляционный поток отсутствует. Однако, если текущий массовый расход меньше минимального, соответствующая разница отделяется в третью трубу для рециркуляции для поддержания требований комфорта без температурного загрязнения.Сеть разделена на секции для определения распространения массового расхода: распределение в подающих трубопроводах и накопление в обратных трубах. Для получения годовой оценки было определено 20 случаев, состоящих из 10 различных временных интервалов в соответствии с распределением температуры наружного воздуха, включая суточные и ночные циклы. Целью первоначального анализа было установить новую концепцию технологии распределения тепла и оценить температурную ситуацию. Что касается потерь тепла, был применен упрощенный метод анализа третьей трубы, который состоял из отдельной трубы в земле с таким же размером.

В соответствии с рисунком 1, анализируемая территория представляет собой односемейный жилой комплекс с низкой линейной плотностью тепла. Он состоит из 49 односемейных домов, расположенных в Линчёпинге, каждое жилое здание моделируется с площадью 140 м. ² (т. Е. 140 квадратных метров), общей площадью 6860 м ² . Общая протяженность сети составляет 1090 м, а самый длинный маршрут от точки подключения до последнего потребителя – 526 м. Выбранная область корпуса представляет собой одну из наиболее сложных ситуаций, связанных с падением давления в третьей трубе для рециркуляции, поскольку ожидается, что область с высокой плотностью тепла и низкой долей теплопотерь вызовет меньшую потребность в рециркуляционном потоке.Область корпуса является разветвленной, тогда как замкнутые системы могут облегчить работу системы. Однако для анализа падения давления в третьей трубе в самых сложных условиях была выбрана разветвленная система с низкой плотностью тепла.

Размеры труб в анализируемой сети рассчитаны на объемы горячей воды для бытовых нужд, а не на теплопроизводительность помещений. В небольшой распределительной сети, подобной наблюдаемой, разнообразие тепловой нагрузки для горячего водоснабжения невелико. Следовательно, от проектной мощности ГВС будут зависеть минимальные размеры труб.

Различие между средне- и низкотемпературным режимом работы подразделяется на третье (3GDH) и четвертое (4GDH) поколения технологий централизованного теплоснабжения, как определено в [8]. Неявно эти термины относятся к технологиям распределения без стратегии предотвращения температурного загрязнения между подачей и возвратом в период между отопительным сезоном. В частности, эти термины относятся к двухтрубным системам и поэтому могут быть обозначены как 3GDH-2P и 4GDH-2P. Следовательно, при внедрении третьей трубы в распределительных сетях в качестве стратегии предотвращения температурного загрязнения в системах централизованного теплоснабжения четвертого поколения (4GDH) маркировка должна быть 4GHD-3P, см. Краткое изложение терминологии в таблице 1.

2.2. Оценка удельных тепловых потерь

Этот раздел относится к первому исследовательскому вопросу об оценке удельных тепловых потерь для различных конфигураций труб. Если бы трехтрубные системы применялись с использованием стандартной сдвоенной трубы с одиночной трубой, гипотетическими результатами были бы повышенные потери тепла и повышенный спрос во время строительства (земляных работ). Если, с другой стороны, третья труба объединяется с текущими стандартными сдвоенными трубами во время производства, как показано на Рисунке 2, то гипотетический результат состоит в том, что любые потери тепла от рециркуляции могут быть уменьшены, в то время как выемка грунта остается постоянной.Могут возникнуть другие проблемы или требования при производстве или строительстве; тем не менее, в данной статье такие вопросы не анализируются. Для создания основы для анализа общих коэффициентов теплопередачи K [Вт / (м ² K)] теоретическая основа для теплопотерь представлена ​​ниже. абзацы. Исследование стационарных потерь тепла из изолированных труб Валлентеном (1991) [11] представило приблизительные формулы для тепловых потерь из труб, учитывая (i) потери тепла из одной или двух труб в земле, (ii) потери тепла из две трубы, залитые круглой изоляцией, и (iii) теплопотери от двух труб в земле, заделанных круглой изоляцией.Приблизительная формула потерь тепла из двух труб, встроенных в круглую изоляцию, приведена в европейском стандарте EN 15698-1: 2009 [12] для расчета коэффициента теплопотерь (линейного коэффициента теплопередачи) λ [Вт / (м · К)] . В соответствии со стандартом предпочтительный метод состоит в том, чтобы рассматривать потери тепла по длине трубы, а не по площади горячей поверхности, как в случае коэффициента теплопередачи. Исследования, представленные Валлентеном [11], получены с использованием многополюсный метод для расчета теплопроводных потоков тепла к трубам и между ними в составном цилиндре, который был представлен Беннетом, Клаессоном и Хеллстремом в 1987 году [13], где также опубликован исходный код для вычислений.Многополюсный метод анализирует установившуюся теплопроводность в двумерной круговой области, перпендикулярной трубам. Определенная область считается однородной. Для определенной области трубы расположены внутри внутренней круглой области, которая окружена кольцевым пространством с различной теплопроводностью. Многополюсный метод был разработан для оценки отвода тепла из скважин и аккумулирования тепла грунтом. Этот метод представлен в более поздних исследованиях [14,15]. Приближенная формула, представленная в [11], рассматривает две трубы.Однако многополюсный метод можно использовать для определения стационарных двумерных тепловых потерь в трубах централизованного теплоснабжения с различными конфигурациями труб. В этой статье многополюсный метод используется для определения удельного теплового потока [Вт / м] для различных стандартных двухтрубных (сдвоенных) конфигураций и предлагаемых трехтрубных конфигураций. Представлена ​​информация, относящаяся к определению геометрии труб. в следующих параграфах. Информация о размерах стальных труб (DN15-1200) и размерах кожуха указана в Европейском стандарте EN 253: 2009 + A2: 2015 [16], а информация о конфигурациях рынка двухтрубных стальных труб (DN15-250), диаметрах обсадных труб. (серия изоляции 1–3), а расстояние между стальными трубами указано в [12].Никакой конкретной информации о стальных трубах в диапазоне диаметров DN6-10 не обнаружено. Эти небольшие размеры труб будут учитываться при оценке рециркуляционных труб. Следовательно, расчетные свойства этих небольших труб были взяты из европейского стандарта EN 10220: 2002 [17]. Данных из [12,16,17] достаточно для определения геометрии для расчета потерь тепла для сдвоенных труб на каждой соответствующей изоляции. серии. Кроме того, можно определить геометрию для двухтрубной конфигурации с дополнительной третьей рециркуляционной трубой, трехтрубной конфигурации.При изменении координат третьих труб подающая и обратная трубы оставались неподвижными в исходном положении. Центры рециркуляционных труб фиксируются по оси Y начала обсадной колонны и меняются по оси X в зависимости от количества смещений (см. Рисунок 2), так что минимальное расстояние от подающей и обратной труб составляет равно минимальному расстоянию между подающим и обратным трубопроводами согласно [12].

Классификация для оценки размеров организована в соответствии с обычной эталонной сдвоенной трубой, обозначенной (-), в то время как рециркуляционная труба разделена на ряд смещений вниз (5) от 0 до 4, где 0 обозначает рециркуляцию. труба с одинаковыми размерами с подающей и обратной трубами, 1 обозначает рециркуляционную трубу с меньшими размерами на один стандартный размер по сравнению с подающей и обратной трубами и т. д.Таким образом, по мере уменьшения размера третьей трубы расстояние от подающей и обратной труб регулируется так, чтобы соответствовать стандартному минимальному расстоянию между трубами.

Помимо координат для геометрии трубы, многополюсный метод требует числовых значений радиуса внешнего круга анализа и теплопроводности для внешней круглой области (грунт) и внутренней круглой области (изоляция).

Согласно [11] радиус внешнего круга можно заменить на удвоенную глубину.Непонятно, какова норма глубины при строительстве. Трубы не требуется прокладывать на незамерзающей глубине, которая в южной Скандинавии составляет примерно менее 1 м. Однако предполагаемая глубина прокладки трубы составляет 1 м [2]. Следовательно, численное значение диаметра внешнего круга выбрано равным 2 м. Согласно [5]. [16], теплопроводность изоляции в неработающих условиях не должна превышать 0,029 Вт / (м · К). Теплопроводность увеличивается с повышением температуры. Приблизительная формула для определения теплопроводности пенополиуретана в заданном температурном интервале была представлена ​​Бёмом и Кристьянссоном в 2005 году [18].Численное значение теплопроводности изоляционного материала в этом анализе установлено на 0,026 Вт / (м · К), что совпадает с тем, которое используется одной из крупных компаний-производителей труб в каталоге продукции [19]. Теплопроводность почвы трудно оценить из-за различий в содержании влаги, составе и однородности почвы. Однако в настоящем анализе используется константа 1,5 Вт / (м · К), соответствующая [18]. Удельная мощность теплового потока задается как Φ / L [Вт / м] для каждой задействованной трубы.Для целей моделирования отдельные значения этих труб пересчитываются в коэффициенты теплопередачи K [Вт / (м ² , K)], которые относятся к площади поверхности труб со средой, а не к длине труб. Причина в том, что использование коэффициентов теплопередачи – обычная практика в фундаментальной теории теплопередачи. Следовательно, коэффициенты теплопередачи для труб подачи, возврата и рециркуляции определяются в соответствии с уравнением (1):

Ki = Φi [(ti − tamb) πdoL]

(1)

Параметрический результат определяется изменением размера трубы (DN20-DN250), уровня изоляции (1–3), количества смещений (0–4) и температуры обратки (15–40 ° C).Другие параметры, температура подачи и температура рециркуляции, остаются постоянными при среднегодовых температурах, которые составляют 54 ° C для подающей трубы и 50 ° C для рециркуляционной трубы, в то время как среднегодовая температура окружающей среды установлена ​​на 10 ° C. Изменение температуры обратного теплоносителя устанавливается с шагом Δt, равным 5 ° C, а промежуточные целочисленные значения генерируются посредством интерполяции.

2.3. Оценка потери давления

Этот раздел относится ко второму исследовательскому вопросу об оценке перепада давления.Расчетные условия для третьей трубы выполняются при отсутствии нагрузки. В анализе эта ситуация заменяется случаем самых высоких температур наружного воздуха в ночное время, когда потребители не испытывают ни потребности в отоплении помещений, ни в ГВС. Расчетные условия связаны с низкими расходами; таким образом, ожидается небольшая потеря напора.

Самый длинный маршрут по сети также является критическим маршрутом, представляющим самые высокие потери напора, поскольку все другие более короткие возможные маршруты наблюдаемой сети зон наблюдения должны демонстрировать меньшую общую потерю напора.Таким образом, для отображения ситуации с давлением используется самый длинный маршрут.

Падение давления Δp [Па] определяется и суммируется для каждой длины участка трубы L [м] для самого длинного маршрута в конкретной территориальной сети (см. Рисунок 1, согласно уравнению (2) в [2]). Минимальный расход рециркуляции m˙ [кг / с] определен в [10]. В уравнении коэффициент трения λ = 0,025 [-] и плотность ρ = 1000 [кг / м ³ ] рассматриваются как постоянные, в то время как внутренний диаметр трубы d _i [м] изменяется соответственно в зависимости от по конфигурации трубы.Падение давления зависит от внутреннего диаметра трубы, возведенного в пятерку. Следовательно, изменения внутреннего диаметра трубы имеют большое влияние на результат падения давления:

Δp = – (8λLdi5π2ρ) м˙2.

(2)

Обычно используемый критерий заключается в том, что градиенты давления в направлении потока подачи должны соответствовать значениям удельного падения давления, которое находится в диапазоне от 50 до 200 Па / м [2], поскольку дальнейшее увеличение мощности насоса приводит к уменьшению отдачи от увеличенного скорость потока.Соответствующие условия давления должны применяться к направлению рециркуляционного потока. Мощность накачки P _el [Вт] для расчетных условий рассчитывается в соответствии с уравнением (3), приведенным в [2]. В случае центрального метода управления требуемая высота подъема давления Δp _насоса [Па] для рециркуляционной трубы соответствует наибольшему падению давления в зоне корпуса согласно уравнению (2). Учитывается КПД насоса η [-], и в данном случае используется плоский 0,8:

Pel = (Δppumpηpump) V˙.

(3)

Таким образом, в точке подключения для области корпуса общая сумма минимального расхода рециркуляции пересчитывается как объемный расход V˙ [м ³ / с] в соответствии с уравнением (4): Что касается распределения тепла и давления При оценке, общей отправной точкой является наблюдение за главной распределительной линией и рассмотрение варианта, чтобы избежать завышения размеров участков распределительной сети из-за завышенной оценки требуемой мощности для горячего водоснабжения, что является обычным явлением из-за неопределенности в конструкции, и отсутствие измерений [20].Привлекательность труб меньшего размера заключается в меньших потерях тепла [21]. Однако в анализируемой области из-за неполной диверсификации тепловых нагрузок трубопроводные сети предназначены для управления нагрузками по мощности для горячего водоснабжения. Большую часть площади корпуса составляет подающая труба, где наибольшая требуемая мощность определяется подготовкой горячей санитарно-технической воды, примерно от 35 до 40 кВт по сравнению с проектной тепловой нагрузкой помещения от 5 до 10 кВт. Следовательно, размеры трубы не могут быть уменьшены для уменьшения теплопотерь, поскольку эта зона предназначена для производства горячей воды для бытового потребления.

% PDF-1.5 % 95 0 obj> эндобдж xref 95 92 0000000016 00000 н. 0000002553 00000 н. 0000002793 00000 н. 0000002136 00000 п. 0000002843 00000 н. 0000002967 00000 н. 0000003540 00000 н. 0000003566 00000 н. 0000003721 00000 н. 0000004240 00000 н. 0000004266 00000 н. 0000004887 00000 н. 0000004913 00000 н. 0000004981 00000 н. 0000005129 00000 н. 0000005176 00000 н. 0000005323 00000 п. 0000005458 00000 п. 0000005599 00000 н. 0000007001 00000 н. 0000008026 00000 н. 0000008475 00000 н. 0000008501 00000 н. 0000008649 00000 н. 0000009622 00000 н. 0000009768 00000 н. 0000009794 00000 н. 0000010253 00000 п. 0000011396 00000 п. 0000012441 00000 п. 0000012586 00000 п. 0000013163 00000 п. 0000013189 00000 п. 0000014390 00000 п. 0000015570 00000 п. 0000016419 00000 п. 0000037236 00000 п. 0000037445 00000 п. 0000037785 00000 п. 0000037948 00000 н. 0000038017 00000 п. 0000059247 00000 п. 0000059459 00000 п. 0000059810 00000 п. 0000059895 00000 п. 0000059964 00000 н. 0000060127 00000 п. 0000060557 00000 п. 0000060764 00000 п. 0000065437 00000 п. 0000065506 00000 п. 0000065909 00000 н. 0000066119 00000 п. 0000069948 00000 н. 0000070017 00000 п. 0000070545 00000 п. 0000070748 00000 п. 0000107642 00000 н. 0000107711 00000 п. 0000107938 00000 п. 0000108127 00000 н. 0000108307 00000 н. 0000108355 00000 н. 0000108394 00000 п. 0000108480 00000 н. 0000109556 00000 п. 0000109625 00000 п. 0000111368 00000 н. 0000111565 00000 н. 0000111806 00000 н. 0000111832 00000 н. 0000112209 00000 н. 0000125988 00000 н. 0000126177 00000 н. 0000126357 00000 н. 0000126505 00000 н. 0000126553 00000 н. 0000126592 00000 н. 0000126678 00000 н. 0000127754 00000 н. 0000127801 00000 н. 0000139108 00000 н. 0000139297 00000 н. 0000139477 00000 н. 0000139625 00000 н. 0000139673 00000 н. 0000139712 00000 н. 0000139798 00000 н. 0000140874 00000 н. 0000140921 00000 н. 0000150911 00000 н. 0000150980 00000 н. трейлер ] >> startxref 0 %% EOF 98 0 obj> поток xb“g`b`g`XA ؀, M500l @ `4kH \ -jqtJ`U & i’_lL; I4 ! 6 _ @: c “RIL @ V # [y @ C (C% C.C1ks @ * @ mdePΤ2C’v] S 3х4В2 1l9ɰa / 6V ƛTDuE

Оптимизация использования глубоких скважинных теплообменников | Геотермальная энергия

Метод оптимизации

В этом исследовании мы использовали индекс средней стоимости энергии для оптимизации конструкции DBHE, который включает внешний диаметр трубы, внутренний диаметр трубы, скорость потока, материалы наружной трубы, материалы цементного раствора и глубину DBHE. .

Средняя стоимость энергии представляет собой удельную стоимость тепла в юанях за киловатт-час.Он был рассчитан из общей стоимости скважины, которая состоит из стоимости бурения \ (C _ {\ text {Drill}} \), стоимости раствора \ (C _ {\ text {grout}} \), стоимости коаксиальной трубы \ (C_ { \ text {pipe}} \) и стоимости оборотной воды \ (C _ {\ text {water}} \), и делится на выходную тепловую энергию системы \ (Q \):

$$ AEC = \ frac { {C _ {\ text {Drill}} + C _ {\ text {grout}} + C _ {\ text {pipe}} + C _ {\ text {water}}}} {Q}. $$

(1)

Выходная тепловая энергия системы \ (Q \) рассчитывается с учетом мощности отвода тепла, глубины DBHE и рабочего времени.В этом исследовании мы определили скорость отвода тепла как максимальную скорость, при которой температура на входе приближается к 0 ° C в конце периода отвода тепла. Fang et al. (2018) использовали аналогичное определение для оптимальной скорости отвода тепла, когда температура на входе поддерживается на уровне 5 ° C в конце периода отвода тепла. Кроме того, в разделе «Модель коаксиального теплообменника» приведен аналитический метод расчета коэффициента отвода тепла.

Стоимость бурения для различных интервалов диаметров скважин представлена ​​в Стандарте бюджета геологоразведочных проектов Геологической службы Китая (https: // max.book118.com/html/2017/0903/131520083.shtm), но приведены только 4 диапазона (№ 1–4) диаметра скважины, а диапазон глубин составляет 500–1000 м. Для расчета AEC DBHE в диапазоне глубин 500–3000 м стоимость бурения на другой глубине рассчитывается по соотношению между глубиной скважины и стоимостью бурения (Daniilidis et al., 2017; Heidinger 2010; Olasolo et al. 2016). ), как показано в Таблице 1. Интервалы диаметров скважин № 1–4 составляют 201–250 мм, 251–300 мм, 301–350 мм, 351–400 мм, соответственно. Следовательно, толщина цементного раствора между внешней трубой и окружающей почвой остается постоянной (0.023 м) интервалы наружных диаметров труб № 1–4 составляют 0,178–0,227 м, 0,228–0,277 м, 0,278–0,327 м, 0,328–0,377 м соответственно. Стоимость коаксиальной трубы рассчитывается на основе веса коаксиальной трубы на длину и фиксированной стоимости на единицу массы стали (Nalla et al. 2005). Нормализованная стоимость коаксиального шлейфа составляет 7 юаней за погонный фут шлейфа, который состоит из 1-дюймового шлейфа. внутренняя труба и 4-дюйм. внешняя труба (Лю и др., 2018). Стоимость оборотной воды рассчитывается исходя из объема воды, а нормализованная стоимость воды равна 0.0021 юань за галлон (Лю и др., 2018). Стоимость затирки рассчитывается исходя из объема затирки, использованной для герметизации наружного диаметра трубы. Нормализованная стоимость раствора составляет 2,310 юаня за галлон (Liu et al. 2018), а термически усиленного раствора – 7 и 10,5 юаней за галлон (Liu et al. 2018).

Таблица 1 Стоимость бурения различных интервалов диаметров ствола скважины и типов горных пород

Принцип оптимизации состоит в том, чтобы найти конструкцию DBHE с минимальным значением AEC. Поскольку AEC сильно зависит от эффективности теплопередачи DBHE, ключом к минимизации AEC DBHE является получение оптимальной эффективности теплопередачи.Процедуры оптимизации показаны на рис. 1, а подробности заключаются в следующем.

Рис. 1

Процедура получения оптимального дизайна DBHE с общим количеством n сценариев

Первым шагом является выбор моделируемого сценария для определенных материалов DBHE, глубины DBHE и типа породы. Второй шаг – варьировать внешний диаметр трубы и выбирать один из них. Третий шаг – получить внутренний диаметр трубы путем согласования площади кольцевого пространства с площадью поперечного сечения внутренней трубы.Четвертый шаг – изменить скорость потока, чтобы получить соотношение между скоростью потока и скоростью отвода тепла. Пятый шаг – это расчет приблизительного градиента каждого расхода и выбор оптимального расхода, при котором градиент уменьшается до минимума (в нашем исследовании это было, когда градиент был меньше 0,2 / 0,5 = 0,4). Шестой шаг – расчет оптимальной скорости отвода тепла с полученными диаметром труб и расходом. На седьмом этапе вычисляется значение AEC для этой конструкции DBHE.На восьмом этапе вычисляются значения AEC для других конструкций DBHE путем повторения этапов 2–7. Наконец, на девятом этапе выполняется поиск оптимальной схемы DBHE с наименьшими значениями AEC.

Модель коаксиального теплообменника

В этом исследовании мы применили аналитический метод, предложенный Beier (2014) и Beier et al. (2014) для расчета коэффициента отвода тепла. В их методе устанавливаются определяющие уравнения теплопередачи во внутренней трубе, внешней трубе, растворе и земле соответственно.Два уравнения в трубах связаны вместе за счет шунтирующей теплопередачи через стенку внутренней трубы. Текучая среда, протекающая через кольцевое пространство, обменивается теплом с окружающим раствором. Теплопроводность через раствор и землю происходит радиально от внешней трубы. В этой модели циркулирующая жидкость поступает в ППТ через затрубное пространство.

Уравнение сохранения энергии кольцевого пространства:

$$ \ frac {{\ partial T_ {D1}}} {{\ partial z_ {D}}} + \ frac {{N_ {s} H_ {f} A_ {D1}}} {2} \ frac {{\ partial T_ {D1}}} {{\ partial t_ {D}}} + N_ {12} \ left ({T_ {D1} – T_ {D2}} \ вправо) + N_ {g} \ left ({T_ {D1} – T_ {Dg}} \ right) _ {{r_ {D} = 1}} = 0, $$

(2)

$$ 0

где \ (N_ {s} \) – безразмерная теплопроводность (обратная сопротивлению) земли, символ \ (w \) представляет поток скорость, а \ (N_ {g} \) – безразмерная теплопроводность (обратная сопротивлению) раствора.Отношение объемных теплоемкостей циркулирующей жидкости \ (c_ {f} \) и земли \ (c_ {s} \) обозначается как \ (H_ {f} \). Параметр \ (A_ {D1} \) – это отношение площади проходного сечения.

Уравнение сохранения энергии внутренней трубы:

$$ – \ frac {{\ partial T_ {D2}}} {{\ partial z_ {D}}} + \ frac {{N_ {s} H_ {f } A_ {D2}}} {2} \ frac {{\ partial T_ {D1}}} {{\ partial t_ {D}}} + N_ {12} \ left ({T_ {D2} – T_ {D1} } \ right) = 0, \ quad 0

(3)

Параметр \ (A_ {D2} \) – это отношение площади внутренней трубы к площади круга на основе радиуса внешней стенки трубы.{2}}}, \ quad r_ {Db}

(5)

Уравнения (1) и (2) требуют граничных условий. Когда \ (z_ {D} = 0 \), получается

$$ \ left ({T_ {D1} – T_ {D2}} \ right) = N_ {s}, \; z_ {D} = 0, \ quad 0

(6)

Когда \ (z_ {D} = 1 \), существует,

$$ T_ {D1} = T_ {D2}, \; z_ {D} = 1, \ quad 0

(7)

На внешней границе раздела труба / раствор, где \ (r_ {D} \) = 1, баланс энергии устанавливает теплопередачу от циркулирующей жидкости к раствору, равную теплу, передаваемому в раствор.То есть

$$ \ frac {{N_ {g} \ left ({T_ {Dg} – T_ {D1}} \ right)}} {{\ kappa N_ {s}}} = \ frac {{\ частичное T_ {Dg}}} {{\ partial r_ {D}}}, \ quad r_ {D} = 1, 0

(8)

На границе раздела раствор / земля, \ (r_ {D} = r_ {Db} \), энергетический баланс устанавливает скорость теплопроводности раствора, равную скорости теплопроводности в грунт, а также температуры раствора и грунта. равны на этом интерфейсе:

$$ \ kappa \ frac {{\ partial T_ {Dg}}} {{\ partial r_ {D}}} = \ frac {{\ partial T_ {Ds}}} {{\ частичный r_ {D}}}, \; r_ {D} = r_ {Db}, \ quad 0

(9)

$$ \ partial T_ {Dg} = \ partial T_ {Ds}, \; r_ {D} = r_ {Db}, \ quad 0

(10)

Температура грунта приближается к своему невозмущенному значению по мере увеличения расстояния от скважины,

$$ \ partial T_ {Ds} \ до 0, как r_ {D} \ to \ infty, \ quad 0

(11)

В начале нагнетания тепла (\ (t_ {D} = \, 0 \)) циркулирующая жидкость, раствор и земля имеют нормальную температуру грунта. Это условие требует, чтобы безразмерные температуры были равны нулю,

$$ T_ {D1} = T_ {D2} = 0, \ quad 0 \ le z_ {D} \ le 1, \ quad t_ {D} = 0, $$

(12)

$$ T _ {\ text {Dg}} = 0, \ quad 1 \ le r_ {D} \ le r_ {Db}, \ quad 0 \ le z_ {D} \ le 1, \ quad t_ {D} = 0, $$

(13)

$$ T_ {Ds} = 0, \ quad r_ {Db} \ le r_ {D}, \ quad 0 \ le z_ {D} \ le 1, \ quad t_ {D} = 0.$

(14)

Подробный расчет коэффициента теплопередачи и аналитическое решение можно найти в ссылках Beier et al. (2014).

Анализ чувствительности и смоделированные сценарии

Принцип анализа чувствительности заключается в том, что при анализе влияния одного параметра на скорость отвода тепла DBHE, другие параметры должны оставаться фиксированными. В этом исследовании мы провели анализ чувствительности каждого проектного параметра (внешний диаметр трубы, внутренний диаметр трубы, скорость потока, материалы наружной трубы, материалы цементного раствора и глубина), применив модель теплообменника коаксиальной трубы.Параметры модели приведены в таблице 2, а время работы системы составляет цикл нагрева 4 месяца.

Таблица 2 Параметры, используемые в модели

Кроме того, чтобы исследовать применимость DBHE в различных типах пород, в расчетах были выбраны 3 типа пород (песчаник, известняк, гранит). Кроме того, мы рассмотрели средние, минимальные и максимальные значения теплопроводности для выбранных типов пород. Поскольку теплоемкость выбранных типов пород мало изменяется при постоянной температуре, мы выбрали среднее значение объемной теплоемкости породы (Clauser 2011a, b; McKenna et al.1996; Thomas et al. 1973; Cho et al. 2009 г.). В таблице 3 приведены подробные сведения о тепловых свойствах выбранных типов горных пород. С учетом этих соображений мы разработали 54 сценария для моделирования влияния каждого проектного параметра. Обзор этих сценариев приведен в Таблице 4, а подробности каждого сценария приведены ниже.

Таблица 3 Значения тепловых свойств для выбранных типов горных пород Таблица 4 Моделируемые сценарии для анализа чувствительности

Чтобы проанализировать влияние внешнего диаметра трубы на скорость отвода тепла, диаметр был установлен на 0.177, 0,180 м, а затем постепенно увеличиваются с шагом 0,020 м, сохраняя при этом все остальные параметры, влияющие на DBHE, постоянными. Это повторялось до тех пор, пока наружная труба не достигла диаметра 0,400 м. При использовании этого метода диаметр скважины соответственно увеличивается. Кроме того, мы установили толщину раствора между наружной трубой и окружающим грунтом 0,023 м. Признавая, что неоднородность геологических материалов сильно влияет на характеристики теплопередачи DBHE, влияние внешнего диаметра трубы на скорость отвода тепла было выполнено в различных геологических условиях (сценарий № 1A – I).

Чтобы исследовать влияние внутреннего диаметра трубы, параметры DBHE поддерживались постоянными, за исключением изменения внутреннего диаметра трубы. Поскольку диаметр внутренней трубы не может превышать диаметр внешней трубы, диапазон диаметров внутренней трубы составляет 0,050–0,140 м, а приращение, используемое для анализа, составляет 0,010 м, всего 10 шагов. Поскольку породы являются неоднородными материалами, влияние внутреннего диаметра трубы на скорость отвода тепла было исследовано в различных геологических условиях (сценарий № 2A – I).

Для анализа влияния скорости потока на скорость отвода тепла другие параметры в DBHE поддерживались на постоянном уровне, а скорость потока изменялась. Диапазон рассчитанного расхода составляет 11,6–81,6 л с ^–1 , с шагом приращения 5,0 л с ^–1 , используемым для анализа. Диапазон числа Рейнольдса внутренней трубы составляет от 172 010 до 1 210000, а диапазон числа Рейнольдса внешней трубы составляет от 50 755 до 357 040.