Помощь студентам в учебе
Сравнительный анализ программных комплексов для расчета систем отопления
|
АННОТАЦИЯ 2
ВВЕДЕНИЕ 6
I. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОГРАММНЫХ КОМПЛЕКСОВ 7
1 ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЯ.. 7
1.1 Краткое описание объекта проектирования 7
1.2 Расчетные параметры наружного воздуха 8
1.3 Расчетные параметры внутреннего воздуха 9
1.4 Теплотехнические характеристики наружных ограждающих
конструкций 9
2 ОПРЕДЕНИЕ ТЕПЛОВОЙ МОЩНОСТИ СИСТЕМЫ
ОТОПЛЕНИЯ 10
2.1 Определение тепловых потерь через наружные ограждающие конструкции 10
2.3 Определение тепловых потерь на нагревание воздуха, инфильтрующегося через наружные ограждающие конструкции.... 12
2.4 Определение тепловых потерь на нагревание воздуха, поступающего в помещение в результате несбалансированной
вентиляции 16
2.5 Определение бытовых тепловыделений в помещении 19
2.6 Определение тепловой мощности системы отопления 19
3 ОПИСАНИЕ ПРИНЯТОЙ СИСТЕМЫ ОТОПЛЕНИЯ 22
4 ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ОТОПИТЕЛЬНЫЙ ПРИБОРОВ 26
5 ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ СИСТЕМЫ ОТОПЛЕНИЯ 35
5.1 Гидравлический расчет по методу удельных потерь 38
5.2 Гидравлический расчет системы отопления в программном
комплексе «ПОТОК» 44
5.3 Гидравлический расчет в программе «Danfoss» 46
II. ВЛИЯНИЕ ПОНИЖЕННОГО ГРАФИКА ТЕПЛОВЫХ СЕТЕЙ НА СИСТЕМУ ОТПОЛЕНИЯ 47
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 54
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 59
ПРИЛОЖЕНИЯ 61
ВВЕДЕНИЕ 6
I. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОГРАММНЫХ КОМПЛЕКСОВ 7
1 ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЯ.. 7
1.1 Краткое описание объекта проектирования 7
1.2 Расчетные параметры наружного воздуха 8
1.3 Расчетные параметры внутреннего воздуха 9
1.4 Теплотехнические характеристики наружных ограждающих
конструкций 9
2 ОПРЕДЕНИЕ ТЕПЛОВОЙ МОЩНОСТИ СИСТЕМЫ
ОТОПЛЕНИЯ 10
2.1 Определение тепловых потерь через наружные ограждающие конструкции 10
2.3 Определение тепловых потерь на нагревание воздуха, инфильтрующегося через наружные ограждающие конструкции.... 12
2.4 Определение тепловых потерь на нагревание воздуха, поступающего в помещение в результате несбалансированной
вентиляции 16
2.5 Определение бытовых тепловыделений в помещении 19
2.6 Определение тепловой мощности системы отопления 19
3 ОПИСАНИЕ ПРИНЯТОЙ СИСТЕМЫ ОТОПЛЕНИЯ 22
4 ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ОТОПИТЕЛЬНЫЙ ПРИБОРОВ 26
5 ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ СИСТЕМЫ ОТОПЛЕНИЯ 35
5.1 Гидравлический расчет по методу удельных потерь 38
5.2 Гидравлический расчет системы отопления в программном
комплексе «ПОТОК» 44
5.3 Гидравлический расчет в программе «Danfoss» 46
II. ВЛИЯНИЕ ПОНИЖЕННОГО ГРАФИКА ТЕПЛОВЫХ СЕТЕЙ НА СИСТЕМУ ОТПОЛЕНИЯ 47
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 54
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 59
ПРИЛОЖЕНИЯ 61
В настоящее время компьютерные технологии присутствуют в нашей жизни повсеместно, представить современный мир без достижений в области информационных технологий невозможно. Так и современный инженер - проектировщик инженерных систем не может обойтись в своей работе без определенного программного обеспечения.
Программное обеспечение для расчета систем отопления зданий позволяет моделировать работу системы в различных состояниях и при меняющихся условиях, что делает возможным определение оптимальных параметров и исходных значений для безопасной и надежной работы системы в целом. А безопасность и надежность — это, безусловно, самые главные качества для всех инженерных систем зданий. Более того использование программных продуктов для расчета систем теплоснабжения и отопления зданий значительно сокращает время выполнения и увеличивает точность расчета по сравнению с расчетом, выполненным вручную. На сегодняшний день в области проектирования существует огромное множество программных продуктов для расчета инженерных систем зданий.
Также на сегодняшний день к числу важнейших государственных приоритетов России относятся вопросы энергосбережения и повышения энергетической эффективности, в частности в области теплоснабжения.
В условиях перехода к рыночной экономике с изменением систем собственности, управления и развития новых технологий у хозяйствующих субъектов возникли объективные мотивации к пересмотру температурного графика в сторону его понижения до величин, сравнимых с действующими многообразными температурными графиками в системах централизованного теплоснабжения и теплофикации на Западе.
Многолетний зарубежный и начальный российский опыт показывает, что переход к пониженному температурному графику связан с долгосрочной системной модернизацией сложившейся системы теплоснабжения и включает проведение мероприятий по переводу систем на независимую закрытую схему и комплексную автоматизацию систем генерации, транспорта, потребления тепловой энергии, что даёт положительный синергетический эффект только в совокупности.
Программное обеспечение для расчета систем отопления зданий позволяет моделировать работу системы в различных состояниях и при меняющихся условиях, что делает возможным определение оптимальных параметров и исходных значений для безопасной и надежной работы системы в целом. А безопасность и надежность — это, безусловно, самые главные качества для всех инженерных систем зданий. Более того использование программных продуктов для расчета систем теплоснабжения и отопления зданий значительно сокращает время выполнения и увеличивает точность расчета по сравнению с расчетом, выполненным вручную. На сегодняшний день в области проектирования существует огромное множество программных продуктов для расчета инженерных систем зданий.
Также на сегодняшний день к числу важнейших государственных приоритетов России относятся вопросы энергосбережения и повышения энергетической эффективности, в частности в области теплоснабжения.
В условиях перехода к рыночной экономике с изменением систем собственности, управления и развития новых технологий у хозяйствующих субъектов возникли объективные мотивации к пересмотру температурного графика в сторону его понижения до величин, сравнимых с действующими многообразными температурными графиками в системах централизованного теплоснабжения и теплофикации на Западе.
Многолетний зарубежный и начальный российский опыт показывает, что переход к пониженному температурному графику связан с долгосрочной системной модернизацией сложившейся системы теплоснабжения и включает проведение мероприятий по переводу систем на независимую закрытую схему и комплексную автоматизацию систем генерации, транспорта, потребления тепловой энергии, что даёт положительный синергетический эффект только в совокупности.
Целью данной выпускной квалификационной работы является исследование программных комплексов для проектирования внутренних инженерных систем и выбор наиболее целесообразного для подбора основных элементов систем отопления. В соответствии с проведенным анализом литературы российских авторов наиболее распространёнными и востребованными для конструирования и расчета систем отопления являются следующие программные комплексы: TeploOV (в частности модуль Potok) и Danfoss CO.
Выбор обоснован тем, что программы отличаются по способу расчета. Программный комплекс «Поток» является табличным (необходимые исходные данные для расчета и конфигурация сети заносится в таблицы, после чего выполняется расчет), а «Danfoss» является программой графического типа (необходимо построить расчетную схему, чётко следуя размерам, длинам и номенклатуре и учитывая местные сопротивления. Изменения вносятся коррекцией выделенного элемента, заполняя всплывающее окно). Также немаловажно, что программы наиболее просты в использовании с простым интерфейсом и находятся в открытом доступе, что позволит выполнить расчет для всех владельцев ПК без затруднений.
В каждую из указанных выше программ были внесены одинаковые исходные данные необходимые для выполнения расчетов, а именно: температура, расчетные тепловые потери для каждого помещения, конфигурация системы отопления, тип и диаметры трубопроводов, типы отопительных приборов.
Для сравнения выполненных расчетов были проанализированы следующие пункты:
1. Г идравлический расчет;
2. Подбор отопительных приборов.
Для альтернативы выполненных расчётов в программных комплексах был произведен гидравлический расчет по методу удельных потерь давления и тепловой расчет отопительных приборов по [6].
1. По результатам гидравлического расчета определены значения расхода теплоносителя, расчетная тепловая мощность и гидравлическое сопротивление основного циркуляционного кольца системы. Результаты сведены в таблицу 1.
- Сравнение результатов гидравлического расчета системы отопления.
Расчет Расчетная тепловая мощность, кВт Расход теплоносителя, кг/ч Г идравлическое сопротивление системы, Па
По методу уд. потерь давления 299,6 7651 21161
Программа «Поток» 334,9 8227 19296
Программа «Danfoss» 315,8 7744 24011
При расчете тепловых потерь «вручную» получено значение 299,6 кВт. Полученные значения по отдельным помещениям были внесены в программы в качестве исходных данных. После выполнения всех расчетов из программы Danfoss было получено значение тепловых потерь 315,8 кВт, а в программе Поток 334,9 кВт.
Так как по результатам расчетов были получены разные значения тепловой мощности, то и итоговые значения расходов теплоносителя в системе будут отличаться соответственно.
Также по результатам гидравлического расчёта наблюдается значительное отличие значений сопротивления системы отопления в программах «Поток» и «Danfoss». Расчетные потери в программе «Danfoss» более приближены к расчету по методу удельных потерь давления.
2. При конструировании системы в программах Danfoss и Поток задается тип и марка отопительных приборов. По результатам расчета с учетом требуемого теплового потока в каждом помещении автоматически подбирается длина отопительного прибора, что упрощает расчет системы. Итоги подбора приведены в табл. Б.1 и В.1.
В рассматриваемой выпускной квалификационной работе для помещений жилой части принят стальной панельный радиатор Purmo «Comfort 21s» высотой h = 500 мм. Ширина прибора подобрана программными комплексами автоматически по итогам расчета.Так, к примеру, для сравнения полученных результатов теплового расчета рассмотрим подбор отопительных приборов на стояке № 1 (угловая жилая комната). Результаты сведены в таблицу 3.
Таблица 3 - Сравнение результатов подбора отопительных приборов.
Помещение Тепловые потери, Вт Ширина прибора по справочнику, м Ширина прибора в программе «Поток», м Ширина прибора в программе «Danfoss», м
201 1204 700 800 700
301 1179 1200 1400 1200
401 1179 1100 1200 1100
501 1179 1000 1200 1000
601 1179 900 1200 900
701 1179 900 1000 800
801 1179 800 800 800
901 1380 900 1000 900
Из представленного анализа видно, что ширина отопительного прибора по итогам традиционного теплового расчета и с помощью программы «Danfoss» практически совпадают, а вот «Поток» увеличивает ширину радиаторов по ходу течения теплоносителя в стояке.
Поскольку тепловой расчет по справочнику был принят в качестве эталонного, можно сделать вывод, что наиболее целесообразным для подбора радиаторов является программный продукт «Danfoss». В программе «Поток» завышена расчетная площадь отопительного прибора, что в процессе эксплуатации будет приводить к избытку теплового потока в помещении и нежелательному регулярному перерасходу теплоты.
По итогам выполненного анализа выполнение расчетов в программе Danfoss позволяет визуально увидеть модель проектируемой системы отопления, параметры теплоносителя на любом участке сети, а также информацию о настройке и регулировке трубопроводной арматуры и всей системы отопления. С учетом вышеизложенного можно сделать вывод, что программный комплекс Danfoss является более целесообразным, современным и удобным продуктом для проектирования систем отопления.
Во второй части исследования был рассмотрен анализ влияния перехода на пониженный температурный график тепловой сети на элементы систем отопления.Для подтверждения полученных результатов исследование проводилось различными способами:
- графическим с использованием раннее построенной системы отопления в программном комплексе Danfoss;
- моделирования элементов системы в пакете SolidWorks.
По итогам выполненных расчетов получены выводы:
1. При анализе полученных результатов теплового расчета отопительных приборов в программе «Danfoss» при изменении температурного графика с 105/70оС на 85/50 ОС расчетная площадь отопительных приборов увеличилась на 38 %. Это объясняется тем, что при снижении температурного графика температурный напор отопительных приборов снижается. Для обеспечения требуемых параметров микроклимата в жилых помещениях и исключения недогревов программой автоматически увеличивается ширина прибора.
Таблица 4 - Сравнение результатов расчета.
Помещение Тепловые потери, Вт Ширина прибора при температурном графике 105/70 °C, мм Ширина прибора при температурном графике 85/50 С, мм Разница, %
201 1204 700 900 22%
301 1179 1200 2300 48%
401 1179 1100 2000 45%
501 1179 1000 1800 44%
601 1179 900 1400 36%
701 1179 800 1400 43%
801 1179 800 1100 36%
901 1380 900 1200 33%
AL = 38%
2. С помощью пакета SolidWorks FlowSimulation была построена 3D модель секции алюминиевого радиатора и выполнен расчет величины теплового потока на внешней поверхности стенки прибора с учетом изменения температуры теплоносителя 105/70^С и 85/50^С. В результате выполненного расчета были получены значения Q = 165 Вт и Q = 118 Вт соответственно, что также показывает необходимость увеличения площади
отопительных приборов более чем на 30 % для покрытия требуемых тепловых потерь помещения.
Таким образом, можно сделать вывод, что перевод абонентских систем на график 85°С/50°С возможен при условии, что в существующих системах будет выполнено переоборудование приборных узлов с увеличением площади отопительных приборов на 30-40 %, а также реконструкция тепловых пунктов с переходом на независимую схему подключения к тепловым сетям. Прежде всего перед реализацией масштабного проекта по переходу на пониженный график необходимо выполнить технико-экономическое обоснование с учетом капитальных и эксплуатационных затрат как на абонентских системах, так и на внешних тепловых сетях и источниках тепловой энергии.
Выбор обоснован тем, что программы отличаются по способу расчета. Программный комплекс «Поток» является табличным (необходимые исходные данные для расчета и конфигурация сети заносится в таблицы, после чего выполняется расчет), а «Danfoss» является программой графического типа (необходимо построить расчетную схему, чётко следуя размерам, длинам и номенклатуре и учитывая местные сопротивления. Изменения вносятся коррекцией выделенного элемента, заполняя всплывающее окно). Также немаловажно, что программы наиболее просты в использовании с простым интерфейсом и находятся в открытом доступе, что позволит выполнить расчет для всех владельцев ПК без затруднений.
В каждую из указанных выше программ были внесены одинаковые исходные данные необходимые для выполнения расчетов, а именно: температура, расчетные тепловые потери для каждого помещения, конфигурация системы отопления, тип и диаметры трубопроводов, типы отопительных приборов.
Для сравнения выполненных расчетов были проанализированы следующие пункты:
1. Г идравлический расчет;
2. Подбор отопительных приборов.
Для альтернативы выполненных расчётов в программных комплексах был произведен гидравлический расчет по методу удельных потерь давления и тепловой расчет отопительных приборов по [6].
1. По результатам гидравлического расчета определены значения расхода теплоносителя, расчетная тепловая мощность и гидравлическое сопротивление основного циркуляционного кольца системы. Результаты сведены в таблицу 1.
- Сравнение результатов гидравлического расчета системы отопления.
Расчет Расчетная тепловая мощность, кВт Расход теплоносителя, кг/ч Г идравлическое сопротивление системы, Па
По методу уд. потерь давления 299,6 7651 21161
Программа «Поток» 334,9 8227 19296
Программа «Danfoss» 315,8 7744 24011
При расчете тепловых потерь «вручную» получено значение 299,6 кВт. Полученные значения по отдельным помещениям были внесены в программы в качестве исходных данных. После выполнения всех расчетов из программы Danfoss было получено значение тепловых потерь 315,8 кВт, а в программе Поток 334,9 кВт.
Так как по результатам расчетов были получены разные значения тепловой мощности, то и итоговые значения расходов теплоносителя в системе будут отличаться соответственно.
Также по результатам гидравлического расчёта наблюдается значительное отличие значений сопротивления системы отопления в программах «Поток» и «Danfoss». Расчетные потери в программе «Danfoss» более приближены к расчету по методу удельных потерь давления.
2. При конструировании системы в программах Danfoss и Поток задается тип и марка отопительных приборов. По результатам расчета с учетом требуемого теплового потока в каждом помещении автоматически подбирается длина отопительного прибора, что упрощает расчет системы. Итоги подбора приведены в табл. Б.1 и В.1.
В рассматриваемой выпускной квалификационной работе для помещений жилой части принят стальной панельный радиатор Purmo «Comfort 21s» высотой h = 500 мм. Ширина прибора подобрана программными комплексами автоматически по итогам расчета.Так, к примеру, для сравнения полученных результатов теплового расчета рассмотрим подбор отопительных приборов на стояке № 1 (угловая жилая комната). Результаты сведены в таблицу 3.
Таблица 3 - Сравнение результатов подбора отопительных приборов.
Помещение Тепловые потери, Вт Ширина прибора по справочнику, м Ширина прибора в программе «Поток», м Ширина прибора в программе «Danfoss», м
201 1204 700 800 700
301 1179 1200 1400 1200
401 1179 1100 1200 1100
501 1179 1000 1200 1000
601 1179 900 1200 900
701 1179 900 1000 800
801 1179 800 800 800
901 1380 900 1000 900
Из представленного анализа видно, что ширина отопительного прибора по итогам традиционного теплового расчета и с помощью программы «Danfoss» практически совпадают, а вот «Поток» увеличивает ширину радиаторов по ходу течения теплоносителя в стояке.
Поскольку тепловой расчет по справочнику был принят в качестве эталонного, можно сделать вывод, что наиболее целесообразным для подбора радиаторов является программный продукт «Danfoss». В программе «Поток» завышена расчетная площадь отопительного прибора, что в процессе эксплуатации будет приводить к избытку теплового потока в помещении и нежелательному регулярному перерасходу теплоты.
По итогам выполненного анализа выполнение расчетов в программе Danfoss позволяет визуально увидеть модель проектируемой системы отопления, параметры теплоносителя на любом участке сети, а также информацию о настройке и регулировке трубопроводной арматуры и всей системы отопления. С учетом вышеизложенного можно сделать вывод, что программный комплекс Danfoss является более целесообразным, современным и удобным продуктом для проектирования систем отопления.
Во второй части исследования был рассмотрен анализ влияния перехода на пониженный температурный график тепловой сети на элементы систем отопления.Для подтверждения полученных результатов исследование проводилось различными способами:
- графическим с использованием раннее построенной системы отопления в программном комплексе Danfoss;
- моделирования элементов системы в пакете SolidWorks.
По итогам выполненных расчетов получены выводы:
1. При анализе полученных результатов теплового расчета отопительных приборов в программе «Danfoss» при изменении температурного графика с 105/70оС на 85/50 ОС расчетная площадь отопительных приборов увеличилась на 38 %. Это объясняется тем, что при снижении температурного графика температурный напор отопительных приборов снижается. Для обеспечения требуемых параметров микроклимата в жилых помещениях и исключения недогревов программой автоматически увеличивается ширина прибора.
Таблица 4 - Сравнение результатов расчета.
Помещение Тепловые потери, Вт Ширина прибора при температурном графике 105/70 °C, мм Ширина прибора при температурном графике 85/50 С, мм Разница, %
201 1204 700 900 22%
301 1179 1200 2300 48%
401 1179 1100 2000 45%
501 1179 1000 1800 44%
601 1179 900 1400 36%
701 1179 800 1400 43%
801 1179 800 1100 36%
901 1380 900 1200 33%
AL = 38%
2. С помощью пакета SolidWorks FlowSimulation была построена 3D модель секции алюминиевого радиатора и выполнен расчет величины теплового потока на внешней поверхности стенки прибора с учетом изменения температуры теплоносителя 105/70^С и 85/50^С. В результате выполненного расчета были получены значения Q = 165 Вт и Q = 118 Вт соответственно, что также показывает необходимость увеличения площади
отопительных приборов более чем на 30 % для покрытия требуемых тепловых потерь помещения.
Таким образом, можно сделать вывод, что перевод абонентских систем на график 85°С/50°С возможен при условии, что в существующих системах будет выполнено переоборудование приборных узлов с увеличением площади отопительных приборов на 30-40 %, а также реконструкция тепловых пунктов с переходом на независимую схему подключения к тепловым сетям. Прежде всего перед реализацией масштабного проекта по переходу на пониженный график необходимо выполнить технико-экономическое обоснование с учетом капитальных и эксплуатационных затрат как на абонентских системах, так и на внешних тепловых сетях и источниках тепловой энергии.
