Система отопления лучевая или двухтрубная: Двухтрубная или лучевая схема отопления. Какая лучше?

Разное

Содержание

Двухтрубная или коллекторно-лучевая система отопления: какая лучше ?

При выборе способа организации системы отопления учитывается множество факторов: от технических возможностей по монтажу той или иной системы до общей стоимости монтажных работ и материалов, необходимых для прокладки внутридомовых коммуникаций. В последнее время немалое внимание уделяется комфорту и экономии: от отопительной системы требуется гибкая регулировка мощности отопления для каждого помещения и возможность отключать целые комнаты без выключения обогрева в других частях дома.

Практика показывает, что наиболее полно перечисленным требованиям соответствуют:

  • двухтрубная система. Все радиаторы в помещении последовательно «обходятся» двумя коллекторами, один из которых питает батареи горячей водой, а второй – собирает остывший теплоноситель и возвращает его к котлу для повторного подогрева;

 

  • коллекторно-лучевая система. Нагретый теплоноситель подается к коллекторной гребенке с несколькими фланцами, от которых отходят трубопроводы к разным контурам или отдельным отопительным приборам. Рабочая жидкость, поступающая из обратных магистралей, с помощью аналогичной гребенки собирается в один поток и подается в котел для подогрева.

Какую систему выбрать – двухтрубную или коллекторно-лучевую?

Двухтрубная система отопления – это экономичное и практичное решение для небольшого частного дома. Благодаря низкому гидродинамическому сопротивлению в магистралях, при правильной организации уклона труб можно организовать систему отопления, для которой не потребуется насос для принудительной циркуляции воды. Двухтрубная система – хорошая с точки зрения теплоотдачи и использования тепловой энергии. Но вследствие большой длины трубопроводов может наблюдаться разница в температурах между помещениями, которые находятся в непосредственной близости к котлу, и комнатами, удаленными от центральной магистрали. Для монтажа коллекторно-лучевой системы требуются бо́льшие финансовые и временные затраты, но они полностью окупаются в процессе эксплуатации, потому что:

  • задача лучевой системы – обеспечение оптимального температурного режима во всех помещениях. Она позволяет учесть особенности поэтажной планировки;
  • благодаря коллекторно-лучевой системе можно организовать индивидуальную подачу горячей воды к каждому контуру или каждому отдельному отопительному прибору.

Наш совет

Если требуется максимально простая и надежная система без излишеств, то лучше выбрать двухтрубный вариант. Но если есть возможность с прицелом на будущее вложить средства в оборудование инженерных коммуникаций, обеспечивающих максимальный комфорт, то ваш выбор – это коллекторно-лучевая система.

Но окончательное решение следует принимать после консультации с опытным специалистом и проведения гидравлического расчета, включающего данные по характеристикам отопительного оборудования, разводке магистралей и ветвей, диаметру труб, количеству обогревательных элементов и др.

 

У нас вы можете получить бесплатную консультацию по проектированию, подбору оборудования и монтажу как двухтрубной, так и коллекторно-лучевой системы отопления.

Смотрите также:

Одноконтурный или двухконтурный котел ?
Сравнение напольного и настенного котла
Радиаторное отопление и «теплый пол»

Двухтрубная система отопления или лучевая? Что лучше?

На сегодняшний день существует множество различных схем радиаторного отопления: однотрубная, двухтрубная, Ленинградка, лучевая, паук и другие. Но самыми продвинутыми считаются именно двухтрубная и лучевая. О них и пойдет речь в нашем материале. Так же мы сравним эти системы между собой и поймем, на какой остановить свой выбор.

Особенности двухтрубной системы отопления

Основная проблема однотрубной схемы – это одна магистраль, выполняющая роль подачи и обратки. Из-за этого последние приборы на магистрали испытывают постоянное тепловое голодание. Двухтрубная схема призвана решить это проблему.

В отличии от однотрубной, двухтрубная система имеет отдельно магистраль подачи и обратки. Благодаря этому каждый прибор отопления имеет схожую температуру теплоносителя. Потери само собой наблюдаются, но выражены не так явно.

Особенности лучевой системы отопления

Лучевая система вошла плотно в нашу жизнь относительно недавно. По своей сути это та же самая двухтрубная система. Разница в том, как проходят магистрали. В лучевой схеме разводки отопления используется распределительный коллектор, от которого к каждому прибору идет своя отдельная магистраль подачи и обратки. Выглядит это примерно вот так:

Какая схема отопления в итоге лучше?

Чтобы понять, какая схема отопления будет лучше, давайте выделим сильные и слабые стороны каждой.

Преимущества двухтрубной системы:

  • Практически одинаковая температура на каждом приборе отопления
  • Можно регулировать температуру на каждом радиаторе при помощи термоголовок
  • Есть возможность балансировки системы
  • Можно ставить на любые площади
  • Дешевле в монтаже, чем лучевая

Недостатки двухтрубной системы:

  • Используется большее количество труб, по сравнению с однотрубной системой
  • Множество стыков, многие из которых спрятаны в стяжке

Преимущества лучевой схемы отопления

  • Отдача каждому прибору одинакового количества тепла
  • Регулировать температуру можно как на коллекторе, так и на радиаторе
  • Лучшая балансируемость системы
  • Нет стыков в стяжке. Одно соединение на коллекторе, другое на радиаторе
  • Можно отключать прибор по отдельности на коллекторе

Минусы лучевой системы

  • Дороже двухтрубной за счет использования распределительного коллектора и дополнительного количества труб
  • Можно так же ставить на любые площади, но коллектора хватит максимум на 10-12 подключений. Поэтому придется ставить еще один или более.

Как вы уже заметили, лучевая система выглядит немного выигрышнее двухтрубной. И это действительно так. Но важно понимать, что обе системы одинаково хорошие и справятся со своей задачей в полной мере. Так что если по какой-то причине вы не выберите лучевую систему, то ваш выбор все равно будет правильным!

особенности работы, схема установки, возможности модернизации.

Костер — первый прямой потомок лучевого обогрева, а русская печь, яркий тому пример. Большая, занимающая значительное пространство, она была способна обогреть дом своим инфракрасным излучением, а по-простому — живым теплом. Если в помещении тепло, то излучения тепла, как такового не происходит, человек чувствует себя комфортно. А если в нем холодные стены, потолок и другие предметы интерьера, в большей степени, именно на них и транслируются инфракрасные лучи, излучаемые человеком. Наверняка, любой может вспомнить озноб, пробегающий по телу, казалось бы, в теплом помещении. Это и есть лучевой теплообмен, на принципе которого построена система лучевого отопления дома.

Инфракрасной излучение — это первый, и единственный принцип отдачи тепла, которым обладает любой и каждый предмет или объект, имеющий температуру, не опускающуюся ниже отметки абсолютного нуля по Кельвину. И оно, тем интенсивнее, чем выше температурный диапазон объекта. Человек тоже служит источником излучения инфракрасных лучей, которые, трудно поверить, но в большинстве своем уходят на обогрев помещения, в котором он в данный момент находится.

Современные системы отопления

Со времен русской печи прошло достаточно большое количество времени, и хотя она является идеальным вариантом лучевого отопления дома, но в настоящее время, ее установка в городской квартире — нонсенс. Но и технологии развиваются с каждым днем, поэтому все системы отопления, в том числе и лучевые, установленные как в частных домах, так и в квартирах, в большинстве своем самые современные, и адаптированы под запросы каждого человека.

Системы отопления, в первую очередь, разделяют по тому, как подводятся трубы от коллектора к радиаторам. Это несколько типов систем, таких, как;

  • Однотрубная;
  • Двухтрубная;
  • Лучевая;

Принцип лучевого обогрева в том, что разводка от коллектора, основного распределителя теплоносителя, подразумевается для каждого радиатора в отдельности. Это самый существенный плюс в данной системе — радиаторы можно включать и отключать, как по отдельности, так и группой.

Кроме того, вентиль подачи тепла можно регулировать. К примеру, если кухня не требует такого количества теплового излучения, за счет работы бытовых приборов, служащих дополнительным источником тепла, то вентиль можно прикрутить. Сделать это можно так, чтобы тепло в кухню поступало, но не в таком количестве, как в остальные помещения. То же самое можно сделать и с теми комнатами, которые не используются по назначению, но тепло в них сохраняться должно. За счет регулирования подачи тепла, возрастает и экономия топлива, а за счет этого, радуют и показания теплосчетчика.

Лучевая разводка: особенности и элементы

Наиболее оптимально система отопления при помощи лучевого излучения подходит, именно для многоквартирных домов, или же частных домов, имеющих не один этаж и множество комнат. Это существенно повышает эффективность работы всего оборудования в целом, гарантирует качественную тепловую подачу и значительно снижает количество тепло — и энергопоказателей.

Принцип работы лучевой системы отопления довольно-таки прост, но имеет некоторые особенности. К примеру, если в здании несколько этажей, то установка коллектора подразумевается на каждом этаже. Причем во многих случаях, устанавливается не один, а несколько коллекторов, а уже от них идет разводка труб, и организация прямой и обратной подачи теплоносителя. Также стоит отметить и тот факт, что лучевое отопление дома эффективно работает только в случае хорошего утепления дома, за счет чего происходит наименьшая потеря тепла. Если дом утеплен как изнутри, так и снаружи — проблем с отоплением на принципе инфракрасного излучения не будет. Если же наоборот — все тепло будет уходить на обогрев стен, оконных панелей, полов и так далее.

Но сама по себе, лучевая система отопления — это сложная конструкция, сочетающая в себе основные и дополнительные элементы, необходимые для качественной работы. Сюда можно включить;

  • Котел, являющийся, чуть ли не основным элементом. Именно от него подается тепло в трубы, а по трубам к радиаторам.
  • Циркулярный насос, который создает определенное давление в трубах, при помощи которого циркулирует теплоноситель, и поддерживается оптимально комфортная температура в помещениях. Он же гарантирует и эффективную работу всей системы отопления;
  • Коллектор (или по-другому — гребенка), еще один наиважнейший элемент в лучевой системе отопления. Является, как бы центровым, и именно от него идет равномерная подача и распределение тепла во все помещения дома;
  • Шкаф, где все элементы разводки отопления должны быть скрыты. Коллекторный шкаф прячет в себе сам распределительный оллектор, трубы и запорную арматуру. Является довольно-таки простой конструкцией, но весьма функциональной и практичной. Могут располагаться, как снаружи, так, и встроены в стену;

Преимущества и недостатки лучевого отопления

Если сравнивать лучевую систему отопления с наиболее простыми и известными на сегодня одно- и двухтрубными системами, то преимуществ у лучевого отопления в разы больше, чем у старого поколения систем обогрева.

Преимущества лучевой системы отопления:

  • Скрытость— все трубы и составляющие элементы системы скрыты от посторонних глаз и не портят интерьер помещения;
  • Нет соединения между отопительным прибором и гребенкой, то есть слабых мест, как таковых, нет вовсе;
  • Допускается возможность монтажа системы своими руками, за счет чего экономятся денежные средства, а качества выполненных работ не вызывает сомнения;
  • Стабильная работа системы исключает гидравлические удары, а вследствие чего, выход из строя;
  • Даже при ремонте какого-либо участка отопления, не придется отключать всю систему, ремонт не сложен, и не требует разрушения конструкции бетонной стяжки, или же каких-либо сложных монтажных работ;
  • Доступность и приемлемая цена оборудования и установки;

Из недостатков можно отметить, наверно, только один — все системы лучевого отопления имеют свою индивидуальную конструкцию, особенно это касается установки систем обогрева в частных домах. Из этого следует, что стоимость конструкции в целом может существенно варьироваться в ту или иную сторону.

Плюс ко всему, не все могут самостоятельно установить и наладить систему, значит, придется оплачивать и работу мастеров по установке. Также нецелесообразно устанавливать подобную систему в одноэтажном частном доме, общее количество комнат которого не превышает трех-четырех помещений, включая и подсобные. Вот, в принципе, и все минусы.

Модернизация системы с целью экономии

Любую систему лучевого отопления можно, в дополнение ко всему, модернизировать. Ничего сложного в данной процедуре нет — потребуется только установка дополнительных клапанов с термостатической головкой на каждый радиатор, подключенный к системе. На термостатической головке выставляется та температура, которая на данный момент оптимальна и комфортна больше всего, и которая не будет подниматься выше этого предела.

Подобная система лучевого отопления эффективно работает в тех зданиях, где помещения четко разграничены по назначению. К примеру, для хранения товара, находящегося на складе требуется один температурный диапазон. А для людей, работающих в офисном помещении, которое находится на территории склада — другая. Единственный минус подобной усовершенствованной системы — ее дороговизна.

Рассматривая лучевые системы отопления для дома, выясняется, что плюсов в них значительно больше, чем минусов. Причем минусы никак не относятся к производительности и эффективности системы, а в основном упираются только в денежный вопрос. А если прибавить сюда 50-летний срок службы одной такой системы, практически, отсутствие затрат на обслуживание, хороший потенциал в плане дизайна вкупе с гарантией оптимального комфорта, то в настоящее время лучевой системе обогрева, просто нет равных.

И в конце смело можно добавить, что лучевая система отопления — это новое поколение хорошо забытого старого, живого тепла русской печи.

Оцените статью: Поделитесь с друзьями!

Двухтрубная система отопления частного дома: экономить материалы или топливо

В целом двухтрубная система отопления частного дома предпочтительнее, чем однотрубная. Однако на этом выбор вариантов разводки системы отопления не заканчивается: нужно ещё просчитывать материалоёмкость и энергоэффективность нижней, верхней и лучевой схемы. Каждая из них подходит для разных типов зданий и у всех есть свои преимущества и недостатки, которые нужно тщательно взвешивать.

На этапе проектирования дома и составления сметы на строительство объектов решается масса вопросов. Теплоизоляция, водоснабжение, отопление – всё это тщательно просчитывается каждым хозяином. Ошибка на стадии выбора материалов и схем обойдётся дорого при эксплуатации. Некачественная теплоизоляция помещений или ошибки при проектировании системы отопления приведут к теплопотерям, замерзанию водопроводных труб, выходу из строя котла.

Двухтрубная система отопления частного дома – универсальный вариант и для одноэтажного коттеджа, и городской девятиэтажки. Схема работает за счёт цикличного движения теплоносителя по контуру. Подающая и обратная магистрали параллельно идут к каждому радиатору.

От вида системы и схемы разводки отопления в частном доме зависят затраты на монтаж, количество топлива, которое будет расходоваться в отопительный период.

В частных домах можно использовать двухтрубную систему отопления с нижней, верхней или лучевой разводкой. Каждая из них используется как при естественной, так и принудительной циркуляции. В целом гравитационные двухтрубные системы отопления до сих пор применяется в небольших частных домах или на дачах, часто после отказа от печей. Они менее эффективны, но для многих приемлемы из-за своей низкой стоимости.

Тупиковая (А), попутная (Б) и коллекторная (В) разводка отопления с естественной циркуляцией теплоносителя.

Двухтрубная система отопления с верхней разводкой: готовьтесь прятать трубы

При проектировании небольших коттеджей в один этаж целесообразна схема, при которой теплоноситель подаётся сверху к радиаторам. От котла горячая жидкость поднимается вверх по подающему стояку и затем опускается по трубам к батареям. А «обратка» – проводится внизу через все радиаторы.

Верхняя разводка двухтрубной системы с принудительной (расширитель закрытого типа устанавливается в любой точке) или естественной (расширитель открытого типа устанавливается сверху) циркуляцией.

Самый большой недостаток верхней разводки – непрезентабельный вид подающей магистрали располагающейся под потолком и затраты на её «маскировку». Прячут трубу несколькими способами:

  • под навесными потолками или отделкой потолка;
  • в потолочных нишах, коробах из гипсокартона;
  • на чердаке. При этом варианте существенно возрастают затраты на утепление труб;
  • вертикальные участки обычно прячут в искусственных выступах, имитирующих колонны.

Если циркуляция жидкости происходит за счёт гравитации, утеплять трубы на чердаке придётся в любом случае: в самой высокой точке системы должен находиться расширительный бачок. Он нужен для компенсации увеличения объёма горячего теплоносителя.

С недостатками такой разводки придётся считаться и при выполнении расчётов и при монтаже:

  • ограничение минимального диаметра труб, связанное с высоким показателем сопротивления естественной циркуляции;
  • большинство современных радиаторов не подходят из-за маленького сечения;
  • уклоны труб должны строго выдерживаться, иначе отопление не будет правильно работать.

Двухтрубная система отопления с нижней разводкой: гибкость против нестабильного давления

Данный вариант монтажа двухтрубной системы отопления с принудительной циркуляцией отлично подходит для частных двухэтажных и более высоких домов. Каждая батарея сразу подключается к контурам «обратки» и подачи. Имеет много преимуществ:

  • снижение теплопотерь за счёт расположения труб в отапливаемых помещениях;
  • возможность запуска сразу после монтажа. Это позволяет проводить оставшиеся строительные и отделочные работы в отапливаемом помещении;
  • возможность поэтажного отключения. При необходимости можно отключить любой этаж и проводить там ремонт, сохраняя при этом комфортную температуру в помещениях. Это гарантирует устойчивую работу системы без рисков замерзания в холодное время;
  • индивидуальные температурные режимы во всех помещениях. Для каждой комнаты устанавливаются свои параметры, за счёт чего достигается высокая эффективность, при минимальном расходе топлива;
  • компактность. При нижней разводке двухтрубной системы отопления в частном доме все трубы подводятся с одной стороны, и их достаточно легко спрятать.

Двухтрубная система отопления частного дома при нижней разводке выглядит более эстетично, чем верхняя. Она даёт больше простора для регулировки температур, ремонт и техническое обслуживание можно проводить поэтажно, не оставляя весь дом без отопления.

Но такая система не лишена и недостатков:

  • большой расход труб, фитингов и других комплектующих, особенно по сравнению с однотрубной разводкой;
  • обязательное наличие воздухоотводчиков. Воздух в трубах и батареях может привести к полной блокировке движения теплоносителя – при любой температуре в котле трубы будут холодными;
  • снижение рабочего давления в подающей трубе.

1 – воздухоотводчик, препятствующий образованию воздушных пробок; 2 – термоголовка, предназначенная для механической регулировки температуры; 3 – запорная арматура; 4 – температурный датчик отопления.

Двухтрубная система отопления частного дома с нижней разводкой в комбинации с естественным движением теплоносителя практически не встречается.

Схема двухтрубной отопительной системы с нижней разводкой. Здесь изображены по два возможных варианта циркуляционных колец и подключения батарей.

Причина в том, что в этом случае практически теряется смысл её применения, трубы всё равно проходят от потолка до пола в каждом помещении. К недостаткам такой системы добавляется обязательное наличие расширительного бачка открытого типа, который придётся устанавливать на чердаке и, следовательно, утеплять это помещение.

Двухтрубная система отопления с лучевой разводкой: существенная экономия топлива в течение первых пяти лет

Старая схема лучевой разводки, которую в советское время повсеместно применяли при строительстве многоэтажных домов, предполагала отведение труб от общего стояка к каждому радиатору. Но, если кто-то из жильцов одного этажа решил изменить температуру в помещении, это хорошо чувствовалось практически во всём доме. Строго говоря, и её можно было бы отбалансировать, но сделать это крайне сложно. Сейчас схему пересмотрели, вместо общего стояка в ней появился коллектор (отсюда второе название разводки «коллекторная»), а вместе с ним и масса преимуществ.

Двухтрубная система отопления частного дома с современной лучевой разводкой, по мнению всех специалистов, является самой энергоэффективной. Каждая батарея получает питание непосредственно от котла, благодаря наличию распределительного коллектора. Он обычно находится в котельной, а при отсутствии последней – в специальном шкафу.

Обязательное наличие циркуляционного насоса позволяет уменьшить дельту температур жидкости на входе и выходе котла повысив эффективность нагрева.

Коллекторная или лучевая разводка – экономичный в эксплуатации вариант двухтрубной системы. Благодаря распределительному коллектору, можно отключать и настраивать каждый отдельно взятый радиатор.

Недостатки лучевой (коллекторной) разводки на слуху у каждого:

  • громоздкость коллектора. Его нужно размещать либо в отдельном помещении, либо придётся убирать в шкаф, который тоже не просто замаскировать в комнате;
  • практически обязательное наличие насоса в системе;
  • необходимо большее количество труб, чем при любой другой разводке.

А вот плюсы коллекторной двухтрубной разводки назвать могут немногие:

  • индивидуальный температурный режим для каждой комнаты в ручном или автоматическом режимах;
  • независимое питание и возможность отключения подачи и «обратки» отдельно для каждого радиатора. Ремонт или техническое обслуживание проходят без отключения отопления во всём доме;
  • при прокладке в полу используются только цельные отрезки труб безо всяких соединений. Вероятность разрыва или повреждения участка, проходящего под напольным покрытием, очень мала;
  • сравнительно небольшое количество фитингов и других соединительных элементов;
  • удобство и простота выполнения расчётов: трубы для подающих и обратных магистралей каждого радиатора имеют один диаметр.

Лучевая двухтрубная система отопления позволяет прокладывать трубы в полу. Это возможно за счёт того, что коллектор с радиатором соединяются одним целым отрезком трубопровода, а все фитинги крепятся уже после вывода его на поверхность.

На этапе проектирования смета двухтрубной лучевой системы отопления частного дома с принудительно циркуляцией выглядит пугающей в сравнении с любой другой. Но, если произвести расчёт расхода топлива с учётом индивидуальных настроек температуры в помещениях и времени суток (хотя бы на первые три-пять лет), то ситуация изменяется на прямо противоположную. При этом в период эксплуатации дополнительная экономия достигается за счёт подстройки под погодные условия.

Лучевая система отопления

Рынок теплотехники предлагает бесконечное количество моделей котлов и периферийного оборудования для отопления частного дома. Но покупка, даже самого современного и высокотехнологичного оснащения – это еще не все, нужно выбрать правильную конфигурацию отопительной системы. Об одной из популярных методик соединения труб – лучевой или веерной, мы и поговорим в этой статье.

 

 

 

 

Нюансы веерной разводки

Существует два варианта соединения радиаторов отопления с котлом:

 

Первый способ – классический, бюджетный. Главный его недостаток – необходимость в полном отключении системы при работах на любом локальном участке. Этого можно избежать, если оборудовать вход и выход у каждого прибора системы кранами, запорной арматурой, но такая модернизация значительно увеличит стоимость проекта.

 

Еще одна особенность стандартной одно/двухтрубной системы отопления – открытый монтаж. Так как число труб в этом случае невелико, дизайнеры предпочитают не «заморачиваться» с их маскировкой и оставляют открыто лежать по стенам.

При веерной/лучевой разводке оставлять на поверхности масштабную сетку из труб – идея так себе, поэтому их прячут в пол и стены, оставляя на виду только отопительные радиаторы.

Стоит такая система примерно столько же, как и классическая. Так как при лучевой системе не используются дорогостоящие фитинги для сшитого полиэтилена, а монтируется только цельная труба маленького сечения ф16. Лучевая разводка исключает стыки на трубе, что ведет к исключению возможных протечек, на протяжении всего периода эксплуатации объекта. Также эффективность и удобность данной системы в том, что есть возможность отключить определенный прибор отопления в любой момент времени, например если при ремонте в комнате случайно просверлили трубу шурупом, при этом остальные радиаторы отопления будут функционировать и не придется отключать всю систему отопления дома. При тройниковой системе вам бы пришлось отключать всю системы или оснащать системы большим количеством байпасов и запорной арматурой, что существенно повысит стоимость организации отопления. 

 

Исходя из вышесказанного, бесспорным плюсом лучевой системы является минимальное количество соединений, что позитивно влияет на гидравлическую стабильность всей системы отопления.

Благодаря особенностям подключения теплоноситель имеет одинаковую температуру в любой точке системы, равномерно прогревая помещение и не оставляя «мертвых зон».

Достоинства веерной системы

Основными достоинствами веерной системы являются:

  • возможность точно регулировать температуру в районе каждой комнаты, батареи, отключая лишние или, наоборот, подключая недостающие элементы отопления;
  • особенности лучевой укладки труб позволяют производить ремонт и обслуживания системы без общего отключения, по секторам и участкам;
  • скрытый монтаж.
  • возможность дооснащать систему отопления зональной автоматикой(регулировка температуры через комнатные термостаты)

Важно! С учетом сказанного стоит доверять монтаж профессионалам. Неправильная или некачественная сборка может свести к минимуму достоинства веерной системы из-за частых и дорогих ремонтов.

Как делают лучевую разводку

Главным узлом при создании веерной системы является коллектор. Если отопление монтируется в доме с более чем одним этажом, нужно учитывать, что коллектор ставится отдельно на каждый этаж. Для удобства обслуживания и ремонта каждый узел располагают в специальном шкафу, обеспечивая свободный доступ.

 

Важно! Чем меньше в системе соединений, тем выше общий уровень ее гидравлической стабильности.

 

Главный узел любой отопительной системы – котел. Для максимальной эффективности системы нужно грамотно подобрать модель котла. 

 

 

Важно! При проектировании необходимо учитывать протяженность трубопроводов, и, соответственно, величину тепловых потерь. Снизить их до минимума поможет качественная изоляция.

Выбираем циркуляционный насос

Веерная разводка – это, чаще всего, горизонтальная система с принудительной циркуляцией. В ней не обойтись без насоса, который заставит теплоноситель двигаться по контуру. Постоянное движение нагретой жидкости делает температуру одинаковой в любой точке системы.

Выбор параметров производительности насоса должен осуществляться еще на стадии проектирования, с учетом диаметра, общей длины труб и места его будущего расположения.

Установка насоса

Для получения максимума от системы отопления при монтаже следует учитывать следующие особенности:

  • вал насосов, у которых «мокрый» ротор, устанавливается строго горизонтально;
  • традиционным местом установки насоса является «обратка» системы, из-за относительно невысокой температуры, однако, современные насосы могут работать при любых параметрах теплоносителя, поэтому монтируются свободно, в любое удобное место;
  • между расширительным баком и насосом принудительной циркуляции необходимо выдерживать минимальное расстояние;
  • если насос укомплектован терморегулятором, он должен быть изолирован от деталей с высокой температурой;
  • обязательно наличие в системе отопления кранов Маевского, воздухоотводчиков или простых шаровых кранов для развоздушивания;
  • во избежание поломки категорически не рекомендуется запускать насос при незаполненной системе.

Важно! Мощность циркуляционного насоса, подобранная в соответствии с параметрами отопления поможет значительно снизить уровень шума и вибрации.

Особенности коллектора

Коллектор или гребенка – устройство, распределяющее и поддерживающее оптимальные параметры теплоносителя в рабочих зонах: теплый пол, радиаторы и т. д. Может одновременно контролировать до 12 веток.

Каждый коллектор оснащен автономным набором развоздушивающей, запорной и регулирующей арматуры, при помощи которого можно до деталей настроить характеристики теплоносителя во всех контурах системы.

Готовимся к установке

Прежде чем приступать к установке нужно подготовить все части системы и основательно продумать расположение основных узлов.

  • Рассчитайте места установки радиаторов отопления.
  • Подберите радиаторы в соответствии с параметрами помещения, котла и системы.
  • Подготовьте визуальный план прокладки труб и размещения котла, насоса, коллекторов.
  • Составьте точную монтажную смету и проведите закупку в соответствии с ней.

Если чувствуете, что у вас не хватает опыта или знаний, лучше обратиться к специалисту за советом до начала работ. Вы можете проконсультироваться по всем вопросам установки с специалистами нашей компании.

Алгоритм монтажа веерного отопления

Начинают работу с расстановки батарей по комнатам, предварительно просчитав тепловые потери дома. Обязательное условие: они должны быть выставлены на одном уровне. Закрепленные радиаторы оснащаются пробками, термостатическими головками, переходниками и кранами.

 

Монтируется шкаф под коллекторы. Не Советуем покупать недорогие распределители, так как потом придется устранять течь или ремонтировать, оснащенные переходниками на ¾. К гребенке подсоединяются «американки». К котлу коллектор подключают через тройники, проведя трубы через пол или стены. Если трубы будут скрытого монтажа, залиты стяжкой, нужно использовать трубы из сшитого полиэтилена.

Теплый пол и веерное отопление

Планируя параллельное устройство теплого водяного пола и веерной разводки не забывайте, что первый – это низкотемпературная зона, вторая, напротив, система, рассчитанная на сильный нагрев. 

Если не правильно просчитать мощность радиаторов и теплого пола, то можно оказаться в ситуации, когда в доме либо всегда душно из-за перегретого пола, либо всегда холодно, из-за недостаточно прогретых батарей.

Тепловой расчет дома позволяет точно определить мощность радиаторов и их необходимость в смежной системе с водяным теплыми теплыми полами. Наши специалисты при разработке проекта монтажа тёплого пола подготовят расчёт тепловых потерь вашего дома.

Если дом деревянный

При монтаже трасс из труб в деревянном строении, их стараются укладывать в специально сделанные для этого пазы, отверстия большего диаметра, чтобы избежать напряжения при усадке деревянных элементов.

 

Важно! Трубы должны быть закреплены надежно, но без лишнего давления и утеплены.

FAQ по теме

Вопрос: трубу какого диаметра лучше использовать для устройства веерной системы?

Ответ:  Чаще всего используется труба диаметром 16. 

 

Вопрос: допускается ли монтаж веерного отопления в двухэтажном доме?

Ответ: да. количество этажей не имеет значения.

 

Вопрос: можно ли устроить веерное отопление в квартире?

Ответ: да, можно. Если решить вопрос подключения к общему стояку или установить в квартире автономную систему отопления.

 

Если посвятить рассказу о веерном отоплении еще больше времени, то преимуществ этой схемы укладки труб получится намного больше. Устроенная по всем правилам, такая система обойдется недорого, а эффективность, удобство и долгие годы спокойствия за систему отопления того стоят.

 

с теплым полом, схема разводки, коллектор

На чтение 5 мин Просмотров 371 Опубликовано Обновлено

Существует довольно большое разнообразие автономных систем отопления, которые предназначены для обогрева частных домов. В местах, где наблюдаются регулярные перебои электроснабжения или поблизости не проходит газовая магистраль, люди отдают предпочтение традиционным русским печам. Это наиболее яркий пример лучевой системы отопления частного дома.

Современное лучевое отопление

Разводка лучевой системы отопления

Русские печи имеют довольно большие размеры, что иногда создает трудности в их установке в загородных домах и тем более в городских квартирах. Однако технологии не стоят на месте, отопительные системы модифицируются и адаптируются под запросы современного человека.

По подводке труб от коллектора к радиаторам системы делятся на три типа:

  • лучевая;
  • двухтрубная;
  • однотрубная.

Принцип работы лучевого обогрева базируется на том, что разводка подразумевается в отдельности для каждого радиатора. Это наиболее весомое преимущество данной системы. При необходимости радиаторы можно включать и отключать как группами или по отдельности.

Система оснащена специальным вентилем подачи тепла. Если на улице тепло или на кухне работают бытовые приборы, вентиль можно немного прикрутить. Благодаря возможности регулировать подачу тепла в комнаты, удается экономить топливо.

Особенности и сегменты лучевой разводки

Элементы лучевой отопительной системы

Система отопления, работа которой основывается на лучевом излучении, больше всего подходит для использования в многоквартирных домах или загородных/частных домах с несколькими этажами и большим количеством комнат. Это позволяет повысить эффективность работы всей отопительной системы, гарантирует качественную тепловую подачу и экономично потребуется ресурс.

Принцип работы лучевой системы отопления прост, но имеет свои особенности. Если в сооружении предусмотрено несколько этажей, коллекторы должны быть установлены на каждом. Причем в некоторых случаях целесообразно на этаж устанавливать не один, а несколько коллекторов, и от них разводить трубы. Эффективность оборудования будет неоспоримой в том случае, если дом хорошо утеплен и потери тепла минимальны.

Лучевая система отопления включает в себя несколько основных элементов, необходимых для качественной работы.

  • Котел – основная деталь. От него подается тепло в трубы, а оттуда к радиаторам.
  • Циркулярная насосная станция, благодаря которой обеспечивается необходимое давление в трубах и циркулирует теплоноситель.
  • Коллектор, с помощью которого осуществляется равномерная подача и распределение тепла по всем помещениям.

Еще одна составляющая – шкаф. В нем удается скрыть распределительный коллектор, запорную арматуру и трубы. Конструкция проста, практична и функциональна.

Лучевая схема подключения отопления

Схема подключения циркуляционного насоса

В поисках наиболее оптимальной разновидности отопительной схемы, чаще всего отдают предпочтение лучевой поэтажной разводке трубопровода. Суть метода заключается в том, что все трубы и комплектующие скрыты в толще пола. Основной распределительный орган системы монтируют в нише стенового ограждения или в специальный шкаф.

Для реализации схемы подключения нужен циркулярный насос или несколько приборов, которые монтируют на каждой ветке или кольце. Чаще всего данную схему реализуют на базе одно- и двухтрубного монтажа, вытесняя тройниковый метод подключения.

Около стояка двухтрубной системы устанавливают подающий и обратный коллекторы. От них под полами проводят трубы к каждому радиатору, установленному на этаже.

Каждый из контуров приблизительно должен иметь одинаковую протяженность. Если по определенным причинам реализовать это невозможно, большой контур необходимо отдельно оснастить циркулярным насосом, автоматикой для регулировки температуры.

При этом показатели температуры на каждом контуре будут независимы друг от друга. Обусловлено это тем, что трубопровод будет находиться под стяжкой. Каждый радиатор дополнительно оснащают воздушным краном. Воздухоотводчики, как правило, устанавливают на коллекторе.

Прежде чем приступать к работе, нужно определить место расположения оборудования, составить бумажный список всего необходимого и схематически изобразить расположение выбранных радиаторов.

Лучевая отопительная система и теплый пол

Лучевая отопительная система и водяной теплый пол монтируются схожим способом. Пол с подогревом можно подсоединить к радиаторам через один коллектор. Такой подход чрезвычайно востребован среди людей, которые хотят утеплить полы в некоторых комнатах, а не по всей жилплощади.

Чрезвычайно важно предусмотреть регулировку температуры, в противном случае в комнате может быть слишком жарко или холодно. При организации теплого пола трубы необходимо изолировать в один слой. Изоляционный материал толщиной 6-10 мм пропускает не более 30% тепла.

Достоинства и недостатки

При лучевом отоплении ко всем радиаторам поступает теплоноситель с одинаковой температурой

Коллекторно-лучевая отопительная система вобрала в себя все достоинства своих предшественников, чем обусловлена популярность оборудования.

Основные достоинства:

  • Эстетичность.
  • С точки зрения гидравлики это самая совершенная отопительная система. К каждой батарее проведены индивидуальные линии, поэтому сегменты системы независимы.
  • При желании или необходимости можно отключить любую батарею.
  • Ко всем радиаторам поступает вода одинаковой температуры.
  • Есть возможность оснастить систему средствами автоматического регулирования и управления в целом всей схемой.
  • Минимальное количество соединений, какие-либо тройники отсутствуют.

Наиболее весомый недостаток – высокая стоимость оборудования и его установки. Затраты на дорогостоящие коллекторы и повышенный метраж трубопровода не может компенсировать отсутствие фитингов. Если здание имеет несколько этажей, стоимость оборудования удваивается, утраивается и т.д., в зависимости от количества этажей. Сама установка под полами в дальнейшем предполагает дополнительную работу по устройству напольного покрытия.

Модернизация любой лучевой системы не имеет особых сложностей, для ее реализации потребуется монтаж дополнительных клапанов с термостатической головкой на каждый радиатор, который подключен к системе. Благодаря термостату удается выставить наиболее оптимальный в конкретном случае температурный режим. Температура выше заданных человеком параметров подниматься не будет.

Модернизацию отопительной системы целесообразно проводить в тех зданиях, где каждое помещение разграничено по назначению. Например, для хранения товара нужен один температурный диапазон, а для комфортного пребывания в комнате людей уже другой.

В поисках наиболее подходящей отопительной системы обычно выясняется, что лучше всего подходит именно лучевая система, поскольку преимущественных особенностей у нее значительно больше, нежели недостатков. Последние упираются только в финансы, эффективность и производительность системы при этом на высоте. Средняя продолжительность работы оборудования для отопления составляет 50 лет.

Коллекторная (лучевая) система отопления | ГрейПей

Коллекторная система отопления, также известная как лучевая, применяется обычно для обогрева помещений частных домов. Коллекторно-лучевая схема обладает простотой в управлении, несложна в монтаже, но сооружение ее требует большее количество материала по сравнению с однотрубной и двухтрубной конфигурациями комплекса водяного отопления.

Материал статьи рассказывает об устройстве системы этого вида, оценивает преимущества и недостатки схемы.

Устройство и принцип работы коллекторной системы

Общая схема коллекторной системы водяного отопления

Классический вид коллекторной системы представляет из себя 2 коллектора (прямой и обратный), к которым отдельными линиями подключаются отопительные приборы – радиаторы, конвекторы и так далее. Линии подключения также называют лучами из-за специфики прокладки труб к радиаторам – по кратчайшему пути.

Главные элементы системы – распределительные коллекторы – оснащаются регулирующей и запорной арматурой, то есть управление радиатором осуществляется непосредственно с гребенки.
Прямой и обратный коллекторы лучевой системы отопления

Коллекторы заводского изготовления обычно выполнены из латуни, зачастую их можно собрать (спаять) самостоятельно из полипропилена или меди.

На входе в коллектор устанавливают шаровые краны, гребенки подсоединяют непосредственно к котлу или гидравлическому разделителю (гидрострелке). Каждый коллектор обычно оборудуется автоматическим воздухоотводчиком для стравливания воздуха из системы.

К арматуре коллекторов подключают трубы, обладающие необходимыми механическими характеристиками — прежде пластичностью и гибкостью. Чаще всего используются трубопроводы из сшитого полиэтилена, металлопластика, реже – из меди или гофрированной нержавеющей стали.

 Гибкость труб необходима по условиям прокладки – обычно она производится скрытым способом в конструкции пола, а создание соединений здесь неразумно. Любой стык является потенциальным местом утечки, для устранения потребуется вскрывать стяжку. Трубопроводы в изоляции прокладываются по кратчайшему пути к отопительным приборам и подключаются непосредственно к радиаторам (без вентилей и кранов).

Прокладка труб по короткому пути снижает количество трубы для монтажа, укладка труб вдоль стен (по периметру) невыгодна. При этом увеличится количество труб, прокладка довольно крупного пучка вдоль стен вызовет неудобства при отделочных работах. Кроме того, длина отдельных линий будет разной (иногда разница будет значительной) – это осложнит балансировку системы на коллекторе. Поэтому в крупных системах отопления коллекторные группы рекомендуется размещать по центру помещений, на равном удалении от отопительных приборов.

По сути своей коллекторно-лучевая схема является модификацией двухтрубной системы – коллекторы здесь выполняют роль магистралей. Но в отличие от двухтрубной системы управление системой в лучевой схеме расположено в одном месте, а не на каждом приборе.

Авторы статей на рассматриваемую нами тему часто утверждают о необходимости установки около коллекторов расширительного бака, о нетерпимости экспанзомата к явлениям турбулентности. Подобные заявления «тружеников пера от копирайта» нелепы. Расширительный бак системы отопления подбирается по общему объему теплоносителя, устанавливается для всего комплекса – котла, трубопроводов и радиаторов. Установка отдельного экспанзомата для коллекторной схемы не требуется.

О нетерпимости расширительных бачков к турбулентности. Какой, простите, турбулентности? Нормативная скорость теплоносителя в сети подразумевает только один режим – ламинарный, вода в системе не движется со скоростью самолета.

Устройство коллекторной системы отопления – большая протяженность и малый диаметр труб – значительно повышают гидравлическое сопротивление схемы. Поэтому для качественной работы комплекса зачастую требуется установка циркуляционного насоса. Его рекомендуется устанавливать перед обратным коллектором – в зоне сниженной температуры. Щадящий температурный режим продлит срок службы устройства. Способ установки насоса вытекает из его конструкции – при «мокрой» вал насоса ориентирован строго горизонтально, при «сухой» — произвольно.

При строительстве систем отопления коллекторную схему часто комбинируют с однотрубной и двухтрубной конфигурациями, то есть к коллекторам подключают однотрубные или двухтрубные контура. В этом случае коллекторы служат дополнительной ступенью регулирования, удобство прямой регулировки при этом теряется – приборы отопления приходится балансировать.

Коллекторно-лучевая схема применяется обычно в индивидуальных автономных системах отопления частных домов. Применение ее в многоэтажных домах со сквозным прохождением стояков через квартиры запрещено, да и не имеет смысла.

Подключение коллектора к одному стояку создает значительное гидравлическое сопротивление – это препятствует качественному отоплению смежных квартир. Да и мало смысла создавать коллекторную конфигурацию на 2 – 4 радиатора – их отдельная регулировка не займет много времени.

В домах современной застройки часто встречается конфигурация отопления с общими стояками большого диаметра и отдельными вводами на каждую отдельную квартиру (с установкой теплосчетчика). В этом случае коллекторы в квартире устанавливать можно – центральные стояки большого диаметра имеют выгодную гидравлическую характеристику.

Коллекторная схема является удобной в регулировании, но все имеет разумные пределы. При расчете системы нужно правильно подобрать диаметр коллектора и количество подключаемых к нему радиаторов.

Разделение системы отопления на две коллекторных группы

Подсоединение числа приборов отопления больше 8 – 10 не рекомендуется. Лучшим решением будет разбить систему на 2 коллектора.

Достоинства и недостатки коллекторной схемы

Коллекторная схема системы отопления обладает следующими достоинствами:

  1. Простота удобства и управления;
  2. Малый диаметр трубопроводов;
  3. Простота монтажа.

Коллекторно-лучевая система отопления является самой удобной для регулирования. Все операции производятся в одном месте – на коллекторе, не требуется взаимной балансировки радиаторов.

Для работы отдельного отопительного прибора требуется небольшое количество теплоносителя, поэтому трубопроводы подводок имеют минимальный диаметр. Малый диаметр труб позволяет сократить толщину конструкции пола.

Простота монтажа коллекторной системы обусловлена минимальным количеством соединений и гибкостью применяемых трубопроводов. Прокладка труб проводится по кратчайшему пути, без организации стыков, трубопроводы подключаются только к радиаторам и коллекторам.

Кроме достоинств, коллекторная схема отопления имеет и недостатки:

  1. Большая протяженность труб;
  2. Повышенное гидравлическое сопротивление.

Подключение каждого радиатора отдельными линиями увеличивает количество труб, необходимых для монтажа. По протяженности трубопроводов лучевая система превосходит однотрубную и двухтрубную схемы более чем в 2 раза.

Малый диаметр трубопроводов, их общая протяженность увеличивают сопротивление системы. Для качественной работы комплекса часто требуется установка циркуляционного насоса. Кроме того, система коллекторной конфигурации может работать только в закрытой схеме отопления, естественная циркуляция невозможна.

Коллекторная система отопления – выгодная с точки зрения управления компоновка отопительного комплекса. Сооружение ее обходится дороже других главных схем, но этот недостаток компенсируется удобством управления.

(Просмотров 1 266 , 1 сегодня)

Рекомендуем прочитать:

Основы двухтрубных паровых радиаторов

Основы двухтрубных паровых радиаторов

В двухтрубных паровых установках пар поступает от котла к радиаторам через впускной патрубок. После конденсации пар возвращается в котел через вторую выпускную трубу. Обычно вы можете распознать двухтрубную систему по двум трубам и отсутствию вентиляционного отверстия, прикрепленного к радиатору.

Ознакомьтесь с нашей коллекцией паровых радиаторов здесь.

Ознакомьтесь с введением в однотрубные паровые радиаторы здесь.

Компоненты двухтрубного парового радиатора

Пар поступает в радиатор через регулирующий клапан. Конденсатоотводчик позволяет воздуху и воде выходить, возвращаясь к котлу, но обеспечивает удержание пара внутри радиатора. Когда радиатор наполняется паром, воздух выходит из радиатора через открытый сифон. Когда радиатор наполняется паром, термостат внутри сифона расширяется и закрывает выпускное отверстие, задерживая пар внутри него. После конденсации пара ловушка снова открывается, позволяя воде вернуться в котел.

Воздух выходит из труб через одно или несколько главных вентиляционных отверстий рядом с котлом, а конденсат стекает обратно в котел, чтобы повторить процесс.

Конденсатоотводчик Hoffman

Регулирующий клапан на радиаторе может быть ручным или термостатическим. Термостатический клапан радиатора добавляет комфорта и контроля. Современная энергоэффективность TRV может дать значительную экономию на счетах за топливо.

Для паровых радиаторов с термостатическим управлением требуется вакуумный прерыватель, чтобы конденсат всегда мог возвращаться в котел.Наши поставляются с одним в стандартной комплектации.

Какие радиаторы использовать с двухтрубным паром?

Чугун — действительно проверенный временем материал для парового отопления. Пар подвергает систему большой нагрузке: большие перепады температуры заставляют металл расширяться и сжиматься при каждом цикле нагрева; кислотные или щелочные условия в зависимости от химического состава воды; и, если система плохо спроектирована или не обслуживается, сильные удары от парового молота.Чугун также образует пассивное покрытие ржавчины, защищающее основную часть материала от дальнейшего окисления. Все это идет вразрез с использованием стальных тонкостенных радиаторов со сварными стыками, они просто недолговечны.

Мы предлагаем только чугунные радиаторы для паровых систем, а не стальные. Просмотрите нашу полную подборку здесь. Что касается соединений клапана на паре, мы рекомендуем только резьбовые механические соединения со стальными или латунными трубами. Хотя компрессионные фитинги идеально подходят для гидравлических систем, мы предпочитаем проверенную временем надежность резьбового соединения.

Ознакомьтесь с нашей коллекцией паровых радиаторов здесь.

См. Также наши руководства по однотрубным паровым и водяным радиаторам.

Дополнительная литература

Дэн Холохан: Возвращение к утраченному искусству парового отопления
Дэн Холохан: Озеленение пара

Система централизованного теплоснабжения

— обзор

13.1 Введение

Система централизованного теплоснабжения и охлаждения (DHC) активно внедрялась в качестве системы энергоснабжения в городских районах с целью экономии энергии, экономии места, предотвращения загрязнения воздуха или предотвращение городской катастрофы.В системе ЦТК установка ЦТК интенсивно производит холодную воду, горячую воду и пар, используемые в основном для кондиционирования воздуха, и подает их на все объекты в определенном районе. Поскольку в установке ЦТК существует несколько крупногабаритных морозильных камер и бойлеров, если мы сможем с высокой точностью предсказать количество холодной воды, горячей воды и пара, называемое « тепловой нагрузкой », становится возможным определить оптимальную работу. план этих инструментов.

Однако, к сожалению, шумы измерений, выбросы и недостающие данные участвуют в фактических данных тепловой нагрузки, используемых для прогнозирования.Для удаления таких шумовых составляющих из данных временных рядов было предложено множество методов. Фильтр Калмана (1960) — один из самых известных фильтров. Однако, поскольку фильтр Калмана был разработан для удаления шумов измерения, он может быть неэффективным для удаления выбросов или отсутствующих данных. Мартин и Томпсон (1982) предложили новый алгоритм фильтрации, названный «робастным фильтром», как расширение фильтра Калмана, для прогнозирования временных рядов, включающих не только шумы измерений, но также выбросы или недостающие данные.Более того, расширение робастного фильтра (Мартин и Томпсон, 1982) на нелинейную модель пространства состояний было предложено Коннором и Мартином (1994). Они предложили метод прогнозирования временных рядов с помощью модели рекуррентного нелинейного авторегрессионного скользящего среднего (NARMA), которая представляет собой комбинацию надежного фильтра и модели NARMA с использованием рекуррентной нейронной сети (RNN). Что касается прогнозирования тепловой нагрузки систем DHC, Dotzauer (2002) предложил метод прогнозирования, основанный на линейной регрессии, а Sakawa et al.(1999a, b) предложили упрощенный надежный фильтр и построили новый метод прогнозирования на основе модели RBF-NARMA, которая представляет собой модель NARMA через сеть радиальных базисных функций (RBFN), поскольку сообщается, что фильтр Калмана и надежные фильтры недостатком является устойчивость сложных матричных вычислений. В их методе прогнозирования сеть, используемая для прогнозирования, имеет только один выходной блок. Поскольку их метод имеет недостаток, заключающийся в том, что точность прогноза становится низкой на крутых участках данных тепловой нагрузки, Сакава и др.(2001b) предложили новый метод прогнозирования, основанный на упрощенном робастном фильтре и трехуровневой нейронной сети (TLNN) с несколькими выходными блоками, и показали его превосходство над предыдущими методами (Sakawa et al., 1999a, b). Метод прогнозирования на основе TLNN, предложенный Сакава и др. (2001b) используется в реальных испытательных установках ЦТ. Его точность прогноза достаточно хороша для практического использования в период, когда тепловая нагрузка стационарна, но становится хуже в период, когда тепловая нагрузка нестационарна.В первой части этой главы мы представляем новый метод прогнозирования тепловой нагрузки для систем DHC путем включения RNN для адаптации динамического изменения тепловой нагрузки и новых входных данных с учетом характеристик данных тепловой нагрузки в качестве контрмер для ухудшения состояния точность прогноза в нестационарные периоды.

С улучшением методов прогнозирования тепловой нагрузки для систем ЦТК (Сакава и др., 2001b) важность постановки задачи оперативного планирования электростанции ЦТК как задачи математического программирования возрастает (Ито и Йокояма, 1990; Йокояма и Ито, 1996).С этой точки зрения Sakawa et al. (2002) сформулировали задачи оперативного планирования установок DHC как смешанную задачу программирования 0–1 и предложили генетические алгоритмы (Sakawa, 2002a) для смешанного линейного программирования 0–1 в качестве приближенного метода решения. Сакава и др. (2001c) также представили формулировку смешанного целочисленного линейного программирования для оперативного планирования завода DHC и представили приближенный метод решения с помощью генетических алгоритмов для смешанного целочисленного программирования. Кроме того, Sakawa et al.(2001b) предложили нелинейную формулировку программирования 0–1 для оперативного планирования установки DHC вместе с генетическими алгоритмами для нелинейного программирования 0–1. В этих формулировках предполагается, что состояния работающих инструментов представлены состоянием включения-выключения, то есть двоичным нулем или двоичным нулем, что согласуется со старой спецификацией инструментов. Однако такое допущение не соответствует данной спецификации, поскольку сегодня состояния могут постоянно контролироваться как коэффициент использования с помощью разработки инструментов.Более того, поскольку настоятельно необходима большая экономия энергии, необходимо срочно заняться сокращением потребления энергии, а также минимизацией эксплуатационных расходов. Во второй части этой главы, с введением инверторных контроллеров, мы формулируем задачу оперативного планирования установки горячего водоснабжения как многоцелевое нелинейное программирование, чтобы минимизировать не только эксплуатационные расходы, но и количество первичной энергии. Для сформулированной задачи, после введения нечетких целей лица, принимающего решения, для целевых функций, мы предлагаем интерактивный метод нечеткого удовлетворения посредством оптимизации роя частиц для получения удовлетворительного решения для лица, принимающего решения, из множества оптимальных по Парето решений.

Прямой и обратный при выключении отопления. Двухтрубная система водяного отопления. Отличие двухтрубной системы отопления от однотрубной

Наиболее распространена двухтрубная система водяного отопления. В этом случае к каждому нагревателю подходят две трубы (прямая и обратная). Первый служит для подачи нагретой воды в водонагреватель, а второй — для отвода охлажденной воды.

Трубопровод можно установить несколькими способами:

Чтобы иметь возможность эффективно обогревать комнату, ваши радиаторы должны иметь достаточно места вокруг них для циркуляции воздуха, поэтому не кладите на них предметы или не ставьте мебель перед ними. Они поглотят вас тепловой энергией и предотвратят распространение тепла.

Также не забывайте поддерживать радиаторы, очищать их от пыли два раза в год и продувать один раз в год, когда они начинают работать в начале зимы, чтобы удалить пузырьки воздуха. воздух, содержащийся в радиаторах, препятствует циркуляции тепла в трубах и нарушает работу всей тепловой сети. Совет должен также относиться к вашему котлу, который должен ежегодно обслуживаться профессионалом.

1) в виде звезды, когда прямой и обратный патрубки подходят к каждому нагревателю от общего трубопровода (рис.А). При этом и прямая, и обратная трубы, идущие к котлу (uralopttorg.com в помощь тем, кто ищет газовые котлы в Екатеринбурге) и от него, разветвляются на столько же частей, сколько отопительных приборов, установленных в доме;

Используйте самый дешевый источник энергии для отопления

На отопление обычно приходится почти 60% потребления энергии, но счет за отопление составляет от одного до двух раз, в зависимости от используемой энергии. Однако многие потребители игнорируют это. У многих есть открытый камин, и он выиграет, поставив закрытую печь, более эффективную для обогрева.Многие потребители имеют электрический обогрев, и их корпуса могут быть подключены к сети природного газа. Если это среднее или большое здание, подключение его к газу и выполнение необходимых работ может быть интересным, так как цена за кВтч намного ниже, чем на электричество. Однако первоначальные вложения выше и приводят к более сложной установке, чем электрическое отопление.

Годовое обслуживание котла

Необходимо купить котел и создать сеть труб для подключения к радиаторам.. Обслуживание котла требуется один раз в год.

2) в виде петли. При этом прямые и обратные трубы последовательно обходят ряд отопительных приборов (рис. Б). При таком виде разводки обогреватели, расположенные ближе к котлу, занимают более выгодное положение, поскольку получают больше горячей воды. Чтобы разница температур была не слишком большой, сечение трубы по мере приближения к котлу увеличивается.

Особенности двухтрубных систем отопления в многоквартирных домах

Домохозяйства, не использующие электричество для отопления и горячего водоснабжения, не заинтересованы в выборе варианта во внепиковый период, поскольку в большинстве случаев они будут потеряны.от потребления в непиковые часы — около 40% от его общего потребления. Это изменение в данном случае дает значительную экономию на счетах за электроэнергию.

Увеличение количества бытовой техники, аудиовизуальных средств и высокотехнологичной бытовой техники в последние годы не учитывает это увеличение потребления электроэнергии и, таким образом, снижает нашу покупательную способность. При покупке проверьте работоспособность электроприборов.

Способы двухтрубной разводки: а — метод разводки «звезда»; б — разводка «петля»; 1 — труба прямая; 2 — обратная труба; 3 — отопительные приборы

Недостатком двухтрубной системы является потеря давления в каждом гидравлическом контуре (соответствующем каждому радиатору), возрастающая с удалением от водонагревателя (бойлера).Чтобы обеспечить такое же давление, нужно принимать особые меры.

Для 80% французов потребление энергии бытовой техникой является вторым по важности фактором после принятия решения о покупке. Вы можете положиться на этикетку энергоэффективности, которая является обязательной для многих из них, при поиске энергоэффективных приборов.

Быстро прыгайте, обновляйте свой ассортимент устройств, экономия энергии реальна, и ваши устройства работают лучше. Наконец, лампы и лампы накаливания также экономически выгодны за счет инвестиций в энергосберегающие лампочки.Компактные люминесцентные лампы, например, могут экономить энергию на 80-80% по сравнению со старыми лампами накаливания, увеличивая срок службы в 6-7 раз, и не включайте лампы слишком часто, особенно при естественном освещении, чтобы вы могли разумно расставьте мебель, чтобы можно было наслаждаться без искусственного освещения.

Двухтрубные системы имеют тупиковый и попутный потоки воды на автомагистралях.

Система с тупиковым движением воды аналогична однотрубной вертикальной системе. Исключение составляет то, что радиаторы на каждом этаже подключаются параллельно между входным и выходным стояками.

В тупиковой системе имеется два циркуляционных кольца разной длины: одно из них (короткое) проходит через ближайший к котлу стояк, другое (длинное) проходит через наиболее удаленную от котла стояк.

Экономия энергии может достигать одного часа освещения в день, что немаловажно. Время от времени очищайте луковицы! Таким образом, они будут намного эффективнее, и это позволит избежать использования нескольких ламп для четкого обзора.

Ванная комната: уменьшите ваши счета за счет более экономичного поведения

Уменьшите цену кВтч: смените поставщика

Если идея перехода на предложение одного из них не вселяет в вас уверенности, вот три вещи, которые должны вас успокоить.Это просто и быстро: телефонный звонок длительностью 10 минут и больше ничего не делается. Фактически, никакая плата не может быть востребована только по той причине, что вы решили сменить поставщика энергии.

  • Это безопасно: энергия остается неизменной, меняется только цена.
  • Нет необходимости в техническом вмешательстве или поломке.
  • Смена поставщика не влияет на цену.
  • Это бесплатно и без обязательств.

Так мало французов решаются на решительный шаг, их число постоянно растет.

Двухтрубная система с равномерным движением воды имеет все преимущества двухтрубной системы в целом. В то же время в нем отсутствует недостаток, связанный с неравномерностью перепадов давления, присущей системе с тупиковым движением воды.

Нагрев воды попутным движением воды: 1 — котел; 2 — основной стояк; 3 — расширительный бачок; 4 — коллектор воздуха; 5 — подающие стояки; 6 — стояки обратные; 7 — обратная линия; 8 — расширительный патрубок; 9 — насос; 10 — направление уклона труб

В этом случае горячая вода от водонагревателя проходит по подводящей трубе уменьшающихся размеров к трубам, затем к отопительным приборам, а от них поступает в обратный трубопровод, который проходит. параллельно водопроводу в сторону водонагревателя.

Таким образом, согласно отчету, если почти 30% новых контрактов на электроэнергию были подписаны с альтернативными поставщиками, они представляют более 60% газа. Чтобы помочь вам попасть в дебри энергетических предложений, вот таблица, в которой перечислены наиболее конкурентоспособные предложения по газу и электричеству.

Самые дешевые предложения на электроэнергию

Также проверьте право на участие в социальных тарифах. Их распределение зависит от вашего ежемесячного дохода, который не должен превышать определенный потолок. Они предлагают скидку на годовой счет до 140 евро за электричество и 185 евро за газ, независимо от поставщика.

Трубопровод собирает воду, выходящую из радиаторов, и увеличивается в диаметре до последнего радиатора. В этом случае длина пути, пройденного водой, одинакова для всех радиаторов.

Что скрывается за терминами «однотрубная и двухтрубная система отопления»? Зачем нужен и по каким понятиям работает гидравлический расчет двухтрубной системы отопления?

Участвуйте в покупке объединенной энергии, чтобы снизить ваши счета с тысячами других потребителей.

Если вы потерялись в выборе энергоснабжения, вы всегда можете поучаствовать в этом. Основная идея состоит в том, что, собрав как можно больше потребителей, вы можете договориться о цене с поставщиками. Чем больше будет потребителей, тем больше можно будет снизить цену на энергию. Регистрация проста и ничего не обязывает, только после переговоров с поставщиками вы узнаете о специальном предложении по групповому тарифу. Впоследствии вы можете принять предложение или отказаться от него.

Какие бывают системы этого типа? Постараемся разобраться.

Что это такое

Начнем с определений.

  • Однотрубная система отопления — простое кольцо между подающим и обратным клапанами в элеваторном узле или между выходом и входом котла. Одна труба, параллельно которой (или открывая, что принципиально неправильно, но практикуется) встраиваются отопительные приборы.

Иметь многоэтажный дом Таких колец может быть несколько, по одному на каждом этаже или даже в каждой квартире.Однако чаще всего так отапливают одноэтажные коттеджи.

Контроль герметичности окон и дверей

Отверстия составляют около 15% потерь энергии в доме и гораздо большую часть в квартире. Чтобы уменьшить потери тепла, вам следует систематически закрывать ставни на окнах на ночь и подумать о приобретении изоляционных штор. Эти два передовых метода снизят потери энергии на 15-30%.

На окнах можно вкладывать средства в стыки для склеивания пенопластом, металлическими или силиконовыми уплотнениями.Для дверей выберите накладки на пороги, плинтусы или просто подушки на пороги. Однако убедитесь, что гидроизоляция жилого помещения не означает, что вам нужно прекращать вентиляцию. Для поддержания здоровой окружающей среды и увеличения тепла рекомендуется открывать окна хотя бы на десять минут в день, что позволяет отводить влагу. Лучше всего, конечно, проветривать днем, когда температура более мягкая.

  • Двухтрубная система отопления подразумевает наличие двух трубопроводов по обогреваемому периметру помещения.Между ними врезаются нагревательные устройства, создавая гидравлические перемычки и гася перепад давления.

Это вызывает ряд проблем; однако при правильно настроенной системе отопления даже при очень большой площади дома и огромном количестве обогревателей их температура может быть примерно одинаковой. Именно поэтому в многоквартирных домах чаще всего мы видим такую ​​схему.

Типы разводки двухтрубной системы отопления

С другой стороны, ночью, зимой, закрывая шторы или жалюзи, днем ​​накапливается тепло.Использование мячей перед входными дверями также помогает согреться. Чтобы сохранить максимум по максимуму, оставляйте шторы открытыми во всех комнатах днем ​​и закрывайте их зимой в сумерках: солнечные лучи согревают дом днем. закрывали днем ​​летом и открывали вечером, чтобы выпустить жару.

Наконец, не пренебрегайте ими: если эти работы относительно дороги, их производительность бесспорна и помогает избежать потерь тепла, что позволяет значительно разделить ваши расходы на отопление.Хорошо изолированный кожух получает на 25% больше тепла.

Однотрубные и двухтрубные системы отопления отличаются сложностью электропроводки и материалоемкостью . Понятно, что две трубы будут стоить дороже.

С естественной и принудительной циркуляцией

В общем случае для циркуляции в многоквартирном доме используется либо перепад давления между линиями теплотрасс, либо работа одного или нескольких циркуляционных насосов.

Выключение устройств в режиме ожидания

Сегодня это одна из основных станций обработки энергии, так как устройств, оборудованных в режиме ожидания, стало множество.Насчитывается от 15 до 50 домохозяйств, и общее потребление этих устройств увеличилось на 30% за последние десять лет.

Вертикальные и горизонтальные образцы

Это менее известно, но многие устройства, состоящие из небольших электроприборов, также имеют часы, даже если они иногда невидимы. Радикальным решением для снижения потребления в режиме ожидания является выключение всех этих устройств, но пользоваться им утомительно. По этой причине лучше всего подключать устройства в одной комнате к удлинителю с помощью выключателя, который можно выключить при выходе из комнаты.Если вы не хотите каждый раз выключать выключатель, вы даже можете приобрести заглушки, чтобы подключить их к удлинителю.

Двухтрубная система отопления с естественной циркуляцией в случае дома от одного до трех этажей возможна, но требует выполнения двух условий:

  • Верхний розлив. Представление вынесено на чердак.
  • Подающий и обратный трубопровод имеют DN не менее 32 мм. Чем больше, тем лучше.

Первое требование Это связано с тем, что в верхней заливке мы получаем готовый коллектор верхней ступени: вода, нагретая котлом меньшей плотности, устремляется вверх и оттуда самотеком опускается через радиаторы или конвекторы, отдавая им тепло .

Если соединить их последовательно, мы получим самый дешевый и простой способ установки. Термальная вода, в свою очередь, протекает через все радиаторы. В однотрубных установках провода можно прокладывать вертикально или горизонтально. Вертикальная разводка может выполняться сверху или снизу. В одноквартирных домах чаще всего используются однотрубные системы с горизонтальными проводниками.

Недостатком такого решения является отсутствие локальной мощности для регулирования производительности отдельных радиаторов. В больших домах этот тип отопления можно использовать, но с несколькими отопительными контурами, где каждый контур, управляемый термостатом, обслуживает одну часть дома.

Второй — с гидравлическим сопротивлением трубопровода. Стенки создают определенное сопротивление потоку воды, и оно тем больше, чем меньше диаметр трубы. И дифференциал, который приводит воду в движение, с естественной циркуляцией очень мал.

Совет: если вы собираетесь монтировать с помощью естественной циркуляции двухтрубное отопление частный дом своими руками, необходимо остановить свой выбор на полимерных или металлополимерных трубах. Они имеют минимальный так называемый коэффициент шероховатости и с таким же дифференциалом, что и сталь, обеспечивают более быструю циркуляцию охлаждающей жидкости.

Еще одним недостатком однотрубного отопления по двум трубам является эффект отключения одного радиатора от другого. К тому же поверхность радиатора должна быть больше, чем двухтрубная система отопления, что увеличивает инвестиционные затраты. Наиболее часто используемая трубопроводная система — это двухтрубная система. Каждый нагреватель индивидуально подключается к подающему и обратному трубопроводу. Из-за этого температура, преобладающая на отдельных радиаторах, очень похожа. Температура нагревателя регулируется регулирующим клапаном, расположенным на нагревателе.

Полипропилен хорош. А вот заниженный диаметр нижней начинки — явная ошибка.

Немного о гидравлике

С выбором диаметра трубы, компоновки и мощности циркуляционного насоса неразрывно связано такое понятие, как гидравлический расчет горизонтальной двухтрубной системы отопления. Выполняется с целью либо расчета падения давления на заданном участке, либо расчета необходимого диаметра трубопровода.

Двухтрубные системы могут быть как сверху, так и снизу. Разновидность — вариант двухтрубной системы с нижним сечением. К котлу можно подключить только один или два крана, чтобы поддерживать перегородку на каждом этаже. Разновидности направлены на индивидуальные радиаторы на этажах. Эти трубы ведут к полу, кратчайший путь от коллектора к радиатору.

Это решение очень полезно при изменении внутренней планировки, потому что затем мы разрезаем перегородку на данном этаже и обрабатываем часть центрального отопления, обычно используя другие этажи и комнаты.Вы можете заменить сломанный кусок трубы, не выключая весь нагрев.

Мы не будем специально давать полное описание методов и формул, по которым может быть выполнен двухтрубный гидравлический расчет. горизонтальные системы отопления: поверьте, они ЧРЕЗВЫЧАЙНО сложные и дают довольно большие погрешности.

Мы укажем только основные факторы, влияющие на расчеты.

  • Шероховатость поверхности трубы. Это самый крупный из асбестоцементных и стальных труб после длительного периода эксплуатации из-за большого количества ржавчины и отложений.

Наименьшую шероховатость имеют, как уже говорилось, полимерные и металлополимерные трубы. Что особенно порадовало — устойчивость полипропилена и сшитого полиэтилена к движению воды не меняется со временем.

  • Увеличивайте и уменьшайте поперечное сечение.
  • Повороты, радиальные отводы. Каждый изгиб трубы увеличивает ее гидравлическое сопротивление на несколько градусов.
  • Перепад давления между подающим и обратным трубопроводами.
  • Сечение и форма каналов в отопительных приборах.
  • Количество ТЭНов.
  • Клапаны — вид и количество.

Оптимальная скорость теплоносителя — в пределах 0,3 — 0,7 метра в секунду.

При меньших значениях получаем периодическое проветривание системы отопления; К тому же однотрубные и двухтрубные системы отопления с медленно движущимся теплоносителем дадут слишком большой разброс температуры на отопительных приборах.

При более высоких скоростях нагрев становится слишком шумным. Не менее неприятно и то, что эрозия стенок труб неизбежными абразивными частицами — песком и шлаком — ускорится во много раз.

Если вы все же хотите провести расчеты — здесь можно взять коэффициенты шероховатости труб.

Напоследок — несколько простых практических советов, так или иначе связанных с работой одно- и двухтрубных систем отопления.

  • В одноэтажном доме не усложняют себе жизнь сложными схемами. Лучше использовать простую однотрубную систему с циркуляционным насосом и возможностью естественной циркуляции.
  • Простое решение проблемы проветривания стояков внизу розлива — не сбрасывать систему отопления на лето.Собственно, это предписано нормами эксплуатации жилья: заполненные водой стальные трубы медленнее разрушаются от коррозии.
  • Если все нагреватели подключены к одному из стояков, подключенных на верхнем этаже, установите вентиль на втором стояке вместо заглушки. Перезагрузить и выбить шлюз будет из подвала.
  • Для коттеджа площадью до 150 м2 с принудительной циркуляцией применяются трубы ДУ25. Радиаторы врезаются в них трубой меньшего диаметра.

Внимание: не путайте До (внутреннее сечение трубы) и ее внешний диаметр.

  • В домах небольшой площади по двухтрубной системе балансировка отопительных приборов дросселями обязательна. Ближайшие к котлу прижимаются, чтобы протекающая по ним вода не гасила каплю вдаль.
  • В многоквартирных домах балансировка достигается другим способом: разницей в маневренности между розливом и стояком.Если заливка имеет сечение 80 миллиметров, а стояки — 20, то ближайшие к элеваторному узлу не гаснут падение на дальних.

Заключение

Подробнее о том, какой может быть горизонтальная двухтрубная система отопления, вы найдете в видео в конце статьи. Теплой зимы!

Конструкция двухтрубного теплообменника с противотоком или параллельным потоком

Введение

В конструкции двухтрубного теплообменника важным фактором является тип схемы потока в теплообменнике.Двухтрубный теплообменник обычно имеет противоточный или параллельный поток. Crossflow просто не подходит для двухтрубного теплообменника. Характер потока и требуемая мощность теплообмена позволяют рассчитать среднюю логарифмическую разницу температур. Это вместе с предполагаемым общим коэффициентом теплопередачи позволяет рассчитать требуемую площадь поверхности теплопередачи. Затем можно определить размеры трубы, длину трубы и количество изгибов.

Общая конфигурация и характеристики двухтрубного теплообменника

Двухтрубный теплообменник в своей простейшей форме представляет собой просто одну трубу внутри другой большей трубы.Одна жидкость протекает через внутреннюю трубу, а другая течет через кольцевое пространство между двумя трубами. Стенка внутренней трубы — это поверхность теплопередачи. Трубы обычно загибают назад несколько раз, как показано на схеме слева, чтобы сделать устройство в целом более компактным.

Термин «шпилька-теплообменник» также используется для теплообменника конфигурации, показанной на схеме. Шпильчатый теплообменник может иметь только одну внутреннюю трубу или несколько внутренних трубок, но всегда будет иметь показанную функцию дублирования.. Некоторые производители теплообменников рекламируют наличие ребристых труб в шпильках или двухтрубных теплообменниках. Это всегда будут продольные ребра, а не более распространенные радиальные ребра, используемые в теплообменнике с ребристыми трубами с поперечным потоком.

Противоток и параллельный поток в двухтрубном теплообменнике

Основным преимуществом шпилечного или двухтрубного теплообменника является то, что он может работать в режиме истинного противотока, который является наиболее эффективным.То есть он даст самый высокий общий коэффициент теплопередачи для двухтрубной конструкции теплообменника.

Кроме того, шпильки и двухтрубные теплообменники могут хорошо справляться с высокими давлениями и температурами. Когда они работают в истинном противотоке, они могут работать с перекрестной температурой, то есть, когда температура на выходе с холодной стороны выше температуры на выходе с горячей стороны.

Например, на диаграммах в этом разделе жидкость 1 рассматривается как горячая жидкость, а жидкость 2 — как холодная.Затем на диаграмме противотока слева вы можете видеть, что температура на выходе холодной стороны, T2out, может приближаться к температуре на входе горячей стороны, T1in, которая выше, чем температура на выходе горячей стороны, T2out. Для параллельного потока, показанного справа, T2out может приближаться только к T1out; это не могло быть больше.

Конструкция двухтрубного теплообменника

Определение площади поверхности теплопередачи, необходимой для конструкции двухтрубного теплообменника, может быть выполнено с использованием основного уравнения теплообменника: Q = UA ΔTlm, где:

Q — скорость теплопередачи между двумя жидкостями в теплообменнике в БТЕ / ч,

U — общий коэффициент теплопередачи в БТЕ / ч-фут2-oF,

A — площадь поверхности теплопередачи в фут2, а

ΔTlm — логарифм. средняя разница температур в oF, рассчитанная на основе температур на входе и выходе обеих жидкостей.

Эти параметры в основном уравнении теплообменника обсуждаются в «Основах проектирования теплообменника» и используются в примере «Предварительный пример конструкции теплообменника». После определения необходимой площади поверхности теплопередачи можно выбрать диаметр и длину внутренней трубы, а затем диаметр внешней трубы. Наконец, можно выбрать длину прямых участков и количество изгибов.

Кредит изображения

Изображение двухтрубного теплообменника: https: // doublepipeheatexchanger.com /

Об авторе

Доктор Харлан Бенгтсон — зарегистрированный профессиональный инженер с 30-летним опытом преподавания в университете в области инженерных наук и гражданского строительства. Он имеет докторскую степень в области химического машиностроения.

1. Характеристики и характеристики спирального теплообменника. В спиральном теплообменнике, одном из типов промышленных теплообменников, используются два концентрических спиральных канала, один для горячей жидкости, а другой — для холодной. Это придает ему общую цилиндрическую форму, делает его компактным теплообменником и обеспечивает высокий общий коэффициент теплопередачи.

2. Характеристики и характеристики пластинчатого теплообменника. В пластинчато-рамном теплообменнике используется металлическая пластина теплообменника между двумя жидкостями. Это дает ему более высокий общий коэффициент теплопередачи, чем у наиболее широко используемых промышленных теплообменников, кожухотрубных теплообменников. Пластинчатый теплообменник разбирается для облегчения очистки.

3. Типы кожухотрубных теплообменников — Кожухотрубный теплообменник является наиболее широко используемым типом промышленных теплообменников.Стенка трубы теплообменника является поверхностью теплопередачи. Он может иметь теплообменник с U-образной трубкой или теплообменник с прямой трубкой. Жидкость со стороны трубки может иметь один, два или четыре прохода.

Технический справочник — EnergyPlus 8.0

Интеграция системы и установки [ССЫЛКА]

Для интеграции моделирования системы кондиционирования воздуха с моделированием зон были разработаны методы моделирования воздушного контура системы и его взаимодействия с зонами из-за контроля температуры и относительной разницы между температурой зоны и температуры приточного воздуха.Аналогичная ситуация возникает при интеграции моделирования центрального объекта. Как правило, центральная установка взаимодействует с системами через жидкостный контур между компонентами установки и теплообменниками, которые называются змеевиками нагрева или охлаждения. В EnergyPlus характеристики воздушных систем и установки взаимозависимы, поскольку моделирование совмещено. Выходные данные установки должны соответствовать входам системы и наоборот. То есть температура охлажденной воды, покидающей установку, должна равняться температуре воды, поступающей в змеевики, а скорость потока охлажденной воды должна удовлетворять непрерывности массы.Кроме того, управление змеевиком обычно необходимо для обеспечения того, чтобы значения переменных расхода охлажденной воды на входе и выходе из змеевика оставались в разумном диапазоне. Установки также могут взаимодействовать друг с другом, так что работа контура охлажденной воды и чиллера будет влиять на работу водяного контура конденсатора.

Текущая методология моделирования первичной системы [ССЫЛКА]

В моделировании HVAC в EnergyPlus есть два основных типа контуров: воздушный контур и контур установки.Предполагается, что воздушный контур использует воздух в качестве транспортной среды как часть системы обработки воздуха, в то время как заводские контуры используют жидкую текучую среду по выбору пользователя (обычно воду). Контуры конденсатора — это особый случай контуров установки, которые предназначены для отвода тепла и отличаются несколько разными вариантами управления и применяемыми типами оборудования. У пользователя может быть любое количество циклов каждого типа в конкретном входном файле. Нет явных ограничений на количество циклов в программе — пользователь ограничен только компьютерным оборудованием.Скорость выполнения, естественно, зависит от сложности входного файла.

Заводские контуры далее делятся на «полупетли» или «полупетли» для организационной ясности и логистики моделирования (см. Рисунок «Соединения между основными контурами моделирования HVAC и полупетлями»). Эти субпетли или стороны полупетли представляют собой согласованные пары, которые состоят из половины основного цикла завода. Производственные циклы разбиты на стороны спроса и предложения. Полуконтур на стороне спроса станции содержит оборудование, которое создает нагрузку на основное оборудование.Это могут быть змеевики, плинтусы, излучающие системы и т. Д. Нагрузка воспринимается основным оборудованием, таким как чиллеры или бойлеры, на полупетле на стороне подачи. Каждая полупетля на стороне предложения должна быть подключена к полупетле на стороне потребления и наоборот. Аналогичная поломка присутствует в контурах конденсатора, где сторона потребления включает сторону воды конденсаторов чиллера, в то время как сторона подачи включает оборудование конденсатора, такое как градирни.

Соединения между главными контурами моделирования HVAC и полупетлями.

Разделение на два полупетля позволяет лучше обрабатывать и контролировать поток информации и симуляции по всей программе. Прямые связи между полупетлями контура воздуха, установки и конденсатора усилены компонентами с соединениями между различными типами основных контуров. Например, змеевики (нагревательные или охлаждающие) в действительности представляют собой теплообменники со стороной воздуха и воды или хладагента. Воздушная сторона змеевика обрабатывается в воздушном контуре, где также поддерживается управление устройством.Жидкостная сторона змеевика обрабатывается на стороне потребления установки, которая передает потребности в энергии змеевика на сторону подачи установки. Все циклы моделируются вместе путем последовательного моделирования каждого полупетля в определенном порядке вызова. Общие итерации гарантируют, что результаты для текущего временного шага сбалансированы, а обновленная информация будет передана на обе стороны вспомогательных контуров, а также на другую сторону соединений воздушного контура, таких как катушки.

Заводское оборудование в полупетле описывается набором ответвлений для этого полупетля.Компоненты могут быть расположены на ответвлении последовательно, а ответвления могут быть размещены параллельно с некоторыми ограничениями. На рисунке «Схема ответвлений для отдельных полупетлей предприятия» представлен обзор предполагаемой схемы расположения ответвлений для каждого полупетля предприятия. Ветви — это отдельные ножки внутри петлевой конструкции. Таким образом, отрезок между точкой A и точкой B определяется как ответвление, как и отрезок между точками E и F. Между разделителем и микшером может быть несколько отрезков (от C1 до D1 через Cn до Dn).

В каждом полупетле может быть только один разветвитель и один микшер. Таким образом, оборудование может быть подключено параллельно между смесителем и разветвителем, однако внутри любой отдельной ветви могут быть только компоненты, включенные последовательно, а не параллельно. Правила топологии для отдельных полупетлей допускают разумную степень гибкости, не требуя сложной процедуры расчета для определения фактических условий расхода и температуры. Обратите внимание, что, поскольку спрос и предложение установки разделены на два отдельных полупетля, чиллеры или котлы могут быть параллельны друг другу на стороне подачи, а змеевики могут быть параллельны друг другу на стороне спроса.Таким образом, ограничение использования только одного сплиттера и микшера на конкретном полупетле не является чрезмерным ограничением допустимых конфигураций. В некоторых случаях одна ветвь может использоваться для определения всего полупетля, но, как правило, полупетля должна иметь разделитель и микшер, даже если все оборудование в суб-петле просто подключено последовательно.

Кроме того, чтобы избежать необходимости в чрезмерно сложных программах решателя, существуют некоторые ограничения на размещение насосов в пределах определенного полупетля.Есть два основных типа насосов: циркуляционные насосы и насосы ответвления. Насос, который является первым компонентом на первой ветви (между A и B), называется «циркуляционным насосом», а любой насос в параллельной секции (между Ci и Di) называется «насосом ответвления». Самым простым и распространенным вариантом является наличие одного циркуляционного насоса на входе со стороны подачи. По запросу установки полуконтурные насосы могут быть размещены только во входном патрубке. Это позволит моделировать первично-вторичные системы. Дополнительные сведения о насосах и правилах их размещения см. В разделе «Система трубопроводов: моделирование подземных сооружений» [ССЫЛКА]

Для моделирования различных подземных трубопроводных систем была реализована обобщенная модель, которая позволяет размещать трубы в твердой среде (почве).Модель моделирует эффекты циркуляции нескольких труб, позволяя жидкости течь в трубах в разных направлениях. Модель также может моделировать взаимодействие с поверхностями зоны для учета таких вещей, как теплопередача подвала в теплообменнике фундамента. В этом разделе описаны различные аспекты подхода к моделированию, которые могут помочь пользователю определить, подходит ли эта модель для конкретного приложения, и определить значения входных параметров.

Реализован альтернативный интерфейс, который обеспечивает более простой набор входных данных для моделирования горизонтальных траншейных теплообменников.Ключевые ограничения более простых вводов включают в себя то, что все трубопроводы в домене находятся на одном контуре, все траншеи находятся на одинаковом расстоянии друг от друга и каждая траншея имеет одинаковую глубину заглубления. Если это приемлемо для приложения, объект GroundHeatExchanger: HorizontalTrench является подходящим объектом. Объект использует те же базовые алгоритмы моделирования и структуры данных, что и подробная модель системы трубопроводов, но с более простым набором входных параметров. Для других случаев и более подробных исследований объекты PipingSystem: Underground: * обеспечивают полную гибкость.

Используется двухкоординатная модель теплообмена с конечным объемом труб, погруженных в проводящую среду. Двойная система координат состоит из грубой декартовой системы в проводящей области (например, грунта) с уточненной радиальной системой в околотрубной области. Трубы соединяются как объекты в контуре установки и моделируются по мере необходимости во время конвергенции контура, в то время как сама земля моделируется только один раз за шаг системного времени.

Подход

: [ССЫЛКА]

Общая схема разработки и решения [ССЫЛКА]

Реализована новая модель теплопередачи для обработки разнообразных условий подземных трубопроводов.Модель использует подход двойной системы координат для решения области конечного объема с вычислительной эффективностью. Основная идея, лежащая в основе метода двойной системы координат, состоит в том, чтобы сосредоточить вычислительные усилия на той области, где это больше всего необходимо: около трубы (труб). С этой целью используется декартова система координат с крупной сеткой для решения медленного теплопереноса грунта. Затем в одной из этих ячеек вокруг трубы / изоляции настраивается радиальная система координат со специализированной ячейкой интерфейса между системами.На рисунке 241 показан пример ячеек, окружающих трубу, включая радиальную область в ячейке около трубы, а на рисунке 242 показан увеличенный вид самой ячейки около трубы.

Радиальная ячейка «около трубы» в декартовой ячейке

Увеличенный вид радиальной ячейки

Модель теплопередачи грунта может быть создана в полностью трехмерном или квази-трехмерном виде. В любом случае в область помещается трехмерная сетка декартовых ячеек.В полностью трехмерном режиме учитывается осевой теплообмен; в квази-3D режиме аксиальные эффекты игнорируются, и в результате получается набор двухмерных срезов по длине домена. Определение того, какой метод будет использоваться в окончательной модели, должно основываться на окончательном тестировании и на балансе между точностью и временем вычисления. Эту опцию можно оставить на усмотрение конечного пользователя, но это, скорее всего, приведет к ненужным накладным расходам на ввод.

Для описания всех ячеек используется полностью неявная (и, следовательно, численно стабильная) формулировка, что означает, что должен быть реализован итерационный цикл.В этом решателе внешний итерационный цикл используется для приведения всей области к сходимости, в то время как внутренний итерационный цикл используется для всех радиальных ячеек. Это сделано для того, чтобы еще больше сфокусировать вычислительные усилия. Внешняя область может сойтись в течение одной или двух итераций, в то время как ячейки «около трубы» могут потребовать гораздо большего количества итераций. По этой причине не имеет смысла выполнять итерацию по всей области большое количество раз.

Граничные условия [ССЫЛКА]

Граничное условие дальнего поля определяется корреляцией Кусуды и Ахенбаха (1965), для которой требуются годовые данные о температуре поверхности земли.Как и в случае с текущей моделью Pipe: Underground, пользователь сможет вводить параметры корреляции напрямую, или информация из объекта ввода месячной температуры грунта будет использоваться для вывода параметров.

Граничное условие поверхности земли определяется балансом энергии между окружающими внутренними ячейками и поверхностью земли, включая конвекцию и излучение. Как и в случае с объектом «Труба: подземный», солнечное воздействие на поверхность земли может быть дополнительным входным параметром, позволяющим получить затемненную поверхность земли.В дополнение к стандартной проводимости, конвекции и как коротковолновой, так и длинноволновой солнечной радиации на поверхности, граничное условие поверхности земли также включает эффекты эвапотранспирации в поверхностной растительности — потери тепла из-за испарения из почвы на поверхность растений. , и внутренняя транспирация самого растения. Скорость эвапотранспирации рассчитывается как потеря влаги с использованием метода Walter et al. (2005), и переведены в тепловые потери путем умножения на плотность и скрытую теплоту испарения воды.Скорость эвапотранспирации зависит от типа растительности на поверхности; пользователь может изменять растительность на поверхности от бетонной поверхности до довольно высокой травы (около 7 дюймов).

На основе приложения адиабатическое граничное условие также будет реализовано и применено на определенных поверхностях области. Например, для случая, когда имеется фундамент или область под плитой, адиабатическая граница будет представлять вертикальную линию симметрии.

«Ячейка трубы» Моделирование [ССЫЛКА]

Земля дискретизируется на грубые декартовы ячейки, некоторые из которых будут содержать трубу. Эти «ячейки-трубы» далее дискретизируются в радиальную систему со специализированной ячейкой интерфейса для соединения этих систем. Радиальные ячейки состоят из нескольких ячеек заземления с дополнительной ячейкой изоляции, затем ячейки трубы, за которой следует сама жидкость.

Жидкость моделируется как цилиндрическая ячейка, взаимодействующая с поступающей жидкостью и передающей тепло трубе.Когда в системе нет потока, ячейка по существу становится радиально адиабатической, так что температура жидкости будет плавать в периоды отключения. Он не будет равняться температуре земли, если только он не выключен в течение длительного времени и переходному теплу не позволено рассеяться. Когда в системе есть поток, поступающая жидкость и теплопередача от стенки трубы уравновешиваются с массой ячейки, чтобы получить новую температуру жидкости для этой ячейки, которая будет передана вниз по потоку в следующую ячейку.

Жидкость внутри ячеек моделируется направленно, так что поток может циркулировать через несколько сегментов трубы в разных направлениях.Направление потока в каждой трубе указывается в поле выбора.

Basement Interaction [LINK]

Модель также может взаимодействовать с поверхностями подвала. Взаимодействие разделено на две части: поверхности пола и поверхности стен. Для каждого из них анализ сосредоточен, то есть все стены рассматриваются как одна средняя поверхность стены, а все этажи рассматриваются как одна средняя поверхность пола. Расстояние, на которое проникает подвал в пределах домена, определяется простой спецификацией ширины и высоты.Тогда домен в разрезе для этого региона. Обратите внимание, что эти расстояния относятся к внешней поверхности стены или пола.

Модель теплопередачи грунта не выполняет моделирование переходных процессов поверхностей подвала. Переходные условия на этих поверхностях оставлены на усмотрение соответствующих алгоритмов теплового баланса поверхностей. Вместо этого эта модель взаимодействует непосредственно на внешней границе за счет использования модели OtherSideConditions . Модель теплопередачи грунта будет использовать текущий тепловой поток на внешней поверхности в качестве границы для соседних ячеек.После достижения сходимости модель грунта будет эффективно применять граничное условие постоянной температуры поверхности за счет использования очень высокого значения коэффициента конвекции. Алгоритмы теплового баланса поверхности будут учитывать это во время следующего временного шага зоны.

Разработка сетки

[ССЫЛКА]

Сетка создается с использованием нескольких простых параметров. Существует две различные категории: крупномасштабная декартова сетка и уточненная радиальная сетка около трубы.

  • Сетка X, Y, Z

  • Макет сетки
  • Плотность клеток

  • Радиальная сетка

  • Радиальная толщина ячейки
  • Количество ячеек

Декартова сетка использует параметр плотности ячеек для определения количества ячеек, используемых при моделировании. Вместо того, чтобы требовать подробного описания всех областей ячеек в домене, этот единственный параметр используется для определения плотности сетки и применяется ко всем областям домена.Параметр плотности ячеек представляет количество ячеек в любых двух разделах домена. Доменная перегородка — это стена подвала или труба, помещенная в домене. После того, как все эти разделы разложены и проверены, области между ними заполняются количеством ячеек, указанным в параметре плотности ячеек. Хотя это может привести к изменению размера ячейки в пределах области, предполагается, что это поможет сосредоточить вычислительную интенсивность в области. Конечно, количество ячеек (параметр плотности ячеек) может быть разным для каждого из направлений X, Y и Z, чтобы обеспечить дальнейшую точную настройку области.

Декартова сетка размещается либо однородным, либо симметрично-геометрическим способом. В первом случае ячейки между любыми двумя разделами домена имеют одинаковый размер. В последнем случае ячейки меньше рядом с перегородками, чтобы снова помочь точной настройке вычислительной интенсивности. Если выбран последний вариант, степень неоднородности задается дополнительным параметром.

Радиальная система координат всегда одинакова для ячеек почвы. Для этого региона необходимо указать два параметра: количество ячеек (количество ячеек почвы, которые должны быть созданы за пределами ячейки трубы) и радиальная толщина сетки (радиальная расстояние от внешней стенки трубы до границы ячейки).Тогда каждая ячейка почвы будет иметь радиальную толщину, равную толщине радиальной ячейки, деленной на количество ячеек.

Методология моделирования [ССЫЛКА]

Фактическое моделирование этой модели выполняется в двух частях: моделирование грунта и моделирование ячейки трубы.

Поскольку земля, вероятно, будет медленно перемещаться и легко сходиться, она моделируется один раз за каждый шаг системного времени. Это будет моделировать все ячейки в домене, которые не содержат сегмент трубы.Граничными условиями для этого шага являются текущие условия на поверхности и модель дальнего поля, а также предыдущие значения температуры ячейки трубы. Эта небольшая задержка должна обеспечивать подходящую точность, поскольку системный временной шаг обычно меньше постоянной времени ячейки трубы. Такое разделение задействует ядро ​​разработки модели, снова прикладывая вычислительные усилия там, где они больше всего нужны, рядом с трубами.

Моделирование грунта выполняется один раз за каждый временной шаг, но моделирование ячейки трубы выполняется при каждом вызове компонента.Каждая труба будет размещена на петле установки, но не обязательно на той же стороне петли установки или петли. Таким образом, при каждом обращении к объекту эта труба будет использовать температуры ячеек грунта около трубы в качестве граничных условий для моделирования радиальных ячеек «около трубы» и ячейки жидкости. Таким образом, трубы будут многократно моделироваться вслед за конвергентным потоком петлевой системы завода.

Источники [ССЫЛКА]

Kusuda, T. & Achenbach, P. 1965. «Температура Земли и температурная диффузия на отдельных станциях в Соединенных Штатах», ASHRAE Transactions Vol.71, часть 1, стр. 61–75.

Аллен, Р.Г., Уолтер, И.А., Эллиотт, Р.Л., Хауэлл, Т.А., Итенфису, Д., Дженсен, М.Е., Снайдер, Р.Л. 2005. Стандартное эталонное уравнение эвапотранспирации ASCE. Рестон, Вирджиния: Американское общество инженеров-строителей. 59 с.

Насосы в этом документе.

Схема разветвлений для отдельных заводских полупетл

По сути, каждая ветвь состоит из одного или нескольких компонентов, соединенных последовательно.В ветви есть системные узлы, которые хранят свойства в определенном месте контура (температура, энтальпия, скорость потока и т. Д.) В начале и конце ветви, а также между компонентами. Компоненты на ветви принимают условия узла на их входе и используют эту информацию, а также общую управляющую информацию для моделирования компонента и записи выходных данных в узел, следующий за компонентом. Затем эта информация используется либо следующим компонентом в ветке, либо устанавливает условия выхода для филиала.

Хотя модель завода в EnergyPlus достаточно гибкая, в большинстве случаев топология системы завода в модели будет несколько отличаться от топологии реальной системы завода в здании. EnergyPlus ориентирован на моделирование энергоэффективности зданий в течение длительных периодов времени и не задуман как полностью гибкая система, которая может напрямую моделировать любую реальную систему завода с ее полной сложностью и точной компоновкой. Учитывая проект реальной сложной производственной системы, разработчику модели, как правило, необходимо разработать более простую систему, которая соответствует возможностям EnergyPlus и стремится улавливать вопросы, важные для моделирования энергопотребления.Подобно тому, как сложная геометрия должна быть упрощена до тепловых зон для моделей энергетики, сложные установки следует упростить до наборов пар замкнутых полупетлей с разрешенными топологиями ответвлений.

Директор завода [ССЫЛКА]

Plant Half-Loop Calling Order [ССЫЛКА]

Поскольку в модели может быть несколько производственных контуров, которые зависят друг от друга, одна из задач менеджера завода состоит в том, чтобы определить соответствующий порядок вызова для полупетл.Первоначальный порядок вызова (и порядок, который всегда использовался до EnergyPlus версии 7) следующий:

Вызов всех полупетл потребителя производственных контуров (в порядке объекта ввода)

Вызвать все полупетли на стороне питания производственных контуров (в порядке объекта ввода)

Вызов всех полупетл потребителя контуров конденсатора (в порядке входных объектов)

Вызвать все полупетли на стороне питания контуров конденсатора (в порядке входных объектов).

Этот первоначальный порядок вызова затем пересматривается на этапе настройки выполнения программы, когда модели компонентов предприятия итеративно считываются, инициализируются и устанавливаются размер. Алгоритм основан на информации, предоставляемой теми компонентными моделями, которые соединяют контуры вместе. Компоненты регистрируют, что две стороны петли соединены, и объявляют, какая из них предъявляет требования к другой. Если полупетля подключена и предъявляет требования к другому циклу, то порядок вызова независимого требующего цикла помещается непосредственно перед зависимым загруженным полупетлем.Например, модель компонента чиллера с водяным охлаждением сообщает, что сторона подачи контура охлажденной воды подключена к стороне потребления контура конденсатора и что контур охлажденной воды предъявляет требования к контуру конденсатора. Алгоритм менеджера предприятия является итеративным и многократно вызывает все полупетли в общей сложности четыре раза. После этого этапа настройки порядок вызовов фиксируется для остальной части моделирования.

Plant Flow Resolver [ССЫЛКА]

Обзор концепции Plant Flow Resolver [ССЫЛКА]

Важным аспектом процедуры решения в рамках контуров установки является метод, используемый для определения расходов жидкости в различных полупетлях.Это включает в себя обеспечение соответствия стороны предложения конкретной ситуации нагрузки и потока на основе моделирования контуров стороны спроса. Распределение нагрузки — это проблема, которую необходимо решить, а также то, как регулируются скорости потока и обновляются температуры. Эти вопросы обсуждаются в следующих нескольких подразделах, и описанные алгоритмы важны для того, как работает моделирование объекта.

На первом этапе менеджер контура предприятия вызывает соответствующий модуль для моделирования (в порядке потока) всех компонентов на каждом ответвлении контура, за исключением разделителей и смесителей.На этом этапе каждый компонент будет устанавливать условия в выходном узле, включая температуру, расход, максимально допустимый (расчетный) расход, минимально допустимый (расчетный) расход, максимальный доступный расход и минимальный доступный расход. Это будет основано исключительно на собственной схеме управления компонентом, и, таким образом, каждый компонент будет вправе запрашивать столько (или меньше) потока, сколько необходимо.

На втором этапе диспетчер шлейфа разрешит поток на всех узлах и через все ветви локального шлейфа.Затем компоненты моделируются с исправленными потоками. Для этой итерации преобразователь потока устанавливает скорость потока через каждый компонент контура.

Общий расход контура [ССЫЛКА]

Модели установки определяют общий расход жидкости для каждого контура на основе динамических запросов и потребностей компонентов контура. Решатель потока проверяет запросы и потребности каждого полупетля и выбирает общую скорость потока. При моделировании отдельных компонентов установки они регистрируют свои запросы на поток жидкости, которые хранятся на входном узле (переменная, называемая MassFlowRateRequest).Эти запросы потока используются для двух целей: общих потоков цикла и разрешения параллельных потоков внутри разделителя / смесителя. Для определения общего запроса потока цикла запросы отдельных компонентов дополнительно классифицируются по трем категориям в зависимости от характера устройства.

Нужна подача и петля оборотов на

Требуется поток, если контур уже включен

Возьмите любой поток, который у них есть.

Цикл будет выполняться, только если есть запросы потока типа 1.Если есть запросы потока типа 2, они не включат цикл, но могут повлиять на общую скорость потока, если он уже включен из-за некоторых ненулевых запросов типа 1. Запросы потока типа 3 не влияют на общую скорость потока в контуре. Эти классификации жестко запрограммированы и не могут быть изменены пользователем.

Управление насосом для контуров установки и конденсатора. [ССЫЛКА]

Насос — это просто компонент, который управляет потоком (также см. PipingSystem: Underground Simulation [ССЫЛКА]

Для моделирования различных подземных трубопроводных систем была реализована обобщенная модель, которая позволяет размещать трубы в твердой среде (почве).Модель моделирует эффекты циркуляции нескольких труб, позволяя жидкости течь в трубах в разных направлениях. Модель также может моделировать взаимодействие с поверхностями зоны для учета таких вещей, как теплопередача подвала в теплообменнике фундамента. В этом разделе описаны различные аспекты подхода к моделированию, которые могут помочь пользователю определить, подходит ли эта модель для конкретного приложения, и определить значения входных параметров.

Реализован альтернативный интерфейс, который обеспечивает более простой набор входных данных для моделирования горизонтальных траншейных теплообменников.Ключевые ограничения более простых вводов включают в себя то, что все трубопроводы в домене находятся на одном контуре, все траншеи находятся на одинаковом расстоянии друг от друга и каждая траншея имеет одинаковую глубину заглубления. Если это приемлемо для приложения, объект GroundHeatExchanger: HorizontalTrench является подходящим объектом. Объект использует те же базовые алгоритмы моделирования и структуры данных, что и подробная модель системы трубопроводов, но с более простым набором входных параметров. Для других случаев и более подробных исследований объекты PipingSystem: Underground: * обеспечивают полную гибкость.

Используется двухкоординатная модель теплообмена с конечным объемом труб, погруженных в проводящую среду. Двойная система координат состоит из грубой декартовой системы в проводящей области (например, грунта) с уточненной радиальной системой в околотрубной области. Трубы соединяются как объекты в контуре установки и моделируются по мере необходимости во время конвергенции контура, в то время как сама земля моделируется только один раз за шаг системного времени.

Подход

: [ССЫЛКА]

Общая схема разработки и решения [ССЫЛКА]

Реализована новая модель теплопередачи для обработки разнообразных условий подземных трубопроводов.Модель использует подход двойной системы координат для решения области конечного объема с вычислительной эффективностью. Основная идея, лежащая в основе метода двойной системы координат, состоит в том, чтобы сосредоточить вычислительные усилия на той области, где это больше всего необходимо: около трубы (труб). С этой целью используется декартова система координат с крупной сеткой для решения медленного теплопереноса грунта. Затем в одной из этих ячеек вокруг трубы / изоляции настраивается радиальная система координат со специализированной ячейкой интерфейса между системами.На рисунке 241 показан пример ячеек, окружающих трубу, включая радиальную область в ячейке около трубы, а на рисунке 242 показан увеличенный вид самой ячейки около трубы.

Радиальная ячейка «около трубы» в декартовой ячейке

Увеличенный вид радиальной ячейки

Модель теплопередачи грунта может быть создана в полностью трехмерном или квази-трехмерном виде. В любом случае в область помещается трехмерная сетка декартовых ячеек.В полностью трехмерном режиме учитывается осевой теплообмен; в квази-3D режиме аксиальные эффекты игнорируются, и в результате получается набор двухмерных срезов по длине домена. Определение того, какой метод будет использоваться в окончательной модели, должно основываться на окончательном тестировании и на балансе между точностью и временем вычисления. Эту опцию можно оставить на усмотрение конечного пользователя, но это, скорее всего, приведет к ненужным накладным расходам на ввод.

Для описания всех ячеек используется полностью неявная (и, следовательно, численно стабильная) формулировка, что означает, что должен быть реализован итерационный цикл.В этом решателе внешний итерационный цикл используется для приведения всей области к сходимости, в то время как внутренний итерационный цикл используется для всех радиальных ячеек. Это сделано для того, чтобы еще больше сфокусировать вычислительные усилия. Внешняя область может сойтись в течение одной или двух итераций, в то время как ячейки «около трубы» могут потребовать гораздо большего количества итераций. По этой причине не имеет смысла выполнять итерацию по всей области большое количество раз.

Граничные условия [ССЫЛКА]

Граничное условие дальнего поля определяется корреляцией Кусуды и Ахенбаха (1965), для которой требуются годовые данные о температуре поверхности земли.Как и в случае с текущей моделью Pipe: Underground, пользователь сможет вводить параметры корреляции напрямую, или информация из объекта ввода месячной температуры грунта будет использоваться для вывода параметров.

Граничное условие поверхности земли определяется балансом энергии между окружающими внутренними ячейками и поверхностью земли, включая конвекцию и излучение. Как и в случае с объектом «Труба: подземный», солнечное воздействие на поверхность земли может быть дополнительным входным параметром, позволяющим получить затемненную поверхность земли.В дополнение к стандартной проводимости, конвекции и как коротковолновой, так и длинноволновой солнечной радиации на поверхности, граничное условие поверхности земли также включает эффекты эвапотранспирации в поверхностной растительности — потери тепла из-за испарения из почвы на поверхность растений. , и внутренняя транспирация самого растения. Скорость эвапотранспирации рассчитывается как потеря влаги с использованием метода Walter et al. (2005), и переведены в тепловые потери путем умножения на плотность и скрытую теплоту испарения воды.Скорость эвапотранспирации зависит от типа растительности на поверхности; пользователь может изменять растительность на поверхности от бетонной поверхности до довольно высокой травы (около 7 дюймов).

На основе приложения адиабатическое граничное условие также будет реализовано и применено на определенных поверхностях области. Например, для случая, когда имеется фундамент или область под плитой, адиабатическая граница будет представлять вертикальную линию симметрии.

«Ячейка трубы» Моделирование [ССЫЛКА]

Земля дискретизируется на грубые декартовы ячейки, некоторые из которых будут содержать трубу. Эти «ячейки-трубы» далее дискретизируются в радиальную систему со специализированной ячейкой интерфейса для соединения этих систем. Радиальные ячейки состоят из нескольких ячеек заземления с дополнительной ячейкой изоляции, затем ячейки трубы, за которой следует сама жидкость.

Жидкость моделируется как цилиндрическая ячейка, взаимодействующая с поступающей жидкостью и передающей тепло трубе.Когда в системе нет потока, ячейка по существу становится радиально адиабатической, так что температура жидкости будет плавать в периоды отключения. Он не будет равняться температуре земли, если только он не выключен в течение длительного времени и переходному теплу не позволено рассеяться. Когда в системе есть поток, поступающая жидкость и теплопередача от стенки трубы уравновешиваются с массой ячейки, чтобы получить новую температуру жидкости для этой ячейки, которая будет передана вниз по потоку в следующую ячейку.

Жидкость внутри ячеек моделируется направленно, так что поток может циркулировать через несколько сегментов трубы в разных направлениях.Направление потока в каждой трубе указывается в поле выбора.

Basement Interaction [LINK]

Модель также может взаимодействовать с поверхностями подвала. Взаимодействие разделено на две части: поверхности пола и поверхности стен. Для каждого из них анализ сосредоточен, то есть все стены рассматриваются как одна средняя поверхность стены, а все этажи рассматриваются как одна средняя поверхность пола. Расстояние, на которое проникает подвал в пределах домена, определяется простой спецификацией ширины и высоты.Тогда домен в разрезе для этого региона. Обратите внимание, что эти расстояния относятся к внешней поверхности стены или пола.

Модель теплопередачи грунта не выполняет моделирование переходных процессов поверхностей подвала. Переходные условия на этих поверхностях оставлены на усмотрение соответствующих алгоритмов теплового баланса поверхностей. Вместо этого эта модель взаимодействует непосредственно на внешней границе за счет использования модели OtherSideConditions . Модель теплопередачи грунта будет использовать текущий тепловой поток на внешней поверхности в качестве границы для соседних ячеек.После достижения сходимости модель грунта будет эффективно применять граничное условие постоянной температуры поверхности за счет использования очень высокого значения коэффициента конвекции. Алгоритмы теплового баланса поверхности будут учитывать это во время следующего временного шага зоны.

Разработка сетки

[ССЫЛКА]

Сетка создается с использованием нескольких простых параметров. Существует две различные категории: крупномасштабная декартова сетка и уточненная радиальная сетка около трубы.

  • Сетка X, Y, Z

  • Макет сетки
  • Плотность клеток

  • Радиальная сетка

  • Радиальная толщина ячейки
  • Количество ячеек

Декартова сетка использует параметр плотности ячеек для определения количества ячеек, используемых при моделировании. Вместо того, чтобы требовать подробного описания всех областей ячеек в домене, этот единственный параметр используется для определения плотности сетки и применяется ко всем областям домена.Параметр плотности ячеек представляет количество ячеек в любых двух разделах домена. Доменная перегородка — это стена подвала или труба, помещенная в домене. После того, как все эти разделы разложены и проверены, области между ними заполняются количеством ячеек, указанным в параметре плотности ячеек. Хотя это может привести к изменению размера ячейки в пределах области, предполагается, что это поможет сосредоточить вычислительную интенсивность в области. Конечно, количество ячеек (параметр плотности ячеек) может быть разным для каждого из направлений X, Y и Z, чтобы обеспечить дальнейшую точную настройку области.

Декартова сетка размещается либо однородным, либо симметрично-геометрическим способом. В первом случае ячейки между любыми двумя разделами домена имеют одинаковый размер. В последнем случае ячейки меньше рядом с перегородками, чтобы снова помочь точной настройке вычислительной интенсивности. Если выбран последний вариант, степень неоднородности задается дополнительным параметром.

Радиальная система координат всегда одинакова для ячеек почвы. Для этого региона необходимо указать два параметра: количество ячеек (количество ячеек почвы, которые должны быть созданы за пределами ячейки трубы) и радиальная толщина сетки (радиальная расстояние от внешней стенки трубы до границы ячейки).Тогда каждая ячейка почвы будет иметь радиальную толщину, равную толщине радиальной ячейки, деленной на количество ячеек.

Методология моделирования [ССЫЛКА]

Фактическое моделирование этой модели выполняется в двух частях: моделирование грунта и моделирование ячейки трубы.

Поскольку земля, вероятно, будет медленно перемещаться и легко сходиться, она моделируется один раз за каждый шаг системного времени. Это будет моделировать все ячейки в домене, которые не содержат сегмент трубы.Граничными условиями для этого шага являются текущие условия на поверхности и модель дальнего поля, а также предыдущие значения температуры ячейки трубы. Эта небольшая задержка должна обеспечивать подходящую точность, поскольку системный временной шаг обычно меньше постоянной времени ячейки трубы. Такое разделение задействует ядро ​​разработки модели, снова прикладывая вычислительные усилия там, где они больше всего нужны, рядом с трубами.

Моделирование грунта выполняется один раз за каждый временной шаг, но моделирование ячейки трубы выполняется при каждом вызове компонента.Каждая труба будет размещена на петле установки, но не обязательно на той же стороне петли установки или петли. Таким образом, при каждом обращении к объекту эта труба будет использовать температуры ячеек грунта около трубы в качестве граничных условий для моделирования радиальных ячеек «около трубы» и ячейки жидкости. Таким образом, трубы будут многократно моделироваться вслед за конвергентным потоком петлевой системы завода.

Источники [ССЫЛКА]

Kusuda, T. & Achenbach, P. 1965. «Температура Земли и температурная диффузия на отдельных станциях в Соединенных Штатах», ASHRAE Transactions Vol.71, часть 1, стр. 61–75.

Аллен, Р.Г., Уолтер, И.А., Эллиотт, Р.Л., Хауэлл, Т.А., Итенфису, Д., Дженсен, М.Е., Снайдер, Р.Л. 2005. Стандартное эталонное уравнение эвапотранспирации ASCE. Рестон, Вирджиния: Американское общество инженеров-строителей. 59 с.

Насосы). Его реакция зависит от нескольких различных условий. Всего существует три различных переменных решения, две из которых определяются пользователем. Этими тремя решающими факторами являются то, имеет ли насос постоянную или регулируемую скорость, будет ли насос работать непрерывно или с перерывами, и есть ли запрос на общий расход в контуре.После того, как общий запрос потока цикла был определен, моделирование знает, что цикл хотел бы сделать. Следующее, что он делает, — моделирует все циркуляционные насосы, чтобы увидеть, что они действительно могут обеспечить. Тогда общий расход в контуре ограничивается минимумом и максимумом, которые циркуляционные насосы могут обеспечить в это время. Насос с постоянной скоростью работает довольно просто. Если пользователь назначает насос постоянной скорости, который работает непрерывно, насос будет работать независимо от наличия нагрузки.Это может привести к добавлению тепла в контур, если никакое оборудование не включено. Если насос имеет постоянную скорость и работает с перебоями, насос будет работать на полную мощность при обнаружении нагрузки и отключится, если в контуре нет нагрузки.

Насос с регулируемой скоростью определяется с максимальным и минимальным расходом, которые являются физическими пределами устройства. Если в контуре нет нагрузки и насос работает с перебоями, насос может отключиться. Для любых других условий, таких как контур, имеющий нагрузку, и насос работает с перебоями или насос работает непрерывно (независимо от условий нагрузки), насос будет работать и выбирать расход где-то между минимальным и максимальным пределами.В этих случаях, когда насос работает, он будет пытаться удовлетворить запрос потока для всего контура.

Во многих случаях первая оценка потока, запрашиваемая стороной запроса, имеет тенденцию быть довольно точной, и скорость потока не меняется в последующих итерациях. Однако, поскольку существует вероятность того, что катушки или какой-либо другой компонент могут запросить больший поток в будущих итерациях в течение того же временного шага, программа должна не только устанавливать скорости потока, но также поддерживать запись текущих максимальных и минимальных пределов скорости потока.Эта информация важна не только для самого насоса, но и для другого оборудования, которое может управлять своей скоростью потока и, следовательно, требует знания пределов, в которых они могут работать. В общем, решение о том, какой установить максимальный и минимальный расход, напрямую зависит от типа насоса (постоянная или регулируемая скорость). Для насосов с постоянной скоростью максимальные и минимальные значения расхода одинаковы, и, таким образом, если запрошенный расход не соответствует этому, другие компоненты должны либо иметь дело с расходом, либо должна быть доступна байпасная ветвь для обработки избыточного расхода.Для насосов с регулируемой скоростью максимальные и минимальные значения расхода устанавливаются в пределах, определяемых пользователем.

Сторона подачи установки / конденсатора [ССЫЛКА]

Модели компонентов, таких как котлы, чиллеры, конденсаторы и градирни, моделируются на стороне подачи установки и контурах конденсатора. Чтобы обеспечить возможность спецификации реалистичных конфигураций, менеджеры контуров завода были разработаны для поддержки параллельного-последовательного соединения моделей компонентов в контуре. Кроме того, менеджеры циклов были разработаны для поддержки обеих полудетерминированных моделей (например,г. модели оценки параметров ASHRAE Primary Toolkit [Pedersen 2001]) и модели «на основе спроса» (например, модели карты производительности BLAST и DOE2.1E). В результате менеджер контура должен иметь возможность моделировать модели, требующие массового расхода в качестве входных данных, и модели, которые рассчитывают массовый расход в качестве выходных данных — иногда в контексте конфигурации с одним контуром.

Чтобы достичь этих критериев проектирования, не прибегая к решателю сети потока на основе давления в части кода HVAC, для менеджера завода EnergyPlus был разработан основанный на правилах «преобразователь потока».Преобразователь расхода основан на следующих предположениях и ограничениях:

В каждом шлейфе может быть только один сплиттер и один микшер.

Из-за того, что в данном шлейфе может быть только один сплиттер и один микшер, логически следует, что на каждой стороне шлейфа может быть не более одного байпаса

Никакие другие компоненты не могут быть подключены последовательно с байпасом, т. Е. Ветвь, содержащая байпас, может не иметь другого оборудования на этой ветке

Оборудование может быть подключено параллельно только между компонентами разветвителя и смесителя контура

Оборудование может быть соединено последовательно в каждом ответвлении петли

Расходы на отдельных ответвлениях будут контролироваться с использованием максимальных и минимальных доступных ограничений расхода

Резольвер потока использует простой алгоритм предсказателя-корректора для обеспечения непрерывности массы через разветвитель контура установки, как показано на следующем рисунке.

Схема решения на стороне подачи установки / конденсатора.

Как обсуждалось ранее, насос устанавливает общий массовый расход контура, задавая расход в первом ответвлении на стороне подачи. На втором этапе алгоритм прогнозирования вызывает моделирование каждого элемента оборудования в контуре, и они обновляют свои запросы массового расхода на основе текущих значений расхода, температуры и запросов на отправку нагрузки. Менеджер цикла вызывает соответствующий модуль для моделирования (в порядке потока) всех компонентов в каждой ветви цикла, кроме разделителей и смесителей.На этом этапе каждый компонент устанавливает условия на своем выходном узле, включая температуру, и устанавливает потоки компонентов на входном узле. Каждый компонент и ветвь классифицируются по типу управления потоком. До версии 7 это вводился пользователем, где объекты ветвления были помечены в пользовательском входном файле как модели типа АКТИВНЫЙ, СЕРИЙНЫЙ, ПАССИВНЫЙ или ОБХОДНОЙ. Начиная с версии 7 это жестко закодировано, и ввод больше не используется. Тип управления потоком АКТИВНЫЙ описывает основанную на спросе модель предприятия, которая вычисляет массовый расход в качестве выходных данных.Когда АКТИВНЫЙ компонент выключен, отключает всю ветвь независимо от типа других компонентов в ветке. СЕРИЙНАЯ АКТИВНАЯ ветвь похожа на АКТИВНЫЙ компонент, за исключением того, что в ветке более одного АКТИВНЫХ компонента, поэтому два запроса компонентов могут противоречить друг другу, и поэтому она может не закрывать всю ветвь, когда компонент ВЫКЛЮЧЕН. Алгоритм разрешения потока одинаков как для АКТИВНЫХ, так и для ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫХ компонентов, и в остальной части документа описание одного типа будет соответствовать и другому типу.Тип PASSIVE описывает полудетерминированную модель, которая моделируется с массовым расходом на входе. Тип BYPASS обозначает обход контура.

Алгоритм прогнозирования сначала устанавливает желаемую скорость потока для каждой ветви путем поиска АКТИВНЫХ компонентов на ветви. Первый компонент АКТИВНЫЙ в порядке моделирования устанавливает желаемый поток ветвления. Отводы только с ПАССИВНЫМИ компонентами требуют расхода между минимальным и максимальным допустимым расходом отводящего потока. Ветви с компонентом BYPASS имеют поток ветвления только тогда, когда все другие вместе взятые ветки не могут обрабатывать весь поток цикла.

Резолвер потока контура делает все необходимые «исправления» в запрошенных потоках ветвления, чтобы обеспечить полную непрерывность контура. Если сохранение массы позволяет удовлетворить все АКТИВНЫЕ ветви, то оставшийся поток делится между ПАССИВНЫМИ ветвями и, в крайнем случае, БАЙПАСОМ. Если поток недостаточен для удовлетворения потребности ветвления, запросы АКТИВНОГО ветвления удовлетворяются первыми в том порядке, в котором ветки появляются в списке ветвей во входном файле.

Скорость потока определяется сначала для каждой отдельной ветви.Для каждой ветви программа циклически перебирает каждый узел ветви и определяет, каковы потоки запросов и ограничения потока. Предполагается, что наиболее строгие ограничения потока действительны для всей ветви независимо от типа компонента. Активным компонентам дается наивысший приоритет для запроса определенной скорости потока. Если в конкретной ветви имеется более одного активного компонента, то предполагается, что активный компонент в ветви с самым высоким запросом потока диктует запрос потока для всей ветви.

После того, как все ветви установили свои скорости потока и ограничения, разделитель и микшер должны разрешить различные запросы потока. Смеситель и любая ветвь, следующая за смесителем, пассивны. Таким образом, все управление потоком происходит на разделителе. Разделитель сначала пытается суммировать максимальные и минимальные ограничения для всех активных ветвей, выходящих из устройства, и сравнивает их с ограничениями, действительными для ветви, ведущей в разделитель. Когда существует несоответствие между ограничениями на выходе и ограничениями на входе, при моделировании будут учитываться ограничения на входе из-за того, что насос в действительности управляет потоком в контуре.Поскольку ограничения насоса будут передаваться на сторону спроса со стороны предложения, предполагается, что змеевики или другие компоненты стороны спроса должны находиться в пределах границ насоса.

После того, как поток в разделителе разрешен, при необходимости можно отрегулировать скорости потока в ответвлении и ограничения между разделителем и смесителем. В некоторых случаях это будет обязательно для поддержания баланса масс на делителе. Когда скорость потока, выходящего из разделителя, не соответствует активным запросам ответвления, скорости потока отдельных ответвлений должны быть скорректированы, чтобы обеспечить дополнительный поток или «дефицит потока».Когда есть дополнительный поток, избыточный поток сначала направляется через любую обходную ветвь, а затем направляется в пассивные ветви в порядке, обратном их появлению в списке выходов разделителя. Когда все эти ветви будут исчерпаны, а избыточный поток все еще будет, поток будет увеличен к активным ветвям, также в обратном порядке. Обратный порядок гарантирует, что ветвь, появляющаяся первой, имеет наивысший приоритет для получения запрошенной скорости потока.

, если потока недостаточно для удовлетворения всех активных запросов ветвления (т.е., «дефицит потока»), тогда расходы через байпас и пассивные ветви устанавливаются равными нулю. Затем скорость потока через активные ветви будет уменьшаться в обратном порядке до тех пор, пока скорость потока на выходе из разделителя не будет соответствовать имеющемуся потоку на входе в разделитель. Для дефицита потока контура установки байпасный и пассивный потоки ответвления также устанавливаются равными нулю, а расходы для каждого активного ответвления рассчитываются следующим образом:

где:

Также необходимо контролировать ограничения потока на ответвлениях и компонентах, так как после изменения скорости потока компоненты должны быть повторно смоделированы с помощью контура управления (воздушный контур, оборудование зоны или сторона подачи установки).Контроллеры для этих компонентов должны знать, были ли изменены ограничения, чтобы при моделировании не происходило переключение между компонентом, запрашивающим поток, который насос не может удовлетворить, и насосом, затем сбрасывающим поток до того, который он может обеспечить. Обратите внимание, что как только скорость потока для любого компонента изменилась, это сигнализирует о необходимости повторно смоделировать любой подцикл, с которым он может иметь косвенное соединение. В настоящее время это означает, что при изменении расхода на стороне потребности предприятия при моделировании необходимо пересчитать условия как в воздушном контуре, так и в суб-контурах оборудования зоны, поскольку змеевики и другое оборудование могут находиться по обе стороны от главного воздушного контура.Точно так же, если моделирование стороны потребления конденсатора приводит к изменению расхода через конденсатор чиллера, то сторона подачи установки должна быть запущена для повторного выполнения расчетов. Были приняты меры, чтобы избежать случаев, когда различные полупетли могут просто запускать повторное моделирование своих косвенных соединений в бесконечном цикле.

Емкость контура и нагрев насоса [ССЫЛКА]

Модель установки включает упрощенные методы моделирования емкости жидкости и повышения температуры из-за накачки и трения.При переходе от моделей установки на основе нагрузки или энергии к схеме на основе контура меняются как скорость потока, так и температура жидкости. Это означает, что необходимо контролировать большее количество степеней свободы. Обсуждаемая ранее концепция преобразователя расхода контролирует расход жидкости через компоненты и поддерживает общий баланс массового расхода через контур. Однако температуры все еще необходимо контролировать и моделировать. Можно ожидать, что чисто итерационная процедура сойдется к подходящим температурам контура, но процедура может стать медленной, чтобы сойтись в условиях, когда спрос изменяется быстро или компоненты предложения могут не иметь достаточной мощности для удовлетворения системного спроса.Эта ситуация в чем-то аналогична той, которая существует в связи между зоной и воздушной системой. В этом случае сходимость и стабильность итерационного решения были значительно улучшены за счет добавления тепловой емкости воздуха зоны и другой быстро реагирующей массы внутри зоны. Основываясь на этом опыте, было решено добавить к модели контура установки тепловую емкость, чтобы получить выгоду от дополнительной стабильности. Поскольку тепловая емкость при взаимодействии зона / система относительно мала, здесь необходимо было использовать численное решение третьего порядка.Хотя тепловая емкость жидкости контура установки относительно высока, потоки жидкости также обладают высокой теплоемкостью и могут быстро изменять температуру, простое решение первого порядка не было признано удовлетворительным, и требовалось точное аналитическое решение.

В реальных условиях часто бывает некоторая задержка между изменениями в условиях подачи и соответствующими изменениями в компонентах стороны спроса из-за переноса жидкости по контуру с конечной скоростью.

Перекачивание жидкости по контуру увеличивает тепло жидкости за счет трения.Небольшое нагревание происходит в насосе и по всему контуру. Количество тепла равно работе, выполняемой насосом с жидкостью. Это так называемое насосное тепло является усложняющим фактором при моделировании установки, поскольку тепловое воздействие насоса изменяет нагрузку на основное оборудование. Необходим простой метод учета накачки тепла, который не увеличивает трудностей численного решения и (начиная с версии 7) в EnergyPlus это достигается путем включения тепла насоса в модель емкости контура.

Производственные контуры включают простую модель емкости контура для имитации этих эффектов на основе модели резервуара с хорошим перемешиванием. У каждого полупетля есть резервуар с хорошо перемешиваемым резервуаром, расположенный на его входе, как показано на рисунке 112. Температура резервуара моделируется как функция массы резервуара, скорости потока жидкости на входе и температуры, а также тепла насоса. Энергия не теряется или не набирается из-за накопления в емкости контура.

Модели резервуаров для измерения емкости контура

Общий объем контура установки разделен на два резервуара на каждом входе полупетля.Для обычных контуров (без обычных труб) каждый резервуар составляет половину объема контура установки. Для обычных контуров трубопровода резервуар на входе стороны подачи имеет три четверти объема, а резервуар на входе стороны потребления — одну четверть. Каждому контуру установки назначается общий объем жидкости, вводимый пользователем, или процедура автосчета, основанная на расчетном расходе. Размер тепловой емкости влияет на скорость восстановления из ситуаций, когда заданное значение не поддерживалось. Пользователь должен оценить объем жидкости на основе размера труб в контуре.Обратите внимание, что приблизительных оценок вполне достаточно. Емкость контура (м 3 ) может быть рассчитана на основе данных о размере трубы, но обычно это не известно. Если задана нулевая емкость, приведенная выше формулировка сводится к мгновенному обновлению температуры обновления потребности, а температура на входе потребности становится температурой на выходе подачи на предыдущем временном шаге. Если указана очень большая емкость, это может привести к нереалистичной временной задержке и может быть плохая реакция на изменения заданной температуры контура.Параметр «автосчет» дает разумные значения емкости контура и рассчитывается следующим образом:

Температура резервуара моделируется путем построения контрольного объема и баланса энергии вокруг резервуара и решения для температуры. Температура каждого резервуара пересчитывается всякий раз, когда две полупетли соединяются вместе. История температуры резервуара сохраняется в конце временного шага моделирования. Уравнение модели для резервуара (и температуры на выходе) формулируется следующим образом:

Температура резервуара в конце временного шага моделирования определяется с помощью аналитического подхода и выражается как

.

где:

= Предыдущий системный временной шаг температуры резервуара [° C]

= Текущая температура резервуара и температура на выходе резервуара [° C]

= Текущий массовый расход жидкости через резервуар [кг / с]

= Продолжительность шага системного времени [секунды]

= Теплоемкость жидкости [Дж / кг]

= Масса воды в баке [кг]

= Тепло, выделяемое насосом в баке [Вт]

При моделировании предприятий, использующих один из обычных режимов трубы для контуров установки, используется та же модель резервуара, но резервуары расположены по-разному и учитывают дополнительные соединения.Для обычной ситуации с трубами резервуары расположены на выходе из полуконтроля с общими трубными соединениями после резервуара.

Средняя температура указывается как температура резервуара. Средняя температура определяется как значение интегральной функции температуры резервуара на интервале [ 0 , δt ]

Вход преобразователя потоков растений [ССЫЛКА]

Вход, специально связанный с преобразователем потока, состоит из списка BranchList объекта и списка ConnectorList объекта, как показано в ссылке Input Output Reference.Пользовательские имена связывают цикл объекта с его ответвлениями (содержащимися в BranchList) и определяют разделители и смесители цикла, содержащиеся в ConnectorList. Синтаксис Connector: Splitter и Connector: Mixer, в свою очередь, определяет относительное соединение ветвей друг с другом в цикле.

Определение ответвления вводится в порядке моделирования и подключения для всех компонентов в ответвлении. При моделировании предполагается, что входной узел первого компонента, указанного в ответвлении, является входным узлом ответвления, а выходной узел последнего компонента, указанного в ответвлении, является выходным узлом ответвления.Примеры всего синтаксиса ввода показаны в Справочнике по вводу / выводу для соответствующего объекта.

Сводка схем распределения нагрузки [ССЫЛКА]

В EnergyPlus используются три схемы распределения нагрузки. На рисунке ниже показан алгоритм распределения нагрузки предприятия. Общая потребность в контуре вычисляется и используется в программе ManagePlantLoopOperation для определения доступного оборудования на основе схемы диспетчерского управления, указанной пользователем.После того, как все доступные компоненты были идентифицированы, потребность в контуре распределяется между доступными компонентами на основе указанной пользователем схемы распределения нагрузки.

Схема распределения нагрузки

Схема ОПТИМАЛЬНАЯ сначала загружает каждый компонент до его оптимального коэффициента частичной нагрузки (указанного во входных данных). Любая оставшаяся потребность в контуре равномерно распределяется между всеми компонентами. Схема SEQUENTIAL загружает каждый компонент по одному до полной загрузки, пока не будет удовлетворена потребность в контуре.Компоненты загружаются в том порядке, в котором они появляются в списке оборудования, указанном во входных данных. Схема UNIFORM сначала распределяет нагрузку равномерно между всеми доступными компонентами. Если некоторые компоненты не способны выдержать равномерно распределенную нагрузку, оставшаяся нагрузка делится между оставшимися компонентами.

Сводка схем расчета потребности в контуре завода [ССЫЛКА]

В EnergyPlus есть две схемы расчета потребности в контуре установки. Есть SingleSetPoint и DualSetPointDeadband ; SingleSetPoint используется по умолчанию, если это поле оставлено пустым в объекте PlantLoop.В схеме SingleSetPoint для Plant Loop требуется, чтобы диспетчер уставок установил единственное значение уставки, которое устанавливает Node% TempSetPoint. Примерами этого Менеджера заданных значений могут быть: объекты SetpointManager: Scheduled, SetpointManager: OutdoorAirReset и т. Д. Для схемы DualSetPointDeadband цикл Plant Loop требует, чтобы диспетчер заданных значений устанавливал высокие и низкие значения заданных значений для Node% TempSetPointHi и Node% TempSetPointLo. Примеры этого менеджера уставок: SetpointManager: Scheduled: DualSetpoint.Обратитесь к Справочнику по входам и выходам для правильного использования этих менеджеров уставок.

Схема расчета потребности в контуре завода определяет количество нагрева или охлаждения, необходимое для доведения температуры контура завода до заданного значения (ей). Когда это значение определено, схема распределения нагрузки, описанная в предыдущем разделе, принимает это значение и распределяет нагрузку на соответствующее оборудование. Схема расчета спроса определяет, как рассчитывается нагрузка.В следующем разделе приводится краткое описание двух алгоритмов и их использования.

Схема расчета потребности в контуре SingleSetPoint [LINK]

Схема SingleSetPoint для PlantLoop принимает значение, которое помещается в Node% TempSetPoint, и вычисляет нагрузку на нагрев или охлаждение, необходимую для получения этой уставки.

  DeltaTemp = LoopSetPoint - LoopTempIn
LoopDemand = mdot * Cp * DeltaTemp  

Знак запроса контура определяет, имеет ли контур охлаждающую или нагревательную нагрузку.Затем схема распределения нагрузки распределяет эту рассчитанную нагрузку на соответствующее оборудование.

Схема расчета потребности в шлейфе DualSetPointDeadband [LINK]

Схема DualSetPointDeadband для PlantLoop принимает значение, которое помещается в Node% TempSetPointHi, а Node% TempSetPointLo вычисляет нагревательную или охлаждающую нагрузку, необходимую для получения этой уставки; если в DeadBand, то нагрузка не рассчитывается. Приведенный ниже псевдокод показывает основу алгоритма.

 ! Рассчитайте потребность в петле
ЕСЛИ (mdot> 0,0) ТО
  LoadtoHeatingSetPoint = mdot * Cp * (LoopSetPointLo - LoopTempIn)
  LoadtoCoolingSetPoint = mdot * Cp * (LoopSetPointHi - LoopTempIn)
  ! Возможные комбинации:
  ! 1 LoadToHeatingSetPoint> 0 и LoadToCoolingSetPoint> 0 -> Требуется нагрев
  ! 2 LoadToHeatingSetPoint <0 & LoadToCoolingSetPoint <0 -> Требуется охлаждение
  ! 3 LoadToHeatingSetPoint <0 & LoadToCoolingSetPoint> 0 -> Зона нечувствительности
  ! 4 LoadToHeatingSetPoint> 0 и LoadToCoolingSetPoint <0 -> Невозможно
  ЕСЛИ (LoadToHeatingSetPoint.GT. 0.0 .И. LoadToCoolingSetPoint .GT. 0.0) ТОГДА
     LoopDemand = LoadToHeatingSetPoint
  ИНАЧЕ ЕСЛИ (LoadToHeatingSetPoint .LT. 0.0. И. LoadToCoolingSetPoint .LT. 0.0) ТОГДА
     LoopDemand = LoadToCoolingSetPoint
  ИНАЧЕ ЕСЛИ (LoadToHeatingSetPoint .LT. 0.0. И. LoadToCoolingSetPoint .GT. 0.0) ТО
     LoopDemand = 0,0
  ЕЩЕ
     ВЫЗОВ ShowSevereError
  КОНЕЦ ЕСЛИ
ЕЩЕ
  LoopDemand = 0,0
КОНЕЦ ЕСЛИ

ЕСЛИ (ABS (LoopDemand)  

Знак запроса контура определяет, имеет ли контур охлаждающую или нагревательную нагрузку.Затем схема распределения нагрузки распределяет эту рассчитанную нагрузку на соответствующее оборудование, если оно есть.

Схема работы установки и конденсаторного оборудования

[ССЫЛКА]

Установки и контуры конденсатора должны иметь какой-либо механизм для управления работой контура и какое оборудование доступно в различных рабочих условиях. После того, как нагрузка контура рассчитана по условиям возврата со стороны спроса и с использованием заданного значения контура, эту нагрузку необходимо распределить для оборудования питания в соответствии с вводом пользователя.В основном это делается по схемам работы.

Каждая схема работы должна иметь тип схемы работы, ее идентифицирующее имя и расписание, определяющее ее доступность. Первой схеме, представленной в списке, дается наивысший приоритет; вторая схема имеет второй по величине приоритет и т. д. Другими словами, если в соответствии с ее расписанием доступна первая схема работы, то она используется при моделировании для определения того, как работает контур установки или конденсатора. Если он недоступен, вторая схема работы в списке проверяется, чтобы увидеть, доступна ли она, пока не будет найдена схема с наивысшим приоритетом, которая также доступна.Подробную информацию о поле ввода см. В Справочнике по вводу-выводу.

Схемы работы завода

[ССЫЛКА]

Подробную информацию о поле ввода см. В Справочнике по вводу-выводу. Варианты схем управления установкой:

Неконтролируемый цикл работы [ССЫЛКА]

The PlantEquipmentOperation: Неконтролируемая схема использует полную мощность оборудования подачи и соответственно охлаждает или нагревает контур. Примером может служить градирня, в которой градирня будет охлаждать контур конденсатора со всей его доступной производительностью и не будет ограничиваться диапазоном производительности или заданным значением.Неуправляемая работа контура просто определяет группу оборудования, которая работает «неуправляемо». Если контур работает, это оборудование также будет работать, если оно не будет отключено резольвером потока контура для поддержания непрерывности в контуре жидкости.

Работа на основе диапазона нагрузки охлаждения или Работа на основе диапазона нагрузки нагрева [ССЫЛКА]

PlantEquipmentOperation: CoolingLoad (или PlantEquipmentOperation: HeatingLoad) определяет различные диапазоны и список оборудования, действительный для каждого диапазона.В каждом трио есть нижний предел диапазона нагрузки, верхний предел диапазона нагрузки и имя, которое связано со списком доступности оборудования (PlantEquipmentList). Работа в диапазоне нагрузок используется, когда рассчитывается нагрузка контура, а затем выбирается оборудование в надлежащем диапазоне. Это позволяет обеспечить наиболее эффективную работу оборудования предприятия или определить наиболее эффективную конфигурацию предприятия. Когда список оборудования обнаружен, нагрузка распределяется на оборудование способом, выбранным пользователем с помощью схемы распределения нагрузки «Оптимальная или последовательная».Схема работы, основанная на диапазоне нагрузки, имеет два связанных с ней оператора: основной оператор, который определяет диапазоны, в которых допустимы отдельные настройки приоритета, и списки оборудования, которое может использоваться для каждого диапазона.

Схемы работы конденсатора

[ССЫЛКА]

Это очень похоже на схемы работы установки, но есть еще несколько вариантов, доступных с CondenserLoop. Схемы работы конденсатора применимы к оборудованию на «стороне подачи» контура конденсатора - насосам, градирням, теплообменникам с заземлением и т. Д.Ключевые слова выбирают алгоритм, который будет использоваться для определения оборудования, доступного для каждого временного шага. Схема «Работа на основе диапазона » выбирает определенный пользователем набор оборудования для каждого указанного пользователем диапазона конкретной переменной моделирования. Схема « на основе диапазона нагрузки» сравнивает спрос на стороне подачи конденсатора с указанными диапазонами нагрузки и соответствующими списками оборудования. Схема « Outdoor… Range Based» сравнивает текущее значение параметра окружающей среды с указанными пользователем диапазонами этого параметра.Подробную информацию о поле ввода см. В Справочнике по вводу-выводу.

Неконтролируемый цикл работы [ССЫЛКА]

The PlantEquipmentOperation: Неконтролируемая схема использует полную мощность оборудования подачи и соответственно охлаждает или нагревает контур. Примером может служить градирня, в которой градирня будет охлаждать контур конденсатора со всей его доступной производительностью и не будет ограничиваться диапазоном производительности или заданным значением. Неуправляемая работа контура просто определяет группу оборудования, которая работает «неуправляемо».Если контур работает, это оборудование также будет работать, если оно не будет отключено резольвером потока контура для поддержания непрерывности в контуре жидкости.

Работа на основе диапазона нагрузки охлаждения или Работа на основе диапазона нагрузки нагрева [ССЫЛКА]

Оператор PlantEquipmentOperation: CoolingLoad (или PlantEquipmentOperation: HeatingLoad) определяет различные диапазоны и список оборудования, действительный для каждого диапазона. В каждом трио есть нижний предел диапазона нагрузки, верхний предел диапазона нагрузки и имя, которое ссылается на список доступности оборудования (CondenserEquipmentList).Работа в диапазоне нагрузок используется, когда рассчитывается нагрузка контура, а затем выбирается оборудование в надлежащем диапазоне. Это позволяет обеспечить наиболее эффективную работу оборудования предприятия или определить наиболее эффективную конфигурацию предприятия. Когда список оборудования обнаружен, нагрузка распределяется на оборудование способом, выбранным пользователем с помощью схемы распределения нагрузки «Оптимальная или последовательная». Схема работы, основанная на диапазоне нагрузки, имеет два связанных с ней оператора: основной оператор, который определяет диапазоны, в которых допустимы отдельные настройки приоритета, и списки оборудования, которое может использоваться для каждого диапазона.

Работа на открытом воздухе с сухой лампой на основе диапазона, работа на улице с влажной лампой на основе диапазона, на улице с относительной влажностью, на основе диапазона [LINK]

Различные утверждения «PlantEquipmentOperation: Outdoor *» определяют различные диапазоны различных параметров окружающей среды и список оборудования, действительный для каждого диапазона. После ключевого слова и идентифицирующего имени ожидается серия троек данных. В каждом трио есть нижний предел диапазона нагрузки, верхний предел диапазона нагрузки и имя, которое связано со списком доступности оборудования («CondenserEquipmentList»).

Эксплуатация на основе разницы температур на открытом воздухе Drybulb. Работа на улице с влажной лампой на основе разницы температур [LINK]

Различные стратегии управления заявлениями «PlantEquipmentOperation: Outdoor * Difference» помогают управлять любым конденсаторным оборудованием на основе разницы между эталонной температурой узла и любой температурой окружающей среды. Например, градирней можно управлять с помощью стратегии, которая учитывает разницу между температурой на входе в градирню и температурой по влажному термометру.Диапазон различий указан для каждого списка оборудования.

Системы первичного и вторичного контура [ССЫЛКА]

Метод моделирования первично-вторичной системы в EnergyPlus называется Common Pipe.

Общая труба [ССЫЛКА]

Функция общей трубы устраняет необходимость указывать два разных контура EnergyPlus для каждого из первичных и вторичных полупетл. Вместо этого пользователь может настроить систему так, как она используется в реальных приложениях.Обычное моделирование трубопровода требует, чтобы насосы были размещены на обеих сторонах контура (вторичный) и приток (первичный). Типичная схема общей трубы, используемая в EnergyPlus, показана на рисунке 92. Основные допущения при реализации общей трубы следующие:

Насосы размещаются как на стороне спроса, так и на стороне предложения.

Расход вторичного насоса может быть меньше, равен или больше расхода первичного насоса.

Расход во входном узле полупетля равен потоку в выходном узле полупетля.

Насосы могут иметь разные расписания, и любой контур может быть отключен, когда другой контур все еще работает.

Общая схема расположения труб

Симуляция общей трубы выполняется во время вызова обновления интерфейса как на уровне «предложение к спросу», так и от спроса к поставке. Соответствующие проверки используются, чтобы убедиться, что эффект реверсирования потока между итерациями учтен. Более того, общая труба отслеживает расход и температуру на всех четырех связанных с ней узлах; а именно входные и выходные узлы каждого вспомогательного контура.Эта запись поможет определить, сошлись ли петли или нет. В ситуациях, когда первичный компонент соответствует заданному значению, а элементы управления змеевиком не изменяют свой запрос потока, общий трубопровод быстро сходится. Простое описание алгоритма управления для общей реализации Pipe выглядит следующим образом:

При FirstHVACiteration общий поток трубопровода инициализируется нулевым значением.

Общий канал моделируется на интерфейсах, поэтому у нас будет 2 разных обработчика потока с каждой стороны интерфейса.

Петли и соответствующие скорости потока назначаются на входе или выходе (для общей трубы) в зависимости от интерфейса, который их вызывает. Таким образом, когда общая труба вызывается из интерфейса спроса и предложения, входной контур является стороной спроса, а выходной контур - стороной предложения, и наоборот.

Входящий поток сравнивается с выходным потоком, и разница устанавливается как общий поток в трубе.

На каждом интерфейсе потоку общего трубопровода назначается направление, которое может быть направлено внутрь интерфейса (входящий поток <выходной поток) или от границы раздела (входящий поток> выходной поток).

Температура на выходе рассчитывается в зависимости от расхода и направления потока. Когда поток находится вдали от границы раздела, температура потока на выходе такая же, как температура потока на входе. Для обычного потока в трубе в границу раздела температура выходного потока рассчитывается как смешанная температура входящего потока и общего потока в трубе.

В интерфейсе спроса и предложения температура и расход на входе на стороне подачи обновляются каждую итерацию. В интерфейсе спроса и предложения обновляется только поток.Температура обновляется только в конце временного шага.

Циклы повторяются до тех пор, пока расход и температура на всех 4 задействованных узлах не изменятся.

Двусторонняя общая труба [ССЫЛКА]

Доступна модель, называемая двусторонней общей трубой, которая позволяет моделировать первично-вторичные системы как единый контур предприятия. В типичном моделировании контура завода EnergyPlus единственным управляемым входным / выходным узлом полупетля является выходной узел на стороне подачи.В некоторых случаях это требование становится ограничением при анализе различных вариантов. Хорошим примером является приложение для накопления тепла во льду, где на этапе зарядки уставка змеевика может отличаться от уставки оборудования для хранения льда. В этой модели интерфейс между двумя полупетлями включает в себя два дополнительных пути потока, которые по существу разделяют один контур установки на стороны первичного и вторичного контура. Хотя двухсторонний общий трубопровод разработан как общий, некоторые предположения применяются при моделировании компонента.Предположения следующие

  • Вторичный поток может быть меньше, равен или больше, чем первичный поток.
  • Массовый расход на выпускном узле первичной стороны всегда равен массовому расходу на впускном узле первичной стороны.
  • Массовый расход на выпускном узле вторичной стороны всегда равен массовому расходу на впускном узле вторичной стороны.
  • Можно управлять только одним дополнительным узлом, входным отверстием первичной стороны или входом вторичной стороны (вместе с выходным узлом первичной стороны / стороны подачи).Система уравнений, описывающая интерфейс контура, будет недооценена, если необходимо управлять как первичным, так и вторичным входными узлами.

На рисунке 115 показана схема двусторонней общей трубы. Есть два общих участка трубопровода, показанные пунктирными линиями, что позволяет обеспечить некоторую рециркуляцию на уровне полупетля. Модель допускает общий поток трубы в одном или обоих направлениях. Модель определяет расход в обычных трубах и температуру в узлах на основе следующего:

  • Какой дополнительный узел контролируется для достижения заданного значения температуры? Если впускной узел первичной стороны управляется, то регулируются потоки, чтобы обеспечить желаемую температуру на впуске стороны подачи.Если впускной узел вторичной стороны управляется, то регулируются потоки, чтобы обеспечить желаемую температуру на впуске стороны потребления.
  • Достижимо ли указанное заданное значение при текущих условиях вторичного и первичного выхода? Если заданное значение недостижимо, расход в каждом общем участке трубы снижается до минимально возможного значения.
  • На управляемом узле с известной выходной температурой по запросу, выходной температурой подачи, первичным расходом и вторичным расходом, а также энергетическим балансом используется расчет рециркуляционных потоков в общих трубах для этого конкретного полупетля, так что желаемое заданное значение температуры составляет достигнуто.
  • При известном потоке в одном общем участке трубы расход от первичного к вторичному (или от вторичного к первичному) легко получить с помощью баланса массы.
  • Когда двухсторонняя общая труба контролирует условия на вторичной стороне или стороне потребления, входном узле, тогда модель емкости контура, обычно используемая для условий на входе потребления, не используется, поскольку это может помешать управлению.

Схема двусторонней общей трубы, используемой в первично-вторичной системе.

Контурные системы рекуперации тепла [ССЫЛКА]

Рекуперация тепла достигается путем задания другого набора контуров спроса и предложения. Каждый из компонентов рекуперации тепла, то есть чиллеры с приводом от двигателя и турбины внутреннего сгорания, а также турбогенераторы внутреннего сгорания и внутреннего сгорания, спроектирован так, чтобы использовать существующую структуру компонентов / контуров / решений, чтобы облегчить моделирование с существующим менеджером стороны спроса и менеджером стороны предложения. Рекуперация тепла обычно содержит компоненты, которые выделяют тепло, которое может быть рекуперировано, а также способность хранить или использовать это тепло в другом месте системы.Компонент, который может накапливать избыточное тепло и позволять использовать его в другом месте в системе или для горячего водоснабжения, - это Водонагреватель: Простой, он определен в Справочнике по входам / выходам.

.

В приведенном выше примере показан контур охлажденной воды, в котором охлажденная вода подается от чиллера с приводом от дизельного двигателя. Имеется контур горячей воды, который снабжает водонагреватель: простой. Также существует график использования горячей воды для бытового потребления на водонагревателе, избыточный спрос которого может быть удовлетворен за счет ряда источников тепла, указанных пользователем.Затем на стороне потребления контура рекуперации тепла есть чиллер с приводом от двигателя, электрические генераторы внутреннего сгорания и турбины внутреннего сгорания с заданными массовыми расходами для рекуперации тепла. Эта горячая вода подается на стороне подачи насосом рекуперации тепла и обеспечивает теплом водонагреватель для достижения заданного значения водонагревателя. Это, вероятно, одна из наиболее сложных конфигураций и взаимодействий, которые могут иметь место при рекуперации тепла, но с использованием конфигураций со стороны предложения и спроса на заводе ее можно расширить для соответствия большинству пользовательских конфигураций.Водонагреватель также может использоваться только для удовлетворения запланированного расхода горячей воды для бытовых нужд, обеспечения источника горячей воды для оборудования PlantLoop или обеспечения резервуара для хранения горячей воды для рекуперации тепла в качестве единственной функции. Или можно настроить любую комбинацию вышеперечисленного. Файлы примеров некоторых из этих конфигураций предоставляются вместе с установкой.

Моделирование падения давления на заводе [ССЫЛКА]

Начиная с версии 4.0, есть дополнительная функция, которая позволяет лучше рассчитывать давление в контурах установки и конденсатора.Без какого-либо метода петли по существу игнорируют узловые давления. Это подходит для многих приложений, однако может привести к неточности в мощности насоса. Это особенно заметно в случаях, когда расход в контуре может резко меняться в широком диапазоне конфигураций, поскольку мощность насоса основывается на номинальном значении мощности и номинальном значении напора насоса. По мере того как компоненты контура включаются и выключаются, падение давления будет изменяться, поэтому мощность насоса должна динамически обновляться с этими изменениями.

Общие характеристики модели: [LINK]

Рассчитывает падение давления в контуре на основе информации о падении давления, размещенной на ответвлениях.Они вводятся в виде общих кривых (линейных, квадратичных) или информации о падении давления (незначительные потери / коэффициент трения).

Падение давления в контуре используется в качестве нового напора насоса. Информация о характеристике насоса не вводится, поэтому предполагается, что насос всегда сможет соответствовать этой рабочей точке. Будущие усовершенствования позволят насосу двигаться по кривой, основанной на заданном напоре.

Модель

не разрешает расходы на параллельных ветвях для соответствия падению давления, это объясняется ниже, но в основном она берет максимальное падение давления от параллельных компонентов давления и применяет его ко всем параллельным компонентам.

Модель

подходит для следующих конфигураций:

Расположение насоса

Петлевой насос

Отводные насосы

Типы петель

PlantLoop

Конденсаторный контур

Впуск на стороне подачи (перед насосом) всегда настраивается на стандартное атмосферное давление. Это позволяет давлению в узлах вокруг контура оставаться положительным. Фактические значения давления не так уж и важны, для наших расчетов интерес представляет дельта-давление, но это делает значения давления реалистичными, если строить график давления вокруг контура.

Падение давления на уровне ответвления, а не на уровне компонента. Если на одном ответвлении обнаружено несколько компонентов, падение давления всегда применяется к последнему компоненту на ответвлении. Это согласуется с правилом, согласно которому насос всегда должен быть первым компонентом, если он находится в ответвлении.

В расчетах используется расход в ответвлении и температура на входе в ответвление для расчета свойств для всего ответвления.

Подробные ограничения: [LINK]

Кривые падения давления нельзя размещать на ответвлениях, где есть только насос.Кривые давления могут быть размещены на впускном патрубке подачи с насосом, если на том же патрубке, вслед за насосом, находятся другие компоненты.

При использовании насосов ответвления кривые падения давления на впускном патрубке подачи игнорируются. Поместите информацию о падении давления после насосов.

В настоящее время моделирование падения давления недопустимо для моделирования обычных труб (насосов по запросу). Будущая версия системы падения давления позволит это сделать, позволяя каждому насосу справляться с падением давления на данной стороне контура (спрос или предложение).

Подробные этапы расчета: [ССЫЛКА]

Перед моделированием стороны потребления инициализируется система давления. Все давления в узлах сбрасываются, а значения падения давления для ответвлений повторно инициализируются.

После моделирования всех компонентов на ответвлении рассчитывается падение давления для этого ответвления. Это падение давления регистрируется в системе падения давления для использования в последующих расчетах уровня контура.

После моделирования всего контура (со стороны спроса и предложения) расчеты падения давления на уровне контура выполняются с использованием следующих шагов:

Начиная с выхода на стороне потребления (связанного с входом подачи) и работая в обратном направлении, давление в узле обновляется, и давление в контуре суммируется путем «добавления перепадов давления», которые обнаруживаются вокруг контура.Работая в обратном направлении, мы можем легко сохранить давление на входе насоса как реальное значение (стандартное атмосферное давление).

При обнаружении параллельной системы выполняется специальная операция. Поскольку мы не разрешаем потоки с помощью этой версии моделирования давления, параллельная система настроена на использование наибольшего значения перепада давления, обнаруженного на параллельных ветвях. Таким образом, компонент с наибольшим перепадом давления по существу управляет набором параллельных ветвей, а другие компоненты должны соответствовать перепаду давления, чтобы достичь желаемой скорости потока.Для этого в разветвитель устанавливаются «воображаемые» вентили. Это позволяет отдельным ответвлениям сообщать свою собственную информацию о давлении, в то время как делитель учитывает необходимое падение давления для соответствия регулирующему ответвлению. Это показано графически на рисунке ниже.

Рисунок 117: Объяснение клапанов, встроенных в объект Splitter

Поскольку разделитель автоматически регулирует падение давления, необходимое для соответствия давлениям в параллельной системе, в смеситель будет поступать равномерный поток со всех ответвлений и выходить из них.

Эти вычисления выполняются вокруг контура и приводят к значению падения давления для всего контура.

Мощность насоса требует значения напора, прежде чем он сможет добавить тепло в контур, что выполняется до расчета каких-либо компонентов и выполнения любых расчетов системы давления. По этой причине мощность насоса рассчитывается исходя из номинального напора во время первой итерации. На последующих итерациях мощность насоса основывается на динамическом напоре, рассчитанном на основе информации о падении давления.

Если что-то радикально изменится между одной итерацией, то цикл будет повторно смоделирован, и будет использоваться последнее значение напора. К моменту схождения цикла давление между текущей и большинством предыдущих итераций будет согласовано в пределах допуска моделирования. Таким образом, насос использует запаздывающее значение напора, но после схождения контура запаздывающее и текущее значения совпадают.

Расчеты падения давления: [ССЫЛКА]

Можно ввести два типа кривых падения давления, каждый со своим собственным вычислительным механизмом:

Общий: Кривая любой формы (единственная независимая переменная), например линейная или квадратичная, может представлять падение давления в Паскалях как функцию текущего массового расхода в кг / с.Это обычное дело для регрессии падения давления компонентов, таких как тепловые насосы, в квадратичную форму наилучшего соответствия. Затем рассчитывается перепад давления на ответвлении путем оценки этой кривой с заданным расходом на ответвлении.

Информация о давлении: В этом расчете учитываются два типа падения давления: эффект трения и незначительные потери. Управляющее уравнение:

Пользователь вводит значение коэффициента малых потерь K, чтобы представить все незначительные потери в этой ветви.Если пользователь вводит информацию о трении, коэффициент малых потерь может быть нулевым или пустым.

Пользователь вводит шероховатость, e, или фиксированное значение коэффициента трения, чтобы учесть потери на трение на ответвлении, а также эквивалентную длину L. Если пользователь вводит шероховатость, то коэффициент трения рассчитывается на основе аппроксимации диаграммы Муди (Хааланд , 1983):

Если пользователь вводит информацию о незначительных потерях, то информацию о коэффициенте трения можно не учитывать.

Диаметр является эквивалентным значением и используется для расчета относительной шероховатости при расчете трения, а также скорости при любом расчете падения давления.

Кривые насосов для определения рабочей точки контура [ССЫЛКА]

Помимо возможности расчета падения давления в контуре, EnergyPlus также может выполнять определение расхода насосной системы «на уровне контура». Компоненты падения давления, которые были описаны в предыдущих разделах, объединяются с вводом безразмерной кривой давления-расхода насоса, и на каждой итерации они используются для определения надлежащей рабочей точки для контура.

К этой симуляции применяются некоторые ограничения. Как и в случае с моделированием основного падения давления, в текущей версии обычные трубы не действуют. Для этой фазы кривой насоса моделирование также ограничено «насосами контура», поэтому насосы не следует использовать на параллельных ветвях между смесителем и разделителем.

Идея изменения характеристики насоса в том виде, в каком она реализована в настоящее время, основана на насосе с постоянной скоростью. Насос с регулируемой скоростью в EnergyPlus уже может эффективно изменять свои характеристики расхода / давления в соответствии с потребностями.Таким образом, этот этап реализован только для модели Pump: ConstantSpeed.

Модель работает, аппроксимируя контур квадратичной формой падения давления, а затем повторяя итерацию, чтобы найти рабочую точку. Затем весь цикл предприятия повторяется, чтобы найти рабочую точку, которая пытается соответствовать запрошенным потокам. Обратите внимание, что при моделировании насоса на основе давления цикл, скорее всего, не будет достигать заданного значения на каждом временном шаге, в то время как выполнение более простого подхода (без давления) может привести к моделированию с более жестким контролем.Принимая это решение, вы должны учитывать реализм подхода, основанного на давлении, по сравнению с подходом без давления, который может быть более жестко контролируемым и потребует меньше входных данных.

На первой итерации установки еще недостаточно информации для определения моделирования давления-потока, поэтому расход через контур устанавливается равным номинальному расходу насоса (независимо от кривой производительности насоса). Для этого номинального расхода падение давления в каждой ветви будет рассчитано системой давления на заводе.Таким образом, после этого первого прохождения через контур система давления теперь имеет действительную точку потока и давления в системе. С этой точки (падение давления в ветви и номинальный массовый расход) рассчитывается постоянная давления для каждой ветви, предполагая квадратичную зависимость между падением давления и массовым расходом.

Если есть параллельные ветви, эквивалент K рассчитывается по следующей формуле.

Из всех этих значений «K» ветвей вычисляется соответствующее значение K для полного цикла.Это репрезентативное значение K для цикла заблокирует системную кривую для одной итерации. Это значение K будет изменяться на протяжении итераций высокоуровневого объекта и временных шагов моделирования.

Безразмерная кривая насоса вводится следующим образом:

C 1-4 ~~ - это коэффициенты кривой с последним обязательным ненулевым постоянным членом C 0 (так как кривая насоса не проходит через начало координат).

Безразмерные переменные в предыдущем уравнении определяются с помощью следующих выражений:

Ψ - Безразмерный рост давления:

φ - Безразмерный поток:

Пользователь предварительно обрабатывает значения массового расхода и давления в этих безразмерных формах, чтобы построить аппроксимацию кривой.Затем программа преобразует безразмерные формы в фактические значения на основе скорости насоса, диаметра и плотности жидкости. Это дает правильное соотношение давления и расхода для моделирования.

Резольвер потока для рабочей точки насосной системы

: [ССЫЛКА]

Компоненты падения давления и характеристика насоса описаны в предыдущих разделах. Здесь описывается процедура, которая фактически использует эти кривые для перехода к рабочей точке. Эта процедура вызывается моделью насоса, поскольку она определяет, какой поток она должна использовать.Датчик расхода считывает безразмерную характеристику насоса, константу давления в контуре (значение K) и номинальный массовый расход (или массовый расход с последней итерации). Резольвер находит пересечение двух кривых путем последовательной подстановки с коэффициентом затухания 0,9. Если расход выходит за пределы (или если в какой-либо итерации выходит за пределы) диапазона, для которого предлагается подгонка кривой насоса, резольвер приведет значение в пределы диапазона, поэтому важно указать диапазон подбора кривой (в терминах безразмерного расхода) для характеристики насоса пользователем.Было замечено, что простая последовательная замена (иногда) расходится в зависимости от формы кривых и / или расположения рабочей точки. Коэффициент демпфирования обеспечивает стабильность для последовательной замены, и было замечено, что он сходится при меньшем количестве итераций, ускоряя функцию. Коэффициент демпфирования был установлен на 0,9, поскольку он показал полную стабильность во время испытаний, хотя для конкретного набора кривых может быть доступно более оптимальное значение. В будущей версии может быть улучшен алгоритм выбора самого коэффициента демпфирования.

Источники [ССЫЛКА]

Хааланд, SE. 1983. «Простые и явные формулы для фактора трения в турбулентном потоке». Транзакции ASIVIE, Journal of Fluids Engineering 103: pp. 89-90.

Моделирование теплопередачи в трубах в AFT Fathom и AFT Arrow

Среди множества достоинств программ AFT Fathom и AFT Arrow - способность моделировать теплопередачу. Хотя основным источником теплопередачи являются теплообменники, этот блог будет посвящен теплопередаче, происходящей в трубах.

Во-первых, для основ: что такое теплопередача? Ну, теплопередача происходит, когда есть разница температур между двумя объектами при разных температурах. Как известно всем инженерам, общая тема физики состоит в том, что и материя, и энергия спонтанно перемещаются из более высокого хаотичного окружения в более спокойные и более низкоэнергетические ситуации (аналогично стереотипному инженеру), и теплопередача ничем не отличается. Так же, как в механике жидкости, когда жидкость течет от верхней головки к нижней, или в спонтанных химических реакциях, когда две молекулы связываются в экзотермической реакции, теплопередача стремится к установлению равновесия.Это означает, что тепло переходит от высоких к низким температурам.

Существуют разные типы теплопередачи. Два типа теплопередачи, которые явно моделируются AFT Fathom и AFT Arrow, включают теплопроводность и конвекцию. Проводимость - это передача тепла посредством прямого физического контакта, а конвекция - это передача тепла посредством массового движения жидкости. Лучистый тепловой поток можно смоделировать с помощью модели постоянного теплового потока в AFT Fathom and Arrow.

Изотермический : Модель изотермической теплопередачи поддерживает температуру трубы на уровне, заданном пользователем.Хотя изотермическую теплопередачу часто путают с адиабатической теплопередачей, значение изотермической теплопередачи немного отличается, поскольку температура активно поддерживается на заданном уровне. В AFT Fathom изотермические трубы лишь незначительно отличаются от адиабатических труб, потому что изотермические трубы используют температуру на входе в трубе, тогда как адиабатические трубы используют температуру в стыке выше по потоку. Однако в AFT Arrow изотермический поток возможен только в трубах, в которых скорость очень мала или когда трубы очень длинные.Это означает, что теплопередача происходит в достаточных количествах, чтобы поддерживать температуру газа, близкую к температуре окружающей среды.

Адиабатический: Модель адиабатической теплопередачи предполагает наличие идеальной изоляции и отсутствие теплопередачи в трубе. В Arrow это хорошее приближение для коротких трубопроводов, в которых у газа относительно мало времени для передачи тепла.

Постоянная скорость нагрева: Эта модель теплопередачи проста: тепло, добавляемое или отводимое из трубы, фиксируется на заданной температуре.

Постоянный тепловой поток: Эта модель позволяет пользователям задавать постоянный тепловой поток. Это полезно там, где разница температур между жидкостью и окружающей средой чрезвычайно велика или в случаях, когда существует большой поток лучистого тепла.

Конвективная теплопередача: Теперь давайте углубимся в один из наиболее распространенных типов теплопередачи, моделируемый в программном обеспечении AFT: конвективная теплопередача. В окне на рис. 1 показано окно свойств труб при моделировании конвективного теплообмена в трубе.Обратите внимание, что требуется температура окружающей среды, а также информация о проводимости в трубе, толщине трубы, площади теплопередачи и коэффициенте конвекции для внешней среды.

Уравнение для расчета конвективной теплопередачи показано в уравнении 1.

При моделировании конвективной теплопередачи пользователи могут моделировать до шести уровней теплового сопротивления, включая температуру жидкости и внешней окружающей среды.Три из этих источников сопротивления, которые всегда присутствуют при моделировании конвективной теплопередачи, включают: сопротивление от самой жидкости, стенки трубы и внешней среды. При желании пользователи могут моделировать до 3 слоев изоляции с любой комбинацией внутренней и внешней изоляции.

Удивительно, но сопротивление теплопередаче аналогично сопротивлению в электрических цепях. Это означает, что общее тепловое сопротивление суммируется с любыми последовательными сопротивлениями и используется уравнение в уравнении 2 для расчета сопротивления для сопротивлений, включенных параллельно.

Уравнение 3 дает общую скорость передачи тепла через сеть.

Расчеты сопротивления теплопередаче за счет теплопроводности и конвекции обсуждаются ниже в соответствующих разделах. Обратите внимание, что общее сопротивление можно получить, просто суммируя отдельные сопротивления, как показано в уравнении 4.

Внутреннее сопротивление жидкости обусловлено конвекцией в трубе. По умолчанию для количественной оценки коэффициента конвекции используется корреляция Гниелинского.При желании можно использовать корреляцию Диттуса-Боелтера, выбрав ее из раскрывающегося списка. Сопротивление из-за конвекции показано в уравнении 5.

Сопротивление из-за проводимости в стенке трубы и любой указанной изоляции может быть радиальным (как в трубе) или линейным (например, в плоской стенке). В трубах тепловой поток не является линейным, а идет в радиальном направлении наружу или внутрь по направлению к центральной линии трубы. Тепловое сопротивление из-за теплопроводности через стенку трубы определяется уравнением 6.

Внешнее сопротивление основано на постоянном коэффициенте конвекции, задаваемом пользователем, и площади поверхности, полученной путем сложения толщин трубы и слоев изоляции, которые добавляются к внутреннему диаметру трубы.

Каждое сопротивление также позволяет вводить множитель на расчетную площадь теплопередачи для учета таких вещей, как ребра или другие неоднородные геометрические формы.

Давайте посмотрим, как AFT Fathom моделирует теплопередачу в трубах с помощью модели конвективной теплопередачи.Система на Рисунке 2 представляет собой проточный хладагент, который входит при температуре -50 ° F, и два теплообменника регулируют температуру нагнетания до 70 ° F.

В окне «Свойства трубы», показанном на Рисунке 3, показаны входные параметры теплопередачи для этого примера, включая температуру окружающей среды и коэффициенты теплопередачи. Обратите внимание на то, что в этом окне требуется только определенная информация о теплопередаче в зависимости от типа сопротивления. Например, когда происходит теплопередача посредством теплопроводности (например, в стенке трубы и слое изоляции), требуется коэффициент теплопроводности.Однако, поскольку в этих слоях сопротивления конвекции не происходит, коэффициент конвекции не принимает никаких входных данных.

Когда мы запускаем эту модель, Fathom дает выходные данные с теплопередачей, как показано на рисунке 4. Обратите внимание, что вкладка теплопередачи появляется в выходных данных, а значок, выделенный красным на этом рисунке, позволяет пользователям отображать диаграмму результатов.

При нажатии на этот значок диаграммы результатов для трубы P5 отображается изображение, показанное на рисунке 5, на котором отображаются температуры в различных радиальных точках, а также на входе и выходе трубы.

Чтобы сделать последнее примечание о теплопередаче в трубах, вернитесь в окно вывода и убедитесь, что Density Avg. параметр отображается в выходных данных. См. Рисунок 6, чтобы увидеть, как он отображается для модели, обсуждаемой в этом блоге. Помните, что для несжимаемого потока (AFT Fathom) плотность считается постоянной. Однако, когда в модель вводится теплопередача, плотность жидкости изменится. В Fathom это изменение плотности обрабатывается путем разделения каждой трубы на «термические секции» и определения средней плотности.Обратите внимание, что изменение плотности обрабатывается по-разному в AFT Arrow, потому что Arrow вычисляет моделирование плотности на каждом участке трубы, а не усреднение плотности.

Возможность моделирования теплопередачи в AFT Fathom и AFT Arrow дает огромное преимущество многим пользователям этого программного обеспечения. Обладая этой способностью, инженеры могут определять тепло, теряемое или получаемое в своих системах через трубы, насосы и теплообменники. Знание этой информации может дать инженерам возможность определить, нужна ли изоляция и в каком количестве, а также предоставить ценную информацию о теплообменниках, которые могут понадобиться системе.Дополнительную информацию о моделировании теплопередачи в теплообменниках можно найти в блоге Эбби.

Полностью развитая труба с теплопередачей

Опубликовано 7 марта 2018 г. - Новости

Введение

Теплопередача - это широко распространенный в природе процесс, широко используемый в инженерных приложениях, поэтому хорошее понимание этого явления позволяет решать различные научные и технологические проблемы. Численное моделирование процессов нагрева и охлаждения при правильном проведении снижает затраты на разработку, повышает безопасность и лежит в основе оптимизации.Цель сегодняшней статьи - представить фундаментальные принципы принудительной конвекции и сравнить наш QuickerSim CFD Toolbox с аналитическим решением полностью разработанного ламинарного потока в трубах с теплопередачей с постоянной величиной магнитного потока.

Конвективная теплопередача

Передача тепла может происходить с помощью одного из трех механизмов - конвекции, теплопроводности или излучения. Конвекция возникает, когда тепло передается в жидкости посредством движения. В зависимости от характера этого процесса конвекцию можно разделить на два типа - естественная (свободная) конвекция и вынужденная конвекция.Первое имеет место, когда движение жидкости осуществляется за счет плавучести, то есть подъема вверх, вызванного неравновесным состоянием гравитационных сил, например движение жидкости в чашке, нагретой на ее дне. Последнее происходит, когда жидкость перемещается под действием внешнего источника, такого как вентилятор, и этот механизм теплопередачи, ввиду его важности для инженерных приложений, будет центральным элементом сегодняшней статьи.

Ламинарный поток трубы

Расследуемый случай представляет собой полностью разработанный ламинарный поток, управляемый давлением, также известный как поток Хагена-Пуазейля.Ламинарность потока позволяет предположить, что нет бокового разрыва между слоями жидкости, поэтому компоненты радиальной скорости можно не учитывать. Кроме того, полное развитие потока означает, что профиль продольной скорости не зависит от осевой координаты. Как упоминалось ранее, поток управляется давлением, поэтому осевая скорость жидкости зависит от падения давления в трубе. Объемный расход определяется уравнением Хагена-Пуазейля:

Поскольку во многих инженерных приложениях падение давления редко является входным параметром, а скорее неизвестным параметром, адаптированным для выполнения проектных требований системы, мы введем среднюю осевую скорость на основе желаемого числа Рейнольдса (Re) и объемного расхода.Применение вышеизложенного к уравнению Хагена-Пуазейля дает следующую формулу:

где - средняя скорость, основанная на объемном расходе. Профиль скорости представляет собой параболоид с максимальным значением, вдвое превышающим среднюю скорость на центральной линии, и нулевым значением у стенки. Его раздел представлен ниже:

Теплообмен в ламинарном трубопроводе

Случай является решением уравнения конвекции-диффузии тепловой энергии:

Левая часть уравнения представляет собой конвективную теплопередачу, то есть тепло, передаваемое движением жидкости.Радиальная скорость равна нулю, поэтому первым членом левой части можно пренебречь. Правая часть уравнения отвечает за термодиффузию. Решение уравнения требует определенного наблюдения, которое позволяет отдельно анализировать динамическое поведение потока и перенос тепловой энергии. Поскольку поток является ламинарным, мы можем предположить, что безразмерное число Эккерта, которое представляет собой соотношение между кинетической энергией потока и его движущей силой теплопередачи, достаточно мало, чтобы не учитывать вязкую диссипацию.Следовательно, уравнение тепловой энергии может быть дополнено профилем скорости, определенным в предыдущем разделе.

Условие постоянного значения теплового потока означает, что разница температур между стенкой и жидкостью одинакова. Однако мы уже знаем, что температура жидкости в трубе имеет непостоянное значение. Поэтому мы введем среднюю объемную температуру, обозначенную как:

Предполагая, что локальный градиент температуры и градиент средней объемной температуры в продольном направлении равны и имеют постоянное значение, интегрирование вышеупомянутого уравнения переноса тепловой энергии приводит к следующей формуле для радиального распределения температуры:

где - коэффициент температуропроводности (обозначает теплопроводность, а - удельная теплоемкость жидкости).Средний градиент температуры можно получить, применив желаемый объемный расход и тепловой поток к уравнению сохранения тепла:

Чтобы удовлетворить условию постоянного потока стенки, значение температуры стенки было связано со средним объемным градиентом температуры.

Проверка

Целью дела было доказать, что вычислительный метод 2-го порядка. Это означает, что среднеквадратичная ошибка моделируемого температурного профиля падает квадратично с количеством элементов сетки.Аналитическое решение служило эталоном для расчета ошибки и входным граничным условием для моделирования. Проверка была выполнена для 6 последовательно более мелких расчетных сеток трубы длиной 0,5 метра и диаметром 0,1 метра, внутри которой протекала вода с произвольно выбранным числом Рейнольдса, равным 100, чтобы гарантировать полностью ламинарный поток. Тепловой поток, подаваемый на стенки трубы, был установлен равным 150.

Смоделированные профили температуры (пунктирные линии) сравнивались с аналитическим решением (сплошная линия) при 0.8 длины трубы.

Влияние размера элемента сетки уже заметно, но для количественной оценки скорости сходимости необходимо построить график среднеквадратичной ошибки как функцию линейного числа элементов сетки. Чтобы проверить, действительно ли сходимость является вторым порядком, для осей графика использовалась логарифмическая шкала. Скорость сходимости можно сравнить с построенной линией, которая представляет соответствующую функцию.

Заключительные замечания

Случай проверки показал, что скорость сходимости почти второго порядка.Наиболее вероятная причина такого отклонения - сеточная структура. Сетка была построена из четырехгранных элементов, поэтому масштабирование разрешения сетки не обязательно приводит к равномерному изменению количества элементов в каждом направлении. Кроме того, сердцевина цилиндрической области по геометрическим причинам должна была быть разделена иначе, чем остальная часть внутренней части трубы, что способствовало неравномерности сетки.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *