Obliczenia

Po wykonaniu sprawdzenia poprawności zbudowanego modelu instalacji oraz dobraniu średnic można wykonać obliczenia. W tym celu naciśnij w pasku narzędzi programu ikonę:

 

Program ArCADia:

•    Wstążka Gaz ⇒ Grupa logiczna Instalacje Gazowe ⇒ 

Program AutoCAD lub ArCADia-INTELLICAD:

•      Pasek narzędzi Instalacje Gazowe ⇒  

lub napisz

•      IGAS_CALC.

Wtedy wyświetla się okno z tabelą obliczeniową. Okno zawiera dwie tabele.

Tabela górna służy do wyboru przez użytkownika drogi obliczeniowej, na której będą przeprowadzane obliczenia strat ciśnienia oraz ciśnienia przed odbiornikiem gazu. Użytkownik poprzez zaznaczenie haczyka w polu wyboru przy danym odbiorniku dokonuje wyboru ścieżki, na której będzie przeprowadzał obliczenia. Otrzymuje on następnie informację o całkowitej długości odcinka obliczeniowego, jak również o maksymalnym, dopuszczalnym, jednostkowym spadku ciśnienia. Spadek ciśnienia dopuszczalny jednostkowy jest tak wyznaczony, że na drodze do odbiornika całkowity spadek ciśnienia nie będzie przekraczał wartości określonej dla danego rodzaju przyłącza.

 

Po zaznaczeniu pola wyboru wypełnia się tabela obliczeniowa, dolna. Obliczenia wykonane zostają
na drodze od wyznaczonego odbiornika do szafki głównej. Program oblicza straty ciśnienia liniowe oraz miejscowe na odcinkach obliczeniowych oraz podaje całkowitą stratę ciśnienia na drodze do odbiornika gazu. Pod tabelą podane są wielkości:

−      suma strat ciśnienia [Pa] – suma wszystkich strat ciśnienia na drodze obliczeniowej,

−      odzysk/ubytek ciśnienia – zmiana ciśnienia ze względu na różnicę gęstości gazu i powietrza oraz wysokość zamontowanego odbiornika gazowego. W przypadku gazu lżejszego od powietrza występuje odzysk, natomiast w przypadku gazu cięższego od powietrza występuje ubytek ciśnienia i wówczas wartość ma znak „– ‘’.

−      całkowitą stratę ciśnienia – strata z uwzględnieniem odzysku lub ubytku,

−      ciśnienia minimalne i maksymalne przed urządzeniem gazowym.

Rys. 57.       Widok tabel obliczeniowych

W kolumnach tabeli zamieszczone są:

 

Kolumna 1 – Nazwa odcinka obliczeniowego stanowiącego trasę od źródła gazu do odbiornika. Oznaczenie odcinka obliczeniowego. Numery węzłów początkowego i końcowego odcinka obliczeniowego.

Po wyborze odcinka obliczeniowego i przeprowadzeniu obliczeń na rzucie oraz na rozwinięciu pojawiają się oznaczenia odcinków obliczeniowych. Zmiana wyboru trasy obliczeniowej powoduje przebudowę oznaczeń odcinków obliczeniowych dla nowej trasy.

 

Kolumna 2 – Rzeczywisty przepływ gazu

Posiadając wielkość mocy cieplnej M urządzenia gazowego oraz wielkość wartości opałowej wyznaczonej w oknie parametrów szafki gazowej głównej obliczony zostaje

Rzeczywisty przepływ gazu – Q_r = (M/H_i) x 3,6 [m³/h],

gdzie:

M – moc odbiornika wyrażona w kilowatach [kW],

H_i – wartość opałowa gazu [kW/m³].

W przypadku gdy odcinek obliczeniowy prowadzi gaz dla n odbiorników, ma on przypisaną informację o sumie mocy odbiorników obsługiwanych.

Rzeczywisty przepływ gazu – Q_r = (ΣM/H_i) x 3,6 [m³/h]

 

Kolumna 3 – Współczynnik jednoczesności

Dla odcinka obliczeniowego przypisywana jest wartość współczynnika jednoczesności. Wyznaczany jest on ze wzoru R. Zajdy: f = 1/n^0,52, gdzie n jest liczbą grup jednoczesności.

Kolumna 4 – Obliczeniowy przepływ gazu

Przepływ obliczeniowy jest iloczynem przepływu rzeczywistego i współczynnika jednoczesności:

Q_obl = Q_r x f,

gdzie f jest współczynnikiem jednoczesności.

 

Jeżeli odcinek obliczeniowy prowadzi gaz dla m odbiorników gazowych (m – liczba odbiorników) skupionych w n grupach jednoczesności (n – liczba grup jednoczesności) oraz dla k odbiorników gazowych niezaliczanych do grupy jednoczesności, to wzór na wyznaczenie obliczeniowego przepływu gazu odcinka i-tego odcinka będzie się przedstawiał:

 

Q_{obl, i} = (Q₁ x f_n + Q₂ x f_n + Q₃ x f_n + ……. + Q_m x f_n) + Q_a + Q_b + Q_c + ………. + Q_k

 

Q₁ ……….. Q_m – rzeczywiste zużycie gazu dla odbiorników przynależnych do n grup jednoczesności

Q_a ……….. Q_k – rzeczywiste zużycie gazu dla k odbiorników nie przynależnych do grup jednoczesności

 

Kolumna 5 – Wymiary

W kolumnie 5 sczytują się średnice z rysunku lub, jeżeli użytkownik wybierze automatyczny dobór średnic, dobiorą się automatycznie średnice rurociągów. Do dalszych obliczeń będzie brana pod uwagę średnica wewnętrzna rury.

 

Kolumna 6 – Prędkość obliczeniowa

W kolumnie 6 przedstawiona jest wartość prędkości obliczeniowej dla danego odcinka obliczeniowego.

 

Kolumna 7–11 – Długości zastępcze oporów miejscowych

Na danym odcinku zamontowana może być armatura odcinająca (zawory) oraz kształtki, które automatycznie będą przejmowały średnice rurociągów.

 

Każdy element armatury oraz kształtka powodują stratę ciśnienia miejscową. Straty miejscowe przeliczane są na tzw. długości zastępcze L_z dla danej średnicy. Długości zastępcze elementów na odcinku obliczeniowym będą dodawane do siebie, a ich suma będzie następnie dodawana do długości danego odcinka obliczeniowego. Inaczej mówiąc, rzeczywista długość odcinka obliczeniowego będzie powiększana o sumę długości zastępczych.

Tab 5.            Długości zastępcze dla armatury i kształtek w metrach rurociągu danej średnicy

Kolumna 12 – Długość odcinka

W kolumnie tej wczytywana jest z rysunku długość rzeczywista odcinka obliczeniowego, inaczej mówiąc, odległość między punktami węzłowymi.

 

Kolumna 13 – Długość całkowita odcinka

Całkowita długość odcinka stanowiąca sumę długości rzeczywistej oraz długości zastępczych na tym odcinku.

L_co = ΣL_z + L_o [m], gdzie:

ΣL_z – suma długości zastępczych,
L_o – długość odcinka.

Kolumna 14 – Jednostkowa strata ciśnienia

Wyznaczenie spadku ciśnienia jednostkowego (przypadającego na 1 m długości rurociągu)

Jednostkowy spadek ciśnienia wyznacza się ze wzoru:

 

gdzie:

Δh_j – jednostkowy spadek ciśnienia [Pa/m],
H_{min i} – minimalne ciśnienie na wejściu do instalacji [Pa],
λ – współczynnik tarcia o ścianki rurociągu,
d – średnica wewnętrzna rurociągu [mm],
Q_obl – przepływ obliczeniowy [m³/h].

Wyznaczenie współczynnika tarcia

 

 

gdzie:

-6 m²/s),
k – współczynnik chropowatości (dla rur stalowych wynosi 0,045 mm, dla rur miedzianych 0,0015 mm),
w_rzobl – prędkość rzeczywista obliczeniowa:

 [m/s],

gdzie:

A – pole powierzchni wewnętrznego przekroju rury liczone ze wzoru:

Przy wyborze funkcji automatycznego doboru średnic wielkość strat ciśnienia na danym odcinku przypadająca na 1 m rurociągu nie powinna przekraczać wielkości Δh_max = Δh_d/1,3 L_c [Pa/m].

Kolumna 15 – Strata ciśnienia

W kolumnie tej obliczana jest strata ciśnienia Δh na odcinku obliczeniowym.

Δh = L_co x Δh_j [Pa]

Kontrolka Całkowita strata ciśnienia

Wielkości spadków odcinkowych zamieszczone w kolumnie 15 będą sumowane, dając sumę strat ciśnienia na trasie obliczeniowej ΣΔh.

Kontrolka Obliczenie odzysku/ubytku ciśnienia

W instalacjach gazowych ma miejsce zjawisko zmiany ciśnienia ze względu na różnicę wysokości pomiędzy źródłem gazu (końcówka rurociągu przy szafce gazowej głównej) a odbiornikiem gazu najwyżej położonym dla danej trasy obliczeniowej. Jest to tzw. odzysk lub ubytek ciśnienia.

Jeżeli paliwo gazowe ma gęstość właściwą mniejszą od gęstości powietrza w tych samych warunkach ciśnienia i temperatury, to wówczas będzie występował odzysk ciśnienia (o wartości dodatniej).

Natomiast w przypadku gdy gaz będzie miał gęstość większą od gęstości powietrza, wystąpi ubytek ciśnienia (o wartości ujemnej).

Δh_od = (ρ_p – ρ_g) x (W_o – W_s) x 9,81 [Pa]

gdzie:
W_s – wysokość najniższego punktu przy szafce gazowej [m],

W_o – wysokość najwyżej położonego punktu instalacji przy odbiorniku gazu [m],

ρ_p – gęstość powietrza (w warunkach normalnych 1,293 kg/m³),

ρ_g – gęstość gazu w tych samych warunkach ciśnienia i temperatury co dla powietrza.

Kontrolka Całkowita strata ciśnienia

Całkowitą stratę ciśnienia liczy się jako różnicę sumy strat ciśnienia i wielkości odzysku ciśnienia:

ΔH = ΣΔh – Δh_od [Pa]

Ciśnienie minimalne przed odbiornikiem gazu obliczane jest ze wzoru:

P_min = P_pmin – (ΔH x 1000) [kPa]

Ciśnienie maksymalne przed odbiornikiem gazu obliczane jest ze wzoru:

P_max = P_pmax – (ΔH x 1000) [kPa]

Kryteria oceny prawidłowości zaprojektowanych średnic instalacji

Przyjęte średnice na poszczególnych trasach obliczeniowych muszą spełniać warunki do porównania z wartościami dopuszczalnymi.

Kryterium dopuszczalnego spadku ciśnienia na trasie krytycznej

ΣΔh ≤ Δh_d – suma odcinkowych strat ciśnienia powinna być mniejsza bądź równa dopuszczalnej stracie ciśnienia na trasie krytycznej od najniekorzystniej położonego odbiornika do szafki gazowej.

Kryterium minimalnego ciśnienia przed odbiornikiem gazowym – na każdej trasie obliczeniowej

P_min ≥ P_{d min}

Kryterium minimalnego ciśnienia przed odbiornikiem gazowym – na każdej trasie obliczeniowej

P_max ≤ P_{d max}

Jeżeli na danej drodze obliczeniowej projektant nie uzyskuje wartości spełniających kryterium lub możliwe jest lepsze zoptymalizowanie średnic, wówczas można zmienić średnice zespołu rurociągów tworzących dany odcinek obliczeniowy.