2011/12

UNIWERSYTET PRZYRODNICZY W POZNANIU

Katedra Inżynierii Wodnej i Sanitarnej

Ewelina

Piekarska

Obliczenia sieci

Obliczenia sieci

gazowych

gazowych

Obliczanie sieci gazowych

polega na doborze średnic przewodów tak, aby
w godzinach szczytowego poboru zapewnić

wymagane ciśnienie

przed urządzeniem

gazowym.

Do obliczeń niezbędne są m. in. następujące

dane:



charakterystyka gazu,



zapotrzebowanie gazu przeznaczonego

do zasilania poszczególnych odcinków

sieci,



obciążenia obliczeniowe,



dyspozycyjne spadki ciśnienia.

Przed przystąpieniem

do obliczania sieci gazowej

należy

wytyczyć na mapach

przebieg projektowanej sieci

zgodnie

z

Warunkami Technicznymi

Wykonania Sieci

Gazowych.

Obliczanie zapotrzebowania na gaz
Zużycie gazu przez odbiorców charakteryzuje

się dość dużą zmiennością w zależności

od pory dnia, dnia tygodnia, miesiąca, a także

pory roku (np. lato, zima). Zmiany poboru

gazu zależą również od potrzeb użytkowników.
Zapotrzebowanie na gaz można obliczyć za

pomocą:



współczynnika jednoczesności działania

urządzeń gazowych,



współczynnika nierównomierności

czasowej i rocznej liczby godzin

użytkowania gazu,



wskaźników urbanistycznych.

Nominalne zużycie gazu przez

urządzenia gazowe zasilane gazem

ziemnym E (GZ 50) wg Bąkowskiego

(2007)

Współczynnik jednoczesności

poboru gazu

f

Współczynnik jednoczesności jest
stosunkiem rzeczywistego poboru gazu
przez daną grupę odbiorców do
sumarycznego obciążenia nominalnego
zainstalowanych urządzeń gazowych.

Wartość współczynnika

jednoczesności zależy od:

- jednostkowego zużycia gazu przez
zainstalowane urządzenia,

- liczby zainstalowanych urządzeń,
- liczby odbiorców.

Dla małych grup odbiorców ( do 200
odbiorców w budynkach
wielorodzinnych)
f można obliczyć ze wzoru Zajdy

f = LG

-0,52

(1 )

gdzie:

LG

– liczba odbiorców w budynkach

mieszkalnych.

Współczynnik

jednoczesności

poboru gazu f

Wsp. jednoczesności zużycia

gazu

Q

hmax

= f *LG ∑V

s

[m³/h]

(2 )

f – współczynnik jednoczesności

LG – liczba odbiorców gazu,

∑V

s

– suma obciążeń nominalnych urządzeń

gazowych w jednym gosp. (m³/h).

Maksymalny godzinowy pobór

gazu

w gospodarstwach domowych

f

dla różnych urz. gazowych

wg DVGW-TRGI-86

f

dla urządzeń gazowych jest w budownictwie

indywidualnym jest zmienna tylko w przedziale

do 50 urządzeń.
Przy liczbie większej niż 50 współczynnik

jednoczesności jest stały i wynosi:



dla kuchni gazowych z piekarnikiem f

kg

=

0,114,



dla przepływowych grzejników wody f

gw

=

0,082;



dla ind. ogrzewaczy pomieszczeń f

og

= 0,293,



dla kotłów centralnego ogrzewania (również z

zasobnikiem c.w.u.) f

og

= 0,512.

Współczynniki nierównomierności czasowej

maksymalnego poboru gazu znajdują zastosowanie

przy obliczaniu poboru gazu do ogrzewania

pomieszczeń mieszkalnych oraz zakładów

przemysłowych i komunalno-usługowych.

Nierównomierność poboru gazu odnosi się do

jednostek czasu, jak: godzina, doba. miesiąc i

wyraża

stosunek maksymalnego zużycia gazu

do zużycia średniego.

Obl. godzinowego poboru gazu

metodą

wsp. nierównomierności

czasowej

i rocznej liczby godzin użytkowania

gazu

a) współczynnik nierównomierności

godzinowej w cyklu dobowym - k

g

k

g

= 24 c/100 = c / 4.1 7

(4 )

gdzie:

c

- maksymalny godzinowy pobór gazu,

[%/h]

Metoda współczynnika

nierównomierności

czasowej

b)

wsp. nierównomierności

dobowej w cyklu miesięcznym

-

k

d

k

d

= (T

w

-T

dśr

)/(T

w

-T

mśr

)

(5)

gdzie:

T

w

- średnia temp. w pomieszczeniach mieszkalnych

(20°C),

T

dśr

- średnia temperatura najzimniejszego dnia w

miesiącu (°C),

T

mśr

- średnia temperatura najzimniejszego miesiąca (°C).

Metoda współczynnika

nierównomierności czasowej

c)

współczynnik nierównomierności

miesięcznej w cyklu rocznym – k

m

k

m

=12 a/100 = a/8,33

(6)

gdzie: a - maksymalny miesięczny procent
poboru gazu przez daną grupę odbiorców
(%).

Metoda współczynnika

nierównomierności czasowej

Roczna liczba godzin użytkowania gazu

h

r

dla

pokrycia szczytowego zapotrzebowania na gaz

h

r

=

8760

/k

r

[h]

(7)

gdzie:

k

r

=

k

m

*k

d

*k

g

(8)

roczny współczynnik nierównomierności rozbioru,

8760

– liczba godzin w roku.

Roczna liczba godzin
szczytowych

Godzinowy pobór gazu

Q

h

jako część zużycia

rocznego:

Q

h

= (Q

r

/h

r

) * LG [m³/h]

(9 )

gdzie:

Q

r

– średnie roczne zapotrzebowanie na

gaz na odbiorcę [m³/a],

h

r

- roczna liczba godzin szczytowego

użytkowania

gazu [h/a],

LG – liczba odbiorców gazu.

Obl. godzinowego poboru gazu

metodą

rocznej liczby godzin

użytkowania gazu

Metoda uproszczona wg

wskaźników

urbanistycznych



Podstawę obliczeń stanowi plan jednostki osadniczej z

siecią ulic istniejących i projektowanych z zaznaczeniem

stref zabudowy i gęstości zaludnienia. Biorąc pod uwagę

konfigurację terenu oraz rozkład odbiorców w

poszczególnych punktach, ustala się wstępnie przebieg

przewodów gazowych i lokalizację stacji redukcyjnych,



Zapotrzebowanie na gaz można obliczyć dla mikrorejonów,

osiedli lub odcinków przewodów,



Całą powierzchnię rozpatrywanego układu dzieli się na

jednostkowe powierzchnie geometryczne (prostokąty,

trójkąty, trapezy) związane najczęściej z przebiegiem

ciągów komunikacyjnych. Powierzchnie przyporządkowane

określonym odcinkom gazociągów oblicza się za pomocą

planimetrów lub wzorów geometrycznych.

Metoda uproszczona wg

wskaźników

urbanistycznych



a) Obliczenie liczby mieszkańców LM

gazyfikowanego osiedla o zabudowie wielorodzinnej

LM = A*G

(10 )

gdzie:



A – pole powierzchni zabudowy wielorodzinnej

netto (powierzchnia zabudowana budynkami

mieszkalnymi i ich bezpośrednie otoczenie z

wyłączeniem ulic wewnątrzosiedlowych, parkingów

oraz ulic i placów miejskich), (ha),



G - gęstość zaludnienia, tzn. liczba

mieszkańców przypadająca na 1 ha zabudowy

mieszkalnej netto (wg aktualnego planu

zagospodarowania przestrzennego).

Metoda uproszczona wg

wskaźników

urbanistycznych



b) Obliczenie liczby mieszkańców osiedla w

zabudowie jednorodzinnej

LM = A*LM

1

/A

d

(11)

gdzie:



A - powierzchnia zabudowy jednorodzinnej (z wył.

ulic, zakładów komunalnych, parków itp.) [ha],



LM – średnia liczba mieszkańców na 1 działkę,



A

d

– średnie pole powierzchni działki [ha].

c). Obliczenie zapotrzebowania na gaz określonego odcinak gazociągu

średnia liczba mieszkańców przypadająca na 1m przewodu:

nj=(F*G)/Ls (wzór nr 12 )

gdzie:

nj - średnia liczba mieszkańców przypadająca na 1 m przewodu gazowego,

F - powierzchnia terenu netto zaopatrywana przez sieć. (ha),

G - gęstość zaludnienia (mk/ha zabudowy mieszkalnej netto),

Ls - sumaryczna długość gazociągów (stosowana tylko do ustalania

obciążeń przewodów).

zapotrzebowanie na gaz odcinka qodc

qodc.= n*qj*Ls [m³/h] (wzór nr 13 )

gdzie:

n – liczba mieszkańców na 1m przewodu,

qj – jednostkowe godzinowe zapotrzebowanie gazu na 1 mieszkańca

zgazyfikowanego (m³/h),

Ls – sumaryczna długość odcinka (przy zabudowie jednostronnej równa

połowie długości geometrycznej (m).

2.4

Zapotrzebowania na gaz

zasilający kotły grzewcze



a) Zapotrzebowanie ciepła do ogrzewania

pomieszczeń (sposób uproszczony)

Q

co

= A

P

* q [W]

(14 )

gdzie:



A

P

– powierzchnia podłogi ogrzewanego

pomieszczenia [m²],



q – jednostkowe zapotrzebowanie mocy

cieplnej [W/m²].

b)

Roczne zapotrzebowanie na gaz (w

zależności od rodzaju regulacji
centralnego ogrzewania)

gdzie Q – moc cieplna kotła [kWh],
H

i

– wartość opałowa gazu [kW/m³],

η

a

– sprawność znormalizowana instalacji kotłowej (0,8-

0,91),
b - roczna liczba godzin pracy palnika zależna od sposobu
regulacji układu c.o.:

b = 2100 h – instalacje w wyposażeniem podstawowym,
b = 1700 h – instalacje z zaworami termostatycznymi lub z regulacją
pogodową,
b = 1550 h – instalacje wyposażone w zawory termostatyczne i
regulację pogodową .





1

3 





a

m

b

H

Q

Q

a

i

r



(15)

Roczne zużycie gazu (wg wykresu firmy Viessmann)

1 – budynek z minimalną izolacją cieplną (150
W/m²);
2 – budynek z ulepszoną izolacją cieplną
(130W/m²);
3 – budynek z dobrą izolacja cieplną (100 W/m²);

4 – budynek z bardzo dobrą izolacją cieplną (70
W/m²).

Cena w zal.
od taryfy
1,8-2,2 zł/m

3

Obliczanie obciążenia sieci
gazowych



Obciążenie obliczeniowe sieci gazowej Q

o

jest to ilość gazu wyrażona w m³/h (war.

norm.) przepływająca określonym przewodem

w danej sieci .



Obciążenie obliczeniowe sieci gazowej

obliczamy na podstawie zapotrzebowania na

gaz, uwzględniając rodzaj obciążenia,

konfigurację sieci, usytuowanie odbiorców,

a także sposób zasilania

.



Podział gazociągów ze względu na sposób zasilania:



z odbiorem skupionym na końcu sieci,



z kilkoma odbiorami skupionymi,



rozdzielczy z odbiorem po drodze,



rozdzielczo przesyłowy.

Gazociąg z odbiorem skupionym na
końcu

gdzie:
Q

o

– całkowite obciążenie odcinka

[m³/h],
q

s

– obciążenie skupione na końcu

odcinka

[m³/h].

Gazociąg z kilkoma odbiorami

skupionymi

Q

o

= q

1

+ q

2

+ q

3

+ q

4

+ q

5

+ q

6

[m³/h]

gdzie:
Q

o

- całkowite obciążenie odcinka (m³/h),

q

1-6

– obciążenie

pojedynczych odbiorców (m³/h).

Gazociągi wysokiego i śr.
ciśnienia

X





2

1

2

2

2

1

2

1









L

x

p

p

p

p

x

p

Q

D

1

2

Natężenie przepływu gazu





L

Z

D

p

p

R

p

T

Q

p

g

p

n

n

n









5

2

2

2

1

4





[m

3

n/s]

Gazociąg rozdzielczy z odbiorem po

drodze

Przepływ zastępczy:

Q

z

= α q

o

[m³/h]

b)

Przenoszenie obciążeń do punktów

węzłowych

.

W tej metodzie obciążenie danego odcinka
dzieli się między dwa punkty węzłowe
( na początku i na końcu odcinka). Q

z

oblicza się tak samo jak w metodzie z
współczynnikiem.

Obliczanie strat ciśnienia w

gazociągach

Średnice gazociągów tak należy dobierać, aby w końcowym punkcie sieci
ciśnienie gazu nie było niższe od dopuszczalnego (wg poniższej tabeli)
powiększone o stratę ciśnienia w instalacji i przyłączu.

Zalecane wartości ciśnienia gazu przed urządzeniami gazowymi wg
normy PN-C-96001:

Obliczenie jednostkowej dyspozycyjnej straty

ciśnienia

a) dla gazociągu niskiego ciśnienia

∆pj = ∆d / Ls [hPa] (21)

gdzie:

Ls – sumaryczna długość przewodów układu (m),

∆p – dop. strata ciśnienia dla przewodów niskiego

ciśnienia (hPa),

b) dla gazociągu średniego ciśnienia

∆pj = (pp² - pk²)/ΣLz [bar(abs)] ² (22)

gdzie:

pp – ciśnienie początkowe w gazociągu (bar),

pk – ciśnienie końcowe z gazociągu (bar),

Lz – długość zastępcza => Lz = Lg * 1,1 (m),

Lg – długość geometryczna (m).

Obliczenie dyspozycyjnej straty
ciśnienia

∆d = p

maks

– p

min

[bar]

gdzie:
p

maks

– maksymalne ciśnienie w sieci [ bar],

p

min

– minimalne ciśnienie w sieci [bar].

Przy obliczeniach sieci niskiego ciśnienia ważne jest

uwzględnienie spadku bądź wzrostu ciśnienia
spowodowanego różnicą wysokości układanych przewodów.

∆p = ± 0,1 * H * (ρ

p

- ρ

g

)

[hPa]

(23)

gdzie:

∆p – spadek lub wzrost ciśnienia (- lub + )

H – różnica wysokości (m),

ρp

– gęstość powietrza (1,293 kg/m³, war.norm.),

ρg

– gęstość gazu (kg/m³).

Obliczenie zmiany ciśnienia wynikającej

z różnicy wysokości

Dobór średnicy

gazociągu

Doboru średnicy dokonujemy na podstawie:



obciążeń obliczeniowych Q

o



optymalnej prędkości przepływu gazu,



jednostkowej dyspozycyjnej straty ciśnienia.

Podczas doboru średnic gazociągu należy

wcześniej określić, z jakiego materiału

będzie wykonany gazociąg, a także

parametry robocze gazociągu.

Stosowane
rodzaje rur PE
klasy PE 80 i
PE 100 oraz
SDR 17,6 i 11
wg podziału
ciśnienia
roboczego
[MPa]

Dobór średnicy gazociągu na
podstawie
optymalnej prędkości przepływu
gazu

gdzie:
Qp – obciążenie przewodu pod ciśnieniem ruchowym (m³/h),
wg – średnia prędkość przepływu (m).

gdzie:
Qpt – warunki ruchowe,
p – nadciśnienie (bar).

Wstępny dobór średnic upraszcza poniższy wykres:

Rysunek 8 Wykres zależności między obciążeniem przewodu gazowego pod określonym ciśnieniem, jego
średnicą a jego prędkością przepływu gazu [1]

Bibliografia



Bąkowski K. Sieci i Instalacje gazowe.
WNT Warszawa 2007



Lewandowski J. B. Mechanika płynów.
Wyd. AR Poznań, 2006