2011/12
UNIWERSYTET PRZYRODNICZY W POZNANIU
Katedra Inżynierii Wodnej i Sanitarnej
Ewelina
Piekarska
Obliczenia sieci
Obliczenia sieci
gazowych
gazowych
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