《供热工程》第5章热水供暖系统水力计算

1、 5.1 热水供暖系统水力计算的基本原理热水供暖系统水力计算的基本原理第第5章章 热水供暖系统的水力计算热水供暖系统的水力计算 5.2 等温降水力计算方法等温降水力计算方法 5.3 不等温降水力计算方法不等温降水力计算方法 5.4 系统设计中的几个问题系统设计中的几个问题5.2 等温降水力计算方法等温降水力计算方法5.2.2 同程式供暖系统的水力计算同程式供暖系统的水力计算返回首页返回首页5.2.1 异程式供暖系统的水力计算异程式供暖系统的水力计算5.2.1 异程式供暖系统的水力计算异程式供暖系统的水力计算u 异程式热水供暖系统水力计算步骤异程式热水供暖系统水力计算步骤确定最不利环路确定最不利

2、环路 异程式系统的水力计算从系统的最不利环路开始异程式系统的水力计算从系统的最不利环路开始 最不利环路是指允许平均比摩阻最不利环路是指允许平均比摩阻R最小的一个环路最小的一个环路lPRpj计算最不利环路各管段管径计算最不利环路各管段管径 计算各管段流量计算各管段流量hghgttQttQG86. 0)(10187. 436003Rpj 值的选择是一个技术经济值的选择是一个技术经济问题，最不利环路的问题，最不利环路的Rpj 值一值一般取般取60120Pa/m 5.2.1 异程式供暖系统的水力计算异程式供暖系统的水力计算u 异程式热水供暖系统水力计算步骤异程式热水供暖系统水力计算步骤计算最不利环路各

3、管段管径计算最不利环路各管段管径 计算各管段流量计算各管段流量 根据平均比摩阻根据平均比摩阻Rpj 值和各管段设计流量值，查水力计值和各管段设计流量值，查水力计算表，得到设计流量下各管段的管径算表，得到设计流量下各管段的管径d和实际比摩阻和实际比摩阻R值值 计算各管段的局部阻力，计算各管段的压力损失；最不计算各管段的局部阻力，计算各管段的压力损失；最不利环路的实际总压力损失利环路的实际总压力损失H为各管段压力损失的总和为各管段压力损失的总和 计算最不利环路的富裕压头值：系统的作用压头应留有计算最不利环路的富裕压头值：系统的作用压头应留有10%以上的富裕度，用于考虑设计计算中未计入的损失以上的富

4、裕度，用于考虑设计计算中未计入的损失%10%100HHP5.2.1 异程式供暖系统的水力计算异程式供暖系统的水力计算u 异程式热水供暖系统水力计算步骤异程式热水供暖系统水力计算步骤由远及近计算其他环路由远及近计算其他环路 先确定计算环路的平均比摩阻先确定计算环路的平均比摩阻Rpj 根据计算的根据计算的Rpj 值和各管段设计流量值，查水力计算表，值和各管段设计流量值，查水力计算表，得到设计流量下各管段的管径得到设计流量下各管段的管径d和实际比摩阻和实际比摩阻R值，并计值，并计算该环路的总压力损失算该环路的总压力损失lPRipj5 . 0计算环路的作用压头，计算环路的作用压头，Pa 是与其并联的最

5、不利环路的各管段的压力损失总和是与其并联的最不利环路的各管段的压力损失总和 较核计算环路的总压力损失与其作用压头的不平衡率较核计算环路的总压力损失与其作用压头的不平衡率%PHPiii151005.2.1 异程式供暖系统的水力计算异程式供暖系统的水力计算u 例题例题 确定确定如图所示如图所示机械循环垂直单管顺流式热水供暖系统管路机械循环垂直单管顺流式热水供暖系统管路的管径。的管径。 热媒参数：供水温度热媒参数：供水温度tg=95oC；th=70oC。 系统与外网连接，在用户引入口处的供回水压差为系统与外网连接，在用户引入口处的供回水压差为30kPa。图中所示为系统两个支路中的一个支路，楼层高为图

6、中所示为系统两个支路中的一个支路，楼层高为3m。 5.2.1 异程式供暖系统的水力计算异程式供暖系统的水力计算u 题解题解 （1）轴侧图上，进行管段编号，立管编号并注明各管段的热负荷和长度）轴侧图上，进行管段编号，立管编号并注明各管段的热负荷和长度 （2）确定最不利环路）确定最不利环路 取最远立管的环路作为最不利环取最远立管的环路作为最不利环 路：包括管段路：包括管段1到管段到管段12 （3）计算最不利环路各管段的管径）计算最不利环路各管段的管径 考虑系统中各环路的压力损失易于平衡，本例题采用推荐的平考虑系统中各环路的压力损失易于平衡，本例题采用推荐的平均比摩阻均比摩阻Rpj为为60120kP

7、a/m 确定各管段的流量确定各管段的流量G 根据根据G和选用的和选用的Rpj值，查值，查热水供暖系统热水供暖系统水力计算表水力计算表，将查出的，将查出的各管段各管段d、R、值列入本题的水力计算表中，最后算出最不利值列入本题的水力计算表中，最后算出最不利环路的总压力损失环路的总压力损失 ：PaPPjy8633)(121 入口处多余的循环作用压力，用调节阀节流消耗掉入口处多余的循环作用压力，用调节阀节流消耗掉 5.2.1 异程式供暖系统的水力计算异程式供暖系统的水力计算u 题解题解 （4）确定立管）确定立管的管径的管径 首先确定立管首先确定立管的资用压力的资用压力 立管立管的平均比摩阻为：的平均比

8、摩阻为： PaPPPPPjyIV)()(7,6PPPaPPPjyIV2719)(7 , 6mPalP.RIVpj/4 .8150 根据根据 Rpj 和和G 值，选立管值，选立管的立、支管的管径：的立、支管的管径：DN=15 计算出立管计算出立管IV的管总压力损失为的管总压力损失为2941 Pa 较核立管较核立管IV的不平衡百分率：的不平衡百分率：X=-8.2%，在允许范围之内，在允许范围之内 水在立管水在立管的散热器中冷却时所生的重力循环作用压力的散热器中冷却时所生的重力循环作用压力 水在立管水在立管I的散热器中冷却时所生的重力循环作用压力的散热器中冷却时所生的重力循环作用压力 5.2.1 异

9、程式供暖系统的水力计算异程式供暖系统的水力计算u 题解题解 （5）确定立）确定立III的管径的管径 立管立管与管段与管段58并联，同理，资用压力：并联，同理，资用压力： 立管立管III选用最小管径选用最小管径DN15，总压力损失为，总压力损失为2941 Pa PaPPPjyIII3524)(85 不平衡百分率不平衡百分率X=16.5%，稍超过允许值，稍超过允许值 （6）确定立）确定立II的管径的管径 立管立管II与管段与管段49并联，资用压力并联，资用压力3973Pa；选用最小管径选用最小管径DN15，总压力损失，总压力损失2941Pa ；不平衡百分率为不平衡百分率为25.3%，超过允许值，超

10、过允许值 （7）确定立）确定立I的管径的管径 立管立管I与管段与管段310并联，资用压力并联，资用压力4653Pa；选用最小管径选用最小管径DN15，总压力损失，总压力损失2941Pa ；不平衡百分率为不平衡百分率为24.3%，超，超过允许值。剩余压头选用调节阀消除。过允许值。剩余压头选用调节阀消除。 返回本节返回本节机械循环单管垂直顺流式热水供暖系统的水力计算机械循环单管垂直顺流式热水供暖系统的水力计算（异程式系统）（异程式系统）单管垂直顺流式热水供暖系统的水力计算表（单管垂直顺流式热水供暖系统的水力计算表（1）单管垂直顺流式热水供暖系统的水力计算表（单管垂直顺流式热水供暖系统的水力计算表（

11、2）单管垂直顺流式热水供暖系统的水力计算表（单管垂直顺流式热水供暖系统的水力计算表（3）单管垂直顺流式热水供暖系统的水力计算表（单管垂直顺流式热水供暖系统的水力计算表（4）单管垂直顺流式热水供暖系统的水力计算表（单管垂直顺流式热水供暖系统的水力计算表（5）5.2.2 同程式供暖系统的水力计算同程式供暖系统的水力计算u 例题例题 将上一节例题中的异程式系统改为同程式系统。确定将上一节例题中的异程式系统改为同程式系统。确定如图如图所示所示机械循环垂直单管顺流式热水供暖系统管路的管径。机械循环垂直单管顺流式热水供暖系统管路的管径。 热媒参数：供水温度热媒参数：供水温度tg=95oC；th=70oC。

12、 系统与外网连接，在用户引入口处的供回水压差为系统与外网连接，在用户引入口处的供回水压差为30kPa。图中所示为系统两个支路中的一个支路，楼层高为图中所示为系统两个支路中的一个支路，楼层高为3m。 5.2.2 同程式供暖系统的水力计算同程式供暖系统的水力计算u 题解题解 （1）首先计算通过最远立管）首先计算通过最远立管的环路的环路 确定出供水干管各个管段、立管确定出供水干管各个管段、立管和供水总干管的管径及其压和供水总干管的管径及其压力损失力损失 （2）用同样的方法，计算通过最近立管）用同样的方法，计算通过最近立管的环路的环路 计算方法与上一节例题相同，计算结果见计算方法与上一节例题相同，计算

13、结果见本例题的水力计算表本例题的水力计算表 确定出立管确定出立管、回水干管各管段的管径及压力损失、回水干管各管段的管径及压力损失 （3）求并联环路通过立管）求并联环路通过立管和通过立管和通过立管的环路压力损失不平衡率的环路压力损失不平衡率 使不平衡率在使不平衡率在5%以内以内 （4）根据水力计算结果，利用图示方法表示出系统的总压力损失及各立）根据水力计算结果，利用图示方法表示出系统的总压力损失及各立管的供回水节点间的资用压力值管的供回水节点间的资用压力值: 管路压力平衡分析图管路压力平衡分析图5.2.2 同程式供暖系统的水力计算同程式供暖系统的水力计算u 题解题解 （5）确定其它立管的管径）确

14、定其它立管的管径 要根据各立管的资用压力和立管各管段的流量选用合适的立管要根据各立管的资用压力和立管各管段的流量选用合适的立管管径；计算方法与上一节例题相同管径；计算方法与上一节例题相同 （6）求各立管的不平衡率）求各立管的不平衡率 根据立管的资用压力和立管的计算压力损失，求各立管的不根据立管的资用压力和立管的计算压力损失，求各立管的不平衡率平衡率 使不平衡率控制在使不平衡率控制在10%以内；否则，应调整（以内；否则，应调整（1）（）（2）步骤）步骤的水力计算的水力计算 （7）几点结论）几点结论 同程式系统的管道金属耗量虽然多于异程式，但它可以通过调同程式系统的管道金属耗量虽然多于异程式，但它

15、可以通过调整供回水干管各管段的压力损失来满足立管间不平衡率要求整供回水干管各管段的压力损失来满足立管间不平衡率要求 在同程式系统的水力计算中应使各立管的资用压力值不要变化在同程式系统的水力计算中应使各立管的资用压力值不要变化太大，以便于选择各立管的合理管径太大，以便于选择各立管的合理管径 返回本节返回本节机械循环单管垂直顺流式热水供暖系统的水力计算机械循环单管垂直顺流式热水供暖系统的水力计算（同程式系统）（同程式系统）同程式热水供暖系统的水力计算表（同程式热水供暖系统的水力计算表（1）同程式热水供暖系统的水力计算表（同程式热水供暖系统的水力计算表（2）同程式热水供暖系统的水力计算表（同程式热水

16、供暖系统的水力计算表（3）同程式热水供暖系统的水力计算表（同程式热水供暖系统的水力计算表（4）同程式热水供暖系统的水力计算表（同程式热水供暖系统的水力计算表（5）同程式系统管路压力平衡分析图同程式系统管路压力平衡分析图5.3 不等温降水力计算方法不等温降水力计算方法5.3.1 热水管路阻力数的计算热水管路阻力数的计算5.3.2 不等温降水力计算方法和步骤不等温降水力计算方法和步骤返回首页返回首页5.3.3 不等温降水力计算例题不等温降水力计算例题5.3.1 热水管路阻力数的计算热水管路阻力数的计算u 阻力数阻力数管段的阻力数表示当管段通过单位流量时的压力损失值管段的阻力数表示当管段通过单位流量

17、时的压力损失值 2SGP zhAS 29001422dAlddzh5.3.1 热水管路阻力数的计算热水管路阻力数的计算u 串联管路的阻力数串联管路的阻力数321PPPP2322212GSGSGSGSch321SSSSch在串联管路中，管路的总阻力数为各串联管段阻力数之和在串联管路中，管路的总阻力数为各串联管段阻力数之和5.3.1 热水管路阻力数的计算热水管路阻力数的计算u 并联管路的阻力数并联管路的阻力数321aaaab321GGGG321pppp111spG333spG222spG5 . 0)/ 1 ( sa令令5 . 035 . 025 . 015 . 0)1 ()1 ()1 ()1 (s

18、sssb3215 . 035 . 025 . 01321:)/1 ( :)/1 ( :)/1 (:aaasssGGG 在并联管路上，各分支管段的流量分配与其通导数成正比，在并联管路上，各分支管段的流量分配与其通导数成正比，与其阻力数成反比与其阻力数成反比 返回本节返回本节5.3.2 不等温降水力计算方法和步骤不等温降水力计算方法和步骤u 不等温降水力计算方法不等温降水力计算方法 系统中各并联环路的温度降不必相等，而是根据并联环路系统中各并联环路的温度降不必相等，而是根据并联环路平衡要求的压力损失确定环路流量，再由流量来计算环路平衡要求的压力损失确定环路流量，再由流量来计算环路的温度降，最后确定

19、散热器面积的水力计算方法的温度降，最后确定散热器面积的水力计算方法 u 不等温降水力计算步骤不等温降水力计算步骤从最不利环路开始计算从最不利环路开始计算 首先任意给定最远立管的温降，一般按设计温降增加首先任意给定最远立管的温降，一般按设计温降增加25；由此；由此求出最远立管的计算流量求出最远立管的计算流量Gj 根据该立管的流量，选用根据该立管的流量，选用R（或（或）值，确定最远立管管径和环路末）值，确定最远立管管径和环路末端供、回水干管管径及相应的压力损失值端供、回水干管管径及相应的压力损失值 5.3.2 不等温降水力计算方法和步骤不等温降水力计算方法和步骤u 不等温降水力计算步骤不等温降水力

20、计算步骤确定环路最末端的第二根立管的管径确定环路最末端的第二根立管的管径 该立管与上述计算管段为并联管路；根据已知节点的压力损失确定该立管与上述计算管段为并联管路；根据已知节点的压力损失确定该立管管径，从而确定通过环路最末端的第二根立管的计算流量及该立管管径，从而确定通过环路最末端的第二根立管的计算流量及其计算温度降其计算温度降 按照上述方法，由远至近，依次确定该环路上供、回水干管各管段按照上述方法，由远至近，依次确定该环路上供、回水干管各管段的管径及其相应的压力损失以及各立管的管径、计算流量和计算温的管径及其相应的压力损失以及各立管的管径、计算流量和计算温度降度降 确定其他立管参数确定其他立

21、管参数 5.3.2 不等温降水力计算方法和步骤不等温降水力计算方法和步骤u 不等温降水力计算步骤不等温降水力计算步骤分支环路的压降平衡及流量重新分配分支环路的压降平衡及流量重新分配 系统中有多个分支循环环路并联时，按上述方法计算各个分支循环系统中有多个分支循环环路并联时，按上述方法计算各个分支循环环路环路 最后确定各立管散热器所需的面积最后确定各立管散热器所需的面积 计算得出的各循环环路在节点压力平衡状况下的流量总和，一般都计算得出的各循环环路在节点压力平衡状况下的流量总和，一般都不会等于设计要求的总流量不会等于设计要求的总流量 需要根据并联环路流量分配和压降变化的规律，对初步计算出的各需要根

22、据并联环路流量分配和压降变化的规律，对初步计算出的各循环环路的流量、温降和压降进行调整循环环路的流量、温降和压降进行调整返回本节返回本节5.3.2 不等温降水力计算例题不等温降水力计算例题u 例题例题 用不等温降法对上一节例题中的异程式系统进行水力计算。用不等温降法对上一节例题中的异程式系统进行水力计算。机械循环垂直单管顺流式热水供暖系统机械循环垂直单管顺流式热水供暖系统如图所示如图所示。 热媒参数：供水温度热媒参数：供水温度tg=95oC；th=70oC。 系统与外网连接，在用户引入口处的供回水压差为系统与外网连接，在用户引入口处的供回水压差为10kPa。图中所示为系统两个支路中的一个支路，

23、楼层高为图中所示为系统两个支路中的一个支路，楼层高为3m。 u 题解题解 （1）求最不利环路的平均比摩阻）求最不利环路的平均比摩阻Rpj （2）计算立管）计算立管 设立管设立管的温降的温降t=30 oC(比设计温降大比设计温降大5oC) mPalPRpj/6 .43/5.3.2 不等温降水力计算例题不等温降水力计算例题7 .72ldzh 计算立管计算立管的流量的流量Gv=0.867900/30=226 kg/h 根据流量根据流量Gv ,参照参照 Rpj 值，选用立、支管管径为值，选用立、支管管径为DN20 计算整根立管的折算阻力系数：计算整根立管的折算阻力系数： 计算整根立管阻力损失：计算整根

24、立管阻力损失： PaGAPVzhV11582u 题解题解 （3）计算供、回水干管）计算供、回水干管6和和6的管径的管径 5.3.2 不等温降水力计算例题不等温降水力计算例题PaPPVIV1649491115866 该管段流量该管段流量 G6=G6=Gv=226 kg/h，选定管径为选定管径为DN20 立管立管与环路与环路6-6并联，立管并联，立管的资用压力的资用压力: 计算该管段的折算阻力系数：计算该管段的折算阻力系数：zhzh =30.8 计算该管段的阻力损失：计算该管段的阻力损失： P P6,66,6= 491 = 491 PaPa （4）计算立管）计算立管 选用管径为选用管径为DN20，

25、计算出整根立管的，计算出整根立管的zh=72.7 计算出立管计算出立管IV的流量：的流量：G =270 kg/h 立管立管的热负荷的热负荷Q =7200W，由此可求出该立管的温度降：，由此可求出该立管的温度降： CGQtoIVIV9 .2286.0u 题解题解 （5）按照上述步骤，对其他水平供、回水干管和立管从远至近顺次地进）按照上述步骤，对其他水平供、回水干管和立管从远至近顺次地进行计算，计算结果列于水力计算表中行计算，计算结果列于水力计算表中 5.3.2 不等温降水力计算例题不等温降水力计算例题 最后得出右侧循环环路初步的计算流量最后得出右侧循环环路初步的计算流量Gj.1 =1196kg/

26、h，压，压力损失力损失Pj.1 =4513Pa （6）按同样方法计算）按同样方法计算左侧循环环路左侧循环环路 得出左侧环路初步得出左侧环路初步的计算流量的计算流量Gj.2 =1180kg/h，压，压力损失力损失Pj.2 =4100Pa u 题解题解 （7）较核流量）较核流量5.3.2 不等温降水力计算例题不等温降水力计算例题 右侧循环环路的阻力数：右侧循环环路的阻力数：00316.011964513221 ,1 ,1jjGPS00295.011804100222,2,2jjGPShkgttQGhg/257386. 0 左侧循环环路的阻力数：左侧循环环路的阻力数： 将左环计算压力损失按与右侧相同

27、考虑，此时左环路压力损失：将左环计算压力损失按与右侧相同考虑，此时左环路压力损失： Pj,2 =Pj,2 =4513Pa ；左环的流量也随之调整为：；左环的流量也随之调整为：1238 kg/h 初步计算的总流量为：初步计算的总流量为： 1238+1196=2434 kg/h 系统设计的总流量为：系统设计的总流量为： 需要近一步调整各循环环路的流量、压降和各立管的温度降需要近一步调整各循环环路的流量、压降和各立管的温度降u 题解题解 （8）调整流量和压降）调整流量和压降5.3.2 不等温降水力计算例题不等温降水力计算例题 计算右侧循环环路的通导数：计算右侧循环环路的通导数：8.1715.011S

28、a 计算左侧循环环路的通导数：计算左侧循环环路的通导数： 左右两侧并联环路的流量分配比等于其通导数比左右两侧并联环路的流量分配比等于其通导数比 调整左右两侧循环环路中各并联环路的流量和温降调整左右两侧循环环路中各并联环路的流量和温降43.1815 . 022Sa2121:aaGG 分配到左右两侧并联环路的流量应为：分配到左右两侧并联环路的流量应为： hkgaaGaGt/1264/2111 ,hkgaaGaGt/1309/2122,流量调整系数：流量调整系数：057. 11 ,1 ,1 ,jtGGGa109. 12,2,2,jtGGGa温降调整系数：温降调整系数：946.011 ,1 ,Gtaa

29、901.012,2,Gtaa 确定左右两侧环路的压力损失值确定左右两侧环路的压力损失值 Pt,15041Pa，Pt,2=5041Pau 题解题解 （9）确定系统供、回水总管管径及系统的总压力损失）确定系统供、回水总管管径及系统的总压力损失 5.3.2 不等温降水力计算例题不等温降水力计算例题 并联环路水力计算调整后，最后确定系统供、回水总管管径及系统并联环路水力计算调整后，最后确定系统供、回水总管管径及系统的总压力损失的总压力损失 系统的总压力损失系统的总压力损失: PaPPPPt7348122,1121 供、回水总管供、回水总管1和和12的设计流量的设计流量G =2573 kg/h，选用管径

30、，选用管径DN40，总管压降：总管压降：P1 =1969.3Pa，P12 =423.6 Pa 返回本节返回本节机械循环单管垂直顺流式热水供暖系统的水力计算机械循环单管垂直顺流式热水供暖系统的水力计算（不等温降法）（不等温降法）不等温降法水力计算表（不等温降法水力计算表（1）不等温降法水力计算表（不等温降法水力计算表（2）5.4 系统设计中的几个问题系统设计中的几个问题5.4.1 机械循环系统水力计算应注意的问题机械循环系统水力计算应注意的问题5.4.2 分户计量系统水力计算应注意的问题分户计量系统水力计算应注意的问题返回首页返回首页5.4.3 地板辐射供暖系统的水力计算地板辐射供暖系统的水力计

31、算5.4.1 机械循环系统水力计算应注意的问题机械循环系统水力计算应注意的问题u 关于重力循环作用压力关于重力循环作用压力 对机械循环双管系统，水在各层散热器冷却所形成的重力循环作用对机械循环双管系统，水在各层散热器冷却所形成的重力循环作用压力不等；在进行各立管散热器并联环路的水力计算时，应计算在压力不等；在进行各立管散热器并联环路的水力计算时，应计算在内，不可忽略内，不可忽略 对机械循环单管系统，如建筑物各部分层数不同时，高度和各层热对机械循环单管系统，如建筑物各部分层数不同时，高度和各层热负荷分配比不同的立管之间所产生的重力循环作用压力不相等；在负荷分配比不同的立管之间所产生的重力循环作用

32、压力不相等；在计算各立管之间并联环路的压降不平衡率时，应将其重力循环作用计算各立管之间并联环路的压降不平衡率时，应将其重力循环作用压力的差额计算在内压力的差额计算在内 u 关于允许的水流速度关于允许的水流速度 为了平衡各并联环路的压力损失，往往需要提高近循环环路分支管为了平衡各并联环路的压力损失，往往需要提高近循环环路分支管段的比摩阻和流速，但流速过大，会产生噪声段的比摩阻和流速，但流速过大，会产生噪声 暖通规范暖通规范规定，民用建筑最大允许水流速度不应大于规定，民用建筑最大允许水流速度不应大于1.2m/s 如两侧支管的管径相等，并假设两侧的流动状况相同，摩擦阻力系如两侧支管的管径相等，并假设

33、两侧的流动状况相同，摩擦阻力系数值近似相等：数值近似相等： 5.4.1 机械循环系统水力计算应注意的问题机械循环系统水力计算应注意的问题u 关于散热器进流系数的计算关于散热器进流系数的计算 在单管热水供暖系统中，立管（干管）的水流量全部或部分地流在单管热水供暖系统中，立管（干管）的水流量全部或部分地流进散热器进散热器散热器进流系数散热器进流系数 流进散热器的水流量流进散热器的水流量Gs 与通过该立管（干管）的水流量与通过该立管（干管）的水流量GL的比值，的比值，称作散热器进流系数称作散热器进流系数 散热器进流系数的计算散热器进流系数的计算 根据并联环路节点压力平衡原理：根据并联环路节点压力平衡原理： 2122221111)()(IIdIdllRllR528102