第一章 室外给水排水工程

1、 建筑设备建筑设备 学习本课程的要求1、必须掌握：、必须掌握： 建筑给水排水工程设计建筑给水排水工程设计的设计原理、设计计设计原理、设计计算方法、施工安装方面的基本理论知识以及相关算方法、施工安装方面的基本理论知识以及相关技术；掌握供暖、通风、空调、供配电和安全用技术；掌握供暖、通风、空调、供配电和安全用电的基本知识。必须有工程流体力学、热工学、电的基本知识。必须有工程流体力学、热工学、物理化学，以及水泵与水泵站、给水工程、污水物理化学，以及水泵与水泵站、给水工程、污水处理等相关知识。处理等相关知识。2、能力要求：、能力要求： 能够独立完成简单的建筑给水排水系统的设能够独立完成简单的建筑给水排

2、水系统的设计方案、设计计算、以识读工程施工图。计方案、设计计算、以识读工程施工图。3、其它：、其它： 考勤和作业占考勤和作业占50%、课堂考试占、课堂考试占50%。建筑设备建筑设备主要内容主要内容1、建筑设备内容包括：、建筑设备内容包括： 室内给水、排水、消防、采暖、室内给水、排水、消防、采暖、 通风、空调，通风、空调，以及配电和安全用电等。以及配电和安全用电等。2、建筑物：、建筑物： 建筑、结构、设备三者的综合体。建筑、结构、设备三者的综合体。3、建筑给水排水工程：、建筑给水排水工程： 介绍建筑内部生活给水、消防给水、生活排介绍建筑内部生活给水、消防给水、生活排水、屋面雨水排水、热水供应、饮

3、水供应、以及水、屋面雨水排水、热水供应、饮水供应、以及建筑中水系统、游泳池给水系统等建筑给水排水建筑中水系统、游泳池给水系统等建筑给水排水工程的基本理论、设计原则、设计计算方法等方工程的基本理论、设计原则、设计计算方法等方面的知识。面的知识。课时安排课时安排 第一章 流体力学基本知识和室外给排水工程(共2学时) 第二章 管材与附件(共2学时) 第三章 建筑给水工程(共4学时) 第四章 建筑消防给水系统(共4学时) 第五章 建筑排水工程(共6学时) 第六章 建筑给排水工程图纸识别(共2学时) 第七章 供暖系统(共2学时) 第八章 通风系统(2学时) 第九章 空气调节(共2学时) 第十章 建筑供配

4、电系统(共2学时) 第十一章 电气照明(共2学时) 第十二章 安全用电与建筑防雷（共2学时）流体力学的基础知识流体力学的基础知识 力学性质力学性质 静力学静力学 动力学动力学 阻力和能力损失阻力和能力损失 （一）力学性质（一）力学性质 不能承受拉力，也不能承受剪切力；可承受较大压力。 （1） 惯性惯性 流体和其它固体物质一样都具有惯性。流体的密度，即： =m/V 式中 ：一流体的密度，kg/m3； m一流体的质量，kg； V一流体的体积，m3。重力密度：单位体积的流体所受的重力，简称重度。 =G/V 式中：流体的重度，N/m3； G流体所受的重力，N； V一流体的体积，m3。 =G/V=mg/

5、V=g式中：g重力加速度，g=9.807 m/s2。 流体的密度和重度随其温度和所受压力温度和所受压力的变化而变化。实际工程中，液体液体的密度和重度可视为一固定值；而气体气体的密度和重度随温度和压力的变化而变化的数值较大，设计计算中通常不能视为一固定值。常用流体的密度和重度如下： 水在标准大气压，温度为4 oC时密度和重度分别为： =1000 kg/m3，=9.807 kN/m3 水银在标准大气压，温度为0 时其密度和重度是水的13.6倍。 干空气在标准大气压，温度为20 oC时密度和重度分别为： =1.2 kg/m3，=11.82 N/m3（2） 粘滞性粘滞性（2） 粘滞性粘滞性 流体在运动

6、时，由于内摩擦力的作用，使流体具有抵抗相对变形(运动)的性质，称为流体的粘滞性。 用流速仪可测得流体管道中某一断面的流速分布。 ：动力粘性系数 式中：流体的内摩擦力（粘性切应力）； du/dy流体的速度梯度。 ：运动粘性系数： 流体的密度。 流体的粘滞性还与流体的温度和所受压力温度和所受压力有关，受温度影响大，受压力影响小。 其中：水的粘滞性随温度的增高而减小，而空气其中：水的粘滞性随温度的增高而减小，而空气的粘滞性却随温度的增高而增大的粘滞性却随温度的增高而增大dyduv（3）压缩性和热胀性）压缩性和热胀性 压缩性：流体的压强增大，体积缩小，密度增大的性质。 热胀性：流体温度升高，体积增大，

7、密度减小的性质。 液体的压缩性和热胀性都很小液体的压缩性和热胀性都很小。因此在很多工程技术领域中，可以把液体的压缩性和热胀性忽略不计。但在研究有压管路中水击现象和热水供热系统时，就要分别考虑水的压缩性和热胀性。 气体具有显著的压缩性和热胀性气体具有显著的压缩性和热胀性。但在采暖与通风工程中，气体大多流速较低(远小于音速)，压强与温度变化不大，密度变化也很小，因而也可以把气体看成是不可压缩的。（4）表面张力）表面张力 表面张力表面张力：由于流体分子之间的吸引力，在流体的表面上能够承受极其微小的张力。 表面张力不仅在液体表面上，在液体与固体的接触周界面上也有张力。 毛细现象毛细现象：由于表面张力的

8、作用，如果把两端开口的玻璃管竖在液体中，液体会在细管中上升或下降一定高度。 表面张力的大小可用表面张力系数表示，单位是N/m。故有：式中：液体的容重； r一玻璃管内径； 一液体的表面张力系数。 如果把玻璃管垂直竖立在水中，则有下式： h=15/rcos22rhrcosh（二）流体静力学（二）流体静力学 1. 静压强 在一容器的静止水中，取出小水体I作为隔离体来进行研究。为保持其静止(平衡)状态，周围水体对隔离体有压力作用。设作用于隔离体表面某一微小面积w上的总压力是P，则w叫面积上的平均压强为 P= P/w 当所取的面积无限缩小为一点时，即w0，则平均压强的极限值为： 流体的静压强流体的静压强

9、 流体静压强具有基本特性：(1)静压强的方向指向受压面，并与受压面垂直；(2)流体内任一点的静压强在各个方向面上的值均相等。2. 静压强的分布规律静压强的分布规律 在静止液体中任取一垂直小圆柱作为隔离体，研究其底面点的静压强。 圆柱体侧面上的静水压力：方向与轴向垂直，而且是对称的，故相互平衡。 圆柱体轴向的作用力： 上表面压力P0=p0w，；下底面静压力P=pw，；圆柱体的重力G=hw， 。 根据圆柱体静止状态的平衡条件，可得圆柱体轴向的力的平衡方程，即00wpwhwp整理得静力学基本方程式: 式中：p静止流体中任一点的压强，N/m2； p0液体表面压强，N/m2； 液体的重度，N/m3； h

10、所研究的点在液面下的深度，m。hpp0 静止液体内任意一点的压强等于液面压强加上液体重度与深度乘积之和。 在静止液体内，压强随深度按直线规律变化。 在静止液体内同一深度的点压强相等，构成一个水平的等压面。 液面压强可等值地在静止液体内传递 设水箱水面的压强为p0，在箱内的液体中任取两点，在箱底以下任取一基准面0-0，箱内液面到基准面的高度为z。1点和2点到基准面的高度分别为z1和z2，根据静水压强基本公式，可列出1点和2点的压强表达式： p1=p0+(z0-z1); p2=p0+(z0-z2)将上等式的两边除以液体重度并整理得： z1+p1/=z0+p0/; z2+p2/= z0+p0/进而得

11、： z1+p1/=z2+p2/= z0+p0/ 由于1点和2点是在箱内液体中任取的，故可推广到整个液体中得到具有普遍意义的规律，即z+p/=c(常数) 同一种静止液体中，任一点的z+p/总是一个常数，常数的值与基准面的位置选择及液面压强值有关。 z为任一点的位置相对于基准面的高度，称为位置水头位置水头；p/是在该点压强作用下液体沿测压管所能上升的高度，称为压强水头压强水头；两水头相加z+p/称为测压管水头测压管水头。3.压强的表示方法压强的表示方法 绝对压强绝对压强 以绝对真空为零点计算的压强称为绝对压强，用pj表示。 相对压强相对压强 以大气压强pa为零点计算的压强称为相对压强，用p表示。

12、在实际工程中，通常采用相对压强。相对压强与绝对压强的关系为： p=pj-pa 相对压强为正值称正压，可用压力表测出，也称表压；相对压强为负值称为负压，通常用真空度pk(或真空压强)来表示流体的真空程度。即： pk=pa-pj=-p 真空度真空度是指某点的绝对压强不足一个大气压强的数值，可用真空表测出。 某点的真空度愈大，说明它的绝对压强愈小。真空度的最大值为pk=p0=98 kN/m2，即绝对压强为零，处于完全真空状态；真空度的最小值为零时，pk=0，即在一个大气压强下，真空度在pk=098 kN/m2的范围内变动。压强的度量单位压强的度量单位 单位面积的压力单位面积的压力：单位是N/m2(帕

13、，Pa)或kN/m2(千帕，kPa)； 工程大气压工程大气压：1工程大气压=98.07kPa，在工程单位制中，1工程大气压=1kgf/cm2(千克力/厘米2)； 用液柱高度来表示用液柱高度来表示，单位是mH2O(米水柱)、mmHg(毫米汞柱)。 三种压强单位的关系是：1个工程大气压10mH2O735.6mmHg 98kN/m298000Pa1个标准大气压=101.325 kPa=760 mmHg【例题1】如图所示，一密闭水箱，箱内流体表面的绝对压强p0=78.4 kN/m2,箱外的大气压强pa=98 kN/m2，求水深1.5m处A点的绝对压强、相对压强和真空度，并用压强的三种单位表示。【解】根

14、据静水压强基本方程式，A点的绝对压强为： pja=p0+h=78.4+9.8071.5=93.111(kN/m2)A点的相对压强为： pA=pja-pa=93.111-98=-4.889(kN/m2)因为A点的相对压强是负值，其真空度为： pka=pa-pja=98-93.111=4.889(kN/m2)用工程大气压表示A点的压强： pja=93.111/98=0.95个工程大气压 pA=-4.889/98=-0.05个工程大气压 pka=4.889/98=0.05个工程大气压用mH2O表示A点的压强：因为1个工程大气压=10mH2O，则A点的压强可表示为： pja=0.95l0=9.5mH2

15、O pA=-0.0510=-0.5mH2O pka=0.0510=0.5mH2O (三三)流体动力学流体动力学1.基本概念基本概念(1)元流：流体运动时，流体中一微小面积形成的一股流束称为元流。(2)总流：流体运动时，无数元流的总和称为总流，。(3)过流断面：与流体的运动方向垂直的流体横断面。 (4)流量：在单位时间内流体通过过流断面的体积或质量。(5)流速：在单位时间内流体移动所通过的距离。元流与总流 过流断面 平均流速平均流速：过流断面上各质点流速的平均值即平均流速。 流体运动时，由于流体粘滞性的影响，过流断面上的流速不等且一般不易确定，为便于分析和计算，在实际工程中通常采用平均流速。 流

16、量、过流断面和流速三者之间应符合下面关系： Q=wv 式中：Q体积流量，m3/s； v平均流速，m/s； w 过流断面，m2。 断面流速2.类型类型(1)有压流有压流：流体在压差作用下流动，流体各个过流断面的整个周界都与固体壁面相接触，没有自由表面，也称为管流管流。(2)无压流无压流：流体在重力作用下流动，各个过流断面的部分周界与固体壁面相接触，具有自由表面，又称为重力流重力流，或称为明渠流明渠流。如天然河道、明渠、排水管中的水流都是无压流。(3)恒定流恒定流：流体运动时，流体中任一位置的压强压强、流速流速等运动要素不随时间变化。(4)非恒定流非恒定流：流体运动时，流体中任一位置的运动要素如压

17、强、流速压强、流速等随时间变化而变化。恒定流与非恒定流恒定流与非恒定流（四）（四） 流动阻力与能量损失流动阻力与能量损失1. 形式形式 来源：流体内摩擦力，流体与固体边壁之间摩擦阻力；固体边壁形状的变化产生的阻力。 能量损失或水头损失：单位质量的流体流动中所消耗的机械能。 (1) 沿程阻力和沿程水头损失沿程阻力和沿程水头损失 沿程阻力沿程阻力：流体在长直管(或明渠)中流动时，所受到的摩擦力。 沿程水头损失沿程水头损失：为了克服沿程阻力，单位质量的流体所消耗的机械能，常用hf来表示。(2) 局部阻力和局部水头损失局部阻力和局部水头损失 局部阻力局部阻力：流体的边界在局部地区发生急剧变化时，迫使流

18、体流速的大小和方向发生显著变化，甚至使主流脱离边壁形成漩涡，流体质点间产生剧烈的碰撞，从而对流体运动形成了阻力。 局部水头损失局部水头损失：为了克服局部阻力，单位质量的流体所消耗的机械能，通常用hj表示。 在管径不变的直管段上，只有沿程水头损失hf，在管道入口处和管道变径处以及弯头、闸门等水流边界急剧改变处产生局部水头损失hj。 总水头损失hw： hw=hf+hj 在给排水与采暖工程中，确定管路系统中流体的水头损失是进行工程计算的重要内容之一，也是对工程中有关的设备和管路中的管径进行选择的重要依据。2. 流态流态 流体在流动过程中，呈现出两种不同的流动形态层流和紊流。 层流层流：流体在管内流动

19、时，其质点沿着与管轴平行的方向作平滑直线运动。 过渡流过渡流：层流和湍流的过渡状态 。 紊流紊流：当流速增加到很大时，流线不再清楚可辨，流场中有许多小漩涡，又称湍流。管中液流的流动形态管中液流的流动形态 Re：雷诺数雷诺数，无因次量纲，用来判断流体的流动形态。式中：Re雷诺数; u圆管中流体的平均流速，m/s； d圆管的直径，m； 流体的运动粘滞系数，m2/s。 对于圆管的有压管流：Re2100时，流体为层流形态；Re4000时，流体为紊流形态。ududRe对于明渠流，雷诺数按下式计算：式中：R水力半径，R=w/x，其中w叫是过流断面面积，x是湿周，为流动的流体同固体边壁在过流断面上接触的周边

20、长度。 当Re500时，明渠流为层流形态； 当Re2000时，明渠流为紊流形态。 在建筑设备工程中，绝大多数的流体运动都处于紊流形态。uRuRRe3.沿程水头损失和局部水头损失沿程水头损失和局部水头损失Darcy-Weisbach公式： 式中：hf沿程水头损失沿程水头损失，m； 沿程阻力系数(无因次量)； d管径，m； l管长，m； v管中流体平均流速，m/s； g重力加速度，m/s2。 沿程阻力系数与流体的流动形态及固体边壁的粗糙情况有关，其值通常采用经验公式或查用有关图表确定，也可通过实验来确定。gvdlhf22局部水头损失局部水头损失： 式中：hj一局部水头损失，m； 局部阻力系数(无因

21、次量); 局部阻力系数的取值多是根据管配件、附件不同，由实验测出。各种局部阻力系数值可查有关手册得到。 各管段的水头损失计算相叠加就得到了整个管道的总水头损失。gvhj224. 非圆管的沿程损失非圆管的沿程损失 如果把非圆管折合成圆管计算，那么前面讲述如果把非圆管折合成圆管计算，那么前面讲述的公式和图表等，也就适用于非圆管了。折合的方的公式和图表等，也就适用于非圆管了。折合的方法是通过建立非圆管的当量直径来实现的。法是通过建立非圆管的当量直径来实现的。 水力半径水力半径R：过流断面面积：过流断面面积A和湿周和湿周X之比。之比。 R=A/X 圆管的水力半径：圆管的水力半径： R=A/X=(d2/

22、4)/(d)=d/4 边长为边长为a和和b的矩形断面水力半径为：的矩形断面水力半径为： R=A/x=ab/2(a+b) 边长为边长为a的正方形断面的水力半径为：的正方形断面的水力半径为： R=A/X=a2/4a=a/4 圆管当量直径的计算公式：圆管当量直径的计算公式： de=4R 矩形管的当量直径为：矩形管的当量直径为： 方形管的当量直径为方形管的当量直径为 de=a 用用de代替代替d，计算沿程水力损失。，计算沿程水力损失。 在实际工程中应尽可能减小阻力。减小阻力方在实际工程中应尽可能减小阻力。减小阻力方法法：(1)改进流体外部的边界，改善边壁对流动的影改进流体外部的边界，改善边壁对流动的影

23、响；响；(2)在流体内部投加极少量的添加剂，使其影响在流体内部投加极少量的添加剂，使其影响流体的内部结构来实现减阻。流体的内部结构来实现减阻。baabde2第1章 室外给水排水工程 1.1 室外给水工程室外给水工程 1.1.1 室外给水系统的组成室外给水系统的组成（1）取水工程）取水工程 取水工程包括水源和取水构筑物，其主要任务是取水工程包括水源和取水构筑物，其主要任务是保证给水系统取得足够的水量并符合我国饮用水保证给水系统取得足够的水量并符合我国饮用水水源的水质标准。水源的水质标准。（2）净水工程）净水工程 净水工程的任务就是对天然水质进行净化处理，净水工程的任务就是对天然水质进行净化处理，

24、除去水中的悬浮物质、胶体、病菌和其他有害物除去水中的悬浮物质、胶体、病菌和其他有害物质，使水质达到我国卫生部生活饮用水水质标准质，使水质达到我国卫生部生活饮用水水质标准或工业生产用水水质标准要求。或工业生产用水水质标准要求。 （3）输配水工程）输配水工程 输配水工程的任务是将净化后的水输送到输配水工程的任务是将净化后的水输送到用水地区并分配到各用水点。它包括输水用水地区并分配到各用水点。它包括输水管、配水管网以及泵站、水塔与水池等调管、配水管网以及泵站、水塔与水池等调节构筑物。节构筑物。图图1.1 水净化流程图水净化流程图集水井一级泵站(沉砂池)絮凝沉淀池过滤池清 水 池原水用户超越管二级泵站

25、絮凝剂消毒剂 给水水源分类：给水水源分类：给水水源给水水源地表水地表水地下水地下水江江河河水水湖湖泊泊水水水水库库水水海海 水水潜潜 水水自自流流水水泉泉水水给水水源给水水源 潜水潜水：埋藏在地面下第一个隔水层上的水叫潜水，主要靠雨水和河流等地表水下渗补给。 自流水自流水：两个不透水层间的水叫层间水；若层间水有压力，则为承压含水层，打井时，若承压含水层中的水喷出地面，叫自流水。 泉水泉水：在适当的地形下，在某一出口处涌出的地下水叫泉水。取水构筑物一、地表水取水构筑物：一、地表水取水构筑物： 1、按水源种类可分为：、按水源种类可分为： 河流、湖泊、水库及海水取水构筑物；河流、湖泊、水库及海水取水

26、构筑物； 2、按取水构筑物的、按取水构筑物的构造形式构造形式可分为：可分为： 固定式固定式(岸边式、河床式、斗槽式岸边式、河床式、斗槽式) 活动式活动式(浮船式、缆车式浮船式、缆车式)两种。两种。二、地下水取水构筑物二、地下水取水构筑物 管井、大口井、渗渠管井、大口井、渗渠固定式取水构筑物（岸边式）浙江永嘉县楠溪江引水工程取水口固定式取水构筑物（河床式）太湖中的渔洋山取水口 斗槽式取水构筑物移动式取水构筑物（缆车式缆车式）鄂州燕矶自来水厂取水口移动式取水构筑物（浮船式浮船式）合建式岸边取水构筑物合建式岸边取水构筑物大口井大口井给水水厂沉砂池絮凝沉淀池絮凝沉淀池普通快滤池图12地面水源给水系统1

27、-取水构筑物；2水处理构筑物；3清水池；4二级泵站；5管网；6水塔 当城镇各类建筑的生活、生产、消防等用水都按当城镇各类建筑的生活、生产、消防等用水都按照生活用水水质标准统一供给的给水系统，称为照生活用水水质标准统一供给的给水系统，称为统一给水系统。统一给水系统。1 3 4 5 6 3 2 1.1.2 室外给水系统布置形式室外给水系统布置形式1. 统一给水系统统一给水系统供 水 管 网水塔井群集水井泵站图13地下水源给水系统2分区给水系统分区给水系统根据城市和工业区特点将给水系统分成几个系统，每个系统根据城市和工业区特点将给水系统分成几个系统，每个系统都可以独立运行，又能保持系统间的相互联系，

28、以便保证供都可以独立运行，又能保持系统间的相互联系，以便保证供水的安全性和调度的灵活性。根据不同情况布置给水系统，水的安全性和调度的灵活性。根据不同情况布置给水系统，可节约动力费用和管网投资，但设施分散、管理不方便。可节约动力费用和管网投资，但设施分散、管理不方便。 取水构筑物一级泵站净水厂一区供水管网二区供水管网图1-4 分区给水系统 3. 分质给水系统分质给水系统 取水构筑物从水源取水，经不同的净化过程，用不同的管取水构筑物从水源取水，经不同的净化过程，用不同的管道分别将不同水质的水供给各个用户，这种给水系统称为道分别将不同水质的水供给各个用户，这种给水系统称为分质给水系统。分质给水系统。

29、取水井一级泵站净水厂生活用水管网生产用水管网生产用水处理厂图1-5 分质给水系统4分压给水系统分压给水系统 因用户对水压要求不同而采用扬程不同的水泵分别提因用户对水压要求不同而采用扬程不同的水泵分别提供不同压力的水至高压管网和低压管网。该系统可以减少供不同压力的水至高压管网和低压管网。该系统可以减少高压管道和设备用量，减少动力费用，但管线长、设备多高压管道和设备用量，减少动力费用，但管线长、设备多、管理麻烦。、管理麻烦。水处理厂加压泵站高区用水管网低区用水管网图1-6 分压给水系统 枝状管网枝状管网 环状管网环状管网1.1.3 城镇给水管网的布置形式城镇给水管网的布置形式（1）输水管）输水管（

30、2）配水管网）配水管网1）树状管网）树状管网2）环状管网）环状管网1.2 室外排水工程室外排水工程 室外排水工程的任务就是保护环境免受污室外排水工程的任务就是保护环境免受污染，促进工农业生产的发展和保障人民的染，促进工农业生产的发展和保障人民的健康与正常的生活。主要内容包括收集、健康与正常的生活。主要内容包括收集、输送、处理和利用污（废）水。输送、处理和利用污（废）水。 污水按其来源可分为污水按其来源可分为生活污水、工业废水生活污水、工业废水和降水三类。和降水三类。1.2.1排水系统的体制排水系统的体制 污水按不同排除方式所形成的排水系统，污水按不同排除方式所形成的排水系统，称排水系统体制。排水体制一般分为称排水系统体制。排水体制一般分为