第四章 热水系统水力计算

1、 第四章第四章 室内热水供暖系室内热水供暖系 统的水力计算统的水力计算第一节第一节 热水供暖系统管路水热水供暖系统管路水 力计算的基本原理力计算的基本原理1.计算目的：计算目的： 为使系统中各管段的水流量符合设计要求为使系统中各管段的水流量符合设计要求,以以保证流进各散热器的水流量符合需要。保证流进各散热器的水流量符合需要。2. 计算管段计算管段:管路中水流量和管径都没有改变的一段管子。管路中水流量和管径都没有改变的一段管子。3.基本公式：基本公式：.,_;/,_;,_;,_;,_.mlmPaRPapPapPapPapRlpppjyjjy管段长度每米管长的沿程损失计算管段的局部损失计算管段的沿

2、程损失计算管段的压力损失沿程损失沿程损失: 流体沿管道流过时流体沿管道流过时,由于流体分子间及其与管由于流体分子间及其与管壁间的摩擦壁间的摩擦,就要损失能量。就要损失能量。达西公式达西公式:./,_;/,_;,_);(Re,_;/)(_/.232mkgsmvmddfmpaRmPavdR热媒的密度热媒在管道内的流速管段内径管段的摩擦阻力系数，每米管长的沿程损失比摩阻 热水在室内供暖系统管路内的流动状态热水在室内供暖系统管路内的流动状态,几乎几乎都是处在过渡区内。都是处在过渡区内。 室外热水网路都采用较高的流速室外热水网路都采用较高的流速,热水的流动热水的流动状态大多处于阻力平方区内。状态大多处于

3、阻力平方区内。方便的计算公式方便的计算公式:./,_/.1025. 6528mPaGmPadGR管段的水流量 在给定水温和流动状态条件下，在给定水温和流动状态条件下， 是已知值是已知值,只要已知其中任意两数只要已知其中任意两数,就可确定第三个数值，就可确定第三个数值，因此：因此： 附录给出室内热水共暖系统的管路水力计算表，附录给出室内热水共暖系统的管路水力计算表，可利用计算表或线算图进行水力计算可利用计算表或线算图进行水力计算,大大减大大减轻计算工作量轻计算工作量.),(GdfR ,局部损失局部损失:流体流过管道的一些附件时流体流过管道的一些附件时,由于流动方向或速由于流动方向或速度的改变度的

4、改变,产生局部漩涡和撞击产生局部漩涡和撞击,要损失能量。要损失能量。.,_._.22可查表确定力系数系统管路附件的局部阻数管段中总的局部阻力系Pavpj4.当量局部阻力法和当量长度法当量局部阻力法和当量长度法当量局部阻力法当量局部阻力法 将管段的沿程损失转变为局部损失来计算。将管段的沿程损失转变为局部损失来计算。设管段的沿程损失相当于某一局部损失设管段的沿程损失相当于某一局部损失则则:.2222当量局部阻力系数ldvldvpddjjp管段的总压力损失可改写为管段的总压力损失可改写为:._.)(22数管段的折算局部阻力系zhzhdjPaGAGApRlp当量长度法当量长度法 将管段的局部损失折合为

5、管段的沿程损失来计将管段的局部损失折合为管段的沿程损失来计算。算。 设某一管段的总局部压力损失相当于流经管段设某一管段的总局部压力损失相当于流经管段ld米长度的沿程损失米长度的沿程损失,则则:.2222长度管路中局部阻力的当量dlvldRlvddd水力计算公式可表示为水力计算公式可表示为:._)(管段的折算长度zhzhdjlRlllRpRlp5.室内热水供暖管路水力计算的主要任务和方法室内热水供暖管路水力计算的主要任务和方法: 室内热水供暖管路系统是由许多串联或并联室内热水供暖管路系统是由许多串联或并联管段组成的管路系统；管段组成的管路系统；最不利环路最不利环路:允许比摩阻最小的一个环路；允许

6、比摩阻最小的一个环路；按已知系统各管段的流量和系统的循环作用压按已知系统各管段的流量和系统的循环作用压力力,确定各管段的管径确定各管段的管径;预先求出最不利循环环路或分支环路的平均比摩预先求出最不利循环环路或分支环路的平均比摩阻阻 ,根据算出的根据算出的 及环路中各管段的流量及环路中各管段的流量,利用水利用水力计算图表力计算图表,可选出最接近的管径可选出最接近的管径,并求出最不并求出最不利循环环路或分支环路中各管段的实际压力损利循环环路或分支环路中各管段的实际压力损失和整个环路的总压力损失值。失和整个环路的总压力损失值。._,_,_/.失的估计百分数沿程损失约占总压力损环路的管路总长度最不利循

7、环环路或分支环路的循环作用压力最不利循环环路或分支mlPapmPalpRpjRpjRpj按已知系统各管段的流量和各管段的管径按已知系统各管段的流量和各管段的管径,确确定系统所必需的循环作用压力定系统所必需的循环作用压力;常用于校核计算。常用于校核计算。 根据最不利循环环路各管段改变后的流量和已根据最不利循环环路各管段改变后的流量和已知各管段的管径知各管段的管径,利用水力计算图表利用水力计算图表,确定该循确定该循环环路各管段的压力损失以及系统必需的循环环环路各管段的压力损失以及系统必需的循环作用压力作用压力,并检查循环水泵扬程是否满足要求并检查循环水泵扬程是否满足要求。按已知系统各管段的管径和该

8、管段的允许压降按已知系统各管段的管径和该管段的允许压降,确定通过该管段的水流量确定通过该管段的水流量; 在管段已知作用压头下在管段已知作用压头下,校核各管段通过的水流校核各管段通过的水流量的能力。量的能力。 最不利循环环路的水力计算完成后最不利循环环路的水力计算完成后,即可进行其即可进行其它分支循环环路的水力计算。它分支循环环路的水力计算。 热水供暖系统最不利循环环路与各并联环路之热水供暖系统最不利循环环路与各并联环路之间的计算压力损失相对差额间的计算压力损失相对差额,不应大于不应大于 15%。 为平衡各并联环路的压力损失为平衡各并联环路的压力损失,往往需要提高近往往需要提高近循环环路分支管段

9、的比摩阻和流速循环环路分支管段的比摩阻和流速.但流速过但流速过大会使管道产生噪声。大会使管道产生噪声。最大允许的水流速不应大于下列数值最大允许的水流速不应大于下列数值:民用建筑民用建筑:1.2m/s生产厂房的辅助建筑物生产厂房的辅助建筑物:2m/s生产厂房生产厂房:3m/s 热水供暖系统总的计算压力损失热水供暖系统总的计算压力损失,宜增加宜增加10%的附加值的附加值,以确定系统必需的循环作用以确定系统必需的循环作用压力压力.第二节第二节 重力循环双管系统管路重力循环双管系统管路 水力计算方法和例题水力计算方法和例题1.循环作用压力的计算公式循环作用压力的计算公式:._;/_,;_;/81. 9

10、_;_.)(32papmkgmHsmgppapgHpppfhgfghfzh附加作用压力，水在循环环路中冷却的供水和回水密度，锅炉中心的高差，所计算的散热器中心与重力加速度，生的作用压力水在散热器内冷却所产 通过不同立管和楼层的循环环路的通过不同立管和楼层的循环环路的 是不是不相同的，计算中应按有关表选定；相同的，计算中应按有关表选定； 重力循环双管系统管路的最不利循环环路是通重力循环双管系统管路的最不利循环环路是通过最远立管底层散热器的循环环路，计算应由过最远立管底层散热器的循环环路，计算应由此开始。此开始。fp2.例题例题1 确定重力循环双管热水供暖系统管路的管径。确定重力循环双管热水供暖系

11、统管路的管径。热媒参数：供水温度热媒参数：供水温度 ，回水温，回水温度度 。锅炉中心距底层散热器中心距离。锅炉中心距底层散热器中心距离为为3m，层高为，层高为3m。每组散热器的供水支管。每组散热器的供水支管上有一截止阀。上有一截止阀。ctg95,cth70,解：解： 图为该系统两个支路中的一个支路。图上小圆图为该系统两个支路中的一个支路。图上小圆圈内的数字表示管段号。圆圈旁的数字：上行圈内的数字表示管段号。圆圈旁的数字：上行表示管段热负荷（表示管段热负荷（w），下行表示管段长度），下行表示管段长度（m）。散热器内的数字表示其热负荷（）。散热器内的数字表示其热负荷（w）。）。罗马字表示立管编号罗

12、马字表示立管编号。计算步骤：计算步骤：1.选择最不利环路选择最不利环路通过立管的最底层散热器（通过立管的最底层散热器（1500m）的环路。从）的环路。从散热器顺序地经过管段，进入锅炉，再经管段散热器顺序地经过管段，进入锅炉，再经管段进入散热器。进入散热器。2.计算通过最不利环路散热器的作用压力。计算通过最不利环路散热器的作用压力。立管立管1距锅炉的水平距离在距锅炉的水平距离在3050m范围内，下层范围内，下层散热器中心距锅炉中心的垂直高度小于散热器中心距锅炉中心的垂直高度小于15。因。因此，查附录，得此，查附录，得 根据供回水温度，查附录，得根据供回水温度，查附录，得将已知数字代入上式，得：将

13、已知数字代入上式，得：papgHpfgh.)(,1papf35033/92.961,/81.977mkgmkgghpap818350)92.96181.977(381. 9,13.确定最不利环路各管段的管径确定最不利环路各管段的管径求单位长度平均比摩阻：求单位长度平均比摩阻：将各数字代入上式，得将各数字代入上式，得。得的估计百分数，查附录沿程损失占总压力损失最不利环路的总长度%50_5 .106331188881588885 . 82;,_/,1,1,1,1mlmllpRpjmpaRpj/84. 35 .1068185 . 0根据各管段的热负荷，求出各管段的流量，计算根据各管段的热负荷，求出各

14、管段的流量，计算公式如下：公式如下：根据根据G,Rpj查附表，选择最接近查附表，选择最接近Rpj的管径。将的管径。将查出的查出的d,R,v,G值列入表中。值列入表中。.,_;,_;,_/.86. 0)(10187. 43600,3ctctwQhkgttQttQGhghghg系统的设计回水温度系统的设计供水温度管段的热负荷4.确定长度压力损失确定长度压力损失 。将每一管段将每一管段R与与l相乘，列入水力计算表中相乘，列入水力计算表中。Rlpy5.确定局部阻力损失确定局部阻力损失Z根据系统图中管路的实际情况，列出各管段局根据系统图中管路的实际情况，列出各管段局部阻力管件名称。利用附录表，将其阻力系

15、数部阻力管件名称。利用附录表，将其阻力系数 记于表中，最后将各管段总局部阻力系数记于表中，最后将各管段总局部阻力系数 列入表中。列入表中。在统计局部阻力时，对于三通和四通管件的局部在统计局部阻力时，对于三通和四通管件的局部阻力系数，应列在流量较小的管段上。阻力系数，应列在流量较小的管段上。利用附录表，根据管段流速利用附录表，根据管段流速v，可查出动压头，可查出动压头值值 ，列入表第，列入表第10栏中。栏中。根据根据 ,将求出的将求出的 值列入表第值列入表第11栏中。栏中。dpdjppjp6.求各管段的压力损失求各管段的压力损失 将表中第将表中第8栏与第栏与第11栏相加，列入表第栏相加，列入表第

16、12栏中。栏中。7.求环路总压力损失，即求环路总压力损失，即8.计算富裕压力值。计算富裕压力值。jyppp.712)(141pappjy 考虑由于施工的具体情况，可能增加一些在设考虑由于施工的具体情况，可能增加一些在设计计算中未计入的压力损失。因此，要求系统计计算中未计入的压力损失。因此，要求系统应有应有10%以上的富裕度以上的富裕度。%10%13%100818712818%.,_)(;,_;_%100)(%141,1,1141,1papppapppppjyjy损失通过最不利环路的压力压力通过最不利环路的作用系统作用压力的富裕率9.确定通过立管确定通过立管1第二层散热器环路中各管段的第二层散热

17、器环路中各管段的管径管径求平均比摩阻求平均比摩阻根据并联环路节点平衡原理（管段根据并联环路节点平衡原理（管段15，16与管段与管段1，14为并联管路），通过第二层管段为并联管路），通过第二层管段15，16的资用压力为的资用压力为pjRpapppppjy499328181285)(14, 1,1,2,16,15管段管段15，16的总长度为的总长度为5，平均比摩阻为，平均比摩阻为根据同样方法，按根据同样方法，按15和和16管段的流量管段的流量G及及Rpj，确定管段的确定管段的d，将相应的，将相应的R,v值列入表中。值列入表中。mpalpRpj/9 .495/4995 . 0/5 . 0,16,15

18、%5%100499524499.%100)(,16,1516,15,16,1512ppppxjy求通过底层与第二层并联环路的压降不平衡率求通过底层与第二层并联环路的压降不平衡率 此相对差额在允许此相对差额在允许 范围内。范围内。%5%100499524499.%100)(,16,1516,15,16,1512ppppxjy%1510.确定通过立管确定通过立管1第三层散热器环路上各管段的第三层散热器环路上各管段的管径管径计算方法与前相同；计算方法与前相同；通过立管通过立管1第三层散热器环路的作用压力：第三层散热器环路的作用压力：管段管段15，17，18与管段与管段13，14，1为并联管路。为并联

19、管路。通过管段通过管段15，17，18的资用压力为：的资用压力为：papgHpjgh1753.350)92.96181.977(981. 9.)(3,3管段管段15，17，18的实际压力损失为：的实际压力损失为： 459+159.1+119.7=738pa不平衡率：不平衡率： 因因17,18管段已选用最小管径管段已选用最小管径,剩余压力只能用剩余压力只能用第三层散热器支管上的阀门消除第三层散热器支管上的阀门消除.papppppjy976.418181753.)(14,13, 1,1,3,18,17,15%15%4 .24976/ )738976(13x11.确定通过立管确定通过立管2各层环路各

20、管段的管径各层环路各管段的管径此异程式双管系统的最不利循环环路是通过最此异程式双管系统的最不利循环环路是通过最远立管远立管1底层散热器的环路。底层散热器的环路。对与它并联的其它立管的管径计算，同样应根对与它并联的其它立管的管径计算，同样应根据节点压力平衡原理与该环路进行压力平衡计据节点压力平衡原理与该环路进行压力平衡计算确定。算确定。确定通过立管确定通过立管2底层散热器环路的作用压力底层散热器环路的作用压力papgHpfgh818.350)22.96181.977(381. 9.)(1,1确定通过立管确定通过立管2底层散热器环路各管段管径底层散热器环路各管段管径 管段管段1923与管段与管段1

21、，2，12，13，14为并联环为并联环路，对立管路，对立管2与立管与立管1可列出下式，从而求出管可列出下式，从而求出管段段1923的资用压力：的资用压力：管段管段1923的水力计算同前，结果列入表中，的水力计算同前，结果列入表中，其总阻力损失其总阻力损失与立管与立管1并联环路相比的不平衡率刚好为零。并联环路相比的不平衡率刚好为零。papppppjy132.)818818(132.)()(,1,11412, 2, 1,2319pappjy132)(2319通过立管通过立管2的第二，三层各环路的管径确定方的第二，三层各环路的管径确定方法与立管法与立管1中的第二，三层环路计算相同，不中的第二，三层环

22、路计算相同，不再叙述。其计算结果列入表中。其它立管的水再叙述。其计算结果列入表中。其它立管的水力计算方法和步骤完全相同。力计算方法和步骤完全相同。12.通过该双管系统水力计算结果，可以看出，通过该双管系统水力计算结果，可以看出，第三层的管段虽然取用了最小管径（第三层的管段虽然取用了最小管径（DN15)，但它的不平衡率大于但它的不平衡率大于15%。这说明对于高于三。这说明对于高于三层以上的建筑物，如采用上供下回式的双管系层以上的建筑物，如采用上供下回式的双管系统，若无良好的调节装置（如安装散热器温控统，若无良好的调节装置（如安装散热器温控阀等），竖向失调状况难以避免。阀等），竖向失调状况难以避免

23、。第三节 机械循环单管热水供暖系统管 路的水力计算方法和例题1.计算方法计算方法室内热水供暖系统的总压力损失：室内热水供暖系统的总压力损失：一般为一般为1020kpa;对水平式或较大型的系统对水平式或较大型的系统,可达可达2050kpa。多根据入口处的资用压力，按最不利循环环路多根据入口处的资用压力，按最不利循环环路的平均比摩阻的平均比摩阻Rpj来选用该环路各管段的管径。来选用该环路各管段的管径。最不利循环环路的各管段水流速过高最不利循环环路的各管段水流速过高,各并联各并联环路的压力损失难以平衡环路的压力损失难以平衡,常用控制常用控制Rpj值的方值的方法法:剩余的资用循环压力剩余的资用循环压力

24、,由入口处的调压装置节由入口处的调压装置节流。流。循环压力主要由水泵提供。循环压力主要由水泵提供。机械循环双管系统机械循环双管系统,水在各层散热器冷却所形水在各层散热器冷却所形成的重力循环作用压力不相等成的重力循环作用压力不相等,在进行各立管在进行各立管散热器并联环路的水力计算时散热器并联环路的水力计算时,应计算在内。应计算在内。mpaRpj/12060机械循环单管系统机械循环单管系统,如建筑物各部分层数相同如建筑物各部分层数相同时时,每根立管所产生的重力循环作用压力近似每根立管所产生的重力循环作用压力近似相等相等;若不同若不同,高度和各层热负荷分配比不同的高度和各层热负荷分配比不同的立管之间

25、所产生的重力循环作用压力不相等立管之间所产生的重力循环作用压力不相等,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压力的差额计算在内。应将其重力循环作用压力的差额计算在内。重力循环作用压力可按设计工况下的最大值的重力循环作用压力可按设计工况下的最大值的2/3计算。计算。2.例题例题2：确定机械循环垂直单管顺流式热水供暖系统管路确定机械循环垂直单管顺流式热水供暖系统管路的管径。热媒参数的管径。热媒参数:供水温度供水温度 ,回水温回水温度度 。系统与外网连接。在引入口处外。系统与外网连接。在引入口处外网的供回水压差为网的供回水压差为30Kpa

26、.图表示出系统两个支图表示出系统两个支路中的一个支路路中的一个支路.散热器内的数字表示散热器散热器内的数字表示散热器的热负荷。楼层高为的热负荷。楼层高为3m。ctg 95,cth 70,1.在轴侧图上进行管段编号，立管编号并注明各在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管长。管段的热负荷和管长。2.确定最不利环路确定最不利环路本系统为异程式单管系统，取最远立管的环路作本系统为异程式单管系统，取最远立管的环路作为最不利环路，即从入口到立管为最不利环路，即从入口到立管5。这个环路。这个环路包括管段包括管段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。

27、引入口处外网的供回水压差较大，但系统中各引入口处外网的供回水压差较大，但系统中各环路的压力损失易于平衡。采用推荐的平均比环路的压力损失易于平衡。采用推荐的平均比摩阻摩阻 Rpj大致为大致为60120pa/m来确定最不利环路来确定最不利环路各管段的管径。各管段的管径。根据下式确定各管段的流量根据下式确定各管段的流量:.,_;,_;,_/.86. 0)(10187. 43600,3ctctwQhkgttQttQGhghghg系统的设计回水温度系统的设计供水温度管段的热负荷根据根据G和选用的和选用的Rpj值查附表，将查出的各管值查附表，将查出的各管段段d,R,v值列入水力计算表中。值列入水力计算表中

28、。算出最不利环路的总压力损失算出最不利环路的总压力损失 入口处的剩余循环压力用调节阀节流消耗掉。入口处的剩余循环压力用调节阀节流消耗掉。pappjy8633)(1214.确定立管确定立管4的管径的管径立管立管4与最末端供回水干管和立管与最末端供回水干管和立管5，即管段，即管段6，7为并联环路。根据并联环路节点压力平衡原为并联环路。根据并联环路节点压力平衡原理，立管理，立管4的资用压力可由下式确定：的资用压力可由下式确定：两根立管各层热负荷的分配比例大致相两根立管各层热负荷的分配比例大致相等，等， ，因而，因而 。.,4_;,5_).()(,4,5,4,57 , 6,4pappappappppp

29、jy生的重力循环作用压力的散热器中冷却时所产水在立管生的重力循环作用压力的散热器中冷却时所产水在立管,4,5pp7, 6,4)(jyppp立管立管4的平均比摩阻为：的平均比摩阻为：根据根据Rpj和和G值，选立管值，选立管4的立，支管的管径，的立，支管的管径，取取DN15*15。计算出立管计算出立管4的总压力损失为的总压力损失为2941pa。与立管与立管5的并联环路相比，其不平衡率：的并联环路相比，其不平衡率： 在允许值在允许值 范围之内范围之内。mpalpRpj/4 .817 .1627195 . 05 . 0,4%2 . 84x%155.确定立管确定立管3的管径的管径立管立管3与管段与管段58并联。同理，资用压力并联。同理，资用压力立管管径选用立管管径选用DN15*15。计算结果，立管。计算结果，立管3总压总压力损失为力损失为2941pa。不平衡率不平衡率16.5%，稍超过允许值。，稍超过允许值。papppjy3524)(85,36.确定立管确定立管2的管径的管径立管立管2与管段与管段49并联。同理，资用压力并联。同理，资用压力立管选用最小管径立管选用最小管径DN