第4章-室内热水供暖系统的水力计算

1、第四章 室内热水供暖系统的水力计算,第四章 室内热水供暖系统的水力计算,1.计算目的： 为使系统中各管段的水流量符合设计要求,以保证流进各散热器的水流量符合需要。 2. 计算管段: 管路中水流量和管径都没有改变的一段管子。,4-1、热水供暖系统管路水力计算的基本原理,一、热水供暖系统管路水力计算的基本公式 供暖系统中计算管段的压力损失，可用下式表示：,Pa,式中 计算管段的压力损失，Pa； 计算管段的沿程损失，Pa； 计算管段的局部损失，Pa； 每米管长的沿程损失，Pa/m； 管段长度，m。,第四章 室内热水供暖系统的水力计算,二、当量局部阻力法和当量长度法,在实际工程设计中，为了简化计算，也

2、有采用所谓“当量局部阻力法”或“当量长度法”进行管路的水力计算。 当量局部阻力法（动压头法）当量局部阻力法的基本原理是将管段的沿程损失转变为局部损失来计算。,第四章 室内热水供暖系统的水力计算,沿程损失: 流体沿管道流过时,由于流体分子间及其与管壁间的摩擦,就要损失能量。 热水在室内供暖系统管路内的流动状态,几乎都是处在过渡区内。 室外热水网路都采用较高的流速,热水的流动状态大多处于阻力平方区内。,局部损失: 流体流过管道的一些附件时,由于流动方向或速度的改变,产生局部漩涡和撞击,要损失能量。,三、室内热水供暖系统管路水力计算的主要任务和方法,室内热水供暖系统管路水力计算的主要任务，通常为：

3、1.按已知系统各管段的流量和系统的循环作用压力（压头），确定各管段的管径； 2.按已知系统各管段的流量和各管段的管径，确定系统所必需的循环作用压力（压头）； 3.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。 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,第四章 室内热水供暖系统的水力计算,进行第一种情况的水力计算时，可以预先求出最不利循环环路或分支环路的平均比摩阻 。,Pa/m,式中 最不利循环环路或分支环路的循环作用压力，Pa； 最不利循环环路或分支环路的管路总长度，m； 沿程损失约占总压力损失的估计百分数,第四章 室内热水供暖系统的水力计算,根据算出的 R

4、pj 及环路中各管段的流量,利用水力计算图表,可选出最接近的管径,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失和整个环路的总压力损失值。,4-2 重力 (自然) 循环双管供暖系统管路水力计算方法和例题,【例题4-1】确定重力循环双管热水供暖系统管路的管径（见图4-7）。热媒参数：供水温度=95，回水温度=70。锅炉中心距底层散热器中心距离为3m，层高为3m。每组散热器的供水支管上有一截止阀。,第四章 室内热水供暖系统的水力计算,解：,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：上行表示管段热负荷（w），下行表示管段长度（m）。 散热器内的数字表示其热

5、负荷（w）。 罗马字表示立管编号。,计算步骤：,1.选择最不利环路 通过立管的最底层散热器（1500m）的环路。从散热器顺序地经过管段，进入锅炉，再经管段进入散热器。,2.计算通过最不利环路散热器的作用压力。 立管1距锅炉的水平距离在3050m范围内，下层散热器中心距锅炉中心的垂直高度小于15。 因此，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：,3.确定最不利环路各管段的管径 (1)求单位长度平均比摩阻： 将各数字代入上式，得,(2)根据各管段的热负荷，求出各管段的流量，计算公式如下： (3)根据G,Rpj查附表，选择最接近Rpj的管径。 将查出的d,R,v,G值列入表

6、中。,4.确定长度压力损失 将每一管段R与l相乘，列入水力计算表中,5.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 列入表中。 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。 利用附录表，根据管段流速v，可查出动压头值 ，列入表第10栏中。 根据 将求出的 值列入表第11栏中。,6.求各管段的压力损失 将表中第8栏与第11栏相加，列入表第12栏中。 7.求环路总压力损失，即 8.计算富裕压力值。,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

7、求系统应有10%以上的富裕度。,9.确定通过立管1第二层散热器环路中各管段的管径 求平均比摩阻 根据并联环路节点平衡原理（管段15，16与管段1，14为并联管路），通过第二层管段15，16的资用压力为,管段15，16的总长度为5，平均比摩阻为 根据同样方法，按15和16管段的流量G及Rpj，确定管段的d，将相应的R,v值列入表中。,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 范围内。,10.确定通过立管1第三层散热器环路上各管段的管径 计算方法与前相同； 通过立管1第三层散热器环路的作用压力： 管段15，17，18与管段13，14，1为并联管路。通过管段15，17，18的资用压

8、力为：,管段15，17，18的实际压力损失为： 459+159.1+119.7=738pa 不平衡率： 因17,18管段已选用最小管径,剩余压力只能用第三层散热器支管上的阀门消除.,11.确定通过立管2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远立管1底层散热器的环路。 对与它并联的其它立管的管径计算，同样应根据节点压力平衡原理与该环路进行压力平衡计算确定。 确定通过立管2底层散热器环路的作用压力,确定通过立管2底层散热器环路各管段管径 管段1923与管段1，2，12，13，14为并联环路，对立管2与立管1可列出下式，从而求出管段1923的资用压力： 管段1923的水力计算

9、同前，结果列入表中，其总阻力损失 与立管1并联环路相比的不平衡率刚好为零。,通过立管2的第二，三层各环路的管径确定方法与立管1中的第二，三层环路计算相同，不再叙述。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。 12.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（DN15)，但它的不平衡率大于15%。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。,4-3、机械循环单管热水供暖系统管路的水力计算方法和例题,与重力循环系统相比，机械循环系统的作用半径大，传统的室内热水供暖系统的总压力

10、损失一般约为1020kPa；对于分户采暖等水平式或大型的系统，可达2050kPa。,第四章 室内热水供暖系统的水力计算,传统的采暖系统进行水力计算时，机械循环室内热水供暖系统多根据入口处的资用循环压力，按最不利循环环路的平均比摩阻Rpj来选用该环路各管段的管径。当入口处资用压力较高时，管道流速和系统实际总压力损失可相应提高。但在实际工程设计中，最不利循环环路的各管段水流速过高，各并联环路的压力损失难以平衡，所以常用控制Rpj值的方法，按Rpj=60120Pa/m选取管径。剩余的资用循环压力，由入口处的调压装置节流。,确定图4-9机械循环垂直单管顺流异程式热水供暖系统管路的管径。热媒参数：供水温

11、度=95，回水温度=70。系统与外网连接。在引入口处外网的供回水压差为30kPa。图4-9表示出系统两个支路中的一个支路。散热器内的数字表示散热器的热负荷。楼层高为3m。,【例题4-2】,第四章 室内热水供暖系统的水力计算,步骤见书 中详解,第四章 室内热水供暖系统的水力计算,解：,1.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。 2.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为最不利环路，即从入口到立管5。这个环路包括管段1到管段12。,3.计算最不利环路各管段的管径。 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。采用推荐的平均比摩阻 Rp

12、j大致为60120pa/m来确定最不利环路各管段的管径。 根据下式确定各管段的流量:,根据G和选用的Rpj值查附表，将查出的各管段d,R,v值列入水力计算表中。 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。,4.确定立管4的管径 立管4与最末端供回水干管和立管5，即管段6，7为并联环路。根据并联环路节点压力平衡原理，立管4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等， ，因而 。,立管4的平均比摩阻为： 根据Rpj和G值，选立管4的立，支管的管径，取DN15*15。 计算出立管4的总压力损失为2941pa。 与立管5的并联环路相比，其不平衡率： 在允许

13、值 范围之内。,5.确定立管3的管径 立管3与管段58并联。同理，资用压力 立管管径选用DN15*15。计算结果，立管3总压力损失为2941pa。 不平衡率16.5%，稍超过允许值。,6.确定立管2的管径 立管2与管段49并联。同理，资用压力 立管选用最小管径DN15*15。 计算结果，立管2总压力损失为2941pa。 不平衡率25.3%，超过允许值。,7.确定立管1的管径 立管1与管段310并联。同理，资用压力 立管选用最小管径DN15*15。 计算结果，立管1总压力损失为3517pa。 不平衡率24.3%，超过允许值，剩余压头用立管阀门消除。,通过上述计算可以看出：,1.例题1与例题2的系

14、统热负荷，立管数，热媒参数和供热半径都相同，机械循环系统的作用压力比重力循环系统大地多，系统的管径就细很多。,2.由于机械循环系统供回水干管的R值选用较大，系统中各立管之间的并联环路压力平衡较难。例题2中，立管1，2，3的不平衡率都超过 15% 的允许值。在系统初调节和运行时，只能靠立管上的阀门进行调节，否则例题2的异程式系统必然回出现近热远冷的水平失调。如系统的作用半径较大，同时又采用异程式布置管道，则水平失调现象更难以避免。,3.为避免采用例题2的水力计算方法而出现立管之间环路压力不易平衡的问题，在工程设计中，可采用下面的一些设计方法，来防止或减轻系统的水平失调现象。 供，回水干管采用同程

15、式布置； 仍采用异程式系统，但采用“不等温降”方法进行水力计算； 仍采用异程式系统，采用首先计算最近立管环路的方法。,二、散热器的进流系数,在单管热水供暖系统中，立管的水流量全部或部分地流进散热器。流进散热器的水流量与通过该立管水流量的比值，称作散热器的进流系数，可用下式表示,在垂直式顺流热水供暖系统中，散热器单侧连接时，=1.0；散热器双侧连接，通常两侧散热器的支管管径及其长度都相等时，=0.5。当两侧散热器的支管管径及其长度不相等时，两侧的散热器进流系数就不相等了。,第四章 室内热水供暖系统的水力计算,同程式系统的特点是通过各个并联环路的总长度都相等。在供暖半径较大（一般超过50m以上）的室内热水供暖系统中，同程式系统得到较普遍地应用。现通过下面例题，阐明同程式系统管路水力计算方法和步骤。 【例题4-3】将例题4-2的异程式系统改为同程式系统。已知条件与例题4-2相同。管路系统图见图4-12。,第四章 室内热水供暖系统的水力计算,同程式