1、 第四章第四章 室內熱水供暖系室內熱水供暖系 統的水力計算統的水力計算第一節第一節 熱水供暖系統管路水熱水供暖系統管路水 力計算的基本原理力計算的基本原理1.計算目的：計算目的： 為使系統中各管段的水流量符合設計要求為使系統中各管段的水流量符合設計要求,以以保證流進各散熱器的水流量符合需要。保證流進各散熱器的水流量符合需要。2. 計算管段計算管段:管路中水流量和管徑都沒有改變的一段管子。管路中水流量和管徑都沒有改變的一段管子。3.基本公式：基本公式：.,_;/,_;,_;,_;,_.mlmPaRPapPapPapPapRlpppjyjjy管段長度每米管長的沿程損失計算管段的局部損失計算管段的沿

2、程損失計算管段的壓力損失沿程損失沿程損失: 流體沿管道流過時流體沿管道流過時,由于流體分子間及其與管由于流體分子間及其與管壁間的摩擦壁間的摩擦,就要損失能量。就要損失能量。達西公式達西公式:./,_;/,_;,_);(Re,_;/)(_/.232mkgsmvmddfmpaRmPavdR熱媒的密度熱媒在管道內的流速管段內徑管段的摩擦阻力系數，每米管長的沿程損失比摩阻 熱水在室內供暖系統管路內的流動狀態熱水在室內供暖系統管路內的流動狀態,幾乎幾乎都是處在過渡區內。都是處在過渡區內。 室外熱水網路都采用較高的流速室外熱水網路都采用較高的流速,熱水的流動熱水的流動狀態大多處于阻力平方區內。狀態大多處于

3、阻力平方區內。方便的計算公式方便的計算公式:./,_/.1025. 6528mPaGmPadGR管段的水流量 在給定水溫和流動狀態條件下，在給定水溫和流動狀態條件下， 是已知值是已知值,只要已知其中任意兩數只要已知其中任意兩數,就可確定第三個數值，就可確定第三個數值，因此：因此： 附錄給出室內熱水共暖系統的管路水力計算表，附錄給出室內熱水共暖系統的管路水力計算表，可利用計算表或線算圖進行水力計算可利用計算表或線算圖進行水力計算,大大減大大減輕計算工作量輕計算工作量.),(GdfR ,局部損失局部損失:流體流過管道的一些附件時流體流過管道的一些附件時,由于流動方向或速由于流動方向或速度的改變度的

4、改變,產生局部漩渦和撞擊產生局部漩渦和撞擊,要損失能量。要損失能量。.,_._.22可查表確定力系數系統管路附件的局部阻數管段中總的局部阻力系Pavpj4.當量局部阻力法和當量長度法當量局部阻力法和當量長度法當量局部阻力法當量局部阻力法 將管段的沿程損失轉變為局部損失來計算。將管段的沿程損失轉變為局部損失來計算。設管段的沿程損失相當于某一局部損失設管段的沿程損失相當于某一局部損失則則:.2222當量局部阻力系數ldvldvpddjjp管段的總壓力損失可改寫為管段的總壓力損失可改寫為:._.)(22數管段的折算局部阻力系zhzhdjPaGAGApRlp當量長度法當量長度法 將管段的局部損失折合為

5、管段的沿程損失來計將管段的局部損失折合為管段的沿程損失來計算。算。 設某一管段的總局部壓力損失相當于流經管段設某一管段的總局部壓力損失相當于流經管段ld米長度的沿程損失米長度的沿程損失,則則:.2222長度管路中局部阻力的當量dlvldRlvddd水力計算公式可表示為水力計算公式可表示為:._)(管段的折算長度zhzhdjlRlllRpRlp5.室內熱水供暖管路水力計算的主要任務和方法室內熱水供暖管路水力計算的主要任務和方法: 室內熱水供暖管路系統是由許多串聯或并聯室內熱水供暖管路系統是由許多串聯或并聯管段組成的管路系統；管段組成的管路系統；最不利環路最不利環路:允許比摩阻最小的一個環路；允許

6、比摩阻最小的一個環路；按已知系統各管段的流量和系統的循環作用壓按已知系統各管段的流量和系統的循環作用壓力力,確定各管段的管徑確定各管段的管徑;預先求出最不利循環環路或分支環路的平均比摩預先求出最不利循環環路或分支環路的平均比摩阻阻 ,根據算出的根據算出的 及環路中各管段的流量及環路中各管段的流量,利用水利用水力計算圖表力計算圖表,可選出最接近的管徑可選出最接近的管徑,并求出最不并求出最不利循環環路或分支環路中各管段的實際壓力損利循環環路或分支環路中各管段的實際壓力損失和整個環路的總壓力損失值。失和整個環路的總壓力損失值。._,_,_/.失的估計百分數沿程損失約占總壓力損環路的管路總長度最不利循

7、環環路或分支環路的循環作用壓力最不利循環環路或分支mlPapmPalpRpjRpjRpj按已知系統各管段的流量和各管段的管徑按已知系統各管段的流量和各管段的管徑,確確定系統所必需的循環作用壓力定系統所必需的循環作用壓力;常用于校核計算。常用于校核計算。 根據最不利循環環路各管段改變后的流量和已根據最不利循環環路各管段改變后的流量和已知各管段的管徑知各管段的管徑,利用水力計算圖表利用水力計算圖表,確定該循確定該循環環路各管段的壓力損失以及系統必需的循環環環路各管段的壓力損失以及系統必需的循環作用壓力作用壓力,并檢查循環水泵揚程是否滿足要求并檢查循環水泵揚程是否滿足要求。按已知系統各管段的管徑和該

8、管段的允許壓降按已知系統各管段的管徑和該管段的允許壓降,確定通過該管段的水流量確定通過該管段的水流量; 在管段已知作用壓頭下在管段已知作用壓頭下,校核各管段通過的水流校核各管段通過的水流量的能力。量的能力。 最不利循環環路的水力計算完成后最不利循環環路的水力計算完成后,即可進行其即可進行其它分支循環環路的水力計算。它分支循環環路的水力計算。 熱水供暖系統最不利循環環路與各并聯環路之熱水供暖系統最不利循環環路與各并聯環路之間的計算壓力損失相對差額間的計算壓力損失相對差額,不應大于不應大于 15%。 為平衡各并聯環路的壓力損失為平衡各并聯環路的壓力損失,往往需要提高近往往需要提高近循環環路分支管段

9、的比摩阻和流速循環環路分支管段的比摩阻和流速.但流速過但流速過大會使管道產生噪聲。大會使管道產生噪聲。最大允許的水流速不應大于下列數值最大允許的水流速不應大于下列數值:民用建筑民用建筑:1.2m/s生產廠房的輔助建筑物生產廠房的輔助建筑物:2m/s生產廠房生產廠房:3m/s 熱水供暖系統總的計算壓力損失熱水供暖系統總的計算壓力損失,宜增加宜增加10%的附加值的附加值,以確定系統必需的循環作用以確定系統必需的循環作用壓力壓力.第二節第二節 重力循環雙管系統管路重力循環雙管系統管路 水力計算方法和例題水力計算方法和例題1.循環作用壓力的計算公式循環作用壓力的計算公式:._;/_,;_;/81. 9

10、_;_.)(32papmkgmHsmgppapgHpppfhgfghfzh附加作用壓力，水在循環環路中冷卻的供水和回水密度，鍋爐中心的高差，所計算的散熱器中心與重力加速度，生的作用壓力水在散熱器內冷卻所產 通過不同立管和樓層的循環環路的通過不同立管和樓層的循環環路的 是不是不相同的，計算中應按有關表選定；相同的，計算中應按有關表選定； 重力循環雙管系統管路的最不利循環環路是通重力循環雙管系統管路的最不利循環環路是通過最遠立管底層散熱器的循環環路，計算應由過最遠立管底層散熱器的循環環路，計算應由此開始。此開始。fp2.例題例題1 確定重力循環雙管熱水供暖系統管路的管徑。確定重力循環雙管熱水供暖系

11、統管路的管徑。熱媒參數：供水溫度熱媒參數：供水溫度 ，回水溫，回水溫度度 。鍋爐中心距底層散熱器中心距離。鍋爐中心距底層散熱器中心距離為為3m，層高為，層高為3m。每組散熱器的供水支管。每組散熱器的供水支管上有一截止閥。上有一截止閥。ctg95,cth70,解：解： 圖為該系統兩個支路中的一個支路。圖上小圓圖為該系統兩個支路中的一個支路。圖上小圓圈內的數字表示管段號。圓圈旁的數字：上行圈內的數字表示管段號。圓圈旁的數字：上行表示管段熱負荷（表示管段熱負荷（w），下行表示管段長度），下行表示管段長度（m）。散熱器內的數字表示其熱負荷（）。散熱器內的數字表示其熱負荷（w）。）。羅馬字表示立管編號羅

12、馬字表示立管編號。計算步驟：計算步驟：1.選擇最不利環路選擇最不利環路通過立管的最底層散熱器（通過立管的最底層散熱器（1500m）的環路。從）的環路。從散熱器順序地經過管段，進入鍋爐，再經管段散熱器順序地經過管段，進入鍋爐，再經管段進入散熱器。進入散熱器。2.計算通過最不利環路散熱器的作用壓力。計算通過最不利環路散熱器的作用壓力。立管立管1距鍋爐的水平距離在距鍋爐的水平距離在3050m范圍內，下層范圍內，下層散熱器中心距鍋爐中心的垂直高度小于散熱器中心距鍋爐中心的垂直高度小于15。因。因此，查附錄，得此，查附錄，得 根據供回水溫度，查附錄，得根據供回水溫度，查附錄，得將已知數字代入上式，得：將

13、已知數字代入上式，得：papgHpfgh.)(,1papf35033/92.961,/81.977mkgmkgghpap818350)92.96181.977(381. 9,13.確定最不利環路各管段的管徑確定最不利環路各管段的管徑求單位長度平均比摩阻：求單位長度平均比摩阻：將各數字代入上式，得將各數字代入上式，得。得的估計百分數，查附錄沿程損失占總壓力損失最不利環路的總長度%50_5 .106331188881588885 . 82;,_/,1,1,1,1mlmllpRpjmpaRpj/84. 35 .1068185 . 0根據各管段的熱負荷，求出各管段的流量，計算根據各管段的熱負荷，求出各

14、管段的流量，計算公式如下：公式如下：根據根據G,Rpj查附表，選擇最接近查附表，選擇最接近Rpj的管徑。將的管徑。將查出的查出的d,R,v,G值列入表中。值列入表中。.,_;,_;,_/.86. 0)(10187. 43600,3ctctwQhkgttQttQGhghghg系統的設計回水溫度系統的設計供水溫度管段的熱負荷4.確定長度壓力損失確定長度壓力損失 。將每一管段將每一管段R與與l相乘，列入水力計算表中相乘，列入水力計算表中。Rlpy5.確定局部阻力損失確定局部阻力損失Z根據系統圖中管路的實際情況，列出各管段局根據系統圖中管路的實際情況，列出各管段局部阻力管件名稱。利用附錄表，將其阻力系

15、數部阻力管件名稱。利用附錄表，將其阻力系數 記于表中，最后將各管段總局部阻力系數記于表中，最后將各管段總局部阻力系數 列入表中。列入表中。在統計局部阻力時，對于三通和四通管件的局部在統計局部阻力時，對于三通和四通管件的局部阻力系數，應列在流量較小的管段上。阻力系數，應列在流量較小的管段上。利用附錄表，根據管段流速利用附錄表，根據管段流速v，可查出動壓頭，可查出動壓頭值值 ，列入表第，列入表第10欄中。欄中。根據根據 ,將求出的將求出的 值列入表第值列入表第11欄中。欄中。dpdjppjp6.求各管段的壓力損失求各管段的壓力損失 將表中第將表中第8欄與第欄與第11欄相加，列入表第欄相加，列入表第

16、12欄中。欄中。7.求環路總壓力損失，即求環路總壓力損失，即8.計算富裕壓力值。計算富裕壓力值。jyppp.712)(141pappjy 考慮由于施工的具體情況，可能增加一些在設考慮由于施工的具體情況，可能增加一些在設計計算中未計入的壓力損失。因此，要求系統計計算中未計入的壓力損失。因此，要求系統應有應有10%以上的富裕度以上的富裕度。%10%13%100818712818%.,_)(;,_;_%100)(%141,1,1141,1papppapppppjyjy損失通過最不利環路的壓力壓力通過最不利環路的作用系統作用壓力的富裕率9.確定通過立管確定通過立管1第二層散熱器環路中各管段的第二層散熱

17、器環路中各管段的管徑管徑求平均比摩阻求平均比摩阻根據并聯環路節點平衡原理（管段根據并聯環路節點平衡原理（管段15，16與管段與管段1，14為并聯管路），通過第二層管段為并聯管路），通過第二層管段15，16的資用壓力為的資用壓力為pjRpapppppjy499328181285)(14, 1,1,2,16,15管段管段15，16的總長度為的總長度為5，平均比摩阻為，平均比摩阻為根據同樣方法，按根據同樣方法，按15和和16管段的流量管段的流量G及及Rpj，確定管段的確定管段的d，將相應的，將相應的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求通過底層與第二層并聯環路的壓降不平衡率求通過底層與第二層并聯環路的壓降不平衡率 此相對差額在允許此相對差額在允許 范圍內。范圍內。%5%100499524499.%100)(,16,1516,15,16,1512ppppxjy%1510.確定通過立管確定通過立管1第三層散熱器環路上各管段的第三層散熱器環路上各管段的管徑管徑計算方法與前相同；計算方法與前相同；通過立管通過立管1第三層散熱器環路的作用壓力：第三層散熱器環路的作用壓力：管段管段15，17，18與管段與管段13，14，1為并聯管路。為并聯

19、管路。通過管段通過管段15，17，18的資用壓力為：的資用壓力為：papgHpjgh1753.350)92.96181.977(981. 9.)(3,3管段管段15，17，18的實際壓力損失為：的實際壓力損失為： 459+159.1+119.7=738pa不平衡率：不平衡率： 因因17,18管段已選用最小管徑管段已選用最小管徑,剩余壓力只能用剩余壓力只能用第三層散熱器支管上的閥門消除第三層散熱器支管上的閥門消除.papppppjy976.418181753.)(14,13, 1,1,3,18,17,15%15%4 .24976/ )738976(13x11.確定通過立管確定通過立管2各層環路各

20、管段的管徑各層環路各管段的管徑此異程式雙管系統的最不利循環環路是通過最此異程式雙管系統的最不利循環環路是通過最遠立管遠立管1底層散熱器的環路。底層散熱器的環路。對與它并聯的其它立管的管徑計算，同樣應根對與它并聯的其它立管的管徑計算，同樣應根據節點壓力平衡原理與該環路進行壓力平衡計據節點壓力平衡原理與該環路進行壓力平衡計算確定。算確定。確定通過立管確定通過立管2底層散熱器環路的作用壓力底層散熱器環路的作用壓力papgHpfgh818.350)22.96181.977(381. 9.)(1,1確定通過立管確定通過立管2底層散熱器環路各管段管徑底層散熱器環路各管段管徑 管段管段1923與管段與管段1

21、，2，12，13，14為并聯環為并聯環路，對立管路，對立管2與立管與立管1可列出下式，從而求出管可列出下式，從而求出管段段1923的資用壓力：的資用壓力：管段管段1923的水力計算同前，結果列入表中，的水力計算同前，結果列入表中，其總阻力損失其總阻力損失與立管與立管1并聯環路相比的不平衡率剛好為零。并聯環路相比的不平衡率剛好為零。papppppjy132.)818818(132.)()(,1,11412, 2, 1,2319pappjy132)(2319通過立管通過立管2的第二，三層各環路的管徑確定方的第二，三層各環路的管徑確定方法與立管法與立管1中的第二，三層環路計算相同，不中的第二，三層環

22、路計算相同，不再敘述。其計算結果列入表中。其它立管的水再敘述。其計算結果列入表中。其它立管的水力計算方法和步驟完全相同。力計算方法和步驟完全相同。12.通過該雙管系統水力計算結果，可以看出，通過該雙管系統水力計算結果，可以看出，第三層的管段雖然取用了最小管徑（第三層的管段雖然取用了最小管徑（DN15)，但它的不平衡率大于但它的不平衡率大于15%。這說明對于高于三。這說明對于高于三層以上的建筑物，如采用上供下回式的雙管系層以上的建筑物，如采用上供下回式的雙管系統，若無良好的調節裝置（如安裝散熱器溫控統，若無良好的調節裝置（如安裝散熱器溫控閥等），豎向失調狀況難以避免。閥等），豎向失調狀況難以避免

23、。第三節 機械循環單管熱水供暖系統管 路的水力計算方法和例題1.計算方法計算方法室內熱水供暖系統的總壓力損失：室內熱水供暖系統的總壓力損失：一般為一般為1020kpa;對水平式或較大型的系統對水平式或較大型的系統,可達可達2050kpa。多根據入口處的資用壓力，按最不利循環環路多根據入口處的資用壓力，按最不利循環環路的平均比摩阻的平均比摩阻Rpj來選用該環路各管段的管徑。來選用該環路各管段的管徑。最不利循環環路的各管段水流速過高最不利循環環路的各管段水流速過高,各并聯各并聯環路的壓力損失難以平衡環路的壓力損失難以平衡,常用控制常用控制Rpj值的方值的方法法:剩余的資用循環壓力剩余的資用循環壓力

24、,由入口處的調壓裝置節由入口處的調壓裝置節流。流。循環壓力主要由水泵提供。循環壓力主要由水泵提供。機械循環雙管系統機械循環雙管系統,水在各層散熱器冷卻所形水在各層散熱器冷卻所形成的重力循環作用壓力不相等成的重力循環作用壓力不相等,在進行各立管在進行各立管散熱器并聯環路的水力計算時散熱器并聯環路的水力計算時,應計算在內。應計算在內。mpaRpj/12060機械循環單管系統機械循環單管系統,如建筑物各部分層數相同如建筑物各部分層數相同時時,每根立管所產生的重力循環作用壓力近似每根立管所產生的重力循環作用壓力近似相等相等;若不同若不同,高度和各層熱負荷分配比不同的高度和各層熱負荷分配比不同的立管之間

25、所產生的重力循環作用壓力不相等立管之間所產生的重力循環作用壓力不相等,在計算各立管之間并聯環路的壓降不平衡率時在計算各立管之間并聯環路的壓降不平衡率時,應將其重力循環作用壓力的差額計算在內。應將其重力循環作用壓力的差額計算在內。重力循環作用壓力可按設計工況下的最大值的重力循環作用壓力可按設計工況下的最大值的2/3計算。計算。2.例題例題2：確定機械循環垂直單管順流式熱水供暖系統管路確定機械循環垂直單管順流式熱水供暖系統管路的管徑。熱媒參數的管徑。熱媒參數:供水溫度供水溫度 ,回水溫回水溫度度 。系統與外網連接。在引入口處外。系統與外網連接。在引入口處外網的供回水壓差為網的供回水壓差為30Kpa

26、.圖表示出系統兩個支圖表示出系統兩個支路中的一個支路路中的一個支路.散熱器內的數字表示散熱器散熱器內的數字表示散熱器的熱負荷。樓層高為的熱負荷。樓層高為3m。ctg 95,cth 70,1.在軸側圖上進行管段編號，立管編號并注明各在軸側圖上進行管段編號，立管編號并注明各管段的熱負荷和管長。管段的熱負荷和管長。2.確定最不利環路確定最不利環路本系統為異程式單管系統，取最遠立管的環路作本系統為異程式單管系統，取最遠立管的環路作為最不利環路，即從入口到立管為最不利環路，即從入口到立管5。這個環路。這個環路包括管段包括管段1到管段到管段12。3.計算最不利環路各管段的管徑。計算最不利環路各管段的管徑。

27、引入口處外網的供回水壓差較大，但系統中各引入口處外網的供回水壓差較大，但系統中各環路的壓力損失易于平衡。采用推薦的平均比環路的壓力損失易于平衡。采用推薦的平均比摩阻摩阻 Rpj大致為大致為60120pa/m來確定最不利環路來確定最不利環路各管段的管徑。各管段的管徑。根據下式確定各管段的流量根據下式確定各管段的流量:.,_;,_;,_/.86. 0)(10187. 43600,3ctctwQhkgttQttQGhghghg系統的設計回水溫度系統的設計供水溫度管段的熱負荷根據根據G和選用的和選用的Rpj值查附表，將查出的各管值查附表，將查出的各管段段d,R,v值列入水力計算表中。值列入水力計算表中

28、。算出最不利環路的總壓力損失算出最不利環路的總壓力損失 入口處的剩余循環壓力用調節閥節流消耗掉。入口處的剩余循環壓力用調節閥節流消耗掉。pappjy8633)(1214.確定立管確定立管4的管徑的管徑立管立管4與最末端供回水干管和立管與最末端供回水干管和立管5，即管段，即管段6，7為并聯環路。根據并聯環路節點壓力平衡原為并聯環路。根據并聯環路節點壓力平衡原理，立管理，立管4的資用壓力可由下式確定：的資用壓力可由下式確定：兩根立管各層熱負荷的分配比例大致相兩根立管各層熱負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生的重力循環作用壓力的散熱器中冷卻時所產水在立管生的重力循環作用壓力的散熱器中冷卻時所產水在立管,4,5pp7, 6,4)(jyppp立管立管4的平均比摩阻為：的平均比摩阻為：根據根據Rpj和和G值，選立管值，選立管4的立，支管的管徑，的立，支管的管徑，取取DN15*15。計算出立管計算出立管4的總壓力損失為的總壓力損失為2941pa。與立管與立管5的并聯環路相比，其不平衡率：的并聯環路相比，其不平衡率： 在允許值在允許值 范圍之內范圍之內。mpalpRpj/4 .817 .1627195 . 05 . 0,4%2 . 84x%155.確定立管確定立管3的管徑的管徑立管立管3與管段與管段58并聯。同理，資用壓力并聯。同理，資用壓力立管管徑選用立管管徑選用DN15*15。計算結果，立管。計算結果，立管3總壓總壓力損失為力損失為2941pa。不平衡率不平衡率16.5%，稍超過允許值。，稍超過允許值。papppjy3524)(85,36.確定立管確定立管2的管徑的管徑立管立管2與管段與管段49并聯。同理，資用壓力并聯。同理，資用壓力立管選用最小管徑立管選用最小管徑DN