1、第八章 熱水網路的水力計算和水壓圖本章重點l 熱水網路水力計算的基本公式。l 水壓圖的基本概念。本章難點l 熱水網路的水力計算l 水壓圖的繪制。熱水網路水力計算的主要任務是：1按已知的熱媒流量和壓力損失，確定管道的直徑；2按已知熱媒流量和管道直徑，計算管道的壓力損失；3按已知管道直徑和允許壓力損失，計算或校核管道中的流量。 根據熱水網路水力計算成果，不僅能確定網路各管段的直徑，而且還可確定網路循環水泵的流量和揚程。在網路水力計算基礎上繪出水壓圖，可以確定管網與用戶的連接方式，選擇網路和用戶的自控措施，還可進步對網路工況，亦即對網路熱媒的流量和壓力狀況進行分析，從而掌握網路中熱媒流動的變化規律。

2、第一節 熱水網路水力計算的基本公式本書第四章第一節所闡述的室內熱水供暖系統管路水力計算的基本原理，對熱水網路是完全適用的。熱水網路的水流量通常以噸時(th)表示。表達每米管長的沿程損失（比摩阻）R、管擇d和水流量G的關系式(414)，可改寫為R=6.25´10-2lGtrd25 Pa/m (9-1)式中 R每米管長的沿程損失（比摩阻），Pa/mGt管段的水流量，th；d管子的內直徑，m；l管道內壁的摩擦阻力系數；r水的密度，/m3。熱水網路局部損失，同樣可用式(4-15)計算。即DPj=Szru22 Pa在熱水網路計算中，還經常采用當量長度法，亦即將管段的局部損失折合成相當的沿程損失

3、。 當采用當量長度法進行水力計算時，熱水網路中管段的總壓降就等于DP=R(l+ld)=Rlzh Pa (9-11)式中 lzh一管段的折算長度，m。在進行估算時，局部阻力的當量長度ld可按管道實際長度l的百分數來計算。即ld=ajl m （9-12）式中 j局部阻力當量長度百分數，(見附錄9-3)；l管道的實際長度，m。第二節 熱水網路水力計算方法和例題在進行熱水網路水力計算之前，通常應有下列已知資料：網路的平面布置圖(平面圖上應標明管道所有的附件和配件)，熱用戶熱負荷的大小，熱源的位置以及熱媒的計算溫度等。熱水網路水力計算的方法及步驟如下：1確定熱水網路中各個管段的計算流量管段的計算流量就是

4、該管段所負擔的各個用戶的計算流量之和，以此確定管段的管徑和壓力損失。 對只有供暖熱負荷的熱水供暖系統，用戶的計算流量可用下式確定 G/n=Qnc(-)/1/2/=AQn(-)/1/2/ t/h (9-13)式中 Qn供暖用戶系統的設計熱負荷，通常可用GJh、MW或Mkcal表示；1/、2/網路的設計供、回水溫度，；c水的質量比熱，c41868kjkg1kcaIkg；A一一采用不同計算單位的系數，見圖92。對具有多種熱用戶的并聯閉式熱水供熱系統，采用按供暖熱負荷進行集中質調節時，網路計算管段的設計流量應按下式計算Gzh=Gn+Gt+G/2,t/2, =A(Qn/-/1/2+Qt/1-+Q/1-)

5、 t/h （9-14）式中 Gzh 計算管段的設計流量，th；Gn、Gt、G計算管段擔負供暖、通風、熱水供應熱負荷的設計流量th；Qn、Qt、Q計算管段擔負的供暖、通風和熱水供應的設計熱負荷，通常可以GJh、/MW或Mkcalh表示；A采用不同計算單位時的系數，見表92；1在冬季通風室外計算溫度tw,t時的網路供水溫度，；2.t在冬季通風室外計算溫度tw,t 時，流出空氣的加熱器的網路回水溫度，采用與供暖熱/負荷質調節時相同的回水溫度，；，； 1 供熱開始(tw+5)或開始間歇調節時的網路供水溫度（一般取70）2.一供熱開始(tw+5)或開始間歇調節，流出熱水供應的水水換熱器的網路回水溫/度，

6、。2確定熱水網路的主干線及其沿程比摩阻熱水網路水力計算是從主干線開始計算。網路中平均比摩阻最小的一條管線，稱為主干線。在一般情況下，熱水網路各用戶要求預留的作用壓差是基本相等的，所以通常從熱源到最遠用戶的管線是主干線。主干線的平均比摩阻R值，對確定整個管網的管徑起著決定性作用。根據熱網規范，在一般的情況下，熱水網路主干線的設計平均比摩阻，可取40一80Pa/m進行計算。對于采用間接連接的熱水網路系統，根據北歐國家的設計與運行經驗，采用主干線的平均比摩阻值比上述規定的值高，有達到l00Pam的。3報據網路主干線各管段的計算流量和初步選用的平均比摩阻R值，利用附錄9-1的水力計算表，確定主干線各管

7、段的標準管徑和相應的實際比摩阻。4根據選用的標準管徑和管段中局部阻力的形式，查附錄92，確定各管段局部阻力的當量長度ld總和，以及管段的折算長度lzh。5根據管段的折算長度lzh以及由附錄91查到的比摩阻，利用式（9-11），計算主干線各管段的總比降。6主干線水力計算完成后，便可進行熱水網路支干線、支線等水力計算。應按支干線、支線的資用壓力確定其管徑，但熱水流速不應大于35ms，同時比摩阻不應大于300Pa/m（見熱網規范規定）。規范中采用了兩個控制指標，實質上是對管徑DN400m rn的管道，控制其流速不得超過35ms (尚未達到300 Pa/m)；而對管徑DN<400m rn的管道，

8、控制其比摩阻不得超過300 Pa/m(如對DN 50的管子，當R300 Pa/m時，流速約為09ms)。例題91 某工廠廠區熱水供熱系統，其網路平面布置圖(各管段的長度、閥門及方形補償器的布置)見本例題附圖92。 網路的計算供水溫度1/130，計算回水溫度2/70。用戶P、F、D的設計熱負荷Qn分別為：3.518、2.513和5.025GJ/h。熱用戶內部的阻力損失為P5xl04Pa。試進行該/熱水網路的水力計算。解 1確定各用戶的設計流量對熱用戶E，根據式(913)G/n=AQn/1-2/=238.83.518130-70=14t/h其它用戶和各管段的設計流量的計算方法同上。各管段的設計流量

9、列入表93中第2欄，并將已知各管段的長度列入表93中第3欄。2熱水網路主干線計算因各用戶內部的阻力損失相等，所以從熱源到最遠用戶D的管線是主干線。首先取主干線的平均比摩阻在R40一80 Pa/m范圍之內，確定主干線各管段的管徑。管段AB：計算流量Gn=14+10+20=44t/h根據管段AB的計算流量和R值的范圍，從附錄9-1中可確定管段AB的管徑和相應的比摩阻R值。d150mm ；R=448Pa/m管段AB中局部阻力的當量長度ld，可由附錄9-2查出，得閘閥 1× 224224m；方形補償器 3×154462m；局部阻力當量長度之和 ld224+4624844m管段AB的

10、折算長度 lzh200+484424844m管段AB的壓力損失 /P=Rlzh448×2484411130 Pa用同樣的方法，可計算主干線的其余管段BC、CD，確定其管徑和壓力損失。計算結果列于表9-3。 管段BC和CD的局部阻力當量長度ld值，如下：管段BC DN=125mm 管段CD DN=100mm直流三通 1×4.4=4.4m 直流三通 1×3.3=3.3m異徑接頭 1×0.44=0.44m 異徑接頭 1×0.33=0.33m方形補償器 3×12.5=37.5m 方形補償器 3×9.8=29.4m總當量長度 ld=4

11、2.34 m 閘閥 1×1.65=1.65m總當量長度 ld=34.68 m3支線計算管段BE的資用壓差為： PBE=PBC+PCD12140十1462726767Pa設局部損失與沿程損失的估算比值j06(見附錄93)，則比摩阻大致可控制為=26767/70（1+0.6）=239 Pa/m R=PBE/lBE（1+j）/根據R/和GBE14th，由附錄93得出 /dBE70m m；RBE=278.5 Pa/m；=109ms管段BE中局部阻力的當量長度ld，查附錄92，得：三通分流：1× 3030m；方形補償器 2× 6.8136 m；閘閥2× 1020m

12、，總當量長度ld186m。管段BE的折算長度lzh70+186886m。管段BE的壓力損失PBE=Rlzh2785×88.624675Pa用同樣方法計算支管CF，計算結果見表9-3。第三節 水壓圖的基本概念通過室內熱水供暖系統和熱水網路水力計算的闡述，可以看出：水力計算只能確定熱水管道中各管段的壓力損失(壓差)值，但不能確定熱水管道上各點的壓力(壓頭)值。通過水壓圖的方法，可以清晰地表示出熱水管路中各點的壓力。流體力學中的伯努利能量方程式是繪制水壓圖的理論基礎。設熱水流過某一管段（圖9-3），根據伯努利能量方程式，可列出斷面1和2之間的能量方程式為122P1+Z1g+=P2+Z2g+

13、222+P1-2 Pa （9-16）伯努利方程式也可用水頭高度的形式表示(見圖93)，即P1+Z1+12g2g=P2g+Z2+222g+H1-2 mH2O （9-17）上兩式中 P1、P2斷面1、2的壓力，Pa； Z1、Z2斷面1、2的管中心線離某一基準面O-O的位置高度，m；1、2斷面1、2的水流平均速度，ms；水的密度，kgm 3；g自由落體的重力加速度，為981ms； 2P1-2水流經管段l2的壓力損失，Pa；H1-2水流經管段l2的壓頭損失， mH2O。圖93中的線AB稱為總水頭線，斷面1與2的總水頭差值，就是代表水流過管段l2的壓頭損失H1-2。圖93中，線CD稱為測壓管水頭線。管道

14、中任意一點的測壓管水頭高度，就是該點離基準面OO的位置高度Z與該點的測壓管水柱高度Pg之和。在熱水管路中，將管路各節點的測壓管水頭高度順次連接起來的曲線，稱為熱水管路的水壓曲線。下面先以一個簡單的機械循環室內熱水供熱系統為例，說明繪制水壓曲線的方法，并利用上述的基本概念，分析該系統在工作和在停止運行時的壓力狀況。設有機械循環熱水供暖系統(圖94)，膨脹水箱1連接在循環水泵2進口側O點處。如設其基準面為OO，并以縱坐標代表供暖系統的高度和測壓管水頭的高度，橫坐標代表供暖系統水平干線的管路計算長度；利用前述方法，可在此坐標系統內繪出供暖系統供、回水管的水壓曲線和縱斷面圖。這個圖組成了室內熱水供暖系

15、統的水壓圖。設膨脹水箱的水位高度為jj。如系統中不考慮漏水或加熱時水膨脹的影響，即認為系統已處于穩定狀況，不再發生變化，因而在循環水泵運行時，膨脹水箱的水位是不變的。O點處的壓頭(壓力)就等于Hj(mH 2O)。當系統工作時，由于循環水泵驅動水在系統中循環流動，A點的測壓管水頭必然高于O點的測壓管水頭，其差值應為管段OA的壓力損失值。根據系統水力計算結果或運行時的實際壓力損失，同理就/可確定B、C、D和E各點的測壓管水頭高度，亦即BCDE各點在縱坐標上的位置。 /如順次連接各點的測壓管水頭的頂端，就可組成熱水供暖系統的水壓圖。其中，線jA代表回水干/管的水壓曲線，線DCB代表供水干線的水壓曲線

16、。系統工作時的水壓曲線、稱為動水壓曲線。 /在機械循環熱水供暖系統中，膨脹水箱不僅起著容納系統水膨脹體積之用，還起著對系統定壓的作用。對熱水供熱(暖)系統其定壓作用的設備，稱為定壓裝置。膨脹水箱是最簡單的一種定壓裝置。如將膨脹水箱連接在熱水供暖系統的供水干管上(見圖95)，則系統的水壓曲線位置與圖94不同，而成為圖95所示的位置。此時，整個系統各點的壓力都降低了。同時，如供暖系統的水平供水干管過長，阻力損失較大，則有可能在干管上出現負壓(如圖9-5)第四節 熱水網絡水壓圖熱水網路上連接著許多熱用戶。它們對供水溫度和壓力要求，在設計階段必須對整個網路的壓力狀況有個整體的考慮。通過繪制熱水網路的水

17、壓圖，用以全面地反映熱網和各熱用戶的壓力狀況，并確定保證使它實現的技術措施。水壓圖是熱水網路設計和運行的重要的工具，應掌握繪制水壓圖的基本要求、步驟和方法，以及會利用水壓圖分析系統壓力狀況。一、熱水網路壓力狀況的基本技術要求熱水供熱系統在運行或停止運行時，系統內熱媒的壓力必須滿足下列基本技術要求。1、在與熱水網路直接連接的用戶系統內，壓力不應超過該用戶系統用熱設備及其管道構件的承壓能力。2、在高溫水網路和用戶系統內，水溫超過100的地點，熱媒壓力應不低于該水溫下的汽化壓力。3、與熱水網路直接連接的用戶系統，無論在網路循環水泵運轉或停止工作時，其用戶系統回水管出口處的壓力，必須高于用戶系統的充水

18、高度，以防止系統倒空吸入空氣，破壞正常運行和腐蝕管道。 4、網路回水管內任何一點的壓力，都應比大氣壓力至少高出5mH2O，以免吸入空氣。5、在熱水網路的熱力站或用戶引入口處，供、回水管的資用壓差，應滿足熱力站或用戶所需的作用壓力。二、繪制熱水網路水壓圖的步驟和方法根據上面對水壓圖的基本要求，下面以一個連接著四個供暖熱用戶的高溫水供熱系統為例，闡明繪制水壓圖的步驟和方法。在圖9-6中，下部是網路的平面圖，上部是它的水壓圖。1、以網路循環水泵的中心線的高度（或其它方便的高度）為基準面，在縱坐標上按一定的比例尺作出標高的刻度（如圖上的oy）。沿基準面在橫坐標上按一定的比例尺作出距離的刻度。（如圖上的

19、ox）。按照網路上的各點和各用戶從熱源出口起沿管路計算的距離，在ox軸上相應點標出網路相對于基準面的標高和房屋高度。各點網路高度的連接線就是圖上帶有陰影的線，表示沿管線的縱剖面。2、選定靜水壓曲線的位置。靜水壓曲線是網路循環水泵停止工作時，網路上各點的測壓管水頭的連接線。它是一條水平的直線。靜水壓曲線的高度必須滿足下列的技術要求。（1）與熱水網路直接連接的供暖用戶系統內，底層散熱器所承受的靜水壓力應不超過散熱器的承壓能力。（2）熱水網路及與它直接連接的用戶系統內，不會出現汽化或倒空。如圖為例，設網路設計供、回水溫度為110/70。用戶1、2采用低溫水供暖，用戶3、4采用高溫水供暖。用戶1、3、

20、4樓高為17m，用戶2為一高層建筑，樓高為30 m。如欲全部采用直接連接，并保證所有用戶都不會出現汽化或倒空，靜水壓曲線的高度需要定在不低于39 m處（用戶2處再加上3m的安全裕度）。由圖可見，靜水壓線定得這樣高，將使用戶1、3、4底層散熱器承壓能力都超過一般鑄鐵散熱器的承能壓力（40mH2O）。這樣使大多數用戶必須采用間接連接方式，增加了基建投資費用。3、選定回水管的動水壓曲線的位置。在網路循環水泵運轉時，網路回水管各點的測壓管水頭的連接線，稱為回水管動水壓曲線。回水管的動水壓線的位置，應滿足下列要求。（1）按照上述網路熱媒壓力必須滿足的技術要求中的第三條和第四條的規定，回水管動水壓曲線應保

21、證所有直接連接的用戶系統不倒空和網路上任何一點的壓力不應低于50Kpa（5 mH2O）的要求。這是控制回水管動水壓曲線最低位置的要求。（2）要滿足上述基本技術要求的第一條規定。這是控制回水管動水壓曲線最高位置的要求。4、選定供水管動水壓曲線的位置。在網路循環水泵運轉時，網路供水管內各點的測壓管水頭連接線，稱為供水管動水壓曲線。同理，供水管動水壓曲線沿著水流方向逐漸下降，它在每米管長上降低的高度反映了供水管的比壓降值。供水管動水壓曲線的位置，應滿足下列要求：（1）網路供水干管以及與網路直接連接的用戶系統的供水管中，任何一點都不應出現汽化。（2）在網路上任何一處用戶引入口或熱力站的供、回水管之間的

22、資用壓差，應能滿足用戶引入口或熱力站所要求的循環壓力。這兩個要求實質上就是限制著供水管動水壓線的最低位置。在本例中，由于假定定壓點位置在網路循環水泵的吸入端，前面確定的回水管動水壓線全部高出靜水壓線J-J，所以在供水管上不會出現汽化現象。網路供、回水管之間的資用壓差，在網路末端最小。因此，只要選定網路末端用戶引入口或熱力站處所要求的作用壓頭，就可確定網路供水主干線末端的動水壓線的水位高度。根據給定的供水主干線的平均比壓降或根據供水主干線的水力計算成果，可繪出供水干線的動水壓曲線。在本例中，假設末端用戶4預留的資用壓差為10 mH2O。在供水管主干線末端C點的水位高度應為35+10=45m。設供

23、水主干線的總壓力損失與回水管相等，即12 mH2O，在熱源出口處供水管動水壓曲線的水位高度，即D點的標高應為45+12=57 m。最后，水壓圖中E點與D點的高差等于熱源內部的壓力損失（在本例中假設為15 mH2O），則E點的水頭應為57+15=72 m，由此可得出網路循環水泵的揚程應為72-23=49mH2O。這樣繪出的動水壓曲線ABCDE以及靜水壓曲線J-J線，組成了該網路主干線的水壓圖。各分支線的動水壓曲線，可根據各分支線在分支點處的供回水管的測壓管水頭高度和分支線的水力計算成果，按上述同樣的方法和要求繪制。三、用戶系統的壓力狀況和與熱網連接方式的確定當熱水網路水壓圖的水壓線位置確定后，就

24、可以確定用戶系統與網路的連接方式及其壓力狀況。 用戶系統1 它是一個低溫水供暖的熱用戶（外網110水經與回水混合后再進入用戶系統）。從水壓圖可見，在網路循環水泵停運時，靜水壓線對用戶1滿足不汽化和不倒空的技術要求。（1）不會出現汽化。在用戶系統1，110高溫水可能達到的最高點，在標高+2 m處。該點壓力，超過該點水溫下的汽化壓力。（2）不會出現倒空。用戶系統的充水高度僅在標高19m處，低于靜水壓線。用戶系統1位于網路的前端。熱水網路提供給前端熱用戶的資用壓頭H。如在本例中，設用戶1的資用壓頭H，往往超過用戶系統的設計壓力損失H。如在本例中，設用戶1的資用壓頭H1=10 mH2O，而用戶系統1的壓力損失只有1 mH2O。在此情況下，可以考慮采用水噴射器的連接方式。這種連接方式示意圖和其相應的水壓圖可見圖9-7（a）。圖中Hp是表示水噴射器為抽引回水本身消耗的能量。在運行