1、第第3章章 冷、熱水循環管路冷、熱水循環管路3.1水的自然循環3.1.1自然（重力）管流水力特征圖3-1自然循環管路系統示意圖 1 1 2 2 h 221 11 21112211 222lvvpZgpZgp 22222 12221122 122lvvpZgpZgp左管段路的能量方程 右管段路的能量方程 12121 22 1lllZZgppp 12lphg結論：自然（重力）循環管路系統中流體的流動動力取決于豎管段內的密度差和豎管段的垂直高度。 兩式相加得：重力循環熱水系統的工作原理重力循環熱水系統的工作原理 圖3-2 自然循環熱水供暖系統工作原理圖1散熱器；2熱水鍋爐；3供水管路；4回水管路；5

2、膨脹水箱12hhgpg hhh右12hggpg hhh左A-A斷面左右兩側的水柱壓力分別為因此系統的循環作用壓力為hgpppgh 右左自然循環作用的大小與供、回水的密度差和散熱中心和鍋爐中心的垂直距離有關 例如：供水溫度為95，回水溫度70，則每米高差可產生的作用壓力為9.81 1977.81 961.92Pa156Pahggh 注意：自然循環的作用壓力不大，系統中若積有空氣，會形成氣塞，阻礙循環，因此管路排氣是非常重要。 膨脹水箱散熱器自然循環熱水系統的形式和特點自然循環熱水系統的形式和特點 圖3-3 自然循環單管上供下回式系統1總立管；2供水干管；3供水立管；4供水支管；5回水支管；6回水

3、立管；7回水干管；8連接管；9充水管；10泄水管；11止回閥供水干管必須設順水流方向下降坡度，坡度值為0.0050.01 散熱器支管也應沿水流方向設下降坡度，坡度值為0.01 回水干管有向鍋爐方向的向下坡度，坡度值為0.0050.01 坡度設置雙管上供下回式系統的作用壓力雙管上供下回式系統的作用壓力 圖3-4 雙管上供下回式系統ghghp1121212hghgpg hhpgh 上層散熱器 下兩層散熱器 系統垂直失調（各層作用壓力的不同 ） 單管上供下回式系統的作用壓力單管上供下回式系統的作用壓力 圖3-5 單管系統作用壓力計算gghghghp221 當循環環路中有N組串聯的冷卻中心（散熱器）時

4、，其自然循環作用壓力可用下述通式表示 1Niigipgh 垂直失調現象（各層散熱器的傳熱熱系數 ） 各層水溫確定Niiigghtttt第i層的負荷附加作用壓力 由于自然循環系統的作用壓力不大，因此水在管路冷卻產生的附加壓力不應忽略，計算自然循環系統的綜合作用壓力時，應首先在假設條件下確定只考慮水在散熱器內冷卻產生的作用壓力，再增加一項考慮水沿途冷卻產生的附加壓力，即fzhppp附加作用壓力的大小可根據管路布置狀況、樓層高度、所計算的散熱器與鍋爐之間的水平距離查表3-1確定。fp13.2mh 233.0mhh1700W 2600W 3800W 95gt 70ht 【例3-1】如圖3-6所示為三層

5、樓房自然循環熱水供暖系統，明裝立管不保溫，總立管距散熱器立管之間的距離為15m，散熱器的熱負荷分別為供水溫度，回水溫度。圖3-6 例3-1附圖1.雙管系統自然循環的綜合作用壓力zhfppp 【解】 2、求單管系統各層之間立管的水溫3.求單管系統的自然循環綜合作用壓力zhfppp （1）水在散熱器內冷卻產生的作用壓力119.81 3.2977.81 961.92Pa498.8Pahgpgh 2129.813.2 3.0977.81 961.92Pa966.5Pahgpg hh 31239.813.2 3.0 3.0977.81 961.92 Pa1434.1Pahgpg hhh第1層：第2層：第

6、3層：（2）水在管路中冷卻產生的附加壓力 根據已知條件：三層樓房明裝立管不保溫，總立管距計算立管間的距離在10m20m范圍，三層散熱器中心距鍋爐中心垂直高度皆小于15m，查表3-1，水在三層散熱器環路中冷卻產生的附加壓力皆為250Pafp表3-1注： 1.在下供下回式系統中，不計算水在管路中冷卻而產生的附加作用壓力值。 2.在單管式系統中，附加值采用本表所示的相應值的50%。3）雙管系統自然循環的綜合作用壓力 第1層：（498.8250）Pa748.8Pa 第2層：（966.5250）Pa1216.5Pa 第3層：（1434.1250）Pa1684.1Pa 第3層與底層循環環路的作用壓力差值為

7、 由此可見，樓層數越多，底層與最頂層循環環路的作用壓力差越大。311684.1 748.8 Pa935.3Pappp 2、求單管系統各層之間立管的水溫Niiigghtttt338009595 70C 85.5C2100gghtttt 322800600959570C78.3 C2100gghtttt 33968.32kg/m32972.88kg/m3.求單管系統的自然循環綜合作用壓力zhfppp NiiiiNigiigHghp111ggghNigiihhhgghp3322119.813.2977.81 961.923972.88 961.923968.32 961.92Pa1009.7Pa f

8、p0.5 250Pa=125Pafp（2）水在管路中冷卻產生的附加壓力單管系統中，附加壓力為雙管系統附加壓力的50，即。（3）單管系統自然循環的綜合作用壓力zhfppp （1009.7125）Pa1134.7Pa3.2 水的機械循環機械循環流動的能量方程與自然循環流動的能量方程的區別在于循環作用壓力增加了水泵揚程，即lfpppp 圖3-7 機械循環熱水系統1循環水泵；2熱水鍋爐；3集氣罐；4膨脹水箱總水頭線測壓管水頭線機械循環與自然循環系統主要區別n一是循環動力不同；n二是膨脹水箱的連接點和作用不同；n三是排氣方式不同。 機械循環水系統型式機械循環水系統型式 圖3-8 機械循環上供下回式熱水系

9、統1熱水鍋爐；2循環水泵；3集氣罐；4膨脹水箱分類一圖3-17 開式與閉式系統(AHU: Air Handle Unit)（a）開式系統； （b）閉式系統開式與閉式系統(工作介質是否與空氣接觸 )分類二同程系統和異程系統同程系統和異程系統(按系統中的各并聯環路中水的流程)熱水同程式系統1-熱水鍋爐；2-循環水泵；3-集氣罐；4-膨脹水箱異程式熱水系統1-鍋爐；2循環水泵；3集氣罐4膨脹水箱異程式冷凍水系統分類三定流量系統和變流量系統分類四雙管制系統、三管制和四管制系統雙管制系統、三管制和四管制系統(按系統中冷熱水管道的布置方式)圖3-16 兩管制與四管制（a）兩管制系統； （b）四管制系統圖3

10、-9 機械循環下供下回式熱水供暖系統1熱水鍋爐；2循環水泵；3集氣罐；4膨脹水箱；5空氣管；6放氣閥圖3-10 機械循環中供式熱水系統圖3-11 機械循環下供上回（倒流）式熱水系統1熱水鍋爐；2循環水泵；3膨脹水箱圖3-12 水平單管順流式系統1放氣閥；2空氣管圖3-13 水平單管跨越式系統1放氣閥；2空氣管AB圖3-14 雙管熱水供熱管網與熱用戶連接示意圖（a）無混合裝置的直接連接；（b）裝水噴射器的直接連接；（c）裝混合水泵的直接連接；（d）熱用戶與熱網間接連接1熱源的加熱裝置；2循環水泵；3補給水泵；4補給水壓力調節器；5散熱器；6水噴射器；7混合水泵；8換熱器；9熱用戶系統的循環水泵；

11、10膨脹水箱單管系統雙管系統圖3-18 單級泵定流量雙管閉式系統1冷水機組；2循環泵；3空調機組或盤管；4三通閥；5分水器；6集水器圖3-19 變流量系統之一1冷水機組；2循環泵；3空調機組或盤管；4二通閥；5分水器；6集水器；7旁通調節閥圖3-21 二次泵水系統之二1冷水機組一次泵；2一次泵；3二次泵；4壓差調節器；5-總調節閥圖3-20 二次泵水系統之一1一次泵；2冷水機組；3二次泵；4風及盤管；5旁通管；6二通閥圖3-22異程式熱水系統1-鍋爐；2循環水泵；3集氣罐4膨脹水箱圖3-23 異程式冷凍水系統循環管路水力計算的原理循環管路水力計算的原理22ylpRld1、沿程壓力損失 R為比摩

12、阻（Pa/m）l是直管段長度（m）是沿程阻力系數 v是水速度（m/s）d是管道直徑（m） 是水密度（kg/m3） 22vRd 圖3-32 水管路比摩阻計算圖（1mmH2O9.807Pa）當流體通過管道的一些附件如閥門、彎頭、三通、散熱器、盤管等時，由于流體速度的大小或方向改變，發生局部旋渦和撞擊，產生能量損失，稱為局部損失。常用局部水頭損失和局部壓力損失表示。計算管段的局部壓力損失表示為2.局部壓力損失22jvp 3.總壓力損失u任何一個冷熱水循環系統都是由很多串聯、并聯的管段組成，通常將流量和管徑不變的一段管路稱為一個計算管段。u各個計算管段的總壓力損失應等于該管段沿程壓力損失與該管段局部壓

13、力損失之和，即22lyjpppRL 當量局部阻力法當量局部阻力法 2222dlvdldd222222lfjddvvvppp zhdld22lzhvp2222419002lzhmzhmpqAqd29001422dA 22lzhmmpAqSq當量長度法當量長度法 2222ddvvRlld dld lyjddzhpppRlRlR llRl 當量長度法一般多用在室外熱力網路的水力計算上 供暖系統水力計算的方法等溫降法不等溫降法水力計算的主要任務 已知各管段的流量和系統的循環作用壓力，確定各管段的管徑。這是實際工程設計的主要內容。 已知各管段的流量和各管段的管徑，確定系統所必需的循環作用壓力。常用于校核

14、計算，校核循環水泵揚程是否滿足要求。 已知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。用于校核已有的熱水供暖系統各管段的流量是否滿足需要。等溫降法計算方法與步驟 n 根據已知溫降，計算各管段流量n 根據系統的循環作用壓力，確定最不利環路的平均比摩阻(如果系統的循環作用壓力暫時無法確定，可選用經濟比摩阻60Pa/m120Pa/m)。n 確定該管徑下管段的實際比摩阻和實際流速。 n 確定各管段的壓力損失，進而確定系統的壓力損失 36000.86()mghghqc tttt采用等溫降法進行水力計算時注意問題（1）如果系統未知循環作用壓力，可在總壓力損失之上附加10確定。（2）各并聯循環環

15、路應盡量做到阻力平衡，以保證各環路分配的流量符合設計要求。采暖通風與空氣調節設計規范（GB500192003）規定：熱水采暖系統各并聯環路之間（不包括共同管段）的計算壓力損失相對差額，不應大于15%。（3）根據比摩阻確定管徑時，管中的流速不能超過最大允許流速，流速過大會使管道產生噪音。采暖通風與空氣調節設計規范（GB500192003）規定熱水采暖系統最大允許流速：民用建筑：1.2 m/s；輔助建筑物：2 m/s；工業建筑：3 m/s。不等溫降法不等溫降法 不等溫降法先選定立管溫降和管徑，根據壓力損失平衡的要求，計算各立管流量，再根據流量計算立管的實際溫降，確定所需散熱器的數量，最后再用當量阻

16、力法確定立管的總壓力損失。圖3-33 重力循環雙管熱水供暖系統管路計算圖圖3-34 機械循環單管順流熱水供暖系統水力計算圖1234566”77689101112一、最不利環路3管段流量計算36000.86()0.86 2950010159570mghghqc tttt二、各管段流量計算（包括中間溫度）6”管段流量計算36000.86()0.86 79002729570mghghqc tttt85.578.57管段流量計算36000.86()0.86 30002729585.5mghghqc tttt確定各管段管徑 n根據推薦的經濟比摩阻 Rpj60Pa/m120Pa/mn各管段流量qm 表3-

17、10 熱水供暖系統管道水力計算表（tg=95，th=70，K0.2mm）mqRRRRRRR公稱直徑（mm）25324050內徑（mm）27.0035.7541.0053.00qmRvRvRv R v76095.790.3822.690.2111.330.163.130.10780100.710.3823.830.2211.890.173.280.10以管段4為例qm=767kg/h, Rpj=60120Pa/m用內插法計算出實際 :R=97.5Pa/m,v=0.22m/s管段4的沿程摩擦阻力損失為Py=Rl=97.58=780Pa局部阻力計算（以6管段為例）直流三通 直流三通 閘閥 閘閥 乙

18、字 彎 乙字彎 彎頭 集氣罐 9.06直流三通212閘 閥20.52彎 頭12.0乙 字 彎21.52集 氣 罐11.0數量阻力系數圖3-35 同程式系統管路系統圖不等溫降法水力計算方法與步驟 進行室內熱水供暖系統不等溫降的水力計算時，一般從循環環路的最遠立管開始。（1）首先任意給定最遠立管的溫降。一般按設計溫降增加25。由此求出最遠立管的計算流量。根據該立管的流量，選用（或）值，確定最遠立管管徑和環路末端供、回水干管的管徑及相應的壓力損失值。（2）確定環路最末端的第二根立管的管徑。該立管與上述計算管段為并聯管路。根據已知節點的壓力損失，給定該立管管徑，從而確定通過環路最末端的第二根立管的計算

19、流量及其計算溫度降。（3）按照上述方法，由遠至近，依次確定出該環路上供、回水干管各管段的管徑及其相應的壓力損失以及各立管的管徑、計算流量和計算溫度降。（4）系統中有多個分支循環環路時，按上述方法計算各個分支循環環路。計算得出的各循環環路在節點壓力平衡狀況下的流量總和，一般都不會等于設計要求的總流量，最后需要根據并聯環路流量分配和壓降變化的規律，對初步計算出的各循環環路的流量、溫降和壓降進行調整。最不利環路水力計算1. 求平均比摩阻0.5 10000Pa43.6Pa m114.7mpjpRl2. 確定各立管各管段的流量和管徑假設立管的溫降假設立管的溫降Ct30（比設計溫降大5）。立管的流量0.8

20、60.86 7900kg h226kg/h30mVqt根據平均比摩阻和流量，查表3-10，確定管徑為DN20mmDN15mm。表3-10 熱水供暖系統管道水力計算表公稱直徑（mm）152025內徑（mm）15.7521.2527.00qmRvRvRv200120.480.2926.010.167.800.10220144.520.3231.080.189.290.11240170.730.3536.580.1910.900.12(3)壓力損失計算（當量阻力法計算壓力損失 ）zh層數單向連接立管管徑/mm雙向連接立管管徑/mm15202532散熱器支管值徑/mm15202532151520152

21、0252032整根立管的折算阻力系數 值（立管兩端安裝閘閥）37763.748.743.148.472.738.2141.752.030.4115.148.8497.480.661.454.159.392.646.6185.465.837.0150.161.75117.997.574.165.070.3112.555.0229.179.643.6185.074.56138.3114.586.976.081.2132.563.5272.993.550.3220.087.47158.8131.499.686.992.2152.471.9316.6107.356.9254.9100.28179.21

22、48.3112.397.9103.1172.380.3360.3121.163.5290.0113.1注：1、編制本表條件：建筑物層高為3.0m，回水干管敷設在地溝內。表3-11 按確定熱水管系統管段阻力損失的管徑計算表1zhPmq項目公稱直徑DN（mm）流速( ms-1)（Pa）15202532405070801009517428049264710811779258738480.149.510218630152769311581906277241220.1510.910919932156273912352033295743970.1612.51162113415977851312216031

23、4146720.171412322336163283213902287332649470.1815.813023638166787814672415351152220.1917.613624840170294715832605378856340.2019.4供、回水干管6和6水力計算 1.8 16 230.8zhdlAd公稱直徑()15202532405070893.51084外徑(mm)21.2526.7533.542.25486075.589108內徑(mm)15.7521.252735.7541536882100 (m-1)2.61.81.30.90.760.540.40.310.24(

24、Pa(kgh-1)-2)1.0510-33.1610-41.2210-43.9210-52.2810-58.1510-63.0110-61.4210-66.4310-7左右側環路的壓力平衡計算流量實際流量系統設計流量計算壓力損失左側環路1180123825734100右側環路119611964513=2434計算壓力損失按與右側環路的壓力損失相同考慮 2mpSq 調整計算 通導數 2mpSq 1mqaSp1111196451317.8m jjaqp2221180410018.43m jjaqp右側環路左側環路流量分配在并聯環路中，各并聯環路流量分配比等于其通導數比，亦即12121211:mmq

25、qaaSS當總流量12mmmqqq為已知時，并聯環路的流量分配比例可用下式表示1112mmaqqaa2212mmaqqaa進行溫降、流量、壓力損失調整流量調整系數為mtqmjqq溫降與流量成反比，則溫降調整系數為1mjtqmtqq壓力損失調整系數為2tmtpjmjpqpq 3.3.6 室外熱水供熱管網的水力計算室外熱水供熱管網的水力計算 室外熱水供熱管網水力計算的主要任務是：按已知的熱媒流量，確定管道的直徑，計算壓力損失。按已知熱媒流量和管道直徑，計算管道的壓力損失。按已知管道直徑和允許壓力損失，計算和校核管道中的流量。計算方法室外熱水管網的水流量通常用噸/時（t/h）表示。比摩阻、管徑和水流

26、量的關系式，根據式（3-23）可改寫為256.25 10mqRd230.255.256.88 10mqRKd0.04760.3810.190.387mKqdR流動處于阻力平方區 【例3-6】某工廠廠區熱水供熱系統，其網絡平面布置圖見圖3-36，各管段的長度、閥門位置、方形補償器的位置及個數及熱負荷已標注圖中。網路的計算供水溫度tg=130，計算回水溫度th=70，各用戶內部已確定壓力損失均為50kPa，對管網進行水力計算。E1500kWD2000kWF1000kW圖3-36 室外熱水管網熱水管網主干線的設計平均經濟比摩阻可取40 80/pjRPa m表3-16 管段AB、BC、CD局部阻力當量

27、長度dldl管段AB管段BC管段CD管徑d(mm)200150125當量長度(m)閘閥3.361 分流三通5.61分流三通4.41方形補償器23.45異徑接頭0.561 異徑接頭0.441方形補償器15.44方形補償器12.54折算長度(m)120.3667.7654.84表3-18 管內水流速推薦值（單位：m/s）管徑/mm1520253240506580閉式系統0.40.50.50.60.60.70.70.90.81.00.91.21.11.41.21.6開式系統0.30.40.40.50.50.60.60.80.70.90.81.00.91.21.11.4管徑/mm100125150200250300350400閉式系統1.31.81.52.01.62.21.82.51.82.61.92.91.62.51.8