采暖系统的压力计算原理
一、流体力学基础
1，流体的压强p：单位帕斯卡（Pa) 1Pa=1N/㎡。
单位面积所受的压力。
流体压强产生源于它的流动性，因此流体微元对各个方向的压强大小相等。
水的压强公式：p=ρgh 只与水柱高度有关，这也是为什么人们常用水柱高度(m)来表达压强。
2，流体的能量（单位均为焦耳)：压力能P、位能（重力势能）Z=ρgz、动能ρν2/2。
(1)压力能与压强的区别：压力能P是能量，单位是焦耳；压强p是压力，单位是帕斯卡。
要注意区别。
两者关系：p=P/ρg。
(2)水的压强公式中h和位能公式中z的区别：h是水柱本身的高度，z是水柱的重心距离0参考面的距离。
如下图所示：
3，伯努利方程
流体在单位体积下：
Z1+P1+ρν12/2=Z2+P2+ρν22/2+ΔQ （单位：焦耳）ΔQ ——由阻力产生的能量损耗伯努利方程是特定情况下的能量守恒定律。
z1+p1+ν12/2g=z2+p2+ν22/2g+ΔH （单位：mH2o）ΔH——阻力损耗此公式是伯努利方程的变形，用压强的形式间接表达了能量守恒定律。
也可表示为：
Z1/ρg+P1/ρg+ν12/2g=Z2/ρg+P2/ρg+ν22/2g+ΔH
这个式子，是用水柱高度（即水头）表达的伯努利方程。
Z1/ρg为位置水头，P1/ρg为压强水头，ν12/2g为速度水头。
经此变形，可知，伯努利方程可以用压力来表达能量，压力的变化即能量的变化。
二、循环流体
1，循环流体的特点：1）管径变化不大的情况下，动能的变化是很小的，因此一般是可以忽略不计的；
2）循环水泵只负责补充由于摩擦阻力和局部阻力产生的能量损耗，因此，循环水泵运行时的扬程是系统的总阻力损耗，而对压力能P、位能（重力势能）Z=ρgz、动能ρν2/2是没有影响的，水泵扬程只等于ΔH。
(当采用热水自然循环系统时，热水供回水的密度差承担了循环水泵的功能）
3）由于动能的忽略不计，水柱的总能量一般只考虑压力能P、位能（重力势能）Z=ρgz两部分，（即伯努利方程中的前两项Z1/ρg+P1/ρg），称为测压管水头H c=Z1/ρg+P1/ρg。
系统每一点的测压管水头连接成线，即是水压图：
2，资用压差：测压管水头H c=Z1/ρg+P1/ρg 是管道内水柱的总能量体现。
因此，在循环水系统中，H c即是某一点水系统能提供的总压力，即“资用压力”，那么供回水之间资用压力的差值（即“资用压差”）就是该供回水管段之间所有连接的末端设备可以损耗的能量的总能量。
如采暖入口的资用压差为50KPa,那整个系统的阻力损失最多只能是50KPa,否则，系统将不能正常运行。
资用压差=系统阻力损失。
3，静压：流体静止时对容器壁的压强。
p=ρgh
4，工作压力：流体工作时对容器壁的压强。
由于工作时水泵的加压作用，测压管水头H c 大于静止时的值。
而系统任意点的位置水头Z1/ρg是固定的，不因系统静止或运行而改变（因为距离基准点的距离是不变的）因此，测压管水头H c增加的部分都转化为压强水头P1/ρg，
即流体对管壁的压力增大了（不再是p=ρgh了）。
H c↑，工作压力=压强水头P1/ρg ↑，位置水头Z1/ρg不变。
（H c=Z1/ρg+P1/ρg）
由此可知，可以认为，水泵增加给系统的压力，相当于“暂时”储存在压强水头中（宏观表现就是管壁的压力增大），然后在克服沿程阻力和局部阻力时，逐渐消耗储存在压强水头中的能量，直到回到水泵吸入口，消耗完毕，储存在压强水头中的水泵充能为0，压强水头恢复到和静压相等（定压点p=ρgh）。
5，任意点工作压力的确定
既然系统运行时，工作压力是大于静压的，那么就不能用p=ρgh计算。
在上面的论述中，工作压力实际上是用来克服阻力损失了。
因此在以水泵为基准点时，可以用水泵扬程（H y +静压ρgh）（即水泵出口工作压力）减去该管段阻力得到。
但一般更直观的办法是绘制水压图，通过水压图读取某一点的工作压力。
水压图表达的是测压管水头
H c=Z1/ρg+P1/ρg，工作压力Z1/ρg=测压管水头H c -位置水头Z1/ρg。
三、倒空、超压与气化
计算出工作压力，就可以进行倒空、超压与气化的判断。
1，倒空：当工作压力小于管壁外大气压力时，管壁外空气会在大气压力的作用下进入管道，管道内形成空气柱或者气泡。
因此，管道内的工作压力必须在每一点都大于大气压力才行。
当系统定压点位置选择不当时，有可能出现倒空现象。
2，超压：工作压力大于设备或者管道额定工作压力时，即超压。
最容易发生超压的位置是水泵出口或供水管的底部。
当系统静水压高或者循环水泵扬程较大时，一定要注意底层设备超压的问题。
气化：水在某一温度下对应一个气化的饱和压力。
当工作压力小于该温度下的饱和压力时，即发生气化。
因此，确定是否气化的关键在于水的温度（对应饱和压力）和工作压力。
当水温一定时，工作压力最小的位置，最容易发生气化现象。
一般是回水管的最高点。
因此。
需在回水管的最高点设排气阀。
标准图集《采暖空调循环水系统定压》05K210中提出，（1）开式水箱定压，开式水箱距离系统最高点为1m。
（2）补水泵定压，水泵扬程应比系统补水点压力高30~50KPa。
3，
四、采暖系统的试压
根据规范《建筑给水排水及采暖工程施工质量验收规范》GB50242-2002第8.6.1条
同时不小于0.3MPa。
关于采暖系统的试验压力的确定，北京市建筑设计院的专家张锡虎在他的一篇文章中有详细说明，现摘录如下：
采暖系统工作压力确定
北京市建筑设计院张锡虎
在设计文件的设计及施工说明中，常可以见到“系统的水压试验压力按照施工质量验收规范的规定”的说法，把确定水压试验压力的责任，让给了施工单位，这是不妥的。
因为，在《建筑给水排水及采暖工程施工质量验收规范》（GB 50242-2002）和《通风与空调工程施工及验收规范》（GB 50243-2002）这两个标准中，都提出：①“试验压力应符合设计要求。
当设计未注明时，应符合下列规定……”；②试验压力按照工作压力确定。
因此，执行《建筑给水排水及采暖工程施工质量验收规范》和《通风与空调工程施工及验收规范》这两个标准的规定，有两个问题需要明确：
第一，应直接给出水压试验压力或工作压力的具体数值。
例如:《建筑给水排水及采暖工程施工质量验收规范》规定: 蒸汽、热水采暖系统，应以系统顶点的工作压力加0.1MPa （高温热水系统应为系统顶点的工作压力加0.4MPa），同时在系统顶点的试验压力不小于0.3MPa。
塑料管或复合管，系统顶点的工作压力加0.2MPa，同时在系统顶点的试验压力不小于0.4MPa。
如果设计不给出“工作压力”或“系统顶点的工作压力”，施工单位是难以确定水压试验压力的。
即使对于设计人，在实际工程应用中，“系统顶点工作压力”也不易确定。
从原理上讲，系统任意点工作压力是静压力加水泵形成的动力水头之和。
然而，在进行个体项目设计时，冷热源循环水泵常未选定，即使已选定，水泵的工作点也会随管网阻力特性而改变，而且计算点的水泵作用动力水头，还需减去从水泵出口至计算点的水头损失。
因此，实际上只能执行上述规定中“顶点试验压力不得小于0.3MPa”的附加条件，即简化为：对非高温热水、非塑料管或非复合管，水压试验压力应为系统静压加0.3MPa。
（可取整数）
第二，水压试验压力必须明确所对应于何标高（一般以±0.000为基准面）。
※例如：采暖系统的顶点相对于±0.000是50m，开式膨胀水箱最高水位高于系统顶点2m，系统静压相对于±0.000是52m。
如果水压试验的压力表设在±0.000处，试验压力应为0.52 + 0.30 = 0.82MPa；如果水压试验的压力表设在相对标高30m处，试验压力应为0.82 - 0.30 = 0.52MPa；如果水压试验的压力表设在地下室相对标高- 10m处，试验压力则应为0.82 + 0.10 = 0.92MPa。
※例如：采暖系统的顶点相对于±0.000是50m，定压水罐的上限压力高于系统的顶点10m，系统静压相对于±0.000是60m。
如果水压试验的压力表设在±0.000处，试验压力应为0.60 + 0.30 = 0.90MPa；如果水压试验的压力表设在相对标高30m处，试验压力应为0.90 - 0.30 = 0.60MPa；如果水压试验的压力表设在地下室相对标高- 10m处，试验压力则应为0.90 + 0.10 = 1.0MPa。
※例如：高层建筑高区采暖系统的顶点相对于±0.000是130m，定压水罐的上限压力高于系统的顶点10m，系统静压相对于±0.000是140m。
如果水压试验的压力表设在±0.000处，试验压力应为1.40 + 0.30 = 1.70MPa；如果水压试验的压力表设在相对标高70m处，试验压力则应为1.70- 0.70 = 1.00MPa；如果水压试验的压力表设在地下室相对标高- 10m处，试验压力则应为1.70 + 0.10 = 1.80MPa。
