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供热工程》第5章热水供暖系统的水力计算
一、热水供暖系统水力计算的基本原理
热水供暖系统水力计算是根据物理流体流动的基本原理，通过正确的方法，解决热水供暖系统每个回路部分的水力参数问题，以保证供暖系统的正常运行。
水力参数的计算是热水供暖系统设计中必不可少的，水力计算可以求出：
1．水流量，即总进出水量及每支管道的流量；
2．水压，即系统压力，每个环节的压力，以及最大和最小的压力；
3．管道长度，即当前系统的总长度及每支管道的长度；
4．水力损失，即每支管道的水力损失；
5．管道直径，即每支管道的外径及内径；
6．管材的选择，即根据水流量，压力和水力损失等参数选择合适的管材，确定系统的一致性；
7．扬程，即每支管道的扬程及总体扬程；
8．系统功率，即整个系统功率。
二、热水供暖系统水力计算的步骤
1.获取热水供暖系统的基本参数，包括系统回路数、每个回路总长、循环水量、供暖热水温度差等；
2.确定管道长度，包括机组与循环泵之间的管路长度，以及每个回路的长度；
3.计算水流量，确定每个回路的水流量；
4.选择管材。
第四章室内热水供暖系统的水力计算第一节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ΔP＝ΔPy +ΔPi＝R l+ΔP i Pa二、当量局部阻力法和当量长度法第二节重力循环双管系统管路水力计算方法第三节机械循环单管热水供暖系统管路的水力计算方法机械循环系统的作用半径大，其室内热水供暖系统的总压力损失一般约为10-20kPa，对水平式或较大型的系统，可达20一50kPa。
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.在实际工程设计中,最不利循环环路常用控制值的方法,按=60—120Pa/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。
在机械循环系统中，循环压力主要是由水泵提供，同时也存在着重力循环作用压力。
对机械循环双管系统，水在各层散热器冷却所形成的重力循环作用压力不相等,在进行各立管散热器并联环路的水力计算时，应计算在内，不可忽略.对机械循环单管系统,如建筑物各部分层数相同时,每根立管所产生的重力循环作用压力近似相等，可忽略不计；计算步骤1．进行管段编号2．确定最不利环路3．计算最不利环路各管段的管径4．确定其他立管的管径，计算阻力不平衡率在允许值±15%范围之内。
防止或减轻系统的水平失调现象的方法。
(1)供、回水干管采用同程式布置；（2)仍采用异程式系统，但采用“不等温降”方法进行水力计算；(3)仍采用异程式系统,采用首先计算最近立管环路的方法。
第四节机械循环同程式热水供暖系统管路的水力计算方法1.首先计算通过最远立管的环路.确定出供水干管各个管段、立管Ⅴ和回水总干管的管径及其压力损失.2。
用同样方法,计算通过最近立管的环路，从而确定出立管、回水干管各管段的管径及其压力损失。
3.求并联环路立管和立管的压力损失不平衡率,使其不平衡率在±5%以内。
使用说明：一：本计算表格是参照我院设备专业《采暖管径计算书》的格式编制而成。
并对局部阻力种类进行了简化，使用者可自己增加其种类，但需表中增加了“其它散热器阻力”一列。
二：本计算表格适用于双管异程式采暖系统的水力计算。
若经适当修改，也可用于其它形式的采暖系统的水力计算。
三：本计算表格把双管异程式采暖系统的干管和立管分别计算。
四：表中兰底色格内及其它空白格内为必须输入的已知数据。
字体为兰色的格表示其中数据使用者可以根据实际情况修改，字体为粉色的格五：计算过程所用到的基本公式包括：H=λ.L.ρ.V2/(2Dg)=R.L (1)R=λ.ρ.V2/(2Dg) (2)λ=64/Re 当Re＜2000 时。
(3)λ=0.0025Re1/3当2000＜Re＜4000 时。
(4)λ=0.11(K/Dg+68/Re)0.25当Re＞4000 时。
(5)Re=V.Dg/ν (6)Z=ζ.ρ.V2/2 (7)以上计算公式均参照《流体力学泵与风机》(第二版)，中国建筑工业出版社。
式中：H：沿程阻力损失，Pa。
λ：沿程阻力系数,无因次。
L：管段长度,m。
ρ：水的密度，kg/m3。
本表中取值974.9kg/m3，即在一个大气压下，温度为75℃时的水的密度。
V：水流速，m/s。
Dg：管道内径，m。
R：比摩阻，Pa/m。
Re：雷诺数，无因次。
K：绝对粗糙度,m。
本表中取值为0.2mm。
ν：水的运动粘滞系数，m2/s。
本表中取值0.391×10-6m2/s，即在一个大气压下，温度为75℃时的水的粘滞系数。
Z：局部阻力损失，Pa。
ζ：局部阻力系数，无因次。
六：本计算表中所有调节阀门的局部阻力系数取值摘自我院《技措》、华北标办《图集》或某产品样本，且均为常开时的值。
使用者也可以事实上，在进行双管异程采暖系统水力计算时，很难保证各立管或各环路之间的阻力平衡。
本计算表格允许使用者在需要的管段上改变调节阀的局直到实现阻力平衡，此时的局部阻力系数值可作为选择调节阀(或确定其开度)的依据。
《供热工程》试题第一章供暖系统的设计热负荷1．何为供暖系统的设计热负荷?2．什么是围护结构的传热耗热量？分为哪两部分?3．什么是围护结构的最小传热阻？如何确定？4．冷风渗透耗热量与冷风侵入耗热量是一回事吗？5．高层建筑的热负荷计算有何特点？6．什么是值班供暖温度？7．在什么情况下对供暖室内外计算温差要进行修正?如何确定温差修正系数？8．目前我国室外供暖计算温度确定的依据是什么？9．试确定外墙传热系数，其构造尺寸如图1所示.δ1=0。
24m(重浆砖砌体）δ2=0。
02m（水泥砂浆内抹灰）若在δ1和δ2之间加一层厚4厘米的矿渣棉（λ3=0.06kcal/m·h·C）,再重新确定该外墙的传热系数,并说明其相当于多厚的砖墙（内抹砂浆2厘米）.图110．为什么要对基本耗热量进行修正?修正部分包括哪些内容？11．建筑物围护结构的传热为什么要按稳定传热计算?12．试确定图5所示，外墙的传热系数（利用两种方法计算）,其构造尺寸及材料热工性能按表1选用。
表1图213．围护结构中空气间层的作用是什么？如何确定厚度?14．高度修正是如何进行的？15．地面的传热系数是如何确定的?16．相邻房间供暖室内设计温度不同时，什么情况下计算通过隔墙和楼板的传热量。
17．我国建筑气候分区分为哪几个区？对各分区在热工设计上分别有何要求?18．试分析分户热计量供暖系统设计热负荷的计算特点。
19．已知西安市区内某24层商住楼的周围均为4～7层的建筑，计算该商住楼的围护结构传热耗热量时，如何处理风力附加率.20．已知宁夏固原市某公共建筑体形系数为0。
38.屋面结构自下而上依次为：（1）钢筋混凝土屋面板，；（2)挤塑聚苯板保温层，,的修正系数为1。
15;(3）水泥砂浆找平(找坡)层（最薄位置)，;（4)通风架空层，；(5）混凝土板，。
试计算该屋面的传热系数，并判断该屋面是否最小传热阻的要求。
21．试计算某建筑物一个房间的热负荷,见图3.已知条件：建筑物位于天津市区；室温要求维持16º；C;建筑物构造：外墙为370mm砖墙(内抹灰20mm）；地面—水泥（不保温）；外门、窗-单层玻璃，木制；屋顶-带有望板和油毡的瓦屋面，其天花板的构造如图4所示。
供热管道网络设计中的水力计算方法供热管道网络设计中的水力计算方法是工程专家和国家专业建造师在设计供热系统时必须考虑的一个重要步骤。
水力计算是为了保证热水在管道中的顺畅流动和供热回路中的合理供热分配。
本文将从供热管道网络水力计算的意义、常用计算方法和实际案例三个方面展开论述。
首先，供热管道网络设计中的水力计算具有重要的意义。
合理的水力计算能够确保供热系统的正常运行、高效运行和安全运行。
在供热管道网络设计中，我们需要考虑到热水的流量、流速、压力损失、水头、泵的选择等因素。
通过水力计算，我们可以确定管道的直径、流量分配、泵的参数等关键参数，从而保证供热系统能够满足设计要求。
其次，供热管道网络设计中常用的水力计算方法有很多种。
其中，最常见的方法包括简化法、系数法和模型法。
简化法是指采用经验公式和经验系数来进行水力计算，它简便快捷，但精度相对较低。
系数法是指根据实际情况选择一些系数进行计算，能够提高计算精度。
模型法是指利用专业软件模拟整个供热系统，根据实际情况进行精确计算。
这些方法各有优缺点，在实际工程设计中需要根据具体情况选择最合适的方法。
最后，我们来看一个实际的案例。
某小区供热管道网络设计中，需要进行水力计算以确定管道的直径和泵的参数。
根据小区的总热负荷和供热回路的数量，我们利用系数法进行水力计算。
首先，我们需要根据小区的总热负荷和供热回路的数量计算出每个回路的热负荷。
然后，根据每个回路的热负荷和回路的长度，计算出回路的水力压力损失。
接下来，我们需要根据回路的水力压力损失和泵的特性曲线，选择合适的泵。
最后，根据泵的参数和管道的水力特性，确定供热管道的直径。
总结起来，供热管道网络设计中的水力计算是一个重要的环节，它直接关系到供热系统的运行效果和运行安全。
在设计过程中，我们可以根据具体情况选择简化法、系数法或模型法等不同的计算方法。
通过合理的水力计算，我们可以确定供热管道的直径和泵的参数，从而保证供热系统的正常运行和高效供热。
第二节重力（自然)循环双管供暖系统管路水力计算方法和例题
如前所述，重力循环双管供暖系统通过散热器环路的循环作用压力的计算公式为
()
zh f h g f Pa (4-36)
P P P gH P
ρρ
∆=∆+∆=-+∆
式中ΔP——重力循环系统中，水在散热器内冷却所产生的作用压力，Pa；
g——重力加速度，g=9.81m/s2；
H——所计算的散热器中心与锅炉中心的高差，m；
Ρg、ρh——供水和回水密度，kg/m3；
ΔP f——水在循环环路中冷却的附加作用压力，Pa。
应注意：通过不同立管和楼层的循环环路的附加作用压力ΔPf值是不同的，应按附录3-2选定。
重力循环异程式双管系统的最不利循环环路是通过最远立管底层散热器的循环环路，计算应由此开始。
【例题4-1】确定重力循环双管热水供暖系统管路的管径（图4-7）。
热媒参数：供水温度t’g=95℃。
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。
图4-7例题4-1的管路设计图
【解】图4-7为该系统两个支路中的一个之路。
图上小圆圈的数字表示管段号。
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负荷（W）。
罗马字表示立管编号。
计算步骤：
1.选择最不利环路。
由图4-7可见，最不利环路是通过立管Ⅰ的最底层散器Ⅰ1（1500W）的环路。
这个环路从散热器Ⅰ1经过管段①、②、③、④、⑤、⑥，进入锅炉，再经管段⑦、⑧、⑨、⑩、⑾、⑿、⒀、⒁进入散热器Ⅰ1。
2.计算通过最不利环路散热器Ⅰ1的作用压力ΔP’
Ⅱ。
根据式（4-36）
()'I1h g f Pa
P gH P ρρ∆=-+∆根据图中已知条件：立管Ⅰ距锅炉的水平距离在30~50m 范围内，下层散热器中心距锅炉中心的垂直高度小于15m 。
因此，查附录3-2，得ΔP f =350Pa 。
根据供回水温度，查附录3-1，得ρh=977.81kg/m 3，ρg=961.92kg/m 3。
将已知数字代入上式，得
'I19.813(977.81961.92)350818 Pa
P ∆=⨯-+=3.确定最不利环路各管段的管径d 。
（1）求单位长度平均比摩阻
根据式（4-35）
I1I1/pj R P l α=∆∑式中I1l ∑——最不利环路的总长度，m ；
I128.588881588881133106.5m
l ∑=+++++++++++++=α——沿程损失占总压力损失的估计百分数；查附录4-8，得α=50%。
将各数字代入上式，得
0.5818=3.84Pa/m 106.5
pj R ⨯=（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''36000.86= kg/h (4-37)4.18710g h g h Q Q G t t t t =
-⨯-式中Q ——管段的热负荷，W ；
t’g ——系统的设计供水温度，℃；
t’h ——系统的设计回水温度，℃。
（1）根据G 、R pj ，查附录表4-1，选择最接近R pj 的管径。
将查出的d 、R 、
v 和G 值列入表4-2的第5、6、7栏和第三栏中。
4.确定沿程压力损失ΔP y =Rl 。
将每一管段R 与l 相乘，列入水力计算表4-2的第8栏中。
5.确定局部阻力损失Z 。
（1）确定局部阻力系数ζ
（2）利用附录表4-3，根据管段流速v ，可查出动压头ΔP d 值，列入表4-2的第10栏中。
根据ΔP j =ΔP d ·Σζ，将求出的ΔP j 值列入表4-2的第11栏中。
6.求各管段的压力损失ΔP=ΔP y +ΔP j 。
7.求环路总压力损失，即Σ（ΔP y +ΔP j ）1-14=712Pa 。
8.计算富裕压力值。
()'I1114'I1%100%y j P P P P -∆-∑∆+∆∆=
⨯∆式中%∆——系统作用压力的富裕率；
'I1P ∆——通过最不利环路的作用压力，Pa ；
()114y j P P -∑∆+∆——通过最不利环路的压力损失，Pa 。
818712%100%13%10%818
-∆=⨯=>9.确定通过立管Ⅰ第二层散热器环路中各管段的管径。
10.确定通过立管Ⅰ第三层散热器环路上各管段的管径，计算方法与前相同。
11.确定通过立管Ⅱ各层环路各管段的管径。
