热水管网的水力计算

热水管网的水力计算是在完成热水供应系统布置，绘出热水管网系统图及选定加热设备后进行的。

水力计算的目的是：计算第一循环管网（热媒管网）的管径和相应的水头损失；计算第二循环管网（配水管网和回水管网）的设计秒流量、循环流量、管径和水头损失；确定循环方式，选用热水管网所需的各种设备及附件，如循环水泵、疏水器、膨胀设施等。

第一循环管网的水力计算：1.热媒为热水：以热水为热媒时，热媒流量G按公式（8-8）计算。

热媒循环管路中的配、回水管道，其管径应根据热媒流量G、热水管道允许流速，通过查热水管道水力计算表确定，并据此计算出管路的总水头损失Hh。

热水管道的流速，宜按表8-45选用。

当锅炉与水加热器或贮水器连接时，如图8-12所示：热媒管网的热水自然循环压力值Hzr按式（8-35）计算：式中：Hzr—热水自然循环压力，Pa；Δh—锅炉中心与水加热器内盘管中心或贮水器中心垂直高度，m；ｐ1—锅炉出水的密度，kg/m3；ｐ2—水加热器或贮水器的出水密度，kg/m3。

当Hzr＞Hh时，可形成自然循环，为保证运行可靠一般要求（8-36）：当Hzr不满足上式的要求时，则应采用机械循环方式，依靠循环水泵强制循环。

循环水泵的流量和扬程应比理论计算值略大一些，以确保可靠循环。

2.热媒为高压蒸汽：以高压蒸汽为热媒时，热媒流量G按公式（8-6）或（8-7）确定。

热媒蒸汽管道一般按管道的允许流速和相应的比压降确定管径和水头损失。

高压蒸汽管道的常用流速见表8-13。

确定热媒蒸汽管道管径后，还应合理确定凝水管管径。

第二循环管网的水力计算：1.配水管网的水力计算配水管网水力计算的目的主要是根据各配水管段的设计秒流量和允许流速值来确定配水管网的管径，并计算其水头损失值。

（1）热水配水管网的设计秒流量可按生活给水（冷水系统）设计秒流量公式计算。

（2）卫生器具热水给水额定流量、当量、支管管径和最低工作压力同给水规定。

（3）热水管道的流速，宜按表8-12选用。

第8章建筑内部热水供应系统8.4热水管网的水力计算8.4 热水管网的水力计算8.4热水管网的水力计算热水管网的水力计算是在完成热水供应系统布置，绘出热水管网系统图及选定加热设备后进行的。

水力计算的目的是：计算第一循环管网（热媒管网）的管径和相应的水头损失；计算第二循环管网（配水管网和回水管网）的设计秒流量、循环流量、管径和水头损失；确定循环方式，选用热水管网所需的各种设备及附件，如循环水泵、疏水器、膨胀设施等。

以热水为热媒时，热媒流量G按公式（8-8）计算。

热媒循环管路中的配、回水管道，其管径应根据热媒流量G、热水管道允许流速，通过查热水管道水力计算表确定，并据此计算出管路的总水头损失Hh 。

热水管道的流速，宜按表8-45选用。

8.4.1 第一循环管网的水力计算1．热媒为热水热水管道的流速表8-12当锅炉与水加热器或贮水器连接时，如图8-12所示，热媒管网的热水自然循环压力值H zr 按式（8-35）计算：)(8.921ρρ-∆=h H zr 图8-128.4热水管网的水力计算8.4.1 第一循环管网的水力计算式中H zr —热水自然循环压力，Pa ；Δh —锅炉中心与水加热器内盘管中心或贮水器中心垂直高度，m ；ρ1—锅炉出水的密度，kg/m 3；ρ2—水加热器或贮水器的出水密度，kg/m 3。

当H zr ＞H h 时，可形成自然循环，为保证运行可靠一般要求（8-36）：h H 当H zr 不满足上式的要求时，则应采用机械循环方式，依靠循环水泵强制循环。

循环水泵的流量和扬程应比理论计算值略大一些，以确保可靠循环。

zr H ≥（1.1~1.15）hH2．热媒为高压蒸汽以高压蒸汽为热媒时，热媒流量G按公式（8-6）或（8-7）确定。

热媒蒸汽管道一般按管道的允许流速和相应的比压降确定管径和水头损失。

高压蒸汽管道的常用流速见表8-13。

高压蒸气管道常用流速表8-13 确定热媒蒸汽管道管径后，还应合理确定凝水管管径。

热力管网工程水力计算一、水力计算5.1 计算条件与计算参数5.1.1 依据热用户对蒸汽参数的要求，确定管网水力计算参数如下：（1）中压负荷：最大蒸汽流量 171.2t/h；最小蒸汽流量 144t/h。

（2）低压负荷：最大蒸汽流量 193.8t/h；最小蒸汽流量 150.8t/h。

5.1.2 计算中需要控制的参数如下：末端低压用户参数：P:～0.5MPa，T:150～180℃；末端中压用户参数：P:2.3～2.4MPa，T:230～240℃。

5.2 热网工程系统水力计算5.2.1 水力计算依据本项目设计根据近期最大负荷确定管径，综合投资比较，确定最优管径方案。

至用户的管径是根据用户的参数要求、负荷情况确定的。

5.2.2 水力计算结果最小负荷144t/h 时，从电厂以3.3MPa，365℃外供，主管管径DN700,能够满足各用户的参数需求。

最大负荷193.8t/h 时，从电厂以1.6MPa，285℃外供，主管管径DN800,能够满足各用户的参数需求。

最大负荷150.8t/h 时，从电厂以1.35MPa，305℃外供，主管管径DN800,能够满足各用户的参数需求。

5.2.3 水力计算结果汇总表5.2.3-1 水力计算结果汇总表5.2.4 安全运行负荷管道在超低负荷运行时，管道沿途和用户末端会产生大量冷凝水，为避免水击撞管造成管道系统破坏，适当位置设大流量连续疏水，保证冷凝水及时排出同时加强沿途管网安全巡视，保障管网疏排水的畅通和对周围环境的安全防护。

此外，管道在超低负荷运行状态下管损十分突出，对管道实际运行的经济性将大大折扣。

根据管网设计计算要求，通过水力计算模拟结果确定管网运行的安全负荷临界位置；结合本项目热网布置特点，运行热负荷流量主要集中在管网中后段金峰镇的风阳工业园区范围内（图F 、G 点附近），该处集中分布中压约50%的热负荷和低压约40%的热负荷，通过计算该位置在最低负荷运行状态下介质过热程度可作为衡量项目管网的安全运行状态的重要依据；通过水力计算得出低压运行负荷在最大设计负荷50%状态下（流量约97t/h ），末端参考点（F 、G 点）的介质参数近似饱和状态；中压运行负荷在最大设计负荷45%状态下（流量约77t/h ），末端参考点（F 、G 点）的介质参数近似饱和状态；考虑风阳工业园区内介质参数为理论计算的末端参数，实际运行需要对此处及后段管网沿途设置大流量连续疏水，加强运行巡视等工作；此状态下低压流量设定为低压参数管网最低安全运行负荷。

供热管道的水力计算及热力站主要设备选择本文从设计角度讲述了供热管网水力计算的方法及热力站内主要设备选型和注意事项。

标签：供热系统;水力计算;设备选型集中供热系统热水管道的水力计算是管道设计中及其重要的部分，通过水力计算结果不仅可以确定热水网路各管段的管径，还可以确定网路循环水泵的流量和扬程。

在保证系统管网水力平衡的基础上，再进行合理的选用热力站内的设备，是提高供热质量，降低供热成本的前提。

以下将介绍水力计算和设备选型的方法及注意事项。

一、管网水力计算方法在热水网路中经常采用当量长度法，亦即将管段的局部损失折合成相当的沿程损失计算管网总损失。

在水力计算前首先要确定热力网的设计流量，应按下式计算：G=3.6Q/c（t1-t2）G—供热管网设计流量，t/hQ—设计热负荷，kwc—水的比熱容，kJ/（kg.℃）t1—供热管网供水温度，℃t2—供热管网回水温度，℃采用当量长度法进行水力计算时，热水网路中管段的总压降等于ΔP=R（l+ld）=RlzhPaR—每米管长的沿程损失（比摩阻），Pa/ml—管道的实际长度，mld—局部阻力的当量长度，mlzh—管段的折算长度，m其中局部阻力的当量长度ld可按管道实际长度l的百分数来计算，即ld=αjlm αj—局部阻力当量百分数，%，对于小于450mm无方形补偿器的管道αj=0.3。

供热管道的平均比摩阻R值，对于确定整个管网的管径起着决定性作用，如选用比摩阻R值越大，需要的管径越小，因而降低了管网的基建投资和热损失，但网路循环水泵的基建投资和运行电耗随之增大，这就需要确定一个经济比摩阻，使系统在规定年限内总费用最小。

对于采用间接连接的热水网路系统，根据运行经验，主线的平均比摩阻尽量小于100Pa/m，而支线的平均比摩阻可以在小于300Pa/m的范围内选择。

根据区域大小不同有所区别，例如对于建筑群内的供热二次管网，整体外网损失控制在5m左右，这样热力站内循环水泵扬程不会过高，供热管道的管径也较为适中，整个系统容易水力平衡，投入运行后易于调节，基建投资也较为合理。

给水管网水力计算
1.确定给水管网各管段的管径
给水管道的流速控制范围：
1、对于生活或生产给水管道，一般采用1.0~1.5m/s，不宜大于2.0m/s，当有防噪声要求，且管径小于或等于25mm时，生活给水管道内的流速可采用0.8~1.0m/s；
2、消火栓给水管道的流速不宜大于2.5m/s；
3、其自动喷水灭火系统给水管道的流速不宜大于5m/s，其配水支管在特殊情况下不得大于10m/s。

2.给水系统水压的确定
H=H1+H2+H3+H4
H1——引入管起点至配水最不利点位置高度所要求的静水压；
H2——引入管起点至配水最不利点的给水管路即计算管路的沿程与局部阻力水头损失之和；
H3——水表的水头损失；
H4——配水最不利点所需的流出水头。

3.水力计算方法和步骤
1、根据综合因素初定给水方式;
2、根据建筑功能、空间布局及用水点分布情况，布置给水管道，并绘制出给水平面图和轴侧草图；
3、绘制水利计算表格；
4、根据轴侧图选择配水最不利点，确定计算管路；
5、以流量变化处为节点，从配水最不利点开始，进行节点编号，并标注两节点间的计算管段的长度；
6、按建筑的性质选择设计秒流量的计算公式，计算各管道的设计秒流量；
7、根据设计秒流量，考虑流速，查水利计算表进行管网的水利计算，确定管径，并求出给水系统所需压力；
8、校核（H0≥H；H0略＜H ；H0远＜H ）
9、确定非计算管路各管径。

热水管网水力计算的基本原理
热水管网水力计算的主要任务有：
（1）按已知的热媒流量和压力损失，确定管道的直径；
（2）按已知热媒流量和管道直径，计算管道的压力损失；
（3）按已知管道直径和允许压力损失，计算或校核管道中的热媒流量。

热水管网水力计算的基本原理与室内热水采暖系统管路水力计算的基本原理相同，即使用的基本公式相同。

1.沿程压力损失的计算
因热水管网的水流量较大，所以通常以t/h为单位。

表达每米管长的沿程损失（比摩阻）R、管径d和水流量G的关系式，可改写为：
在设计工作中，为了简化繁琐的计算，将式(9-14)~(9-16)中各变量之间的关系制成水力计算图表供设计计算使用（见附录9-1）。

水力计算图表是在一定的管壁粗糙度和一定的热媒密度下编制而成的，如果使用条件与制表条件不符时，应对流速、管径、比摩阻进行相应的修正。

（1）管道的实际当量绝对粗糙度与制表的绝对粗糙度不符，应对比摩阻进
行修正。

在热水管网的水力计算中，由于水的密度随温度变化很小，实际温度与编制图表时的温度值偏差不大时，可以不必考虑密度不同时的修正。

但在蒸汽管网和余压凝结水管网中，流体在管中流动，沿程密度变化很大，需按上述公式进行不同密度的修正计算。

2.局部压力损失的计算
在热水管网水力计算中，对于管网的局部阻力，经常采用当量长度法进行计算，即将管段的局部损失折合成相当的沿程损失。

当量长度可用下式计算：。

第2章建筑内部给水系统2.4给水管网的水力计算在求得各管段的设计秒流量后，根据流量公式，即可求定管径：给水管网水力计算的目的在于确定各管段管径、管网的水头损失和确定给水系统的所需压力。

υπ42dq g =πυgq d 4=式中 q g ——计算管段的设计秒流量，m 3/s ；d j ——计算管段的管内径，m ；υ——管道中的水流速，m/s 。

（2-12）当计算管段的流量确定后，流速的大小将直接影响到管道系统技术、经济的合理性，流速过大易产生水锤，引起噪声，损坏管道或附件，并将增加管道的水头损失，使建筑内给水系统所需压力增大。

而流速过小，又将造成管材的浪费。

考虑以上因素，建筑物内的给水管道流速一般可按表2-12选取。

但最大不超过2m/s。

工程设计中也可采用下列数值： DN15~DN20，V =0.6~1.0m/s ；DN25~DN40，V =0.8~1.2m/s 。

生活给水管道的水流速度 表2-122.4.2 给水管网和水表水头损失的计算2.4.2 给水管网和水表水头损失的计算给水管网水头损失的计算包括沿程水头损失和局部水头损失两部分内容。

１. 给水管道的沿程水头损失（2-13）——沿程水头损失，kPa；式中 hyL——管道计算长度，m；i——管道单位长度水头损失，kPa/m，按下式计算：2.4 给水管网的水力计算2.4.2 给水管网和水表水头损失的计算式中i——管道单位长度水头损失， kPa/m ；dj——管道计算内径，m；q g——给水设计流量，m3/s；Ch——海澄-威廉系数：塑料管、内衬（涂）塑管C h = 140；铜管、不锈钢管C h = 130；衬水泥、树脂的铸铁管C h = 130；普通钢管、铸铁管Ch = 100。

（2-14）设计计算时，也可直接使用由上列公式编制的水力计算表，由管段的设计秒流量，控制流速在正常范围内，查出管径和单位长度的水头损失。

“给水钢管水力计算表”、“给水铸铁管水力计算表”以及“给水塑料管水力计算表”分别见附表2-1、附表2-2和附表2-3。

太阳能集热工程,管网的水力计算管网的水力计算（1）管网热水流速的确定。

热水管道内的流速，宜按照表1来选用。

(1) 表1公称直径DN/mm 15---20 25---40 ≧50流速/ (m/s) ≦0.8 ≦1.0 ≦1.2(2) 热水管道阻力的确定。

热水管道的沿程水头损失可按照表2来计算，管道的计算内径应考虑结垢和腐蚀引起过水断面缩小的因素。

I= 105Ch-1.85 Di- 4.87 Qg-1.85式中I-------- 管道单位长度水头损失，kPa/mDi------ 管道计算内径，m；Qg----- 热水设计流量，m3/s；Ch-------- 海澄—威廉系数，各种塑料管、内衬（涂）塑管Ch =140；铜管、不锈钢管Ch =130 ；衬水泥、树脂的铸铁管Ch =130；普通钢管、铸铁管Ch =100.1. 热水管道的配水管的局部水头损失，宜按照管道的连接方式，采用管（配）件当量长法计算。

当管道的管（配）件当量长度资料不足时，可以按照下列管件的连接状况，按管网的沿程水头损失的百分数取值。

A：管（配）件内径与管道内径一致，采用三通分水时，取25%--30%；采用分水器时，取15%---20%。

B：管（配）件的内径略大于管道内径，采用三通分水时，取50%--60%；采用分水器分水时，取30%--35%。

C: 管（配）件内径略小于管道内径，管（配）件的插口插入管口内连接，采用三通分水时，取70%---80%; 采用分水器分水时，取35%---40%。

（备注：螺纹接口的阀门和管件的摩阻损失当量长度可参照GB50015---2003 《建筑给水排水设计规范》附录B选用）2. 热水管道上附件的局部阻力可参照以下计算A: 管道过滤器的局部水头损失，宜取0.01MpaB：管道倒流防止器的局部水头损失，宜取0.025---0.04 Mpa。

C：水表的水头损失，应按照选用产品所给定的压力损失值来计算。

在未确定具体产品时，可按照下列情况取用：住宅的入户管上的水表，宜取0.01 Mpa；建筑物或小区引入管上的水表，宜取0.03 Mpa。

第二章室外热水供热管网的水力计算室外热水供热管网水力计算的主要任务如下1已知热媒流量和压力损失确定管道直径2已知热媒流量和管道直径计算管道的压力损失进而确定网路循环水泵的流量和扬程3已知管道直径和允许的压力损失校核计算管道中的流量根据室外管网的水力计算结果沿线建筑物的分布情况和地形变化情况可以绘制水压图分析网路的热媒流量和压力分布状况确定管网与用户的连接方式第一节室外热水供热管网水力计算的基本原理室外热水供热管网水力计算的基本原理与室内热水供暖系统的水力计算原理完全相同一沿程压力损失的计算因室外管网流量较大所以计算每米长沿程压力损失比摩阻的式214中的流量用t/h作单位即221式中R每米管长的沿程压力损失Pa/mG管段的热媒流量t/h沿程阻力系数热媒密度kg/m3d管道内径m167通常室外管网内水的流速大于0.5m/s 水的流动状态多处于紊流的粗糙区沿程阻力系数可用公式2lg 214.11+=K d λ计算对于管径等于或大于40mm 的管道也可用下式计算为公式中K 是管道内壁面的绝对粗糙度室外热水网路取K =0.5103m将沿程阻力系数25.011.0=d K λ代入公式221中得222附录28是根据式222编制的室外热水网路水力计算表该表的编制条件为绝对粗糙度K =0.5103m 温度t=100密度p =958.38kg/m 3运动黏滞系数=0.295106m 2/s 如果实际使用条件与制表条件不符应对流速管径比摩阻进行修正1管道的实际绝对粗糙度与制表的绝对粗糙度不符则223式中 R b K b制表中的比摩阻和表中规定的管道绝对粗糙度 R sh K sh热媒的实际比摩阻和管道的实际绝对粗糙度 m绝对粗糙度K 的修正系数见表221表22 1 K 值修正系数m 和β值2如果流体的实际密度与制表的密度不同但质量流量相同则224225168226式中 p b υb R b d b 制表密度和表中查得的流速比摩阻管径p sh υsh R sh d sh热媒的实际密度和实际密度下的流速比摩阻管径 在热水网路的水力计算中由于水的密度随温度变化很小可以不考虑不同密度下的修正计算但对于蒸汽管网和余压凝水管网流体在管中流动密度变化较大时应考虑不同密度下的修正计算二局部压力损失的计算在室外管网的水力计算中经常采用当量长度法进行管网局部压力损失的计算局部阻力的当量长度λξdL d •Σ=将公式25.011.0=d K λ代入上式得227式中 L d管段的局部阻力当量长度mξΣ管段的总局部阻力系数附录29为K =0.5103m 条件下一些局部构件的局部阻力系数和当量长度值 如果使用条件下的绝对粗糙度与制表的绝对粗糙度不符应对当量长度L d 进行修正即228式中 K bL db制表的绝对粗糙度及表中查得的当量长度 K sh管网的实际绝对粗糙度 L dsh实际粗糙度条件下的当量长度 β绝对粗糙度的修正系数见表221 室外管网的总压力损失P =R L Ld =R L zh Pa 229式中 L zh管段的折算长度m 进行压力损失的估算时局部阻力的当量长度Ld 可按管道实际长度L 的百分数估算即Ld =a j L m 2210169式中 a j局部阻力当量长度百分数﹪见附录30L 管段的实际长度m第二节 室外热水供热管网水力计算方法及例题进行室外热水管网水力计算时需要的已知条件有1网路的平面布置图须注明管道所有的附件补偿器及有关设备 2热源的位置及热媒参数 3用户的热负荷及各管段长度外网水力计算时各管段的计算流量应根据该管段所担负的各热用户的计算流量确定如果热用户只有热水供暖用户流量可按2211式确定为2211式中 G 各管段流量t/hQ各管段的热负荷kWgt ′ht ′外网的供回水温度下面通过室外管网的水力计算例题介绍水力计算的方法和步骤例题9.1某厂区闭式双管热水供热系统网路平面布置如图221所示管网中各管段长度阀门的位置方形补偿器的个数及各个用户的热负荷kW 已标注图中管网设计供水温度=130gt ′回水温度t =70h ′各用户内部已确定压力损失均为50kPa试进行管网水力计算图22 1 室外热水管网解首先确定各管段流量可利用公式2211计算计算结果列于表222中170一主干线的水力计算1确定热水网路的主干线及其平均比摩阻热水网路的水力计算应从主干线开始计算主干线是允许平均比摩阻最小的一条管线一般情况下热水网路各用户要求预留的作用压头基本相等所以热源到最远用户的管线是主干线本设计中各用户内部压力损失均为50kPa 所以从热源A 到最远用户E 的管线是主干线平均比摩阻R pj 的取值大小直接决定着系统中各管段的管径当管网设计温差较小或供热半径较大时R pj 应取较小值这时管网管径较大基建投资和热损失也较大但网路循环水泵的投资和电耗较小应经过技术经济比较经济合理地选定平均比摩阻R pj暖通规范规定热水网路主干线的设计平均比摩阻可取4080Pa/m2根据主干线各管段流量和平均比摩阻查附录28确定各管段管径和实际比摩阻例如管段A B热负荷Q =1500200010002000kW=6500kW流量93.17t/h t/h7013065000.86=−×=G再根据推荐平均比摩阻4080Pa/m 查附录28确定d AB =200mm R AB =40.19Pa/m 其他各管段的计算结果见表222表22 2 室外热水管网管路水力计算表1713根据各管段的管径和局部构件的类型查附录29确定各管段的局部阻力当量长度L d计算各管段的折算长度L zh=ΣL d L sh确定各管段的总压降P=R L zh 例如管段A B d AB=200mm L sh=400m局部阻力当量长度DN=200mm闸阀3.361=3.36m方形补偿器23.45=117m局部阻力当量长度ΣL d=120.36m管段A B的折算长度L zh=ΣL d L sh=520.36m管段A B的总压降P AB=R L zh=20913.27Pa管段B C局部阻力当量长度DN=200mm分流三通3.41=3.4m异径接头0.841=0.84m方形补偿器23.44=93.6m局部阻力当量长度ΣL d=97.84m管段C D局部阻力当量长度DN=150mm分流三通5.61=5.6m异径接头0.561=0.56m方形补偿器15.45=77m局部阻力当量长度ΣL d=83.16m管段D E局部阻力当量长度DN=125mm分流三通4.41=4.4m异径接头0.441=0.44m方形补偿器12.55=62.5m闸阀2.21=2.2m局部阻力当量长度ΣL d=69.54m各管段的计算结果见表22 24计算主干线的总压降主干线A E的总压降P AE=85124.17Pa二支线水力计算首先确定支线资用压力计算其平均比摩阻再根据平均比摩阻查附录28确定管172径实际比摩阻和实际流速在支线水力计算中有两个控制指标即热水流速υ 3.5m/s比摩阻R300Pa/m1对于管径D400mm的管道因其实际比摩阻达不到300Pa/m应控制其流速不大于3.5m/s2对于管径D400mm的管道因其实际流速达不到3.5m/s应控制其平均比摩阻不超过300Pa/m例如管段B F资用压力为P资BF=P BC P CD P DE=10803.1324959.2528448.52Pa=64210.9Pa查附录30可知带方形补偿器的输配干线热水网路中局部损失与沿程损失的估算比值为0.6则管段B F的平均比摩阻为因管径小于400mm符合控制比摩阻不超过300Pa/m的要求根据流量查附录28确定d BF=100mm R=262.83Pa/mυ=1.18m/s管段B F的局部阻力当量长度DN=100mm分流三通3.31=3.3m闸阀1.652=3.3m方形补偿器9.82=19.6m局部阻力当量长度ΣL d=26.2m管段B F的折算长度L zh=L d L sh=26.2200m=226.2m管段B F的总压降P BF=59452.15Pa可用同样方法计算支线C G管段C G的局部阻力当量长度DN=100mm分流三通3.31=3.3m闸阀1.652=3.3m方形补偿器9.82=19.6m局部阻力当量长度ΣL d=26.2m173管段D H的局部阻力当量长度DN=80mm分流三通3.821=3.82m闸阀1.282=2.56m方形补偿器7.92=15.8m局部阻力当量长度ΣL d=22.18m计算结果见表222各用户入口处的剩余压力可安装调压板调节阀门或流量调节器消除174。