第三章热水供热系统水力工况分析

供热空调水系统水力工况及相关能耗浅析陈国升【摘要】对供热空调工程水力失调的现象进行分析,并介绍几种常见的水力工况调节方法与设计方案.【期刊名称】《机电工程技术》【年(卷),期】2010(039)007【总页数】4页(P172-175)【关键词】水力失调;流量;能耗;水力平衡;水力稳定性【作者】陈国升【作者单位】广东省汕头市龙湖区金霞街道,广东汕头,515000【正文语种】中文【中图分类】TU831.6供热空调工程的供热（冷）质量与系统的水力工况密切相关。

认识、掌握水力工况变化情况，对供热空调水系统的设计和运行管理具有指导作用。

目前，我国供热空调水系统（文中所说的空调水系统是指冷冻水系统）中普遍存在水力失调现象，不仅造成供热（冷）质量差，而且增加了能耗。

在水力失调的供热空调系统中，热（冷）源机组达不到额定出力，使实际运行的机组台数超过按负荷要求的台数。

水泵运行在不合适的工作点，水泵运行效率低、热（冷）量输送效率低。

流经机组及用户的流量与设计流量不符，各用户室温不一致，近热（冷）源处室温偏高（低），远热（冷）源处室温偏低（高）。

按照中国建筑科学研究院空调所调查的数据，水力失调的供热工程中近热源环路室温可达26℃～28℃，不利环路则只有11℃～13℃ ［1］。

有些设计人员常采用大容量锅炉和水泵来缓解这一矛盾，但收效甚微，使系统在大流量、小温差工况下运行。

1 系统存在大流量、小温差的原因供热空调水系统在实际运行中存在着大流量、小温差的现象主要有以下几个原因。

（1）设计水流量是根据最大的设计热（冷）负荷与一定供回水温差来确定。

而实际上系统大部分时间是在部分负荷条件下运行。

（2）设计时选择水泵是根据上述设计流量与最不利环路的阻力来确定的，而不是根据水泵实际工作的特性曲线来确定。

因此，在系统实际运行时，水泵的工作点在流量与扬程的关系图上应是在水泵铭牌参数的右下侧，故实际水流量比设计流量大，水泵的效率降低。

（3）设计时水泵扬程选配过高或采用了过于保守的安全系数；当实际水阻较小时，导致流量变大，电机过载，可能会跳闸，严重时甚至烧毁电机。

热网水力工况实验报告热网水力工况实验报告实验一热网水力工况实验一、实验目的1．了解不同水力工况下热网水压图的变化情况，巩固热水网路水力工况计算的基本原理。

2．能够绘制各种不同工况下的水压图。

3．了解和掌握热网水力工况分析方法，验证热网水压图和水力工况的理论。

二、实验原理在室外热水网路中，水的流动状态大多处于阻力平方区。

流体的压力降与流量、阻抗的关系如下：流体压降与流量的关系?P?SV2 ?H?SHV2并联管路流量分配关系V1:V2:V3?水力失调度X?V变V正常1s1?P变:1s2?:1s3?H变?H正常P正常式中?P——管网计算管段的压力降，Pa；H——管网计算管段的水头损失，mH2O；3V——网路计算管段的水流量m/h；S——管路计算管段的阻力数，Pa/(m3/h)2；SH——管路计算管段的阻力数，mH2O/(m3/h)2；V变—工况变化后各用户的流量m3/h；V正常—正常工况下各用户的流量m3/h；?P变?H变，—工况变化后各用户资用压力；?P正常?H正常，—正常工况下各用户的资用压力；三、实验设备及实验装置1、测压玻璃管2、阀门3、管网（以细水管代替暖气片）4、锅炉（模型）5、循环水泵6、补给水箱7、稳压罐8、膨胀水箱9、转子流量计图1 热网水力工况实验台示意图四、实验步骤1．运行初调节先打开系统中的手动放气阀，然后启动水泵。

待系统充满水，膨胀水箱水位到达所需的定压高度后，关闭阀门L，保持水箱水位稳定。

调节供水干管和各支管（代表用户）的阀门，使各节点之间有适当的压差，待系统稳定后记录各点的压力和流量，并依此绘制正常工况水压图。

2．节流总阀门缓慢关小供干管上的总阀门A，待系统稳定后，记录新工况下各点的压力和水流量，绘制新水压图，并与正常水压图进行比较。

3．节流供水干管中途阀门将总阀A恢复原状，使水压图变回正常工况，不一定强求与原来的正常水压图完全吻合，待系统稳定后，记录下各点的压力和水流量。

集中供热系统水力工况分析及设计优化I.引言A.研究背景及意义B.国内外研究现状C.研究目的与内容II.集中供热系统基本结构及水力特性分析A.系统结构及运行模式B.水力特性分析C.常见水力问题及表征指标III.水力工况分析及问题诊断A.工况分析方法及理论依据B.案例分析与问题诊断C.引入计算流体动力学（CFD）技术对问题进行模拟及评价IV.优化设计方案及实验验证A.设计方案的制定及优化过程B.设计方案的评价指标及实验验证C.仿真模拟与实验结果的对比分析V.结论与展望A.工作总结B.研究成果及创新点C.未来展望及发展方向VI.参考文献第一章：引言随着城市化进程的加速发展，建筑物的数量不断增加，建筑物的能耗也会随之增加。

因此如何提高建筑物的节能效果成为一个热门话题。

集中供热系统作为为建筑物提供供热服务的主要方式，一直受到人们的关注。

目前，国内外科学家们在这个领域取得了大量的研究成果。

但是，由于集中供热系统的复杂性和工况问题的多样性，集中供热系统的扩展和优化仍然是一个挑战，因此这个领域需要更深入的研究。

本文旨在针对集中供热系统的水力工况分析问题，探讨其优化设计问题，并且给出对应的改进措施。

第二章：集中供热系统基本结构及水力特性分析集中供热系统是通过连接建筑物之间的管道、阀门、热水器、换热器等设备构成的系统，从供热站接收热水，然后分配至各个建筑中为建筑物供热、取暖和生活热水。

集中供热系统的设备通常包括供热站、主干管、支管、末端设备等。

其中热水在主干管和管道中运输，通常存在一定的水力阻力和损失，这些阻力和损失直接影响到系统的运行效率。

因此，对集中供热系统水力特性的分析是提高集中供热系统运行效率的重要途径。

在本章中，我们主要从建筑物热负荷、建筑物供热系统、水力特性等方面进行了详细的分析。

通过数据计算和资料搜集，我们得出了一些有关集中供热系统的结论。

例如：建筑的隔热性越好，建筑物的热负荷越低；支管的阻力损失显著，对集中供热系统的水力性能产生影响。

供热系统变动水力工况分析及应用作者：杨泰洲来源：《中小企业管理与科技·下旬刊》2012年第01期摘要：供热系统水力工况变动或失调的分析以及在实际供暖系统中如何应用。

关键词：水力工况变动分析及应用1 水力失调概况设供热系统的设计流量为G(m3/h)，实际流量为GS(m3/h)，其比值x称为供热系统的水力失调度：X=GS/Gg在供热系统中，一定的流量总是与一定的压力相对应，所以对水力工矿的变化进行分析时，流量的变化是首要考虑的因素。

由此，供热系统水力失调的程度可通过水利失调x来表示。

若X=1，也就是设计流量Gg与实际流量GS相同，则供热系统的水利工矿比较稳定；若X≥1或X≤1，则可判定供热系统的水力工况非常不稳定。

2 变动水力工况分析2.1 水力工况变动的基本规律2.1.1 管网阻力特性系数的大小往往决定着供热系统各用户流量的比值。

如果管網阻力特性数不变，各用户流量的比值也不会变动。

2.1.2 如果任何一个供热系统的用户或区段的阻力特性发生变化，位于这个区段之后（以热源为前）的所有区段（不含该区段）流量成一致等比失调。

2.2 定性变动水力工况分析（定性分析法）2.2.1 恒压点压力变动水泵的规格及型号、管网阻力系数都没变，按上文阐述的基本规律可判定系统流量也未发生任何变动，也没有出现水力失调的问题，所以水压图的形状是固定的，如果恒压点压力出现变动，其会沿纵坐标轴上下平移。

在这种情况下，流量不变，但系统压力会发生较大的变动，水压将无法达到系统运行的基本要求，应力求防止。

2.2.2 循环水泵出口阀门关小ΔH3当水泵出口阀门关小时，系统S值必然增大，根据水泵工作点的变动，水泵扬程将略有增加，与此同时，系统流量G必有减少趋势。

其变动水压为：水压线陡降部分，表示因出口阀门节流引起的压力损失。

动水压线斜率较原水压图平缓，表示由于水流量减少，管网压力损失也减小。

又因除水泵出口阀门关小外，系统用户阀门均未调节，根据上述基本规律可知各用户流量将成比例地减小。

第二节热水网路水力工况分析和计算根据上述水力工况计算的基本原理，就可分析和计算热水网路的流量分配，研究它的水力失调状况。

对于整个网路系统来说，各热用户的水力失调状况是多种多样的。

当网路中各热用户的水力失调度x 都大于1(或都小于1)时，称为一致失调。

一致失调又可分为等比失调和不等比失调。

所有热用户的水力失调度x 值都相等的水力失调状况，称为等比失调。

热用户的水力失调度x 值不相等的水力失调状况，称为不等比失调。

当网路中各热用户的水力失调度有的大于1，有的小于1时，则为不一致失调。

当网路各管段和各热用户阻力数已知时，也可以用求出各用户占总流量的比例方法，来分析网路水力工况变化的规律。

如一热水网路系统有几个用户，如图10-2所示。

干线各管段的阻抗以I S 、II S …n S 表示；支线与用户的阻抗以1S 、2S …n S 表示。

网络总流量为V ，用户流量以1V 、2V 、3V …n V 表示。

利用总阻抗的概念，用户1处的AA P ∆，可用下式确定21211V S V S P n AA -==∆（10-10）式中n S -1——热用户1分支点的网路总阻抗。

由（10-10），可得出用户1占总流量的比例，即相对流量比1V 1111/S S V V V n-==（10-11）依次类推，可以得出第m 个用户的相对流量比为n n nm n n S S S S S S V -----⋅⋅⋅⋅⋅⋅==M 11m 21m m V V （10-12）由式（10-12）可以得到如下结论：(1)各用户的相对流量比仅取决于网路各管段和用户的阻力数，而与网路流量无关。

(2)第d个用户与第m个用户(m>d)之间的流量比,仅取决于用户d和用户d 以后(按水流动方向)各管段和用户的阻力数，而与用户d以前各管段和用户的阻力数无关。

下面再以几种常见的水力工况变化情况为例，根据上述的基本原理，并利用水压图，定性地分析水力失调的规律性。

第十章热水供热系统的水力工况热水供热系统中各热用户的实际流量与要求的流量之间的不一致性，称为该热用户的水力失调。

它的水力失调程度可用实际流量与规定流量的比值来衡量，即：VgVs x =（10-1）式中x —水力失调度；Vs —用户实际流量；Vg-热用户规定流量。

产生的原因：1.设计上造成；2.运行中某些用户开关造成；本章目的：阐述水力工况的计算方法，分析变化规律对系统水力失调的影响，研究改善系统水力失调度的方法。

第一节热水网路水力工况计算的基本原理一、网管特性曲线在室外热水网路中，水的流动状态大多处于阻力平方区。

因此，流体的压降与流量关系服从二次幂规律。

它可用下式表示：Pa （10-2）如将（9-2）代入式（10-2），可得：)(1088.625.525.09id i i i i l l d K S +⨯=-23)//(h m Pa （10-3）在串联管段中，串联管段的总阻抗为各串联管段阻抗之和：（10-4）ch S 为串联管段的总阻抗；1S 、2S 、3S 为各串联管段的阻抗。

在并联管段中，并联管段的总通导数为各并联管段通导数之和：（10-5）即：（10-6）（10-7）根据上述并联管段和串联管段个阻力的计算方法，可以逐步算出整个热水网路最不利环路的总阻抗zh S 值。

则热水网路最不利环路的总阻力为2V S P zh =∆Pa （10-8）二、循环水泵流量-扬程特性曲线及其方程循环水泵的流量和扬程之间的关系可以用)(V f H =来表示，通常水泵厂家通过实验，将水泵的实际流量与扬程的关系，按照一定的比例绘制在以流量V2i i i i i i )(V s l l R P d =+=∆123......ch S s s s =+++123......b a a a a =+++1231111......b S s s s =+++123123123111::::::V V V a a a s s s ==与扬程H 组成的直角坐标系图上，称作水泵特性曲线。

《供热工程》习题集第1章供暖系统的设计热负荷1．什么是采暖设计热负荷?工程计算中通常考虑哪些热量？2．什么是围护结构的传热耗热量? 分为哪两部分？3．匀质材料和非匀质材料的围护结构传热系数各怎样计算？4．什么是围护结构的最小热阻和经济热阻？怎样检验围护结构内表面温度和围护结构内表面是否会结露?5．冷风渗透耗热量与冷风侵入耗热量是一回事吗？6．写出房间围护结构基本耗热量的计算公式.说明各项的意义,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？7．为什么要对基本耗热量进行修正，修正部分包括哪些内容，各自的意义如何。

8．高层建筑的热负荷计算有何特点? 说明高层建筑冷风渗透耗热量的计算方法与低层建筑的有什么不同?分别说明热压作用,风压作用及综合作用原理图.9．什么是值班供暖温度?10．目前我国室外供暖计算温度确定的依据是什么？11。

围护结构中空气间层的作用是什么，如何确定厚度。

12。

地面及地下室的传热系数如何确定。

13。

分户计量供暖系统供暖设计热负荷有何特点，如何计算14. 建筑物围护结构节能设计应考虑哪些问题，为什么。

15。

什么是建筑物的体形系数，如何考虑体形系数的取值。

16 ．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。

1- 防腐锯末,δ =0.18m λ = 0.11kcal/（m · h ·o C) ；2—木龙骨0。

05 × 0.05m ,λ =0.15 kcal/(m · h ·o C) ；3—板条抹灰δ =0。

02m λ = 0。

45kcal/(m · h ·o C）。

图3图4第2章供暖系统的散热设备1.散热设备有哪几种类型；辐射供暖的特点与分类.2. 散热器有哪些类型,对散热器的基本要求是什么。