第四章 室內(nèi)熱水供暖系統(tǒng)水力計(jì)算

1、確定管段的管徑，保證流量為設(shè)計(jì)值，保證散熱器散熱量。計(jì)算管段管路中水流量和管徑都不變的一段管子。2.計(jì)算依據(jù)： 計(jì)算公式： 其中： 用速度代替流量： 得： 從上式得出：R，G，d已知任意兩個(gè)，可求得第三個(gè)。 jiyPRlPPP22vdRsmdGdGv/9004360022mPadGR/1025.6528jiyPRlPPPPa (4-1)式中： P 計(jì)算管段的壓力損失， Pa ； Py 計(jì)算管段的沿程損失，Pa ； Pj 計(jì)算管段的局部損失，Pa ； R 每米管長(zhǎng)的沿程損失， Pa/m ； l 管段長(zhǎng)度， m 。 在管路的水力計(jì)算中，通常把管路中水流量和管徑都沒有改變的一段管子稱為一個(gè)計(jì)算管段。

2、任何一個(gè)熱水供暖系統(tǒng)的管路都是由許多串聯(lián)或并聯(lián)的計(jì)算管段組成的。每米管長(zhǎng)的沿程損失（比摩阻），可用流體力學(xué)的達(dá)西維斯巴赫公式進(jìn)行計(jì)算22vdRPa/m (4-2)式中： 管段的摩擦阻力系數(shù)； d 管子內(nèi)徑， m ； v 熱媒在管道內(nèi)的流速， m/s ； 熱媒的密度， kg/m。 熱媒在管內(nèi)流動(dòng)的摩擦阻力系數(shù)值取決于管內(nèi)熱媒的流動(dòng)狀態(tài)和管壁的粗糙程度，即：)(Re,f （4-3）dKvd/,Re式中： Re 雷諾數(shù)。判別流體流動(dòng)狀態(tài)的準(zhǔn)則書（當(dāng)Re2320時(shí)，流動(dòng)為紊流流動(dòng)） ； v 熱媒在管內(nèi)的流速， m/s ； d 管子內(nèi)徑， m ； 熱媒的運(yùn)動(dòng)粘滯系數(shù)， m/s ； K 管壁的當(dāng)量絕對(duì)粗糙

3、度，m ； 管壁的相對(duì)粗糙度。 摩擦阻力系數(shù)值是用實(shí)驗(yàn)方法確定的。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)整理的曲線，按照流體的不同流動(dòng)狀態(tài)，可整理出一些計(jì)算摩擦阻力系數(shù)的公式。在熱水供暖系統(tǒng)中推薦使用的一些計(jì)算摩擦阻力系數(shù)的公式如下：（一）層流流動(dòng) 當(dāng)Re2320時(shí)，流動(dòng)呈紊流狀態(tài)。在整個(gè)紊流區(qū)中，還可以分為三個(gè)區(qū)域： 1、水利光滑管區(qū)：摩擦阻力系數(shù)值可用布拉修斯公式計(jì)算，即25.0Re3164.0（4-6）當(dāng)雷諾數(shù)Re在4000100000范圍內(nèi)，布拉修斯公式能給出相當(dāng)準(zhǔn)確的數(shù)值。2、過渡區(qū)：流動(dòng)狀態(tài)從水利光滑管區(qū)過渡到粗糙區(qū)（阻力平方區(qū)）的一個(gè)區(qū)域稱為過渡區(qū)。過渡區(qū)的摩擦阻力系數(shù)值，可用洛巴耶夫公式來計(jì)算，即2)R

4、e(lg42. 1Kd（4-6）過渡區(qū)的范圍，大致可用下式確定： Re1 = 11d/K 或 v1 =11v/K m/s (4-7) Re2 = 445d/K 或 v2 = 445v/K m/s (4-8)式中： v1、Re1 流動(dòng)從水力光滑管區(qū)轉(zhuǎn)到過渡區(qū)的臨界速度和相應(yīng)的雷 諾數(shù)值； v2、Re2 流動(dòng)從過渡區(qū)轉(zhuǎn)到粗糙區(qū)的臨界速度和相應(yīng)的雷諾值。3、粗糙灌區(qū)（阻力平方區(qū)）：在此區(qū)域內(nèi)，摩擦阻力系數(shù)值僅取決于管壁的相對(duì)粗糙度。 粗糙管區(qū)的摩擦阻力系數(shù)值，可用尼古拉茲公式計(jì)算2)lg214.1(1Kd （4-10） 對(duì)于管徑等于或大于40mm的管子，用希弗林松推薦的、更為簡(jiǎn)單的計(jì)算公式也可得出很

5、接近的數(shù)值：25.0)(11.0dK （4-10） 此外，也有人推薦計(jì)算整個(gè)紊流區(qū)的摩擦阻力系數(shù)值的統(tǒng)一公式。下面介紹兩個(gè)統(tǒng)一的計(jì)算公式柯列勃洛克公式（4-11）和阿里特蘇里公式（4-12）。)72.3/Re51.2lg(21dK（4-11）25.0)Re68(11.0dK（4-12）統(tǒng)一的計(jì)算公式（4-12），實(shí)質(zhì)上是式（4-5）和式（4-10）兩式的綜合。當(dāng)Re500d/K時(shí)，值就與式（4-10）的希弗林松公式的值很接近了。 目前管壁的當(dāng)量絕對(duì)粗糙度K值推薦采用下面的數(shù)值： 對(duì)室內(nèi)熱水供暖系統(tǒng)管路 K = 0.2mm 對(duì)室外熱水網(wǎng)路 K = 0.5mm根據(jù)過渡區(qū)范圍的判別式（式4-7和式4

6、-8）和推薦使用的當(dāng)量絕對(duì)粗糙度K值，表4-1列出水溫為60、90時(shí)相應(yīng) K = 0.5mm條件下的過渡區(qū)臨界速度v1和v2值 室內(nèi)熱水供暖系統(tǒng)的設(shè)計(jì)供回水溫度多用95/70，整個(gè)采暖季的平均水溫如按t60考慮，從表4-1可見，當(dāng)K=0.2mm時(shí)，過渡區(qū)的臨界速度為 v1=0.026m/s,v2=1.066m/s。在設(shè)計(jì)熱水供暖系統(tǒng)時(shí)，管段中的流速通常都不會(huì)超過v2值，也不大可能低于v1值。因此，熱水在室內(nèi)供暖系統(tǒng)管路內(nèi)的流動(dòng)狀態(tài)，幾乎都是處在過渡區(qū)內(nèi)。 室外熱水網(wǎng)路（K=0.5mm），設(shè)計(jì)都采用較高的流速（流速常大于0.5m/s），因此，水在熱水網(wǎng)路中的流動(dòng)狀態(tài)，大多處于阻力平方區(qū)內(nèi)。 室內(nèi)

7、熱水供暖系統(tǒng)的水流量G，通常以kg/h表示。熱媒流速與流量的關(guān)系式為：smdGdGv/9004360022 （4-13）式中： G 管段的水流量，kg/h。將式（4-13）的流速v帶入式（4-2），可得出更方便的計(jì)算公式mPadGR/1025.6528 （4-14）管段的局部損失，可按下式計(jì)算：PavPj22 （4-15）式中： 管段中總的局部阻力系數(shù)。利用上述公式，可分別確定系統(tǒng)中各管段的沿程損失Py 和局部損失Pj，兩者之和就是該管段的壓力損失。二、當(dāng)量局部阻力法和當(dāng)量長(zhǎng)度法 當(dāng)量局部阻力法（動(dòng)壓頭法）的基本原理是將管段的沿程損失轉(zhuǎn)變?yōu)榫植繐p失來計(jì)算。 設(shè)管段的沿程損失相當(dāng)于某一局部損失P

8、j，則：2222vldvPdildd （4-16）式中： d 當(dāng)量局部阻力系數(shù)。 如已知管段的水流量G(kg/h)時(shí)，則根據(jù)式（4-13）的流量和流速的關(guān)系式，管段的總壓力損失P可改寫為：2224222)()(290012)(GAGAGlddvldPRlPzhdjPa (4-17)2422)/(29001hkgPadA（4-18）式中： zh 管段的折算局部阻力系數(shù)。式（4-17）還可改寫為：22sGGAPzhPa (4-18)式中： s 管段的阻力特性數(shù)（簡(jiǎn)稱阻力數(shù)），Pa/(kg/h)。它的數(shù)值表示 當(dāng)管段通過1kg/h水流量時(shí)的壓力損失值。 當(dāng)量長(zhǎng)度法的基本原理是將管段的局部損失折合為管

9、段的沿程損失來計(jì)算。 如某一管段的總局部阻力系數(shù)為，設(shè)它的壓力損失相當(dāng)于流經(jīng)管段 ld 米長(zhǎng)度的沿程損失，則：2222vldRlvdddldm (4-20)式中： ld 管段中局部損失的當(dāng)量長(zhǎng)度， m。 水力計(jì)算基本公式（4-1），可表示為： P = Rl + Pj = R( l + ld ) = R l zh Pa （4-21）式中： lzh 管段的折算長(zhǎng)度， m。 當(dāng)量長(zhǎng)度法一般用在室外熱力網(wǎng)路的水力計(jì)算上。三、室內(nèi)熱水供暖系統(tǒng)管路水力計(jì)算的主要任務(wù)和方法主要任務(wù)通常為：1、按已知系統(tǒng)各管段的流量和系統(tǒng)的循環(huán)作用壓力（壓頭），確定各管段的管徑。2、按已知系統(tǒng)各管段的流量和各管段的管徑，確定

10、系統(tǒng)所必須的循環(huán)作用壓力（壓 頭）。3、按已知系統(tǒng)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。 室內(nèi)熱水供暖管路系統(tǒng)是由許多串聯(lián)或并聯(lián)管段組成的管路系統(tǒng)。管路的水力計(jì)算從系統(tǒng)的最不利環(huán)路開始，也即從允許的比摩阻R最小的一個(gè)環(huán)路開始計(jì)算。由n個(gè)串聯(lián)管段組成的最不利環(huán)路，它的總壓力損失為n個(gè)串聯(lián)管段壓力損失的總和。nnnzhzhjRlGAPRlP1112)(Pa (4-22) 熱水供暖系統(tǒng)的循環(huán)作用壓力的大小，取決于：機(jī)械循環(huán)提供的作用壓力，水在散熱器內(nèi)冷卻所產(chǎn)生的作用壓力和水在循環(huán)環(huán)路中因管路散熱產(chǎn)生的附加作用壓力。 進(jìn)行第一種情況的水力計(jì)算時(shí)，可以預(yù)先求出最不利循環(huán)環(huán)路或分支環(huán)路的

11、平均比摩阻Rp.j，即mPalPRpj/ （4-23）式中： P 最不利循環(huán)環(huán)路或分支環(huán)路的循環(huán)作用壓力，Pa； l 最不利循環(huán)環(huán)路或分支環(huán)路的管路總長(zhǎng)度，m； 沿程損失約占總壓力損失的估計(jì)百分?jǐn)?shù)。 第一種情況的水力計(jì)算，有時(shí)也用在已知各管段的流量和選定的比摩阻R值或流速v值的場(chǎng)合，此時(shí)選定的R和v值，常采用經(jīng)濟(jì)值，稱經(jīng)濟(jì)比摩阻或經(jīng)濟(jì)流速。 選用多大的R值（或流速v值）來選定管徑，是一個(gè)技術(shù)經(jīng)濟(jì)問題。如選用較大的R值（v值），則管徑可縮小，但系統(tǒng)的壓力損失增大，水泵的電能消耗增大。同時(shí)，為了各循環(huán)環(huán)路易于平衡，最不利循環(huán)環(huán)路的平均比摩阻Rpj不宜選得過大。 這樣，通過各立管并聯(lián)回路的計(jì)算壓力損

12、失就不可能相等而存在壓降不平衡率。這種水力計(jì)算方法，通常稱為等溫降的水力計(jì)算方法。在較大的室內(nèi)熱水供暖系統(tǒng)中，如采用等溫降方法進(jìn)行異程式系統(tǒng)的水力計(jì)算，立管件的壓降不平衡率往往難以滿足要求，必然會(huì)出現(xiàn)系統(tǒng)的水平失調(diào)。對(duì)于同程式系統(tǒng)，如前所述，如在水力計(jì)算中一些立管的供、回水干管之間的資用壓力很小或?yàn)榱銜r(shí)，該立管的水流量很小，甚至出現(xiàn)停滯現(xiàn)象，同樣也會(huì)出現(xiàn)系統(tǒng)的水平失調(diào)。 第五節(jié) 不等溫降的水力計(jì)算原理和方法 所謂不等溫降的水力計(jì)算，就是在單管系統(tǒng)中各立管的溫降各不相等的前提下進(jìn)行水力計(jì)算。它以并聯(lián)環(huán)路節(jié)點(diǎn)壓力平衡的基本原理進(jìn)行水力計(jì)算。在熱水供暖系統(tǒng)的并聯(lián)環(huán)路上，當(dāng)其中一個(gè)并聯(lián)支路節(jié)點(diǎn)壓力損失

13、P確定后，對(duì)另一個(gè)并聯(lián)支路，預(yù)先給定其管徑，從而確定通過該立管的流量以及該立管的實(shí)際溫度降。這種計(jì)算方法對(duì)各立管件的流量分配，完全遵守并聯(lián)環(huán)路節(jié)點(diǎn)壓力平衡的水力學(xué)規(guī)律，能使設(shè)計(jì)工況與實(shí)際工況基本一致。一一、熱水管路的阻力數(shù)無論是室外熱水網(wǎng)路或室內(nèi)熱水供暖系統(tǒng)，熱水管路都是由許多串聯(lián)和并聯(lián)管段組成的，熱水管路系統(tǒng)中各管段的壓力損失和流量分配，取決于各管段的連接方法串聯(lián)或并聯(lián)連接，以及各管段的阻力數(shù)s值。對(duì)于由串聯(lián)管段組成的熱水管路，串聯(lián)管段的總壓降為： P=P1+P2+P3式中： P1、P2、P3 各串聯(lián)管段的壓力損失， Pa； 根據(jù)式（4-19），可得SchG=s1G+s2G+s3G由此可得：

14、 Sch= s1+s2+s3 (4-32)式中: G 熱水管路的流量， kg/h； s1、s2、s3各串聯(lián)管段的阻力數(shù)， Pa/(kg/h)； Sch 串聯(lián)管段管路的總阻力數(shù)，Pa/(kg/h)；式（4-32）表明：在串聯(lián)管路中，管路的總阻力數(shù)為各串聯(lián)管段阻力之和。對(duì)于并聯(lián)管路，管路的總流量為各并聯(lián)管段流量之和。G = G1 + G2 + G3 (4-33)根據(jù)式（4-19），可得 ； ； ； (4-34)將式（4-34）帶入式（4-33）可得 (4-35)設(shè) (kg/h)/Pa (4-36)則 （4-37）式中： 1、2、3 并聯(lián)管段的通導(dǎo)數(shù)，（kg/h）/Pa; Sb 并聯(lián)管路的總阻力數(shù)，

15、 Pa/（kg/h）; b 并聯(lián)管路的總通導(dǎo)數(shù) （kg/h）/Pa。;SbPG1SPGI2SPGII3SPGIII3211111SSSSbPGs/ 1321b又由于=s1G1=s2G2=s3G3則 （4-38） 由式（4-38）可見，在并聯(lián)管路上，各分支管段的流量分配與其通導(dǎo)數(shù)成正比。此外，各分支管段的阻力狀況（即其阻力數(shù)s值）不變時(shí)，管路的總流量在各分支管段上的流量分配比例不變。管路的總流量增加或減小多少倍，并聯(lián)環(huán)路各分支管段也相應(yīng)增加或減小多少倍。二、不等溫降水力計(jì)算方法和步驟進(jìn)行室內(nèi)熱水供暖系統(tǒng)不等溫降的水力計(jì)算時(shí)，一般從循環(huán)環(huán)路的最遠(yuǎn)立管開始。1、首先任意給定最遠(yuǎn)立管的溫降。一般按設(shè)計(jì)

16、溫降增加25。由此求出最遠(yuǎn)立管的計(jì)算流量Gj。根據(jù)該立管的流量，選用R（或v）值，確定最遠(yuǎn)立管管徑和環(huán)路末端供、回水干管的管徑及相應(yīng)的壓力損失值。2、確定環(huán)路最末端的第二根立管的管徑。該立管與上述計(jì)算管段為并聯(lián)管路，根據(jù)已知節(jié)點(diǎn)的壓力損失，給定該立管管徑，從而確定通過環(huán)路最末端的第二根立管的計(jì)算流量及其計(jì)算溫度降。3、按照上述方法，由遠(yuǎn)至近，一次確定出該環(huán)路上供、回水干管各管段的管徑及其相應(yīng)的壓力損失以及各立管的管徑、計(jì)算流量和計(jì)算溫度降。4、系統(tǒng)中有多個(gè)分支循環(huán)環(huán)路時(shí)，按上述方法計(jì)算各個(gè)分支循環(huán)環(huán)路。計(jì)算得出的各循環(huán)環(huán)路在節(jié)點(diǎn)壓力平衡狀況下的流量總和，一般都不會(huì)等于設(shè)計(jì)要求的總流量，最有需要

17、根據(jù)并聯(lián)環(huán)路流量分配和雅間變化的規(guī)律，對(duì)初步計(jì)算出的各循環(huán)環(huán)路的流量、溫降和壓降進(jìn)行調(diào)整。整個(gè)水力計(jì)算才告結(jié)束。最后確定各立管散熱器所需的面積。321321321:1:1:1:sssGGG 下面仍以例題4-2為例，進(jìn)一步具體的闡明不等溫降水力計(jì)算的方法和步驟?！纠}4-4】將例題4-2的異程式系統(tǒng)采用不等溫降法進(jìn)行系統(tǒng)管路的水力計(jì)算，設(shè)計(jì)供回水溫度為95/70。用戶入口處外網(wǎng)的資用壓力為10kPa。 本例題采用當(dāng)量阻力法進(jìn)行水力計(jì)算。整根立管的折算阻力系數(shù)zh，按附錄4-7選用?！窘狻?、求最不利環(huán)路的平均比摩阻Rpj，一般從最遠(yuǎn)立管環(huán)路為最不立管環(huán)路。根據(jù)式（4-23） Rp.j = /l=

18、0.5*10000/114.7=43.6 Pa/m 2、計(jì)算立管V,設(shè)立管的溫降t=30(比設(shè)計(jì)溫降大5)，立管流量Gv=0.86*7900/30=226kg/h。根據(jù)流量Gv，參照Rpj的值，選用立、支管管徑為20 x15。 根據(jù)附錄4-7，得整根立管的折算阻力系數(shù)zh=（l/d+）=72.7（最末立管設(shè)置集氣罐=1.5，剛好與附錄4-7的標(biāo)準(zhǔn)立管的旁流三通=1.5相等）。 根據(jù)Gv=226kg/h,d=20mm,查附錄4-5，當(dāng)zh=1.0時(shí)，=15.93Pa,立管的壓力損失v=zh=72.7*15.93=1158 Pa。I 3、計(jì)算供、回水干管6和6的管徑。管段流量G6=G6=Gv=22

19、6kg/h.選定管徑為20mm，/d值由附錄4-4查處為1.8，管段總長(zhǎng)度為8+8=16m。兩個(gè)直流三通，=2*1.0=2.0。管段6和6的壓力損失6.6=30.8*15.93=491Pa. 4、計(jì)算立管IV。立管IV與環(huán)路6-V-6并聯(lián)，因此，立管IV的作用壓力IV=6-V-6=1158+491=1649Pa.立管選用管徑為20 x15。查附錄4-5，立管的zh=72.7。 當(dāng)zh=1.0時(shí)=IV/zh=1649/72.7=22.69Pa，根據(jù)IV和d=20mm,查附錄4-5，得GIV=270kg/h。 立管IV的熱負(fù)荷QIV=7200W,由此可求出該立管的計(jì)算溫降 tj=0.86Q/G=0

20、.86*7200/270=22.9. 按照上述步驟，對(duì)其他水平供、回水干管和立管從遠(yuǎn)至近順次地進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果列于表4-6種，最后得出圖4-2右側(cè)循環(huán)環(huán)路初步的計(jì)算流量Gj.1=1196kg/h，壓力損失j.1=4513Pa。5、按同樣方法計(jì)算圖4-2左側(cè)的循環(huán)環(huán)路，。在圖4-2種沒有畫出左側(cè)循環(huán)環(huán)路的管路圖?，F(xiàn)假定同樣按不等溫降方法進(jìn)行計(jì)算后，得出左側(cè)循環(huán)環(huán)路的初步計(jì)算流量Gj.2=1180kg/h，初步計(jì)算壓力損失j.2=4100Pa。將左側(cè)計(jì)算壓力損失按于右側(cè)相同考慮，則左側(cè)流量變?yōu)?180（4513/4100），則系統(tǒng)初步計(jì)算的總流量為：初步計(jì)算的總流量= 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總流量=0.86

21、Q/(tg-th)=0.86*74800/(95-70)=2573kg/h兩者不相等，因此需要進(jìn)一步調(diào)整個(gè)循環(huán)環(huán)路的流量，壓降和各立管的溫度降。hkg /24341196410045131180 至此，系統(tǒng)的水力計(jì)算全部結(jié)束。水力計(jì)算結(jié)束后，最后進(jìn)行所需的散熱器面積計(jì)算。由于各立管的溫降不同，通常進(jìn)出立管的流量比等溫降法計(jì)算的流量大，遠(yuǎn)處立管的流量會(huì)小，因此，即使在同一樓層散熱器熱負(fù)荷相同條件下，近處立管的散熱器的平均水溫增高，所需的散熱器面積會(huì)小些，而遠(yuǎn)處立管要增加些散熱器面積。綜上所述，異程式系統(tǒng)采用不等溫降法進(jìn)行水力計(jì)算的主要優(yōu)點(diǎn)是：完全遵守節(jié)點(diǎn)壓力平衡分配流量的規(guī)律，并根據(jù)各立管的不同

22、溫降調(diào)整散熱器的面積，從而有可能在設(shè)計(jì)角度上去解決系統(tǒng)的水平失調(diào)現(xiàn)象。因此，當(dāng)采用異程式系統(tǒng)時(shí)，宜采用不等溫降法進(jìn)行管路的水力計(jì)算。對(duì)大型的室內(nèi)熱水供暖系統(tǒng)，宜采用同程式系統(tǒng)。 6、調(diào)整個(gè)循環(huán)環(huán)路的流量、壓降和各立管的溫度降。根據(jù)并聯(lián)環(huán)路流量分配和壓降變化的規(guī)律，按下列步驟進(jìn)行調(diào)整（1）按式（4-36），計(jì)算個(gè)分支循環(huán)環(huán)路的通導(dǎo)數(shù)值。 左側(cè)環(huán)路 右側(cè)環(huán)路 （2）根據(jù)并聯(lián)管路流量分配的規(guī)律，確定在設(shè)計(jì)總流量條件下，分配到各并聯(lián)循環(huán)環(huán)路的流量。根據(jù)式（4-38），在并聯(lián)環(huán)路中，各并聯(lián)環(huán)路流量分配比等于其通導(dǎo)數(shù)比，亦即： G1 : G2 = 1 : 2當(dāng)總流量G=G1+G2為已知時(shí)，并聯(lián)環(huán)路的流量分

23、配比例也可用下式表示： (4-40) (4-41)8 .174153/1196/1 .1 .1jjPG43.184100/1180/2 .2 .2jjPGGG2111GG2122在本例題中，分配到左、有兩側(cè)并聯(lián)環(huán)路的流量應(yīng)為 右側(cè)環(huán)路 左側(cè)環(huán)路 式中：Gt.1、Gt.2 調(diào)整后右側(cè)和左側(cè)并聯(lián)環(huán)路的流量，kg/h。（3）、確定各并聯(lián)循環(huán)環(huán)路的流量、溫降調(diào)整系數(shù) 右側(cè)環(huán)路： 流量調(diào)整系數(shù)G.1=Gt.1/Gj.1=1264/1196=1.057 溫降調(diào)整系數(shù)t.1=Gj.1/Gt.1=1196/1264=0.946 左側(cè)環(huán)路： 流量調(diào)整系數(shù)G.2=Gt.2/Gj.2=1309/1180=1.109 溫降調(diào)整系數(shù)t.2=Gj.2/Gt.2=1180/1309=0.901 根據(jù)右側(cè)和左側(cè)并