《流體輸配管網(wǎng) 第4版》 課件 龔光彩 第5-9章 建筑給排水網(wǎng)路基礎(chǔ)-管網(wǎng)水力計算的計算機方法

流體輸配管網(wǎng)

第4版

第5章建筑給排水網(wǎng)路基礎(chǔ)5.1建筑給水管網(wǎng)水力計算基礎(chǔ)

5.1.1給水系統(tǒng)及其分區(qū)與給水方式5.1.1.4豎向分區(qū)

當(dāng)建筑物很高時，若只采用一套給水裝置向管道直接供水，為滿足上區(qū)層供水的壓力要求，則會使下區(qū)層的給水壓力過大，從而帶來許多不利之處：

①龍頭開啟，水呈射流噴濺，影響使用；

②必須采用耐高壓管材、零件及配水器材；

③由于壓力過高，龍頭、閥門、浮球閥等器材磨損迅速，壽命縮短，漏水增加，檢修頻繁；

④下層龍頭的流出水頭過大，如不減壓，其出流量比設(shè)計流量大得多，使管道內(nèi)流速增加，以致產(chǎn)生流水噪音、振動噪音，并使頂層龍頭產(chǎn)生負壓抽吸現(xiàn)象，易形成回流污染；

⑤由于壓力過大，容易產(chǎn)生水錘及水錘噪音；

⑥維修管理費用和水泵運轉(zhuǎn)電費增高?，F(xiàn)列出圖5-1給水系統(tǒng)的水箱水面和頂層龍頭斷面處的能量方程：圖5-1給水系統(tǒng)最低水壓5.1.1.5給水方式

高層建筑給水方式的基本特征是分區(qū)和加壓。當(dāng)高層建筑豎向分區(qū)確定以后，如何經(jīng)濟合理選擇給水方式同樣是個重要問題。高層建筑主要供水方式有：

①水泵－高位水箱供水方式，水泵－高位水箱供水方式又可分為水泵－高位水箱并聯(lián)供水方式、水泵－高位水箱串聯(lián)供水方式、減壓水箱供水方式、減壓閥供水方式等；

②氣壓罐（氣壓設(shè)備）供水方式，此方式又可分為氣壓罐并聯(lián)供水方式、氣壓罐減壓閥供水方式等；

③變頻調(diào)速水泵供水方式，變速水泵供水也有并聯(lián)供水方式和減壓閥供水方式等兩種。

5.1.2給水管網(wǎng)計算

5.1.2.1設(shè)計流量計算

1.最高日用水量

(1)建筑生活用水量

建筑物最高日生活用水量按式(5-2)計算：

2.最大小時生活用水量

最大小時生活用水量應(yīng)根據(jù)最高日（或最大班）生活用水量，使用時間與小時變化系數(shù)按式(5-4)計算。3.生活給水設(shè)計秒流量

(1)住宅、集體宿舍、旅館、招待所、賓館、醫(yī)院、療養(yǎng)院、休養(yǎng)所、門診部、診療所、幼兒園、托兒所、辦公樓、學(xué)校等建筑的生活給水設(shè)計秒流量應(yīng)按式(5-5)計算。

(2)工業(yè)企業(yè)生活間、公共浴室、洗衣房、公共食堂、實驗室、電影院、劇場、游泳池、體育場、僅設(shè)集中給水龍頭的住宅等建筑的生活給水設(shè)計秒流量應(yīng)按式(5-10)計算。5.1.2.2管網(wǎng)水力計算

1.計算目的

建筑內(nèi)部給水管網(wǎng)水力計算的目的，在于確定給水管網(wǎng)各管段的管徑，求得設(shè)計秒流量通過管段時造成的水頭損失、決定室內(nèi)管網(wǎng)所需的水壓，確定加壓裝置所需揚程和高位水箱的設(shè)置高度。2.計算要求和步驟

(1)根據(jù)建筑物類別正確選用生活給水設(shè)計秒流量計算公式，計算生活給水設(shè)計秒流量。

(2)以生活給水設(shè)計秒流量和其它用水（空調(diào)用水、試驗室用水等）之和確定設(shè)計秒流量。

(3)根據(jù)設(shè)計秒流量確定給水管管徑。

(4)確定管徑時，應(yīng)使設(shè)計秒流量通過計算管段時的水流速度符合規(guī)定

(5)大型工程在有條件時，可以計算經(jīng)濟流速并用以確定管徑。

(6)根據(jù)已確定的管徑，計算相應(yīng)的水頭損失值，決定室內(nèi)管網(wǎng)所需的水壓，確定加壓裝置所需揚程和高位水箱設(shè)置高度。

(7)對不允許斷水的給水管網(wǎng)，如從幾條引入管供水時，應(yīng)假定其中一條被關(guān)閉修理，其余引入管應(yīng)按供給全部用水量計算。

3.管道水頭損失計算

(1)單位長度水頭損失

給水管道的鋼管和鑄鐵管，其單位長度水頭損失應(yīng)按式(5-12)和式(5-13)計算：

當(dāng)<1.2m/s時：

當(dāng)≥1.2m/s時：

(2)局部水頭損失

給水管道局部水頭損失應(yīng)按式（5-15）計算：

4.建筑內(nèi)部給水管網(wǎng)所需水壓

圖5－2建筑內(nèi)部給水系統(tǒng)所需壓力給水系統(tǒng)的水壓就應(yīng)保證配水最不利點（通常位于系統(tǒng)的最高點、最遠點）具有足夠的流出水頭，參見圖5-2，其計算公式如下

H＝H1+H2+H3+H4

5.1.2.3增壓與貯水設(shè)備計算

1.水泵選擇

(1)水泵揚程(m)；

①當(dāng)水泵單獨或與高位水箱聯(lián)合供水時：

≥

②當(dāng)水泵與室外給水管網(wǎng)直接相連時：

水泵揚程計算應(yīng)考慮利用室外管網(wǎng)的最小水壓，并應(yīng)以室外管網(wǎng)的最大水壓來校核水泵和內(nèi)部管網(wǎng)的壓力工況，此時：

≥

③當(dāng)水泵與室外給水管網(wǎng)間接相連（通過貯水池）時：

≥

水箱有效容積計算

由室外管網(wǎng)直接供水時：

由人工操作水泵進水：

當(dāng)水泵自動運行時：

≥

(1)貯水池的有容積與水源供水保證能力和用戶要求有關(guān)，一般根據(jù)用水調(diào)節(jié)水量，消防貯備用水量確定，應(yīng)滿足下式要求：

≥

≥

(2)當(dāng)資料不足時，貯水池的調(diào)節(jié)水量(qVb-qVg)Tb部分不得小于最高日用水量的10%~20%。

（2）設(shè)置高度計算

①水箱的設(shè)置高度，應(yīng)使其最低水位的標(biāo)高滿足最不利配水點或消火栓或自動噴水噴頭的流出水頭要求：≥

≥

②對于貯備消防用水的水箱，在滿足消防流出水頭確有困難時，應(yīng)采取其它適當(dāng)措施滿足消防要求。4.氣壓給水設(shè)備

氣壓給水設(shè)備是利用密閉壓力罐內(nèi)空氣的可壓縮性來貯存、調(diào)節(jié)和壓送水量的給水裝置，其作用相當(dāng)于高位水箱或水塔。氣壓給水設(shè)備系統(tǒng)中的供水壓力是借助罐內(nèi)壓縮空氣維持的，罐體的高度不受限制，所以在不宜設(shè)置高位水箱的高層建筑給水系統(tǒng)中可采用。

5.2建筑排水網(wǎng)路

[例5-1]某5層10戶住宅，每戶衛(wèi)生間內(nèi)有低水箱坐式大便器1套，洗臉盆、浴盆各1個。廚房內(nèi)有洗滌盆1個，該建筑有局部熱水供應(yīng)。圖5-3為該住宅給水系統(tǒng)軸測圖，管材為鍍鋅鋼管。引入管與室外給水管網(wǎng)連接點到配水最不利點的高差為17.1m。室外給水管網(wǎng)所能提供的最小壓力H0＝270kPa。試進行給水系統(tǒng)的水利計算。圖5-3例5-1給水系統(tǒng)軸測圖5.2建筑排水網(wǎng)路5.2.1建筑排水網(wǎng)路組成

5.2.1.1建筑內(nèi)部排水體制和排水系統(tǒng)的組成

建筑內(nèi)部排水系統(tǒng)的任務(wù)就是把人們在生活、生產(chǎn)過程中使用過的水、屋面雪水、雨水盡快排至建筑物外。１．建筑內(nèi)部排水系統(tǒng)分類

按所排除的污、廢水性質(zhì)，建筑排水系統(tǒng)分為以下幾類。

(1)糞便污水排水系統(tǒng)

(2)生活廢水排水系統(tǒng)

(3)生活污水排水系統(tǒng)

(4)生產(chǎn)污水排水系統(tǒng)

(5)生產(chǎn)廢水排水系統(tǒng)

(6)工業(yè)廢水排水系統(tǒng)

(7)屋面雨水排水系統(tǒng)２．建筑排水體制

建筑內(nèi)部排水體制分為分流制與合流制兩種。

分流制即針對各種污水分別設(shè)單獨的管道系統(tǒng)輸送和排放的排水制度；

合流制即在同一排水管道系統(tǒng)中可以輸送和排放兩種或兩種以上污水的排水制度。

5.2.1.2排水系統(tǒng)的組成圖5-4室內(nèi)排水系統(tǒng)基本組成建筑內(nèi)部排水系統(tǒng)一般由以下幾部分組成

1．污(廢)水收集器

2.排水管道

(1)器具排水管

(2)排水橫支管

(3)排水立管

(4)排出管

3．通氣管

通氣管的作用是把管道內(nèi)產(chǎn)生的有害氣體排至大氣中去，以免影響室內(nèi)的環(huán)境衛(wèi)生，減輕廢水、廢氣對管道的腐蝕；在排水時向管內(nèi)補給空氣，減輕立管內(nèi)氣壓變化的幅度，防止衛(wèi)生器具的水封受到破壞，保證水流暢通。

4．清通設(shè)備

一般有檢查口、清掃口、檢查井等作為疏通排水管道之用。

5．抽升設(shè)備

常見的抽升設(shè)備有水泵、空氣揚水器和水射器等。

6．污水局部處理構(gòu)筑物

5.2.1.3通氣管系統(tǒng)

通氣管系統(tǒng)分為伸頂通氣管、專用通氣管和輔助通氣管5.2.2建筑排水網(wǎng)路計算

水力計算的目的在于合現(xiàn)、經(jīng)濟地確定管徑、管道坡度、以及確定設(shè)置通氣系統(tǒng)的形式，以使排水管系統(tǒng)正常地工作。5.2.2.1排水定額與設(shè)計秒流量

排水當(dāng)量：與建筑內(nèi)部給水一樣，以污水盆排水量0.33L/s作為一個排水當(dāng)量，將其它衛(wèi)生器具的排水量與0.33L/s的比值，作為該種衛(wèi)生器具的排水當(dāng)量。5.2.2.2排水橫干管水力計算

1.排水橫干管水力計算公式

水力計算應(yīng)按曼寧公式進行，即

2．水力計算的規(guī)定

為了保證管道在良好的水力條件下工作，用公式(5-31)進行計算時，必須滿足以下規(guī)定。

(1)排水管道最大設(shè)計充滿度

(2)管道坡度

(3)管道流速

(4)最小管徑

[例題5-2]某市有一幢14層賓館，2~13層為客房，各客房的衛(wèi)生間內(nèi)均設(shè)有低水箱坐式大便器、洗臉盆、浴盆各1件，地漏1個。洗滌廢水與生活污水分別排除，通氣系統(tǒng)采用三管制，即洗滌廢水立管與生活污水立管合用一根通氣管，管道布置見圖5-5和圖5-6。管材采用排水鑄鐵管，進行該排水系統(tǒng)水力計算。

圖5-5衛(wèi)生間大樣圖圖5-6排水軸側(cè)圖5.2.3建筑雨水排水與高層建筑排水概述

5.2.3.1建筑雨水排水簡介

外排水是指屋面不設(shè)雨水斗，建筑物內(nèi)部沒有雨水管道的雨水排放方式。按屋面有無天溝，又分為普通外排水和天溝外排水兩種方式。

內(nèi)排水是指屋面設(shè)雨水斗，建筑物內(nèi)部有雨水管道的雨水排水系統(tǒng)。

5.2.3.2高層建筑排水簡介

高層建筑排水可分為兩大類，即普通排水系統(tǒng)與新型排水系統(tǒng)。

普通排水系統(tǒng)的組成與多層建筑排水系統(tǒng)的組成基本相同，所以又稱為一般排水系統(tǒng)。在普通排水系統(tǒng)中，按污水立管與通氣立管的根數(shù)，分為雙管式和三管式兩種排水系統(tǒng)。

新型排水系統(tǒng)具有多種型式，其中較典型的有混流式排水系統(tǒng)(蘇維脫單立管排水系統(tǒng))、旋流式排水系統(tǒng)(塞克斯蒂阿單立管排水系統(tǒng))和環(huán)流式排水系統(tǒng)(小島德原配件排水系統(tǒng))三種。5.3消防給水管網(wǎng)

5.3.1消火栓給水管網(wǎng)

5.3.1.1消火栓給水系統(tǒng)的組成及供水方式

1.消火栓給水系統(tǒng)的組成

建筑消火栓消防給水系統(tǒng)一般由水槍、水帶、消火栓、消防管道、消防水池、高位水箱、水泵結(jié)合器及增壓水泵等組成。

圖5-7設(shè)水泵、水箱的消防供水方式

1-室內(nèi)消火栓；2-消防豎管；3-干管；4-進戶管；5-水表；6-旁通及閥門；7-止回閥；8-水箱；9-消防水泵；10-水泵結(jié)合器；11-安全閥2.消火栓給水系統(tǒng)的給水方式

室內(nèi)消火栓給水系統(tǒng)有如下幾種給水方式：

1.由室外供水管網(wǎng)直接供水的消防給水方式；

2.設(shè)水箱的消火栓給水方式；

3.設(shè)水泵、水箱的消火栓給水方式。（1）消防給水系統(tǒng)按壓力分類

消防給水系統(tǒng)按壓力分類有高壓、臨時高壓和低壓消防給水系統(tǒng)。

（2）消防給水系統(tǒng)按范圍分類

按消防給水系統(tǒng)的服務(wù)范圍，消防供水的方式有獨立高壓（或臨時高壓）消防給水系統(tǒng)和區(qū)域或集中高壓（或臨時高壓）消防給水系統(tǒng)。

（3）按建筑高度分類5.3.1.2消火栓給水系統(tǒng)水力計算

消火栓給水系統(tǒng)水力計算的主要任務(wù)是根據(jù)規(guī)范規(guī)定的消防用水量及要求使用的水槍數(shù)量和水壓確定管網(wǎng)的管徑，系統(tǒng)所需的水壓，水池、水箱的容積和水泵的型號等。

1．水槍充實水柱長度計算R=Ld+Ls

2.消火栓保護半徑消火栓保護半徑按式（5-34）計算：3.消火栓間距

4.消火栓栓口處所需水壓5.消防水箱與消防水池計算

6.消防水泵揚程

7.減壓計算

8.消防管道水力計算原則5.3.2自動噴水滅火系統(tǒng)管網(wǎng)及水力計算

5.3.2.1自動噴水滅火系統(tǒng)的分類

自動噴水滅火系統(tǒng)有濕式噴水滅火系統(tǒng)、干式噴水滅火系統(tǒng)、干濕式噴水滅火系統(tǒng)以及預(yù)作用噴水滅火系統(tǒng)。5.3.2.2自動噴水滅火系統(tǒng)水力計算

1．消防用水量及水壓

2.管網(wǎng)水力計算

自動噴水滅火系統(tǒng)管網(wǎng)水力計算的目的在于確定管網(wǎng)各管段管徑、計算管網(wǎng)所需的供水壓力、確定高位水箱的設(shè)置高度和選擇消防水泵。

（1）作用面積法

作用面積法是《自動噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》（GBJ84—85）推薦的計算方法。

(2)特性系數(shù)法

特性系數(shù)法是從系統(tǒng)設(shè)計最不利點噴頭開始，沿程計算各噴頭的壓力、噴水量和管段的累計流量、水頭損失，直至某管段累計流量達到設(shè)計流量為止。此后的管段中流量不再累計，僅計算水頭損失。[例題5-3]某一7層辦公樓，最高層噴頭安裝標(biāo)高23.7m（一層地坪標(biāo)高為±0.00m）。噴頭流量特性系數(shù)為0.133，噴頭處壓力為0.1MPa，設(shè)計噴水強度為6L/（min

m2），作用面積為200m2，形狀為長方形，長邊，短邊為12m。作用面積內(nèi)噴頭數(shù)共20個，布置形式見圖5-10所示。按作用面積法進行管道水力計算。圖5-10例題（系統(tǒng)圖）5.4建筑內(nèi)部熱水管網(wǎng)

5.4.1熱水供應(yīng)系統(tǒng)分類、組成與供水方式

5.4.1.1分類與組成

建筑內(nèi)的熱水供應(yīng)按供水范圍的大小，可分為集中熱水供應(yīng)系統(tǒng)和局部熱水供應(yīng)系統(tǒng)。

室內(nèi)熱水系統(tǒng)主要由熱媒系統(tǒng)（第一循環(huán)系統(tǒng)）、熱水供應(yīng)系統(tǒng)（第二循環(huán)系統(tǒng)）及相關(guān)附件等組成。

熱媒系統(tǒng)即第一循環(huán)系統(tǒng)由熱源、水加熱器和熱媒管網(wǎng)組成。熱水供水系統(tǒng)即

第二循環(huán)系統(tǒng)由熱水配水管網(wǎng)和回水管網(wǎng)組成。

5.4.1.2熱水供水方式

熱水供水方式按管網(wǎng)壓力工況的特點可分為開式和閉式兩類。

根據(jù)熱水加熱方式的不同有直接加熱和間接加熱之分。

根據(jù)熱水管網(wǎng)設(shè)置循環(huán)管網(wǎng)的方式不同，有全循環(huán)式、半循環(huán)、無循環(huán)熱水供水方式之分。

根據(jù)熱水配水管網(wǎng)水平干管的位置不同，還有下行上給供水方式和上行下給的供水方式。5.4.2熱水系統(tǒng)管網(wǎng)計算

5.4.2.1熱水用水定額、水質(zhì)及水溫

5.4.2.2熱水供應(yīng)系統(tǒng)附件計算5.4.2.3耗熱量計算

設(shè)計小時熱水量是耗熱量計算的基礎(chǔ)。集中熱水系統(tǒng)的設(shè)計小時耗熱量應(yīng)根據(jù)小時熱水量和冷、熱水溫差計算確定，見式（5-61）：5.4.2.4熱水貯水與加熱計算

熱水貯水器容積計算

（1）根據(jù)供熱曲線和耗熱曲線計算

（2）集中熱水供應(yīng)系統(tǒng)中，當(dāng)小時供熱量等于設(shè)計小時耗熱量時，熱水貯水器的貯水容積可按經(jīng)驗計算決定。

（3）集中熱水供應(yīng)系統(tǒng)，如采用半即熱式加熱器，且蒸汽量隨時滿足要求，并設(shè)有自動溫裝置，可不設(shè)熱水貯水器。水加熱器計算

常用水加熱器分為2類即容積式水加熱器與快速熱交換器，其中快速熱交換器又有水—水快速熱交換器和汽—水快速熱交換器。

容積式水加熱器計算包括容積的計算和加熱盤管的計算，前者可按前述的熱水貯水器容積計算方法決定，后者可依據(jù)傳熱學(xué)中相關(guān)知識進行計算。5.4.2.5熱水管網(wǎng)水力計算

本節(jié)主要介紹第二循環(huán)管網(wǎng)。

室內(nèi)熱水管道即第二循環(huán)管網(wǎng)的計算可以分為二部分，即熱水配水管道與熱水回水管道的計算。

1.熱水配水管道計算

熱水配水管道計算的內(nèi)容為確定管徑和所需總水壓.

2.熱水回水管道計算

熱水回水管道計算的目的主要決定回水管徑，在自然循環(huán)熱水管中，看其能否產(chǎn)生自然循環(huán)。在機械循環(huán)熱水管網(wǎng)中，便于選定循環(huán)水泵。（1）自然循環(huán)熱水管網(wǎng)

1）自然循環(huán)作用水頭

如圖5-13所示的上行下給式熱水管網(wǎng)，不論其環(huán)路多少，其自然循環(huán)作用水頭為選擇最不利環(huán)路按（6-55）式進行計算對圖5-14所示的下行上給式熱水管網(wǎng)，其自然循環(huán)作用水頭按（5-82）式計算2）循環(huán)流量圖5-15上行下給式熱水管網(wǎng) 圖5-16下行上給式熱水管網(wǎng)循環(huán)流量計算圖循環(huán)流量計算圖（2）機械循環(huán)熱水管網(wǎng)

1)全日循環(huán)

全日機械循環(huán)與自然循環(huán)的計算方法大致相同，也要先求出熱水管網(wǎng)各管段的熱損失、各管段循環(huán)流量和最不利環(huán)路的循環(huán)水頭損失。然后再按下述方法計算循環(huán)水泵流量和揚程。

qVb≥qVx+qVf

≥3）自然循環(huán)水頭損失

H=Hp+Hh+Hj

4）形成自然循環(huán)（屬第二循環(huán)管網(wǎng)）的條件

自然循環(huán)的作用水頭應(yīng)有一定的富余安全量，形成自然循環(huán)的條件為：

P≥1.35H

2)定時循環(huán)

定時循環(huán)按下式計算

qVb≥(2～4)V

Hb≥Hp+Hh+Hj

（3）水頭損失即能量損失平衡在多環(huán)路熱水管網(wǎng)計算中，務(wù)使各環(huán)路的水頭損失大致相等，是熱水管網(wǎng)循環(huán)管路計算中的重要一環(huán)。（4）循環(huán)水泵工作時管網(wǎng)阻力情況圖5-17循環(huán)水泵設(shè)在回水管上的沿程阻力損失本章理解難點本章為附加部分，可不講，理解下列幾點即可：1、給水量、排水量、消防水量及衛(wèi)生熱水用量計算基本概念；2、衛(wèi)生熱水系統(tǒng)基本形式及其定壓方式，如何結(jié)合空氣儲能理解水系統(tǒng)定壓方式。第6章氣體流動及其網(wǎng)路6.1通風(fēng)空調(diào)管路

6.1.1氣體輸配管網(wǎng)型式與裝置

6.1.1.1通風(fēng)空調(diào)工程的空氣輸配管網(wǎng)型式

通風(fēng)工程的主要任務(wù)是控制室內(nèi)污染物和維持室內(nèi)溫濕度，保證良好的空氣品質(zhì)，并保護大氣環(huán)境。

通風(fēng)工程通過室內(nèi)外空氣交換，排除室內(nèi)的污染空氣，將清潔的、具有一定溫濕度（焓或能量）的空氣送入室內(nèi)，使室內(nèi)空氣污染物濃度符合衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，滿足生產(chǎn)工藝和衛(wèi)生要求。

室內(nèi)外空氣交換主要由空氣輸配管網(wǎng)——風(fēng)管系統(tǒng)承擔(dān)。

通風(fēng)工程的風(fēng)管系統(tǒng)分為兩類：排風(fēng)系統(tǒng)和送風(fēng)系統(tǒng)。

排風(fēng)系統(tǒng)的基本功能是排除室內(nèi)的污染空氣。如圖6-1。

送風(fēng)系統(tǒng)的基本功能是將清潔空氣送入室內(nèi)。如圖6-2。

圖6-1排風(fēng)系統(tǒng)圖6-2送風(fēng)系統(tǒng)1-排風(fēng)罩；2-風(fēng)管；3-凈化設(shè)備1-新風(fēng)口；2-進氣處理設(shè)備；3-風(fēng)機4-風(fēng)機；5-風(fēng)帽4-風(fēng)管；5-送風(fēng)口空調(diào)工程除了承擔(dān)通風(fēng)工程的主要任務(wù)外，增加了新的任務(wù)，即不論室外氣象條件怎樣變化，都要維持室內(nèi)熱環(huán)境的舒適性，或使室內(nèi)熱環(huán)境滿足生產(chǎn)工藝的要求。因此空調(diào)系統(tǒng)具有兩個基本功能，控制室內(nèi)空氣污染物濃度和熱環(huán)境質(zhì)量。

在技術(shù)上，可由兩個系統(tǒng)分別承擔(dān)。一個是控制室內(nèi)污染物濃度的新風(fēng)（清潔的室外空氣）系統(tǒng)，即通風(fēng)工程種的新風(fēng)系統(tǒng)；另一個是控制室內(nèi)熱環(huán)境的系統(tǒng)，例如降溫或采暖的冷熱水系統(tǒng)。

技術(shù)上也可由送風(fēng)系統(tǒng)同時承擔(dān)控制室內(nèi)空氣污染物濃度和熱環(huán)境質(zhì)量兩個任務(wù)。

圖6-3空調(diào)送風(fēng)系統(tǒng)

1-新風(fēng)口；2-空調(diào)機；3-風(fēng)機；4-送風(fēng)管；5-送風(fēng)口6-回風(fēng)口；7、8-回風(fēng)管；9-排風(fēng)管；10-排風(fēng)口

如圖6-3稱為一次回風(fēng)。

其它幾種常用的空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)有二次回風(fēng)系統(tǒng)﹑雙風(fēng)道系統(tǒng)﹑變風(fēng)量系統(tǒng)、定風(fēng)量系統(tǒng)、變風(fēng)量系統(tǒng)。

6.1.1.2通風(fēng)空調(diào)工程空氣輸配管網(wǎng)的裝置及管件

通風(fēng)空調(diào)工程中空氣輸配管網(wǎng)的裝置及管件有風(fēng)口﹑風(fēng)閥﹑三通﹑彎頭﹑變徑（形）管、空氣處理設(shè)備等。6.1.2通風(fēng)管道阻力計算

6.1.2.1通風(fēng)管道的種類及風(fēng)管材料

通風(fēng)管道常采用的斷面形式有圓形及矩形。民用建筑為了與建筑結(jié)構(gòu)相配合多采用矩形的。工業(yè)廠房的送排風(fēng)系統(tǒng)的管道多采用圓形的。6.1.2.2一般通風(fēng)管道內(nèi)的風(fēng)速

可按表6-2選用。

6.1.2.3通風(fēng)管道阻力計算

通風(fēng)管道內(nèi)空氣流動阻力由摩擦阻力和局部阻力兩部分組成的。

1．摩擦阻力

空氣沿著斷面不變的直管段中流動所引起的能量損失稱為摩擦阻力。單位長度管段所產(chǎn)生的摩擦阻力稱為單位摩擦阻力，通常也稱為摩阻，單位為Pa/m。

對于圓形通風(fēng)管道的單位摩擦阻力，可按下式計算：圖6-4薄鋼板風(fēng)管的比摩阻線解圖圖6-5風(fēng)道粗糙度的修正系數(shù)

2．局部阻力

通風(fēng)管道是由各種不變斷面的直管段和許多局部構(gòu)件所組成的。局部構(gòu)件種類較多，如彎頭，漸擴管和漸縮管，三通管，調(diào)節(jié)閥以及各種送、回風(fēng)口等。空氣流過這些局部構(gòu)件所產(chǎn)生的集中能量損失即為局部阻力。

局部阻力可按下式計算：3．通風(fēng)管道全部阻力

通風(fēng)管道的全部阻力等于各管段的摩擦阻力和局部阻力之和。即：

4．通風(fēng)管道的計算

風(fēng)道計算的目的主要是根據(jù)輸送的空氣量來確定風(fēng)道斷面尺寸和選擇合理的局部構(gòu)件，計算通風(fēng)系統(tǒng)的總阻力，然后選擇合適的通風(fēng)機。

通風(fēng)管道的計算方法很多，只介紹假定速度法。

一般通風(fēng)管道計算可按以下步驟進行。

①根據(jù)風(fēng)管平剖面布置圖繪制出通風(fēng)管道系統(tǒng)圖，標(biāo)出設(shè)備及局部管件的位置。以及道斷面和流量不變?yōu)樵瓌t把通風(fēng)管道系統(tǒng)分成若干個單獨管段，并編號，標(biāo)出各管段的長度（一般以兩管件中心線長度計算）和風(fēng)量。②選擇風(fēng)管內(nèi)的空氣流速（見表6-2）確定風(fēng)管斷面。

③根據(jù)各管段的風(fēng)量和所確定的風(fēng)管斷面尺寸計算最不利環(huán)路（一般是部件最多，管道最長，風(fēng)量較大的環(huán)路）的摩擦阻力和局部阻力。

④并聯(lián)風(fēng)管阻力計算，要求各并聯(lián)支管段之間的阻力差值，一般送排風(fēng)系統(tǒng)不大于15%。當(dāng)不可能通過改變分支管道斷面尺寸來達到阻力平衡要求時，則可利用風(fēng)閥進行調(diào)節(jié)。

⑤最后求得所設(shè)計的通風(fēng)系統(tǒng)的總阻力。通風(fēng)系統(tǒng)的總阻力除通風(fēng)管道的全部阻力外，還應(yīng)當(dāng)包括空氣通過設(shè)備（如空氣處理及凈化設(shè)備等）阻力?！纠?-3】有一排風(fēng)系統(tǒng)，如圖6-7。全部為鋼板制作的圓形風(fēng)道，各管段的風(fēng)量和長度均注于圖中，矩形傘形排風(fēng)罩的擴散角分別為30°、60°，吸入三通分支管的夾角設(shè)計為30°，系統(tǒng)排出空氣的平均溫度為30°，試確定此系統(tǒng)的風(fēng)道斷面及系統(tǒng)的阻力。

圖6-76.1.3均勻送風(fēng)管道設(shè)計計算

6.1.3.1均勻送風(fēng)管道的設(shè)計原理

空氣在風(fēng)管內(nèi)流動時，其靜壓垂直作用于管壁。如果在風(fēng)管的側(cè)壁開孔，由于孔口內(nèi)外存在靜壓差，空氣會按垂直于管壁的方向從孔口流出。靜壓差產(chǎn)生的流速為：空氣在風(fēng)管內(nèi)的流速為：孔口出流方向：

孔口出流與風(fēng)管軸線間的夾角α（出流角）孔口實際流速：

孔口流出風(fēng)量：

qV

0＝3600μ

f

圖6-8側(cè)孔出流狀態(tài)圖

圖6-9從條縫口吹出和吸入的速度分布要實現(xiàn)均勻送風(fēng)，可采取以下措施：

①送風(fēng)管斷面積F和孔口面積f0不變時，管內(nèi)靜壓會不斷增大，可根據(jù)靜壓變化，在孔口設(shè)置不同的阻體，使不同的孔口具有不同的阻力。

②孔口面積f0和μ值不變時，可采用錐形風(fēng)管改變送風(fēng)管斷面積，使管內(nèi)靜壓基本保持不變。

③送風(fēng)管斷面積F及孔口μ值不變時，可根據(jù)管內(nèi)靜壓變化，改變孔口面積f0。

④增大送風(fēng)管斷面積F，減小孔口面積f0。圖6-10實現(xiàn)均勻送（排）風(fēng)的方式6.1.3.2實現(xiàn)均勻送風(fēng)的基本條件

①保持各側(cè)孔靜壓相等

②保持各側(cè)孔流量系數(shù)相等

③增大出流角α6.1.3.3側(cè)孔送風(fēng)時的通路（直通部分）局部阻力系數(shù)和側(cè)孔局部阻力系數(shù)（或流量系數(shù)）

通常把側(cè)孔送風(fēng)的均勻送風(fēng)管看作是支管長度為零的三通，當(dāng)空氣從側(cè)孔送出時，產(chǎn)生兩部分局部阻力，即直通部分的局部阻力和側(cè)孔流出時的局部阻力。【例6-7】如圖6-13所示總風(fēng)量為8000m3/h的圓形均勻送風(fēng)管道，采用8個等面積的側(cè)孔送風(fēng)，孔間距為1.5m。試確定其孔口面積、各斷面直徑及總阻力。

圖6-13均勻送風(fēng)管道6.2氣力輸送系統(tǒng)的設(shè)計計算

6.2.1氣固兩相流的特征

氣力輸送是一種利用氣流輸送物料的輸送方式。當(dāng)管道中的氣流遇到物料的阻礙時，其動壓將轉(zhuǎn)化成靜壓，推動物料在管內(nèi)輸送。

氣力輸送系統(tǒng)設(shè)計計算的基本順序如下：

①根據(jù)工藝要求確定輸料量（生產(chǎn)率）：

②根據(jù)物料性質(zhì)和輸送條件，確定氣力輸送方式和主要部件、設(shè)備的型式；

③布置管路，繪制系統(tǒng)圖；

④根據(jù)物料性質(zhì)、氣力輸送方式等確定料氣比（混合比）、輸送風(fēng)速；

⑤計算輸送風(fēng)量，確定管徑和主要設(shè)備；

⑥計算系統(tǒng)的壓力損失；

⑦選擇風(fēng)機。在氣力輸送系統(tǒng)中，固體物料和氣體介質(zhì)在管道內(nèi)形成兩相流動，影響氣力輸送技術(shù)經(jīng)流性能的因素：

1.物料的懸浮速度

2.兩相流中物料的運動狀態(tài)

3．兩相流的阻力特征6.2.2氣力輸送系統(tǒng)設(shè)計的主要參數(shù)

1.輸送風(fēng)速

2.物料速度和速比

3.料氣比6.2.3氣力輸送系統(tǒng)的阻力計算

1.喉管或吸嘴的阻力2.空氣和物料加速阻力3.物料的懸浮阻力4.物料的提升阻力5.輸料管的摩擦阻力

輸料管的摩擦阻力包括氣流的阻力和物料顆粒引起的附加阻力兩部分。

氣流的阻力物料顆粒引起的阻力6.彎管阻力7.分離器阻力8.其他部件的阻力

[例6-8]某廠鑄造車間決定采用低壓吸送式氣力送砂，其系統(tǒng)圖6-16所示。要求輸料量（新砂）qml=11000kg/h（3.05kg/s），已知物料密度=2650kg/m3，輸料管傾角70o，車間內(nèi)空氣溫度22℃。下面通過計算確定該系統(tǒng)的管徑、設(shè)備規(guī)格和阻力。

圖6-16低壓吸送式氣力送砂系統(tǒng)圖9.氣力輸送系統(tǒng)的管道布置

①布置生產(chǎn)工藝時，要為氣力輸送創(chuàng)造條件，盡量縮小輸送距離和提升速度；

②管路盡量簡單，避免支路叉道；

③減少彎管數(shù)量，采用較大的曲率半徑；

④避免管道由水平彎向垂直，以降低阻力，減少局部磨損，防止物料沉積。

⑤喉管后的直管長度應(yīng)小于（15～20）d，使物料順利加速。6.3燃氣管網(wǎng)水力計算基礎(chǔ)

6．3．1水力計算基本公式

1．對于高中壓燃氣管道

2．對于低壓管道6．3．2摩阻系數(shù)λ-

摩阻系數(shù)λ值的確定與燃氣管道的材料（管壁粗糙度）、管道連接方式和燃氣在管道內(nèi)的流動情況等因素有關(guān)。

確定摩阻系數(shù)λ一般用雷諾數(shù)Re來判定。6．3．4燃氣管道水力計算圖圖6-17高壓燃氣管道水力計算圖圖6-18中壓燃氣管道水力計算圖

圖6-19低壓燃氣管道水力計算圖

圖6-20戶內(nèi)人工燃氣管道水力計算圖

（ρ0=1kg/m3，

0=25×10-6m2/s）6．3．6局部阻力

燃氣在管道內(nèi)流動，除了克服長度阻力而消耗能量外，管道中的配件，如彎頭、三通、閥門等也需要消耗一部分能量。因為這部分能量消耗于管道部件的局部處，所以稱為局部阻力。

消耗在局部阻力的壓力損失，可用下式求得：6．3．8管道的當(dāng)量管徑和當(dāng)量長度

1．低壓管當(dāng)量管徑的換算

2．低壓管當(dāng)量長度的計算

3．高、中壓管道當(dāng)量管徑和當(dāng)量長度的計算6．3．9燃氣管道總壓力和壓力降分配

1．低壓管網(wǎng)允許壓力降的選擇

2．高、中壓管網(wǎng)的壓力降選擇6．3．10管道計算

1．高中壓干管計算

（1）單根管道的計算，高壓干管與中壓干管的設(shè)計程序相同。一般設(shè)計程序包括下列內(nèi)容：

①己知輸送的燃氣流量，管道長度，始、終點壓力，進行管徑計算；

②己知管徑，管道長度，始、終點壓力，進行通過能力的計算；

③己知輸送的燃氣流量、管道長、管徑、起點或終點壓力，進行終點或始點壓力的計算。[例6-9]如圖6-23所示，A為燃氣廠，B、C、D為沿途輸出，AB點距離為3公里；BC點距離為2km，CD點距離為2.2公里。B點輸出10000m3/h，C點輸出15000m3/h，D點輸出20000m3/h。時。自A點以2×105Pa絕對壓力輸出燃氣，送到D點的壓力保持1.5×105Pa絕對壓力，當(dāng)燃氣對空氣相對密度為0.55時，求A、D間的鑄管管徑。

圖6-23中壓干管計算[例6-12]如圖6-26所示，管道的始點壓力為2.5×105Pa（絕對），終點壓力為1.5×105Pa（絕對），燃氣的相對密度為0.55，求直徑為50cm，40cm，30cm，長度為0.5km，0.8km，0.5km的燃氣通過能力。圖6-26不同管徑管道的流量計算[例6-20]試做六層住宅樓的室內(nèi)燃氣管道的水力計算，燃氣管道的布置見圖6-34室內(nèi)燃氣管道平面圖，和圖6-36管道系統(tǒng)圖，每家用戶裝雙眼灶一臺，額定熱負荷3.5×2kw，燃氣熱值為18000kJ/m3，燃氣密度ρ′=0.45kg/m3，運動粘度γ=25×10-6m2/s。

圖6-34室內(nèi)燃氣管道平面圖一層平面圖；（b）二層平面圖圖6-36管道系統(tǒng)圖本章理解難點主要結(jié)合例題理解氣體各類水力計算方法，重點仍是最不利管路，對于燃氣，了解燃氣壓力分配的概念；對于通風(fēng)，重點理解均勻送風(fēng)方法及靜壓箱壓力分布的基本特征第7章其他管網(wǎng)系統(tǒng)7.1壓縮空氣管網(wǎng)

壓縮空氣管網(wǎng)系統(tǒng)由壓縮空氣站、室外壓縮空氣管路、車間入口裝置及車間內(nèi)部壓縮空氣管路等四部分組成。

7.1.1壓縮空氣消耗量

單臺設(shè)備平均消耗量與最大消耗量的關(guān)系最大計算消耗量圖7－1設(shè)備同時使用系數(shù)7.1.2壓縮空氣管網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計容量的確定

對壓縮空氣管網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計容量的確定方法有三種：

1.用平均消耗量總和為依據(jù)進行設(shè)計2.用最大消耗量為依據(jù)進行設(shè)計3.以主要用氣設(shè)備的最大計算消耗量Vj，加上其余用氣設(shè)備的平均消耗量∑V0為依據(jù)進行設(shè)計

7.1.3壓縮空氣管網(wǎng)系統(tǒng)

壓縮空氣的管網(wǎng)系統(tǒng)是指室外空氣管道系統(tǒng)和室內(nèi)空氣管道系統(tǒng)。

圖7-2樹枝狀管道系統(tǒng)圖7-3輻射狀管網(wǎng)系統(tǒng)圖7-4雙樹枝狀管網(wǎng)系統(tǒng)圖7-5環(huán)狀管網(wǎng)系統(tǒng)7.2其它消防系統(tǒng)管網(wǎng)

7.2.1泡沫滅火系統(tǒng)

泡沫消防滅火系統(tǒng)一般包括泡沫滅火系統(tǒng)和消防冷卻給水系統(tǒng)兩部分。

泡沫消防滅火系統(tǒng)有液上噴射和液下噴射兩大類。

按型式分有固定式泡沫滅火系統(tǒng)、半固定式滅火系統(tǒng)和移動式泡沫滅火系統(tǒng)。

圖7-6空氣泡沫產(chǎn)生器示意圖泡沫滅火系統(tǒng)消防用水的給水計算如下：

（1）滅火用水量

（2）冷卻用水量

冷卻用水總量＝燃燒油罐+鄰近油罐冷卻用水量+其它冷卻用水量

（3）泡沫滅火消防用水總量

消防用水總量=滅火用水總量+冷卻用水總量7.2.2二氧化碳滅火系統(tǒng)圖7-7二氧化碳滅火系統(tǒng)示意圖7.2.3鹵代烷滅火系統(tǒng)

鹵代烷滅火系統(tǒng)是利用鹵代烷滅火劑對燃燒反應(yīng)的抑制作用，中斷燃燒，達到滅火的目的。

鹵代烷是由以鹵素原子取代烷烴分子中的部分氫原子或全部氫原子后得到的一類有機化合物的總稱。

目前最常用的鹵代烴滅火劑有二氟一氯一溴甲烷、三氟一溴甲烷、二氟二溴甲烷和四氟二溴乙烷。

7.3制冷工藝管道

7.3.1制冷工藝管道的特征

在空調(diào)工程中，和室內(nèi)空調(diào)熱（冷）負荷平衡的冷（熱）量輸入主要有兩種途徑

一是由冷熱水機組制取滿足空調(diào)要求溫度的冷媒水，通過冷媒水的輸配管網(wǎng)，把冷量送到各個用冷末端；

另一種是采取制冷劑在用冷末端直接蒸發(fā)，為空調(diào)用戶提供冷量。

7.3.2管徑的確定方法①根據(jù)制冷劑流量計算管道內(nèi)徑②根據(jù)制冷量計算管道內(nèi)徑〔例7-2〕有一空調(diào)用制冷系統(tǒng)，采用R22為制冷劑，其制冷量為20kW，在冷凝溫度為35℃，蒸發(fā)溫度為5℃工況條件下工作（qv＝4060kJ/m3，＝18.73kg/m3），吸氣管直管線長15米，且有90°彎頭3只，截止球閥2只，取回氣管道內(nèi)制冷劑流速為10m/s，試確定其回氣管道的管內(nèi)直徑?！怖?-3〕某R134a制冷系統(tǒng)，其冷凝溫度為40℃，液管流動阻力12.5kPa，若液管需升高6米，求防止產(chǎn)生閃發(fā)氣體所需最小過冷度。本章理解難點本章選講，重點理解壓縮空氣消耗量計算等概念；最不利管路（工況）應(yīng)用第8章泵、風(fēng)機與管網(wǎng)系統(tǒng)匹配

8.1管網(wǎng)系統(tǒng)壓力分布及管路

性能曲線

8.1.1管路特性曲線

所謂管路特性曲線，就是管路中通過的流量與管路系統(tǒng)的壓頭之間的關(guān)系曲線。

圖8-1泵的輸水系統(tǒng)列出從吸入容器液面1-1與輸入容器液面2-2流動過程的伯努利方程完成輸水過程，所需的水泵揚程：圖8-2開式輸水管路性能曲線

圖8-3通風(fēng)管路性能曲線

8.1.2泵、風(fēng)機與管網(wǎng)匹配的工作點圖8-4離心泵的工作點〔例8-1〕某水泵輸水系統(tǒng)如圖（9-1）所示。已知輸水量qV＝0.04m3／s，吸水池液面到高位水池的幾何高度差Hz＝10m，管路總水頭損失hl1-2＝28m，今欲用轉(zhuǎn)速n＝950r／min的水泵輸水，已知該水泵的qV－H性能曲線如圖9-5所示。試問：(1)水泵工作點的參數(shù)？(2)該泵能否滿足輸水要求？圖8-5管路性能曲線與工作點8.1.3運行工況的穩(wěn)定性

圖8-6泵性能曲線呈駝峰形的運行工況

圖8-7管路性能曲線與泵性能曲線相切

對于具有駝峰形性能曲線的泵、風(fēng)機而言，在其壓頭峰值點的右側(cè)區(qū)間運行時，設(shè)備的工作狀態(tài)能自動地與管網(wǎng)的工作狀態(tài)保持平衡，穩(wěn)定工作，我們把這一穩(wěn)定的區(qū)間稱為穩(wěn)定工作區(qū)。而在壓頭特性曲線峰值的左側(cè)區(qū)域運行時，設(shè)備的工作狀態(tài)不能穩(wěn)定，因而此區(qū)域為非穩(wěn)定工作區(qū)。因此在設(shè)備選型時，要避免發(fā)生這樣的情況。

泵或風(fēng)機的最佳工作區(qū)是指其運行在既穩(wěn)定又經(jīng)濟的工作區(qū)域。一般將設(shè)備最高效率的90％～100％范圍內(nèi)的區(qū)域作為最佳工作區(qū)。泵、風(fēng)機性能表上給出的工況點，都處于最佳工作區(qū)，按其性能表上給出的性能選用設(shè)備都是合理的。8.1.4泵與風(fēng)機的喘振及其預(yù)防

當(dāng)泵或風(fēng)機在非穩(wěn)定工作區(qū)運行時，可能出現(xiàn)一會兒由泵或風(fēng)機輸出流體，一會兒流體由管網(wǎng)中向泵或風(fēng)機內(nèi)部倒流的現(xiàn)象，由于該現(xiàn)象出現(xiàn)時葉片受到突變負荷而產(chǎn)生強烈的振動和噪聲，專業(yè)中稱之為“喘振”現(xiàn)象。

從理論上講，喘振的發(fā)生應(yīng)具備三個條件：

泵與風(fēng)機具有駝峰形性能曲線，并在不穩(wěn)定工況區(qū)運行；

管路中具有足夠的容積和輸水管中存有空氣；

整個系統(tǒng)的喘振頻率與機組的旋轉(zhuǎn)頻率重疊，發(fā)生共振。喘振的防治方法有：

①應(yīng)盡量避免設(shè)備在非穩(wěn)定區(qū)工作，

②采用旁通或放空法。

③增速節(jié)流法。

④在管路布置方面，應(yīng)盡量避免壓出管路內(nèi)積存空氣

⑤在運行中，當(dāng)多臺泵或風(fēng)機并聯(lián)時，如果負荷減小，則應(yīng)盡量提前減少投運的設(shè)備臺數(shù)，以保證運行設(shè)備容量與負荷在較接近的情況下工作。

8.1.5系統(tǒng)效應(yīng)的影響

所謂系統(tǒng)效應(yīng)，是指泵、風(fēng)機進出口與管網(wǎng)系統(tǒng)連接方式，對泵、風(fēng)機的性能特性產(chǎn)生的影響。通常，接入管網(wǎng)系統(tǒng)風(fēng)機的風(fēng)壓及流量都不同程度地低于風(fēng)機的理論計算值和生產(chǎn)廠給出的風(fēng)機特性曲線值，這種現(xiàn)象稱作系統(tǒng)效應(yīng)。

(1)入口的系統(tǒng)效應(yīng)圖8-9不同連接風(fēng)機入口的氣流示意圖（a）圓形彎管；（b）矩形彎管；（c）進口風(fēng)箱圖8-10系統(tǒng)效應(yīng)影響風(fēng)機性能示意圖（2）出口系統(tǒng)效應(yīng)的影響圖8-11接不同長度出口管道的系統(tǒng)效應(yīng)8.1.6泵或風(fēng)機聯(lián)合運行及工況分析

1.泵與風(fēng)機聯(lián)合運行

圖8-13兩臺泵和風(fēng)機的并聯(lián)圖8-14兩臺泵和風(fēng)機的串聯(lián)并聯(lián)常用于以下情況：

①當(dāng)用戶需要大流量，而大流量的泵或風(fēng)機制造困難或造價較高時；

②由于外界需要大幅度的流量變化，為發(fā)揮泵與風(fēng)機的經(jīng)濟效益，使其在高效率范圍內(nèi)工作，并可用增減運行臺數(shù)調(diào)節(jié)時；

③保證不間斷供水(氣)的要求，作為檢修及事故備用時；

④在單機運行雖能滿足流量要求，但多臺并聯(lián)運行時的效率比單臺運行效率高時。串聯(lián)運行常用于以下情況：

①當(dāng)單臺泵或風(fēng)機不能提供所需的較高揚程或風(fēng)壓時；

②在改建或擴建的管路系繞中，由于阻力增加較大，需要提供較大的揚程或風(fēng)壓時。2.并聯(lián)運行工況分析

（1）作圖法(圖解法)圖8-15兩臺同性能單機并聯(lián)運行工況分析圖8-16兩臺不同性能單機并聯(lián)運行工況分析

（2）數(shù)學(xué)法(數(shù)解法)

對水泵為：H＝Hx－SxqV2

對風(fēng)機為；p＝px－SpxqV2

3.串聯(lián)運行工況分析圖8-17兩臺單機串聯(lián)運行工況分析8.2管網(wǎng)系統(tǒng)的壓力分布

8.2.1管網(wǎng)壓力分布圖的作用及繪制方法

經(jīng)過管網(wǎng)系統(tǒng)的水力計算和分析，可以確定管網(wǎng)中各管段的流量、流速、壓力損失，以及管網(wǎng)的管路特性。在實際管網(wǎng)設(shè)計中，管網(wǎng)系統(tǒng)的壓力分布情況對各用戶流量值的分析和確定，循環(huán)水泵和風(fēng)機等流體機械的選擇，系統(tǒng)內(nèi)各裝置的耐壓要求等，即泵與風(fēng)機等流體機械和管網(wǎng)系統(tǒng)的匹配有著很大的影響。

從管網(wǎng)系統(tǒng)的壓力分布狀況也可以判斷整個實際管網(wǎng)是否安全可靠，運行合理。對管網(wǎng)壓力分布圖的繪制簡單介紹如下：

①將總流能量方程式轉(zhuǎn)換成壓力水頭高度的表示形式。

②具體繪制的步驟：a、沿流體總流方面畫一條水平基準(zhǔn)線0－0，作為相對零水頭線；b、繪出總流的中心線，各斷面的中心到基準(zhǔn)線的高度就是該斷面的位置水頭，所以總流中心線即為總流的位置水頭線。c、計算出斷面1-1上的總水頭H1-1和從1-1到斷面2-2間的水頭損失hl1-2，由式（8－17）確定斷面2-2上的總水頭H2-2。d、以此方法沿流體總流方向向下游推進，可確定出所有流體斷面的總水頭。8.2.2液體管網(wǎng)系統(tǒng)的壓力分布

在液體管網(wǎng)系統(tǒng)中，由于管網(wǎng)本身的特性和所連接的用戶位置高度對流體的流量、壓力、溫度等要求各有不同，在管網(wǎng)設(shè)計時，必須對整個管網(wǎng)系統(tǒng)的壓力狀況進行綜合評價。

壓力水頭線圖可直觀地反映管網(wǎng)和各用戶的壓力狀況，通過管網(wǎng)的實際水頭線圖分析，可提出保證系統(tǒng)安全可靠的技術(shù)措施；可得出系統(tǒng)在運行調(diào)節(jié)或發(fā)生故障時的壓力狀況，有利于系統(tǒng)的安全運行。因此，畫壓力水頭線圖是液體流體管網(wǎng)，特別是熱水管網(wǎng)的設(shè)計和運行管理的重要依據(jù)。所以掌握各種管網(wǎng)系統(tǒng)的壓力水頭線圖的繪制，掌握工況特征分析方法很有必要。8.2.2.1熱水管網(wǎng)系統(tǒng)的壓力狀況要求

①熱水管網(wǎng)內(nèi)任何一點的熱水不能產(chǎn)生汽化。

②熱水管網(wǎng)內(nèi)任何一點的壓力均不應(yīng)超過系統(tǒng)中所有設(shè)備、管件的允許壓力。③熱水管網(wǎng)任何一點的壓力，無論管網(wǎng)是否處于運行，不得小于5kPa的表壓力值，以免空氣進入系統(tǒng)。

④熱水管網(wǎng)提供的供回水壓差，應(yīng)滿足用戶所需的作用壓頭值。熱水管網(wǎng)當(dāng)采用間接連接系統(tǒng)時，一級管網(wǎng)的供回水壓差，應(yīng)滿足換熱站內(nèi)系統(tǒng)和設(shè)備的總壓力損失，二級管網(wǎng)的供回水壓差應(yīng)滿足用戶系統(tǒng)與散熱器等總壓力損失。8.2.2.2熱水管網(wǎng)系統(tǒng)的壓力水頭線圖繪制

壓力水頭線圖繪制的具體步驟為：

①建立坐標(biāo)系。

②靜壓水頭線，是指當(dāng)循環(huán)水泵停止運行時，熱水管網(wǎng)中各點壓頭的連接線，靜壓水頭線是一條水平線，

③回水管的動壓水頭線，是循環(huán)水泵運行中回水管上各點的壓力連線。

④供水管動壓水頭線是循環(huán)水泵運行中供水管上各點的壓力水頭連線。

〔例8-2〕有一供熱系統(tǒng)，管網(wǎng)平面圖見圖8－18所示，其供水溫度120℃，回水溫度80℃，用戶E、F、D的熱負荷分別為3.35GJ/h、4.19GJ/h、2.51GJ/h，建筑物地面標(biāo)高分別為-1m、+1m、+2.5m，建筑物標(biāo)高分別為19m、20m、22.5m，熱用戶內(nèi)部阻力均為△P＝50kPa，水力計算結(jié)果見表8－2，試畫出壓力水頭線圖，并判斷外設(shè)熱水管網(wǎng)系統(tǒng)的設(shè)計是否合理。

圖8－18熱水管網(wǎng)平面布置圖

圖8－19熱水管網(wǎng)壓力水頭線圖8.2.2.3熱水管網(wǎng)系統(tǒng)的定壓

對熱水管網(wǎng)系統(tǒng)，為了保證系統(tǒng)的安全可靠性，如前面所述，在制訂系統(tǒng)水壓圖時，無論系統(tǒng)是否運行必須滿足下列條件：

①與熱水管網(wǎng)直接連接的用戶，在系統(tǒng)內(nèi)最底層的散熱器等設(shè)備所承受的靜水壓力，應(yīng)不超過這些設(shè)備的承壓能力；

②在供水管網(wǎng)及與它連接的用戶系統(tǒng)內(nèi)任何一點的壓力，應(yīng)不低于該水溫下的汽化壓力；

③系統(tǒng)的靜壓要大于或等于系統(tǒng)最高點與熱力站(或熱源)的標(biāo)高差加上高溫水的汽化壓力，為安全起見，一般加上30～50Pa的富裕值；

④回水管的壓力水頭都必須高于用戶系統(tǒng)的充水高度，以防系統(tǒng)倒空而吸入空氣，破壞正常運行和腐蝕管道。保持定壓點壓力恒定的定壓方式有高位膨脹水箱、補充水泵、氣體加壓罐等方法，各有其控制壓力的特點和適合的應(yīng)用場合。

①用開式高位膨脹水箱以保持系統(tǒng)的靜壓。

圖8－20高位膨脹水箱定壓示意1－高位膨脹水箱2－循環(huán)水泵3－換熱器4－熱用戶②補給水泵補水定壓。

a、利用壓力調(diào)節(jié)閥維持定壓

圖8－21壓力調(diào)節(jié)閥維持定壓補水泵連續(xù)補水定壓示意1－補給水箱2－補給水泵3－泵后壓力調(diào)節(jié)閥4－循環(huán)水泵5－換熱器6－安全閥7－熱用戶b、利用水泵變頻調(diào)速定壓

圖8－22水泵變頻調(diào)速定壓示意1－換熱器2－循環(huán)水泵3－補給水泵4－壓力變送器5－變頻調(diào)速器6－用戶7－補給水箱8－安全閥9－逆止閥c、補給水泵間歇補水定壓

圖8－23補給水泵間歇補水定壓示意

1－補給水箱2－循環(huán)水泵3－安全閥4－換熱器5－循環(huán)水泵6－電接點壓力表7－用戶d、定壓點設(shè)在旁通管處的補給水泵定壓

圖8－24定壓點設(shè)在旁通管處的補給水泵定壓示意1－加熱裝置（鍋爐或換熱器）2－管網(wǎng)循環(huán)水泵3－泄水調(diào)節(jié)閥4－壓力調(diào)節(jié)閥5－補給水泵6－補給水箱7－用戶③利用自動穩(wěn)壓補水。

④利用氣體加壓罐定壓。

圖8-25利用氣體加壓罐定壓示意1－氮氣瓶2－減壓閥3－排氣閥4－水位控制器5－氮氣罐6－熱水鍋爐7、8－供回水管總閥9－除污器10－管網(wǎng)循環(huán)水泵11－補給水泵12－排水電磁閥13－補給水箱8.2.3氣體管網(wǎng)系統(tǒng)的壓力分布圖8－27包括沿程阻力、局部阻力和管道內(nèi)動力機械的通風(fēng)管網(wǎng)系統(tǒng)的壓力分布（1）討論氣體吸入管段的壓力分布。

（2）討論氣體排出管段的壓力分布。

①風(fēng)機的風(fēng)壓pf等于風(fēng)機進、出口的全壓差，

②風(fēng)機吸入段的全壓和靜壓均為負值，在風(fēng)機入口處負壓最大；風(fēng)機壓出段的全壓和靜壓一般情況下均是正值，在風(fēng)機出口正壓最大。

③各并聯(lián)支管的阻力總是相等。

④壓出段上點9的靜壓出現(xiàn)負值是由于斷面9收縮得很小，使流速大大增加，當(dāng)動壓大于全壓時，該處的靜壓出現(xiàn)負值。

8.3管網(wǎng)系統(tǒng)的工況調(diào)節(jié)

8.3.1管網(wǎng)系統(tǒng)的水力工況分析

引起這些運行工況偏離的原因很多，大致可歸納為幾種：

①選用的泵或風(fēng)機等動力源設(shè)備和設(shè)計值不同，在選型時，所選的泵或風(fēng)機的型號、規(guī)格、配用的電機和皮帶輪等發(fā)生變化，動力源的性能參數(shù)也將跟著發(fā)生變化；

②選用的管材和制作風(fēng)管板材的實際表面粗糙度和設(shè)計不符，改變了管網(wǎng)系統(tǒng)的沿程阻力值；③管網(wǎng)系統(tǒng)在安裝實施中，受到建筑物的結(jié)構(gòu)、室內(nèi)裝潢要求等條件限制，管道的走向要求改變；為避免管道間的相互碰撞，管道需增加彎道等，使管網(wǎng)系統(tǒng)的管道長度、流通面積發(fā)生變化，彎頭、三通等管配件增減，造成管網(wǎng)系統(tǒng)的實際沿程阻力和局部阻力均偏離了設(shè)計值，管網(wǎng)內(nèi)各并聯(lián)支路的阻抗發(fā)生了變化；

④施工質(zhì)量和系統(tǒng)調(diào)試質(zhì)量也影響著管網(wǎng)系統(tǒng)的運行工況。

由流體力學(xué)可知，在串聯(lián)管路中，串聯(lián)管路的總阻抗是各串聯(lián)管段的阻抗之和。

在并聯(lián)管路中，并聯(lián)管路的總阻抗和各并聯(lián)分支管路的阻抗以如下關(guān)系成立

串聯(lián)管路和各串聯(lián)管段間的流量是相同的，其關(guān)系為：并聯(lián)管路和各并聯(lián)分支管路間的流量關(guān)系為：根據(jù)上述計算公式，可以算出管網(wǎng)系統(tǒng)壓力分布、各管段的阻抗和流量值，以及整個管網(wǎng)系統(tǒng)的流量和總阻抗。8.3.2泵與風(fēng)機的工況調(diào)節(jié)

8.3.2.1改變泵與風(fēng)機本身性能曲線的方法1．入口導(dǎo)流器調(diào)節(jié)圖8-28（a）軸向?qū)Я髌鳎╞）徑向?qū)Я髌鳎╝）（b）圖8-29簡易導(dǎo)流器

2．改變轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)圖8-30改變轉(zhuǎn)速工況調(diào)節(jié)改變轉(zhuǎn)速通常有兩個途徑：

一是借助偶合器實現(xiàn)轉(zhuǎn)速變化；

二是改變原動機(常為電動機)轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)。

3．其它調(diào)節(jié)方法

如切削水泵葉輪調(diào)節(jié)等。

8.3.2.2.進行管路的阻抗調(diào)整

1．節(jié)流調(diào)節(jié)

①出口端節(jié)流調(diào)節(jié)

圖8-31改變管路特性曲線工況調(diào)節(jié)②入口端節(jié)流調(diào)節(jié)

圖8-32入口端節(jié)流2．管路調(diào)整

①根據(jù)正常工況下的流量和壓降，求出管網(wǎng)的干管和各分支管路及用戶系統(tǒng)的阻抗；

②根據(jù)對管網(wǎng)系統(tǒng)的水力工況要求，確定某管段或某分支管路的調(diào)節(jié)量。然后根據(jù)管網(wǎng)系統(tǒng)中各管段和分支管路的連接方式，利用串、并聯(lián)管路的阻抗計算公式，逐步求出水力工況改變后整個管網(wǎng)系統(tǒng)的阻抗值；

③根據(jù)算得的管網(wǎng)系統(tǒng)總阻抗值，利用前面介紹過的計算法或圖解法求出管網(wǎng)系統(tǒng)水力工況改變后的系統(tǒng)總流量。

④根據(jù)串、并聯(lián)管路流量分配計算公式，分布求出管網(wǎng)系統(tǒng)水力工況變化后各分支管路的流量；

⑤確定管網(wǎng)系統(tǒng)水力工況變化后，系統(tǒng)內(nèi)新的壓力分布狀況。〔例8-3〕有一管網(wǎng)系統(tǒng)其構(gòu)成如圖8-33所示，正常工作時的壓降和流量已知，管網(wǎng)系統(tǒng)所選水泵的性能曲線較平坦。試分析該管網(wǎng)系統(tǒng)當(dāng)某分支管路的阻抗調(diào)整時，管網(wǎng)系統(tǒng)的水力工況變化狀況。

圖8-33管網(wǎng)系統(tǒng)構(gòu)成示意圖3．管網(wǎng)的水力穩(wěn)定性

管網(wǎng)系統(tǒng)的水力穩(wěn)定可有效地避免或減少管網(wǎng)系統(tǒng)受水力失調(diào)的作用而產(chǎn)生的不利影響。所以管網(wǎng)系統(tǒng)的設(shè)計，應(yīng)考慮采取措施降低可能發(fā)生的水力失調(diào)度，特別是在管網(wǎng)系統(tǒng)的運行中，對那些需經(jīng)常調(diào)整的分支管路進行流量調(diào)整時，其余分支管路的流量不發(fā)生較大的變化，仍保持在原來水平，管網(wǎng)系統(tǒng)保持本身流量穩(wěn)定的能力，稱為管網(wǎng)的水力穩(wěn)定性。

通常管網(wǎng)的水力穩(wěn)定性用分支管路規(guī)定流量qVig和管網(wǎng)系統(tǒng)水力工況變動后可能達到的最大流量qVimax的比值yi來衡量。

8.4泵與風(fēng)機的選用和安裝

8.4.1常用泵的性能及選用原則

工程中常用的泵有：單級單吸離心泵、單級雙吸離心泵、多級離心泵、管道泵等。這些都屬于離心泵。

由于電動機與泵的連接方式不同又有直接耦合式、皮帶傳動式、直連式等。圖8-34三種類型泵的

性能特點示意

圖8-35泵的綜合性能示意圖8.4.2常用風(fēng)機的性能及適用范圍一般建筑工程中常用的通風(fēng)機，按其工作原理主要可分為離心式和軸流式兩大類。8.4.3泵、風(fēng)機的選用原則

1.確定設(shè)備類型

首先明確工程對泵或風(fēng)機的要求，取得對設(shè)備的用途和使用條件等方面的資料，作為依據(jù)選定設(shè)備類型。

2.確定選用依據(jù)

根據(jù)工程實際最不利工況的要求，通過水力計算，確定工況最大流量qVmax和最高揚程Hmax。然后，考慮計算中的誤差及管路泄漏等未預(yù)見因素。分別加上10％～15％的安全系數(shù)，即

qV＝(1.1～1.15)qVmax

H＝(1.1～1.15)Hmax

3.確定設(shè)備的型號、大小及臺數(shù)

泵或風(fēng)機的類型確定之后，根據(jù)已知的流量、揚程(或壓頭)及管道水力計算，在泵或風(fēng)機的qV－H性能曲線綜合圖(見附錄)上繪出管路性能曲線。

根據(jù)管路性能曲線與qV－H性能曲線的相交情況，確定所需泵或風(fēng)機的型號和臺數(shù)。然后，再查單臺設(shè)備的性能曲線圖或表，確定該選定設(shè)備的轉(zhuǎn)速、功率、效率以及配套電機的功率和型號。4．選配電動機及傳動部件或風(fēng)機轉(zhuǎn)向及出口位置

采用泵與風(fēng)機的性能表選機時，在性能表上附有電機功率及型號和傳動部件型號時，可一并選用。

圖8-36離心式通風(fēng)機出風(fēng)口位置

（a）右轉(zhuǎn)風(fēng)機；（b）左轉(zhuǎn)風(fēng)機圖8-37軸流式通風(fēng)機出風(fēng)口位置5．其它注意事項：

①當(dāng)選水泵時，應(yīng)注意防止“氣蝕”現(xiàn)象發(fā)生。

②對非樣本規(guī)定條件下的流體參數(shù)的換算：

③盡量選用容量較大的水泵，一般容量較大的水泵效率較高；

④在選用設(shè)備時，應(yīng)使其工作點處于其qV－H性能曲線下降段的高效區(qū)域

⑤選擇風(fēng)機時，應(yīng)根據(jù)管路布置及連接要求確定風(fēng)機葉輪的旋轉(zhuǎn)方向及出風(fēng)口位置。

〔例8－4〕某空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)需要自冷水箱向空氣處理室供水，最低水溫為10℃，要求供水量為24m3／h(日用水量變化不大)，幾何揚水高度為6.2m，空氣處理室噴嘴前應(yīng)保證16.5m的壓頭。經(jīng)計算得知供水管路損失為5.8m。為了便于系統(tǒng)隨時啟動，故將水泵裝設(shè)在冷水箱之下。試選擇水泵?！怖?－5〕某供水管網(wǎng)系統(tǒng)，已知泵站吸水井最低水位到管網(wǎng)中最不利點地形高差為2m，管網(wǎng)要求的服務(wù)水頭為16m。最高時用水量qVmax=836L／s，假設(shè)用水量最大時泵站內(nèi)水頭損失為2m，輸水管水頭損失為1.5m，配水管網(wǎng)水頭損失為10.3m，且知該供水系統(tǒng)平均日平均時用水量為416L/s，試進行水泵站選泵設(shè)計。圖8-38應(yīng)用qV—H性能曲線綜合圖選泵〔例8－6〕某地大氣壓為98.07kPa，輸送溫度為70℃的空氣，風(fēng)量為6650m3/h，管道阻力為195mmH2O，試選用合適的風(fēng)機及其配用電機。8.5泵與風(fēng)機的安裝與運行

8.5.1泵的汽蝕與吸上真空度

1．汽蝕現(xiàn)象及其對水泵工作的影響

(1)汽蝕現(xiàn)象

(2)汽蝕對泵工作的影響

汽蝕造成的結(jié)果

①材料破壞。

②噪聲和振動

③性能下降

2．汽蝕余量和安裝高度

（1）幾何安裝(吸水)真空高度Hg

離心泵不能自吸，即無干吸能力，所以在啟動時必須先將泵殼內(nèi)部和吸入管中充滿液體，運轉(zhuǎn)后才能在一定的高度吸入液體，這個高度稱為泵的幾何安裝高度。

圖8-42離心泵的幾何安裝高度泵的幾何安裝高度Hg與液面壓力pa、入口壓力ps、入口平均速度

s以及吸入管路中的流動損失hl有關(guān)（2）吸上真空高度（吸入口壓強水頭）Hs

（3）允許幾何安裝高度[Hg]與允許吸上真空高度[Hs]之間的關(guān)系

①泵的允許幾何安裝高度[Hg]，應(yīng)以水泵樣本中給出的允許吸上真空高度[Hs]減去泵吸入口的速度頭和吸入管路的流動損失hl。

②為了提高水泵允許的幾何安裝高度，應(yīng)該盡量減小和hl。

（4）汽蝕余量Δhr

汽蝕余量是用來表示泵汽蝕性能的參數(shù)，有資料也稱其為凈正吸入壓頭（NPSH），汽蝕余量又分為有效的汽蝕余量Δhe和必需的汽蝕余量Δhr。圖8-43離心泵內(nèi)的壓力變化（5）有效汽蝕余量Δhe和必需汽蝕余量Δhr的關(guān)系

由以上分析可知，必需汽蝕余量是標(biāo)志泵本身汽蝕性能的基本參數(shù)，與吸入管路裝置條件無關(guān)，Δhr越小，說明泵本身的抗汽蝕性能越好。因此，要提高泵的抗汽蝕性能，就要使Δhr減小。有效汽蝕余量標(biāo)志泵在使用時的裝置汽蝕性能，為了避免發(fā)生汽蝕，就必須提高Δhe。（6）汽蝕余量Δh和允許吸上真空高度[Hs]的關(guān)系

8.5.2泵與風(fēng)機的安裝

1.泵的安裝圖8-44灌注式吸入管路示意圖2.泵與管路系統(tǒng)的連接

①對吸入管段即使工作介質(zhì)不污染、不汽化，也必須保證不漏氣。

②在吸入管路的水平管段應(yīng)有大于0.005的反向找坡。

③吸水口應(yīng)在最低水位時的淹沒深度不小于0.5～1.0m。多臺水泵在相近的取水口取水時，吸水口之間的距離不得小于吸水管管徑的1.5～2.0倍。

④吸入式管段當(dāng)水泵從壓水管引水啟動時，吸水管應(yīng)裝底閥，底閥采用水下式，裝于吸水管的末端。

⑤泵的壓出管路不允許液體倒流，應(yīng)在泵的壓出管上設(shè)置止回閥，止回閥置于泵與管路截止閥之間，便于維修。

⑥對水泵的壓出管路除了要求牢固和不漏水外，在適當(dāng)?shù)奈恢脩?yīng)設(shè)法蘭接口，便于拆裝和檢修。3.風(fēng)機的安裝與風(fēng)管連接

①由于風(fēng)機的使用目的、要求和位置不同，風(fēng)機的形式、風(fēng)口位置也各不相同，在安裝前應(yīng)檢查核對風(fēng)機的機件是否完整，各機件聯(lián)結(jié)是否緊密，轉(zhuǎn)動部分是否靈活，葉輪與機殼的旋轉(zhuǎn)方向是否一致，風(fēng)機的外殼、葉輪、吸氣短管是否有損傷等。如發(fā)現(xiàn)有問題或損傷的風(fēng)機要修復(fù)或更換。

②風(fēng)機的進口應(yīng)盡量讓氣流均勻進入葉輪，均勻地充滿葉輪的進口截面。對需變徑的風(fēng)機進、出口，避免采用突擴管和突縮管，盡可能采用角度較小的變徑管。

③風(fēng)機出口需設(shè)置調(diào)節(jié)風(fēng)閥，位置應(yīng)在風(fēng)機出口管路一個葉輪直徑以外，這樣可以減小壓頭損失。

④當(dāng)風(fēng)機輸送會產(chǎn)生凝結(jié)水的潮濕空氣或風(fēng)機在室外使用時，在風(fēng)機的底部應(yīng)裝一個放水閥或存水彎管，以排除積水。

⑤風(fēng)機與風(fēng)管的連接，不要讓空氣在方向和速度上產(chǎn)生突然變化，不允許將管道重量加在風(fēng)機殼體上。

⑥對用皮帶輪傳動的風(fēng)機，在安裝時要注意兩皮帶輪外側(cè)面必須成一直線。否則應(yīng)調(diào)整電動機的安裝位置。對聯(lián)軸器直接傳動的風(fēng)機，安裝時應(yīng)特別注意主軸與電動機軸的同心度。8.5.3泵與風(fēng)機的運行

1.泵與風(fēng)機的運行

（1）起動前的準(zhǔn)備

(2)運行中應(yīng)注意的事項

2.常見故障的分析與排除本章理解難點本章與第2章是全書重中之重，全書重點應(yīng)為第1、2、3、8、4、6等章，其中第2、8章練習(xí)大部分均需完成，參考答案參見教學(xué)指導(dǎo)PPT,重點理解：工作點與特性曲線，喘振，水泵氣蝕與安裝計算方法等，結(jié)合靜力學(xué)基本方程與伯努利方程，理解等效率曲線等第9章管網(wǎng)水力計算的

計算機方法

9.1圖論基礎(chǔ)

9.1.1圖的概念圖9-1圖的概念若集合G=(V,E,Φ)，其中

a)V={v1,v2,…，vm}是點的有窮非空集合，稱為圖G的節(jié)點集合。

b)E={e1,e2,…，en}是圖G的連線的集合。c)Φ是從E到V中的有序或無序偶對所組成的集合映射。

則稱其為一個圖。

9.1.2圖的矩陣表示

9.1.2.1圖的鄰接矩陣

一個圖G的結(jié)構(gòu)，可以完全由結(jié)點之間的鄰接關(guān)系來描述，這種關(guān)系可以通過一個矩陣來給出。圖9-3圖9-4圖9-5有權(quán)圖與多重圖9.1.2.2圖的關(guān)聯(lián)矩陣

一個圖G＝(V，E）的鄰接矩陣A（G），通過給出結(jié)點間鄰接關(guān)系的信息，描述了圖G的結(jié)構(gòu)。如果給出了有向圖G的結(jié)點與弧間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，