水暖系统水力计算原理
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室内热水供暖系统的水力计算
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任务二 热水供暖系统水力计算的任务 和方法
• １. 等温降法水力计算 • 等温降法认为双管系统中每组散热器的水温降相同，单管系统中每根
立管的供、回水温降相同。在这个前提下计算各管段流量，进而确定 各管段的管径。 • （１）根据已知温降，计算各管段流量：
• （２）根据系统的循环作用压力，确定最不利环路的平均比摩阻Rｐｊ
• 根据平均比摩阻确定管径时，应注意管中的流速不能超过规定的最大 允许流速，流速过大会使管道产生噪声。
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• 《民建暖通空调规范》规定的最大允许流速为： • 热水管道管径DN１５ 一般热水管道０．８ｍ／ｓ； • 热水管道管径DN２０ 一般热水管道１．０ｍ／ｓ； • 热水管道管径DN２５ 一般热水管道１．２ｍ／ｓ； • 热水管道管径DN３２ 一般热水管道１．４ｍ／ｓ； • 热水管道管径DN４０ 一般热水管道１．８ｍ／ｓ； • 热水管道管径≥DN５０ 一般热水管道２．０ｍ／ｓ。 • （３）根据平均比摩阻和各管段流量，查附录４-８选出最接近的管
• 对机械循环双管系统，水在各层散热器冷却所形成的自然循环作用压 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 的自然循环作用压力近似相等，可忽略不计；如建筑物各部分层数不 同时，高度和各层热负荷分配比不同的立管之间所产生的自然循环作 用压力不相等，在计算各立管之间并联环路的压降不平衡率时，应将 其自然循环作用压力的差额计算在内。
• 根据流体力学理论将流体流动分成几个区，用经验公式分别确定每个 区域的沿程阻力系数λ。
• （１）层流区。
任务二 热水供暖系统水力计算的任务 和方法
• １. 等温降法水力计算 • 等温降法认为双管系统中每组散热器的水温降相同，单管系统中每根
立管的供、回水温降相同。在这个前提下计算各管段流量，进而确定 各管段的管径。 • （１）根据已知温降，计算各管段流量：
• （２）根据系统的循环作用压力，确定最不利环路的平均比摩阻Rｐｊ
• 根据平均比摩阻确定管径时，应注意管中的流速不能超过规定的最大 允许流速，流速过大会使管道产生噪声。
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• 《民建暖通空调规范》规定的最大允许流速为： • 热水管道管径DN１５ 一般热水管道０．８ｍ／ｓ； • 热水管道管径DN２０ 一般热水管道１．０ｍ／ｓ； • 热水管道管径DN２５ 一般热水管道１．２ｍ／ｓ； • 热水管道管径DN３２ 一般热水管道１．４ｍ／ｓ； • 热水管道管径DN４０ 一般热水管道１．８ｍ／ｓ； • 热水管道管径≥DN５０ 一般热水管道２．０ｍ／ｓ。 • （３）根据平均比摩阻和各管段流量，查附录４-８选出最接近的管
• 对机械循环双管系统，水在各层散热器冷却所形成的自然循环作用压 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 的自然循环作用压力近似相等，可忽略不计；如建筑物各部分层数不 同时，高度和各层热负荷分配比不同的立管之间所产生的自然循环作 用压力不相等，在计算各立管之间并联环路的压降不平衡率时，应将 其自然循环作用压力的差额计算在内。
• 根据流体力学理论将流体流动分成几个区，用经验公式分别确定每个 区域的沿程阻力系数λ。
• （１）层流区。
__热水供暖系统水力计算
2 1 ( l ) G 令 ＝Ａ 2 2 4 2 900 d 2 d 900d
Байду номын сангаас
得出：△P
1
则有△P ＝Ａ ( l )G 2 式中
d
d
l Zh
Zh 为折算的局部阻力系数，于是 △P ＝Ａ Zh Ｇ２ 令Ｓ＝Ａ Zh ，则有
（一）沿程阻力损失
比摩阻R
R
2
d 2
Pa/m
(4-2)
式中 d –管子内径m； υ –热媒在管道内的流速，m／s； ρ –热媒的密度，kg／m3； λ –管段的摩擦阻力系数。摩擦阻力系数值取决于管内 热媒的流动状态和管壁的粗糙程度，其表达式为： λ =ƒ(Re,ε ) Re=υ d/γ ε =K/d 式中Re–雷诺数(Re<2320,流动为层流；Re>2320，流动为紊流) γ –热媒的运动粘滞系数m2/s； K–管壁的当量绝对粗糙度，m； ε –管壁的相对粗糙度。
(2)推荐流速法 推荐常用流速（对应比摩阻值为６０－１２０Ｐa/m）
2.当量阻力法(动压头法)
当量局部阻力法当量局部阻力法的基本原理是将管段的沿程损 失转变为局部损失来计算。 △P=RL+Z 其中的沿程损失RL写成局部阻力损失形式有: RL= d
2
2
2
，而依据公式（４－２）
R
2
四、水力计算步骤
首先画出管路系统图，并在图上划分管段（流量和管径都 相等的），标注管段号、热负荷Q、流量G和管段长L 1.确定最不利环路。指允许比摩阻最小的环路，一般为最 远立管环路。 2.确定最不利环路作用压力。自然循环系统按有关公式计 算得出（式3-3）；机械循环系统一般取10000Pa。 3.计算最不利环路平均比摩阻，采用预定压头法（式4-5 ） P 或推荐比摩阻60-120Pa/m。 R
Байду номын сангаас
得出：△P
1
则有△P ＝Ａ ( l )G 2 式中
d
d
l Zh
Zh 为折算的局部阻力系数，于是 △P ＝Ａ Zh Ｇ２ 令Ｓ＝Ａ Zh ，则有
（一）沿程阻力损失
比摩阻R
R
2
d 2
Pa/m
(4-2)
式中 d –管子内径m； υ –热媒在管道内的流速，m／s； ρ –热媒的密度，kg／m3； λ –管段的摩擦阻力系数。摩擦阻力系数值取决于管内 热媒的流动状态和管壁的粗糙程度，其表达式为： λ =ƒ(Re,ε ) Re=υ d/γ ε =K/d 式中Re–雷诺数(Re<2320,流动为层流；Re>2320，流动为紊流) γ –热媒的运动粘滞系数m2/s； K–管壁的当量绝对粗糙度，m； ε –管壁的相对粗糙度。
(2)推荐流速法 推荐常用流速（对应比摩阻值为６０－１２０Ｐa/m）
2.当量阻力法(动压头法)
当量局部阻力法当量局部阻力法的基本原理是将管段的沿程损 失转变为局部损失来计算。 △P=RL+Z 其中的沿程损失RL写成局部阻力损失形式有: RL= d
2
2
2
，而依据公式（４－２）
R
2
四、水力计算步骤
首先画出管路系统图，并在图上划分管段（流量和管径都 相等的），标注管段号、热负荷Q、流量G和管段长L 1.确定最不利环路。指允许比摩阻最小的环路，一般为最 远立管环路。 2.确定最不利环路作用压力。自然循环系统按有关公式计 算得出（式3-3）；机械循环系统一般取10000Pa。 3.计算最不利环路平均比摩阻，采用预定压头法（式4-5 ） P 或推荐比摩阻60-120Pa/m。 R
第四章室内热水供暖系统的水力计算
最不利环路计算
7. 求最不利环路总压力损失 即 8. 计算富裕压力值 考虑由于施工的具体情况，可能增加一些在设计计算中未 计入的压力损失。因此，要求系统应有10%以上的富裕度。
式中
⊿%——系统作用压力的富裕率； ⊿P＇Ⅰ1——通过最不利环路的作用压力，Pa；
∑(⊿Py+⊿Pj) 1～14——通过最不利环路的压力损失，Pa。
计算最不利环路的阻力及富裕压头值。
散热器的进流系数α
3. 最末端第二根立管的计算 • 最末端第二根立管的作用压头P2 为与其并联的最不利环路的 各管段的压力损失总和。 • 先确定计算立管的平均比摩阻Rpj。 • 根据计算的Rpj和已知的各管段设计流量，查水力计算表，得 到在设计流量下各管段的管径和实际比摩阻R的值。并计算 管段的压力损失△H2。 • 最末端第二根立管的压力损失与其作用压头的不平衡率应保 持在±15%之内。 4. 计算其他立管 用同样的方法，由远及近计算其他立管，并使其不平衡率应 保持在±15%之内，必要时通过立管的阀门节流来达到。 在单管热水供暖系统中，立管的水流量全部或部分地 流进散热器。流进散热器的水流量与通过该立管水流量 的比值，称作散热器的进流系数α，可用下式表示
2. 3.
4.
计算简图
一、等温降法计算步骤（异程系统）
1. 计算最不利环路 异程式系统的水力计算从系统的最不利环路开始。最不利 环路是指允许平均比摩阻R最小的一个环路。一般取最远立 管的环路作为最不利环路。 2. 计算各管段的流量 根据Rpj 值和已知的各管段设计流量，查水力计算表，
9 9 9 9 9 9 得到在设计流量下各管段的管径d和实际比摩阻R值。 最不利环路的平均比摩阻应在60～120Pa/m范围。 并计算各管段的局部阻力，计算各管段的压力损失。 根据最不利环路的各管段的阻力，计算出的总阻力H 。 比较系统可利用的作用压头，求出富裕压头值。 系统的作用压头应留有10%以上的富裕度，如不满足，则需要调整 环路中某些管段的管径。
供热工程》第5章热水供暖系统的水力计算
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
例题【4-1】 要求：确定重力循环双管热水供暖系统管路的管径。 计算歩骤： 1.选定最不利的环路：为立管Ⅰ1的最底层散热器的环路。 2.计算通过最不利环路散热器Ⅰ1的作用压力∆P `Ⅰ1 根据公式（4-24），可查p319上附录3-2，得到:
p f 350pa
根据已知的供、回水温度t’g＝95℃，t`h=70℃ 查p319上附录3-1得到水的密度ρh=977.81kg/m3, ρg =961.92kg/m3 将上述已知数字带入（4-24）式得： ∆P `Ⅰ1＝9.81×3（977.81－961.92）＋350＝818pa
第二节
重力循环双管系统管路水力计算和例题
重力循环双管系统通过散热器环路的循环作用压力计算公式为： pa （4-24）
PZh P Pf gh( h g ) Pf
式中：∆P～重力循环系统中，水在散热器内冷却所产生的作用压力。 ∆Pf～水在循环环路中冷却的附加作用压力，通过不同立管和 楼层的循环环路的附加作用压力值是不相等的，应按p319上的附 录3-2选定。
三、室内热水供暖系统管路水力计算的主要任务和方法： 主要任务： 1.按已知系统各管段的流量和系统的循环作用压力，确定各管 段的管径（俗称设计计算） 2.按已知系统各管段的管径和各管段允许压降，确定通过该管 段的水流量（“不等温降”的设计计算或用作校验已定型各管段 的热水流量） 注意事项： 1.供暖系统的水力计算一般从系统中最不利循环环路开始。 2.完成最不利环路之后，可以开始其他分支循环环路的水力计算， 但是它们之间计算的压力损失相对差额（不包括各支路公用的管 道）不应大于正负15％。 3.为了平衡各并联环路的压力损失，可适当提高某些近处支路的比 摩阻和流速。但是《暖通规范》规定： 最大允许水流速不应大于下列数据： 民用建筑：1.2m/s 生产厂房的辅助建筑： 2m/s 生产厂房：3m/s 4.整个热水供暖系统总的计算压力损失，宜增加10％的附加值，以 此确定系统必须的循环作用力。
第四章供暖系统水力计算
第二节机械循环单管热水供暖系统管路的水力 计算方法和例题
• 机械循环系统的作用半径大，其室内热水供暖系统的总 压力损失一般控制在10-20kPa，对水平式或较大型系统， 可达20-50kPa • 进行水力计算时，机械循环室内热水供暖系统一般先设 定入口处的资用循环压力，按最不利循环环路的平均比 摩阻Rpj,来选用该环路的各管段管径。当入口处的资用 压力较高，管道流速和系统的实际总压力损失可相应提 高。但在实际工程设计中，最不利循环环路的各管段水 流速过高（即管径过小），各并联环路的压力损失势必 难以平衡。所以常用控制Rpj值的方法，取Rpj=60120Pa/m选取管径，剩余的资用循环压力，用入口处的 调压装置节流。
3）根据G、 Rpj，查水力计算表，选择接近Rpj的管径， 查出d、R、v列入表中。 例如管段1，Q=74800W，则 根据G=2573kg/h, Rpj=45.3Pa/m,查表，d=40mm, 用插入法计算出R=116.41Pa/m，v=0.552m/s
R的计算： 118.76 110.04 (2573 2500) 110.04 116.41 Pa/m 2600 2500 v的计算： 0.56 0.53 (2573 2500) 0.53 0.55 m/s 2600 2500
6）求各管的阻力△P P Py Pj Rl Pj 7） 求最不利环路的总压力损失（总阻力）
( Rl P )
j 112
8633 Pa
入口处的剩余循环作用压力用调节阀门节流消耗掉。 4.确定其它立管的管径。立管Ⅳ: 1）求立管Ⅳ的资用压力 它与立管Ⅴ为并联环路，即与 管段6、7为并联环路。根据并联环路节点压力平衡原 理， △P’Ⅳ=（△Py+△Pj)6、7-（ △P’Ⅴ-△P’Ⅳ） = （△Py+△Pj)6、7 Pa 2)求Rpj R pj P 0.5 2719 81.4 Pa/m
04《供热工程》第四课 室内供暖系统的水力计算
计算步骤：
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。计算结果如下： （1）通过立管I第三层散热器环路的作用压力 ∆PI'3 = gH 3 ( ρ h − ρ g ) + ∆Pf = 1753 Pa （2）管段15、17、18与管段13、14、l为并联管路。通过管 段15、17、18的资用压力为
' I1
∆PI1' = 9.81× 3 ( 977.81 − 961.92 ) + 350 = 818Pa
计算步骤：
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 (2)根据各管段的热负荷，求出各管段的流量 (3)根据G、Rpj，查附录表4-1，选择最接近Rpj的 管径。 4．确定长度压力损失 ∆Py = Rl
−8
2
Pa / m
附录4-1
管段的局部损失
∆Pj = ∑ ξ
ρv
2
2
Pa
水流过热水供暖系统管路的附件（如三 通、弯头、阀门等）的局部阻力系数可 查附录4-2。
二、当量局部阻力法和当量长度法
在实际工程设计中，为了简化计算，也有 采用所谓“当量局部阻力法 当量局部阻力法”或“当量长 当量局部阻力法 当量长 度法”进行管路的水力计算。 度法
第三节 机械循环单管热水供暖系统管路的水力计算方法和例题
• 与重力循环系统相比，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。
《供热工程》第5章热水供暖系统的水力计算
P SG2
S Aξ zh
A
900
2
1 2d
4
2
zh d
l
d
5.3.1 热水管路阻力数的计算
串联管路的阻力数
P P1 P2 P3
SchG2 S1G2 S2G2 S3G2
Sch S1 S2 S3
在串联管路中，管路的总阻力数为各串联管段阻力数之和
G1 : G2 : G3 (1/ s1)0.5 : (1/ s2 )0.5 : (1/ s3 )0.5 a1 : a2 : a3 在并联管路上，各分支管段的流量分配与其通导数成正比， 与其阻力数成反比
5.3.2 不等温降水力计算方法和步骤
不等温降水力计算方法
系统中各并联环路的温度降不必相等，而是根据并联环路 平衡要求的压力损失确定环路流量，再由流量来计算环路 的温度降，最后确定散热器面积的水力计算方法
由远及近计算其他环路
先确定计算环路的平均比摩阻Rpj
Rpj
0.5Pi l
计 是算 与环 其路 并的 联作 的用 最压 不头 利， 环路Pa的各管段的压力损失总和
根据计算的Rpj 值和各管段设计流量值，查水力计算表， 得到设计流量下各管段的管径d和实际比摩阻R值，并计 算该环路的总压力损失
较核计算环路的总压力损失与其作用压头的不平衡率
Δ ΔPi ΔHi 100% 15% ΔPi
5.2.1 异程式供暖系统的水力计算
例题
确定如图所示机械循环垂直单管顺流式热水供暖系统管路 的管径。 热媒参数：供水温度tg=95oC；th=70oC。 系统与外网连接，在用户引入口处的供回水压差为30kPa。 图中所示为系统两个支路中的一个支路，楼层高为3m。
2019最新4室内热水供暖系统的水力计算化学
分析机械循环异程式热水供暖系统的水力计算结果， 可以看出：
（1）、自然循环系统和机械循环系统虽然系统热 负荷、立管数、热媒参数、供热半径都相同但由于机 械循环系统比摩阻、循环作用压力比自然循环系统大 很多，所以机械循环系统的管径比自然循环系统小很 多。
（2）、有时机械循环异程式系统的最近立管已选 择了最小管径15mm，可仍无法与最不利环路平衡， 仍有过多的剩余压力，只能在系统初调节和运行 时．调节立管上的阀门解决这个问题。
1、最不利环路：允许比摩阻最小的环路 2、流速的限制：
民用建筑小于1.2m/s;生产厂房小于3m/s 3、局部损失的计算位置：应列在流量较
小的管段上。
第二节 计算方法和计算例题
一 、重力循环双管系统管路水力计算方法
和例题
[例题4-1] 确定重力循环双管热水供暖系统管 路的管径(见图4—1)。热媒参数：供水温度 =95℃，回水温度＝70℃。锅炉中心距底层散 热器中心距离为3m，层高为3m。
不等温降法就是在垂直单管系统中，各 立管采用不同的温降进行水力计算。它 不同于等温降法，等温降法各立管温降 相同，根据温降确定各管段流量和管径。 不等温降法先选定立管温降和管径，确 定立管流量，根据流量计算立管的实际 温降，确定所需散热器的数量，最后再 用当量阻力法确定立管的总压力损失。
一、热水管路的阻力数
每米管长的沿程损失(比摩阻)，可用流体力 学的达西．维斯巴赫公式进行计算
Re＜2320时，可按下式计算:
注： 热水供暖系统中很少遇到层流状 态，仅在自然循环热水供暖系统的 个别水流量极小、管径很小的管段 内，才会遇到层流的流动状态。
当Re＞2320时，流动呈紊流状态。在整 个紊流区中，还可以分为三个区域：
供热工程第四章室内热水供暖系统的水力计算
第三节 机械循环单管热水供暖系统 管路的水力计算方法循环室内热水供暖系统入口处 的循环作用压力已经确定，可根据入口 处的作用压力求出各循环环路的平均比 摩阻，进而确定各管段的管径。
2、如果系统入口处作用压力较高时，必然 要求环路的总压力损失也较高，这会使 系统的比摩阻、流速相应提高。
二、当量局部阻力法和当量长度法
在实际工程设计中，为了简化计算，也 有采用所谓“当量局部阻力法”或“当量长 度法”进行管路的水力计算。
当量局部阻力法(动压头法) 当量局部阻 力法的基本原理是将管段的沿程损失转变为 局部损失来计算。
当量长度法 当量长度法的基本原理是 将管段的局部损失折合为管段的沿程损失来 计算。
不等温降法在计算垂直单管系统时，
将各立管温降采用不同的数值。它是在 选定管径后，根据压力损失平衡的要求， 计算各立管流量，再根据流量计算立管 的实际温降，最后确定散热器的面积。 不等温降法有可能在设计上解决系统的 水平失调问题，但设计过程比较复杂。
第二节 重力循环双管系统管路 水力计算方法和例题
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
(2)根据各管段的热负荷，求出各管段的流量
(3)根据G、Rpj，查附录表4—1，选择最接近Rpj 的管径。选用的Rpj越大，需要的管径越小，会降
低系统的基建投资和热损失，但系统循环水泵的投 资和运行电耗会随之增加。所以需要确定一个经济 比摩阻，使得在规定的计算年限内总费用为最小。 机械循环热水供暖系统推荐选用的经济平均比摩阻 一般为60～120Pa/m。
(3)求通过底层与第二层并联环路的压降不平衡率。
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。计算结果如下：
第十四讲自然循环热水采暖系统水力计算-本讲主要内容
器支管 阀门调节
第十四讲 自然循环水暖系统水力计算
11.
供 热 工 程
确定通过立管Ⅱ各层环路各管段的管径
作为异程式双管系统的最不利循环环路是通 过最远立管Ⅰ底层散热器的环路。对与它并联的 其它立管的管径计算，同样应根据节点压力平衡 原理与该环路进行压力平衡计算确定。
① 确定通过立管Ⅱ底层散热器环路的作用压力 ② 确定通过立管Ⅱ底层散热器环路各管段的管径。两根
立管的压力损失应相等。
③ 对计算管段进行水力计算
④ 计算并联立管Ⅰ与Ⅱ的不平衡率 ⑤ 继续计算立管Ⅱ第二、三层散热器环路。
第十四讲 自然循环水暖系统水力计算
通过该双管系统水力计算结果，可以看出， 第三层的管段虽然取用了最小管径(DN15)，但
热 • g——重力加速度，g＝9.81m/s2；
工
•
H——所计算的散热器中心与锅炉中心的高差， m；
程 • g 、h 一供水和回水密度，kg／m3；
• Pf 一水外循环环路中冷却的附加作用压力，Pa。
第十四讲 自然循环水暖系统水力计算
注意：
供
通过不同立管和楼层的循环环路的
热
附加作用压力值是不同的，应按附录3-2 选定。
c) 求通过底层与第二层并联环路的压降不平 衡率
不平衡率允许范围为±15%。 正超可用支管 阀门调节。
第十四讲 自然循环水暖系统水力计算
10. 确定通过立管Ⅰ第三层散热器环路中各管 段的管径
供 ① 通过立管Ⅰ第三层散热器环路的作用压力
热
② 计算该管段的资用压力 ③ 计算该管段实际压力损失
工 ④ 不平衡率计算
供
② 根据各管段流速v，查出动压头值，依据求
热
出局部损失
第十四讲 自然循环水暖系统水力计算
11.
供 热 工 程
确定通过立管Ⅱ各层环路各管段的管径
作为异程式双管系统的最不利循环环路是通 过最远立管Ⅰ底层散热器的环路。对与它并联的 其它立管的管径计算，同样应根据节点压力平衡 原理与该环路进行压力平衡计算确定。
① 确定通过立管Ⅱ底层散热器环路的作用压力 ② 确定通过立管Ⅱ底层散热器环路各管段的管径。两根
立管的压力损失应相等。
③ 对计算管段进行水力计算
④ 计算并联立管Ⅰ与Ⅱ的不平衡率 ⑤ 继续计算立管Ⅱ第二、三层散热器环路。
第十四讲 自然循环水暖系统水力计算
通过该双管系统水力计算结果，可以看出， 第三层的管段虽然取用了最小管径(DN15)，但
热 • g——重力加速度，g＝9.81m/s2；
工
•
H——所计算的散热器中心与锅炉中心的高差， m；
程 • g 、h 一供水和回水密度，kg／m3；
• Pf 一水外循环环路中冷却的附加作用压力，Pa。
第十四讲 自然循环水暖系统水力计算
注意：
供
通过不同立管和楼层的循环环路的
热
附加作用压力值是不同的，应按附录3-2 选定。
c) 求通过底层与第二层并联环路的压降不平 衡率
不平衡率允许范围为±15%。 正超可用支管 阀门调节。
第十四讲 自然循环水暖系统水力计算
10. 确定通过立管Ⅰ第三层散热器环路中各管 段的管径
供 ① 通过立管Ⅰ第三层散热器环路的作用压力
热
② 计算该管段的资用压力 ③ 计算该管段实际压力损失
工 ④ 不平衡率计算
供
② 根据各管段流速v，查出动压头值，依据求
热
出局部损失
第四章供暖系统水力计算
第四章供暖系统水力计算
一、概述
供暖系统水力计算是指运用水力学原理和定律，根据供暖系统的结构
特性，求出供暖系统内水流动的流量(m3/h)、压力变化（MPa）以及流程
损失等水力参数。
由此来分析和设计供热系统，保证供暖系统的安全、经
济和高效的运行。
二、供暖系统水力计算方法
1、收集和组织系统水力基本参数
首先，要根据供暖系统的结构特点，收集系统内所有水力部件（如，
管路、阀门、泵、水表等）的数据，形成水力系统图，并组织系统水流、
压力变化等基本参数，形成水力系统数据表。
2、求解系统水力参数
依据水力原理，基于系统图和数据表，从系统的负荷端步步往前推算，求出每个水力部件的压力值，计算每段管路的流量和损失，从而求出系统
的水力线路结构、内泄漏量等参数，并根据此来分析和设计供热系统。
3、调整设备参数
通过计算的结果，可以比较系统各水力部件之间的压力变化，从而对
系统的设计参数进行调整，以确保系统的经济和安全。
三、水力计算软件
现在已有许多专业水力计算软件可以满足水力计算的需求，能够帮助
设计者根据给定的条件。
室内热水供暖系统的水力计算
进行第一种情况的水力计算时，可以预先求出最不 利循环环路或分支环路的平均比摩阻，即
式中 P ——最不利循环环路或分支环路的循环作用压力；
L
——最不利循环环路或分支环路的管路总长度；
a ——沿程损失约占总压力损失的估计百分数
根据Rpj及环路中各管段的流量G，可选出最接 近管径，并求出最不利循环环路或分支环路中各管 段的实际压力损失和整个环路的总压力 损失值。
计算管段 – 在管路的水力计算中，通常把管路中水流量和管径都 没有改变的一段管子称为一个计算管段。 比摩阻 – 每米管长的沿程损失 – 达西．维斯巴赫公式
R
–
d 2
2
Pa / m
式中 λ——管段的摩擦阻力系数； d——管子内径，m； v——热媒在管道内的流速，m／s； ρ——热媒的密度；kg／ms。
R 6.25108
G2 5 d
Pa / m
R=f(d,G) 附录4-1给出室内热水供暖系统的管路水力计 算表。
管段的局部损失
Pj
v 2
2
Pa
式中
–
——管段中总的局部阻力系数。
水流过热水供暖系统管路的附件(如三通、弯 头、阀门等)的局部阻力系数值，可查附录4— 2。 附录4—3给出热水供暖系统局部阻力系数 1 时的局部损失值。
室外热水网路（K=0.5mm）
– 设计都采用较高的流速(流速常大于0．5mss) – 水在热水网路中的流动状态，大多处于阻力平方区内。
5.管路热媒流速与流量的关系式
v G 3600
d
4
第四章 室内热水供暖系统的水力计算
（7）计算立管N5第一层散热器环路与第二层散热器之间的 不平衡率 “暖通规范”规定，异程式热水供暖系统各并联环路之间 （不包括共用段）的计算压力损失相对差额不应大于15％。 管段15、16与最不利环路管段①、14之间的不平衡率为
符合要求。
3．进行立管N5第三层散热器环路各管段的水力计算 （1）确定立管N5第三层散热器环路的综合作用压力ΔPZh3
串联管路 总压降
p p p2 p 1 3
2 2 2 2 Sch G S G S G S G 1 2 3
Sch S 1 S 2 S 3 在串联管路中，管路的总阻力数为各串联管段管路 阻力之和。 1 2 3
并联管路
管路总流量等于各并联管路流量之和。
图中已标出各组散热器的热负荷（W），立管编号。圆圈内 的数字表示管段号，管段号旁的数字上行的数字表示该管段 的热负荷（W），下行数字表示该管段的长度（m）。各管段 的热负荷是根据节点流量变化的规律确定的。试进行各管段 的水力计算。
[解] 1．最不利循环环路的计算
（1）选择最不利循环环路 最不利环路是各并联环路
1．沿程压力损失
(4-1) (4-2) 实际工程计算中，往往已知流量，则式（4-2）中的流 速，可以用质量流量G表示，即
G G v 2 2 d 900 d 3600 4
(4-3)
将式（4-3）代入式（4-2）中，经整理后可得 (4-4)
应用式（4-4）时应首先确定沿程阻力系数。与热媒的流 动状态和管壁的粗糙度有关，即
中允许平均比摩阻最小的一个环路。对于图示的自然循环 双管异程式系统，因所有立管上对应各层散热器的中心至 锅炉中心的垂直距离都相等，所以最不利环路就是环路总 长度最长的立管N5第一层散热器环路。该环路包括①～14 管段。 （2）确定立管N5第一层散热器环路的综合作用压力，确 定最不利环路的综合作用压力。
室内热水供暖系统水力计算
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。
室内热水供暖系统水力计算
计算步骤：
1．选择最不利环路 由图4—1可见，最不利环 路是通过立管I的最底层散热器I l(1500W)的环 路。这个环路从散热器Il顺序地经过管段①、 ②、③、④、⑤、⑥，进入锅炉，再经管段⑦、 ⑧、⑨、⑩、11 12 13 14 15 16进入散热器Ⅰ1。
因17、18管段已选用最小管径，剩余压力只能用 第三层散热器支管上的阀门消除。
室内热水供暖系统水力计算
计算步骤：
11．确定通过立管Ⅱ各层环路各管段的管径。 作为异程式双管系统的最不利循环环路是通过
最远立管I底层散热器的环路。对与它并联的 其它立管的管径计算．同样应根据节点压力平 衡原理与该环路进行压力平衡计算确定。 （1）确定通过立管Ⅱ底层散热器环路的作用 压力
室内热水供暖系统水力计算
机械循环单管热水供暖系统管路的水 力计算方法和例题
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。管道内水冷却产生的重力循环作 用压力，占机械循环总循环压力的比例 很小，可忽略不计。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。
室内热水供暖系统水力计算
室内热水供暖系统水力计算
一、热水供暖系统管路水力计算的基 本公式
在管路的水力计算中，通常把管路中水 流量和管径都没有改变的一段管子称为 一个计算管段。任何一个热水供暖系统 的管路都是由许多串联或并联的计算管 段组成的
室内热水供暖系统水力计算
二、当量局部阻力法和当量长度法
在实际工程设计中，为了简化计算，也 有采用所谓“当量局部阻力法”或“当 量长度法”进行管路的水力计算。
室内热水供暖系统水力计算
计算步骤：
1．选择最不利环路 由图4—1可见，最不利环 路是通过立管I的最底层散热器I l(1500W)的环 路。这个环路从散热器Il顺序地经过管段①、 ②、③、④、⑤、⑥，进入锅炉，再经管段⑦、 ⑧、⑨、⑩、11 12 13 14 15 16进入散热器Ⅰ1。
因17、18管段已选用最小管径，剩余压力只能用 第三层散热器支管上的阀门消除。
室内热水供暖系统水力计算
计算步骤：
11．确定通过立管Ⅱ各层环路各管段的管径。 作为异程式双管系统的最不利循环环路是通过
最远立管I底层散热器的环路。对与它并联的 其它立管的管径计算．同样应根据节点压力平 衡原理与该环路进行压力平衡计算确定。 （1）确定通过立管Ⅱ底层散热器环路的作用 压力
室内热水供暖系统水力计算
机械循环单管热水供暖系统管路的水 力计算方法和例题
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。管道内水冷却产生的重力循环作 用压力，占机械循环总循环压力的比例 很小，可忽略不计。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。
室内热水供暖系统水力计算
室内热水供暖系统水力计算
一、热水供暖系统管路水力计算的基 本公式
在管路的水力计算中，通常把管路中水 流量和管径都没有改变的一段管子称为 一个计算管段。任何一个热水供暖系统 的管路都是由许多串联或并联的计算管 段组成的
室内热水供暖系统水力计算
二、当量局部阻力法和当量长度法
在实际工程设计中，为了简化计算，也 有采用所谓“当量局部阻力法”或“当 量长度法”进行管路的水力计算。
第三章 热水供暖系统水力计算原理
第十三讲 水暖系统水力计算原理 供 热 工 程
本讲主要内容
水力计算基本公式 当量局部阻力法和当量长度法 塑料管材的水力计算 水力计算的任务和方法
第十三讲 水暖系统水力计算原理 供 热 工 程
一、水力计算基本公式
设计热水供暖系统，为了使系统中各管段 的水流量符合设计要求，以保证流进各散热器 的水流量符合要求，就要进行管路的水力计算。 当流体沿管道流动时，由于流体分子间及其 与管壁间的摩擦，就要损失能量；而当流体流 过管道的一些附件(如阀门、弯头、三通、散热 器等)时，由于流动方向或速度的改变，产生局 部旋涡和撞击，也要损失能量。前者称为沿程 损失，后者称为局部损失。
∆Pj = Σξ
ρυ 2
2
水流过热水供暖系统管路的附件的局部阻力系 数值 ξ ，可查附录4-2。 附录4-3给出热水供暖系统局部阻力系数 ∑ ξ = 1 ρυ ∆P = 时的局部损失值。即 ，表示 ∑ ξ = 1时的 2 局部压力损失，又叫动压头。
2 d
第十三讲 水暖系统水力计算原理
3、总压损失 、
第十三讲 水暖系统水力计算原理
2、等温降水力计算的方法
供 热 工 程
平均比摩阻Rpj法
υ 经济 法
推荐的平均比摩阻Rpj法（60～120Pa/m ）
第十三讲 水暖系统水力计算原理 供 热 工 程
实际设计过程中，为了平衡各并联环路的压力 损失，往往需要提高循环环路各分支管段的比 摩阻和流速，但流速过大会使管道产生噪声， 所以规范规定：最大允许的水流流速不应大于 下列数值。 民用建筑 1.2m/s 1.5m/s 生产厂房的辅助建筑 2.0m/s 生产厂房 3.0m/s 整个热水供暖系统总的计算压力损失，宜增加 10%的附加值，以此确定系统必需的循环作用 压力。
本讲主要内容
水力计算基本公式 当量局部阻力法和当量长度法 塑料管材的水力计算 水力计算的任务和方法
第十三讲 水暖系统水力计算原理 供 热 工 程
一、水力计算基本公式
设计热水供暖系统，为了使系统中各管段 的水流量符合设计要求，以保证流进各散热器 的水流量符合要求，就要进行管路的水力计算。 当流体沿管道流动时，由于流体分子间及其 与管壁间的摩擦，就要损失能量；而当流体流 过管道的一些附件(如阀门、弯头、三通、散热 器等)时，由于流动方向或速度的改变，产生局 部旋涡和撞击，也要损失能量。前者称为沿程 损失，后者称为局部损失。
∆Pj = Σξ
ρυ 2
2
水流过热水供暖系统管路的附件的局部阻力系 数值 ξ ，可查附录4-2。 附录4-3给出热水供暖系统局部阻力系数 ∑ ξ = 1 ρυ ∆P = 时的局部损失值。即 ，表示 ∑ ξ = 1时的 2 局部压力损失，又叫动压头。
2 d
第十三讲 水暖系统水力计算原理
3、总压损失 、
第十三讲 水暖系统水力计算原理
2、等温降水力计算的方法
供 热 工 程
平均比摩阻Rpj法
υ 经济 法
推荐的平均比摩阻Rpj法（60～120Pa/m ）
第十三讲 水暖系统水力计算原理 供 热 工 程
实际设计过程中，为了平衡各并联环路的压力 损失，往往需要提高循环环路各分支管段的比 摩阻和流速，但流速过大会使管道产生噪声， 所以规范规定：最大允许的水流流速不应大于 下列数值。 民用建筑 1.2m/s 1.5m/s 生产厂房的辅助建筑 2.0m/s 生产厂房 3.0m/s 整个热水供暖系统总的计算压力损失，宜增加 10%的附加值，以此确定系统必需的循环作用 压力。
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3、总压损失
总损失为各管段沿程损失和局部损失之
供 和，即
热
工
p
py pj
Rl
2
2
程
第十三讲 水暖系统水力计算原理
二、当量局部阻力法和当量长度法
供
在实际工程设计中，为了简化计算，也
热
有采用所谓“当量局部阻力法”或“当量长 度法”进行管路的水力计算。
工
程
第十三讲 水暖系统水力计算原理
热
工
式中 lzh——管段的折算长度，m。
程
当量长度法一般多用在室外热力网路的水
力计算上。
第十三讲 水暖系统水力计算原理
三、塑料管材的水力计算
供
分户计量热水供暖系统常用塑料管材， 值的 计算公式是由实验得出的，再求出R值编制成表，
热 计算时可查表5-1 p73。
第十三讲 水暖系统水力计算原理
本讲主要内容
供
水力计算基本公式
热
工
当量局部阻力法和当量长度法
程
塑料管材的水力计算
水力计算的任务和方法
第十三讲 水暖系统水力计算原理
一、水力计算基本公式
供
设计热水供暖系统，为了使系统中各管段
的水流量符合设计要求，以保证流进各散热器
热 的水流量符合要求，就要进行管路的水力计算。
第十三讲 水暖系统水力计算原理
根据过渡区范围的判别式和推荐使用的 当量绝对粗糙度K值 ,列出下表：
供 热 工 程
第十三讲 水暖系统水力计算原理
室内热水供暖系统的水流量G，通常以kg／h 表示。热媒流速与流量的关系式为：
供 热
G G
d 2
3600
900d 2
工
4
程 将上式代入达西公式可得到更方便的计算公式：
过渡区的范围，大致可用下式确定：
Re1=11或 ＝11m/s
供
Re2 =445或=445m/s
热
工
程
第十三讲 水暖系统水力计算原理
粗糙管区（阻力平方区）( )
供 热 工
粗糙管区的摩擦阻力14 2lg
d
2
K
程
对于管径等于或大于40mm的管子，用希弗林 松推荐的、更为简单的计算公式也可得出很接
供
热 p zh
2
2
9002
1 2d
4
•
2
zhG 2
A zhG 2
工
程 附录5-4列出当水的平均温度为60℃，相应水的密
度 983.248kg / m时3 ，各种不同管径的A值和 / d 值 （摩擦阻力系数取一平均值计算）。
附录5-5给出按式 p A zhG 2 编制的水力计算表。
第十三讲 水暖系统水力计算原理
供
热
f Re,
工
Re d
K
程
v
d
第十三讲 水暖系统水力计算原理
摩擦阻力系数值是用实验的方法确定的。
供
层流流动（Re）
热 工
当Re＜2320时，流动为层流状态。 64
Re
程
紊流过渡区流动(Re, )
过渡区的摩擦阻力系数值，可用洛巴耶夫公
式来计算，即
1.42
lgRe
d
2
K
第十三讲 水暖系统水力计算原理
2、当量长度法
当量长度法的基本原理是将管段的局部损失
供 折合为管段的沿程损失来计算。
热 如某一管段的总局部阻力系数为 ，设它的压 工 力损失相当于流经管段ld米长度的沿程损失，则
程
2
2
Rl d
d ld
2
2
第十三讲 水暖系统水力计算原理
水力计算基本公式，可表示为：
供
P Rl Pj R(l ld ) Rl zh
第十三讲 水暖系统水力计算原理
2、局部损失
管段的局部损失，可按下式计算：
供 热
Pj
2
2
工 水流过热水供暖系统管路的附件的局部阻力系
数值 ，可查附录5-2。
程
附录5-3给出热水供暖系统局部阻力系数 1
时的局部损失值。即
Pd
2
2
，表示
1时的
局部压力损失，又叫动压头。
第十三讲 水暖系统水力计算原理
工
当流体沿管道流动时，由于流体分子间及其
与管壁间的摩擦，就要损失能量；而当流体流
程 过管道的一些附件(如阀门、弯头、三通、散热
器等)时，由于流动方向或速度的改变，产生局
部旋涡和撞击，也要损失能量。前者称为沿程
损失，后者称为局部损失。
第十三讲 水暖系统水力计算原理
热水供暖系统中计算管段的压力损失，可用
在工程设计中，对常用的垂直单管顺流式
系统，由于整根立管与干管、支管以及支管与
供 散热器的连接方式，在施工规范中都规定了标
热 准的连接图式；
工
因此，为了简化立管的水力计算，也可 以将由许多管段组成的立管视为一根管段，根
程 据不同情况，给出整根立管的值。其编制方法
和数值可见附录5-6和附录5-7。
第十三讲 水暖系统水力计算原理
近的数值：
0.11
K
0.25
d
第十三讲 水暖系统水力计算原理
管壁的当量绝对粗糙度K值与管子的使用情
供 况（流体对管壁腐蚀和沉积水垢等状况）和管 热 子的使用时间等因素有关。
工
对于热水供暖系统，根据运行实践积累的资
程
料，推荐采用下列数值： 对室内热水供暖系统管路 K=0.2mm
对室外热水管网
K=0.5mm
供 下式表示：
热
ΔP＝ΔPy+ΔPi＝Rl+ΔPi
Pa
工
程
式中 ΔP——计算管段的压力损失，Pa；
ΔPy——计算管段的沿程损失，Pa；
ΔPi——计算管段的局部损失，Pa；
R——每米管长的沿程损失，Pa ／m；
l——管段长度，m。
第十三讲 水暖系统水力计算原理
1、沿程损失
供
在管路的水力计算中，通常把管路中水流量 和管径都没有改变的一段管子称为一个计算管段。
热
任何一个热水供暖系统的管路都是由许多串
工 联或并联的计算管段组成的。
程
第十三讲 水暖系统水力计算原理
每米管长的沿程损失(比摩阻)，可用
流体力学的达西．维斯巴赫公式进行计
供 算。
热
2
R
工
d2
程
第十三讲 水暖系统水力计算原理
热媒在管内流动的摩擦阻力系数值取决于
管内热媒的流动状态和管壁的粗糙程度，即：
R 0.625 10 8 G 2 d5
第十三讲 水暖系统水力计算原理
在给定某一水温和流动状态下，上式 的 和 值是已知值，管路水力计算基本公式可以
供 表示为 R f d,G 的函数式。只要已知R、G、d 热 中任意两数，就可确定第三个数值。
工
附录5-1给出室内热水供暖系统的管路水
程 力计算表。
1、当量局部阻力法
当量局部阻力法的基本原理是将管段的沿程
供 损失转变为局部损失来计算。
热 设管段的沿程损失相当于某一局部损失Pj，则
工 程
Pj
d
2
2
d
l
2
2
计算管段的总压可写为：
p
py
pj
d
2
2
2
2
d
2
2
zh
2
2
第十三讲 水暖系统水力计算原理
若已知管段的水流量G时，该管段的总压
力损失可改写为：