第五章热水系统设计与计算

第五章 热水系统设计与计算
5.1 热水系统选择
5.1.1 热水供应系统选择 建筑热水供应系统按热水供应围的大小，可分为集中热水供应系统、局部热
水供应系统和区域热水供应系统。热水供应系统类型的选择，应根据使用要求、 耗热量、用水点分布、热源种类等因素确定。综合考虑，本设计中采用集中热水 供应方式。 5.1.2 热水供应方式确定
814.73
0.01
循环流量 Qx/（L/s）
0.01 0.09
357.91 1227.73 1458.36
0.01 0.01 0.11
399.46 1263.07 3264.67
0.02 0.02 0.12
温度差 ∆t/℃ 40.33 40.61 40.93
热损失 QS/ （kJ/h）
191.98 193.32 246.03
图 5-1 热水管网水力计算草图
计算管段 编号
设计秒流量 q（L/s）
表 5-3 热水管网最不利点水力计算
管径 DN/mm
流速 v （m/s）
每米管长沿 程水头损失 i/(kPa/m)
管段长度 L/m
1—2
0.24
25
0.49
0.35
3.6
2—3
0.48
32
0.60
0.38
3.6
3—4
0.72
32
平均水温 tm/℃ 60.10 60.33 60.58 60.84 61.09 61.40 61.22 61.95 62.10 63.71
空气温度 tj/℃ 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20
温度差 ∆t/℃ 40.10 40.33 40.58 40.84 41.09 41.40 41.22 41.95 42.10 43.71
0.90
0.80
3.6
4—5
0.96
32
1.19
1.36
3.6
5—6
1.20
32
1.49
2.05
3.6
6—7
1.44
32
1.79
2.87
3.6
表 5-3 热水管网最不利点水力计算
计算管段 编号
7—8 8—9
设计秒流量 q（L/s）
2.28 3.72
管径 DN/mm
80 80
流速 v （m/s）
0.45 0.74
4.88 7.38 10.34
10.45 17.83 28.16
（续）
管段水头损 失/kPa
0.72 3.47
管段水头损 失累计 /kPa 28.88 32.35
0.81 3.93 6.91
33.16 37.09 44.00
5.5.2 热水回水管网水力计算
计算各管段的终点水温，可按面积比温降方法计算。计算管路的面积比温降 为：其中 F 为计算管路配水官网的管道展开面积，计算 F 时，立管均按无保温 层考虑，干管均按 25mm 保温层厚度取值。
详细计算见下表 5-4：
节点 1 2 3 4 5 6 7
8
管道编号
1—2
2—3
3—4
4—5
5—6
6—7
5'—7 1-5' 7—8
6''-8 1-6'' 8—9
管长 L/m
管径 DN/mm
3.6
25
3.6
32
3.6
32
3.6
32
3.6
32
5.1
32
7.1
32
4.0
80
4.7
32
14.6
80
表 5-4 热水配水管网热损失及其循环流量计算
节点水温 /℃
61.47
61.82
62.33
61.29
平均水温 tm/℃ 61.65 62.08
20
空气温度 tj/℃ 20 20
41.29
温度差 ∆t/℃ 41.65 42.08
248.17 （续） 热损失 QS/ （kJ/h）
250.31
358.28
循环压力损失计算见表 5-7：
管道
配水管 段
热水系统采用的管材和管件，应符合现行产品标准的要求。管道的工作压力 和工作温度不得大于产品标准标定的允许工作压力和工作温度。
热水管道应选用耐腐蚀和安装连接方便可靠的管材，可采用薄壁铜管、薄壁 不锈钢管、塑料热水管、塑料和金属复合热水管等。
本设计中采用明设塑料热水管，并设置防撞击的保护措施。
5.4 热水系统水力计算
0.7 65.84
0.7 计算详见侧立管计算表
0.7 67.17
0.7 计算详见侧立管计算表
0.7 70.00
平均水温 tm/℃ 65.47 65.61 66.51 66.91 68.58
空气温度 tj/℃ 20 20 20 20 20
温度差 ∆t/℃ 45.47 45.61 46.51 46.91 48.58
热水管道的布置按热水流向分为上行下给和下行上给两种形式。根据《建筑 给水排水设计规》GB 50015—2009 规定根据生活给水管道的布置形式和相关 规要求，确定下、上区热水管道的布置形式为均为下行上给式。另外，热水管道 的布置按循环管路水流路径可分为异程和等程两种。规要求循环管道应采用同程 布置方式，并设循环泵机械循环。
9
节点 10
11
12 节点 1'' 2'' 3''
6'''—9
管道编号 1-6''' 9—10
6'''’—10 1-6'''' 10—11
5'''''—11 1-5''''' 11—12
管道编号
1''-2'' 2''-3'' 3''-4''
4.7
32
管长 L/m
管径 DN/mm
4.0
80
4.7
32
5.4.1 设计小时耗热量计算 本设计中公寓采用定时热水供应系统，其设计小时耗热量应按下式计算：
式中 Qh——设计小时耗热量，kJ/h； C——水的比热，C=4.187kJ/（kg•℃）; Tr——热水温度，Tr=40℃; Tl——冷水温度，按规中表格取； ρ——热水密度，kg/L； n0——同类型卫生器具数； b——卫生器具同时用水百分数，按 100%算。 qh——卫生器具小时用水定额，L/h。
7.0
80
5.1
32
15.0
80
管长 L/m
管径 DN/mm
3.6
25
3.6
25
3.6
32
42.3
65.09
0.7
64.86
20
44.86
表 5-4 热水配水管网热损失及其循环流量计算
外径 DN/mm
113.5 42.3 113.5 42.3 113.5
节点水温 保温系数 η
/℃ 计算详见侧立管计算表
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 来确定配水管网的管径，并计算其水头损失值。
（1）设计计算依据
热水配水管网水力计算中，设计秒流量公式与给水管网计算相同，设计采用
下式计算：
qg 0.2 Ng
（3.8）
热水管道流速宜按表 5-2 选用。热水管径不宜小于 20mm。热水管网的局
热损失 QS/ （kJ/h）
循环流量 Qx/（L/s）
190.89
0.03
242.40
0.03
243.92
0.03
245.45
0.03
246.97
0.03
352.48
0.03
488.67 916.12 751.78
0.03 0.03 0.05
330.34 1130.90 2858.88
0.02 0.02Hale Waihona Puke Baidu0.08
表 5-5 立管 4 热损失计算表
外径 DN/mm
33.5 33.5 42.3
保温系数 η 0.7 0.7 0.7
节点水温 /℃
60.19
60.47
60.75
平均水温 tm/℃ 60.33 60.61 60.93
空气温度 tj/℃ 20 20 20
351.99 (续)
热损失 QS/ （kJ/h） 1206.91
故本设计中建筑热水管道的布置采取下行上给的同程式布置。 5.3.2 热水管道的敷设
本次设计中热水管道布置高度统一取 1.3 米，当要穿门时布置高度取 2.5 米。热给水管埋地深度 0.4 米，户外热水管做好保温措施，坡度取 0.003。热 回水管与热给水管布置方式相同，底层横干管埋深 0.7 米。 5.3.4 热水管道管材选择
外径 DN/mm
33.5 42.3 42.3 42.3 42.3 42.3 42.3 113.5 42.3 113.5
节点水温 保温系数 η
/℃ 60.00 0.7 60.20 0.7 60.46 0.7 60.71 0.7 60.96 0.7 61.22 0.7 61.58 0.7 计算详见侧立管计算表 0.7 62.33 0.7 计算详见侧立管计算表 0.7
Qg
Qh
Vr T
(tr
tl )cr
式中 Qg——容积式水加热器的设计小时供热量，kJ/h；
Qh——设计小时耗热量，kJ/h；
η——有效贮热容积系数，容积式水加热器 η=0.7~0.8；
c——水的比热容，c=4.187kj/（kg·℃）
V——总贮热容积，L；
5.5 热水管网水力计算
热水管网的水力计算的容是计算配水管网和回水管网的流量、循环流量、确 定管径和水头损失，从而选择加压设备，复核生活冷水或热水高位水箱高度。 5.5.1 配水管网水力计算
5.4.2 设计小时热水量计算 设计小时热水量按下式计算：
式中 Qh——设计小时耗热量，kJ/h； qrh——设计小时热水量，L/h；
tr——设计热水温度，℃； tl——设计冷水温度，℃ c——水的比热容，c=4.187kJ/（kg·℃）; ρr——热水密度，kg/L。
5.4.3 容积式水加热器设计小时供热量计算
每米管长沿 程水头损失 i/(kPa/m)
0.08 0.19
管段长度 L/m
9.3 18.1
9—10
5.16
80
1.03
0.35
2.3
10—11
6.60
80
1.31
0.55
7.1
11—12
7.44
80
1.48
0.69
10
管段水头损 失/kPa
管段水头损 失累计 /kPa
1.25 1.35 2.87
1.35 2.70 5.57
表 5-4 循环压力损失计算表
循环流量
0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.04 0.06 0.08 0.09 0.10 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.04 0.06 0.08 0.09 0.10
管径
0.025 0.032 0.032 0.032 0.032 0.032 0.08 0.08 0.08 0.08 0.08 0.02 0.025 0.025 0.025 0.025 0.025 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05
按设计草图所示，配水管网计算管路的 F 为 F=45 × 0.1135 × 3.14+19.5 × 0.0423 × 3.14+3.6 × 0.035 × 3.14=19.0m2
配水管网各管段热损失 Qs 按下式计算：
式中 QS——计算管段热损失（kJ/h）； D——计算管段外径（m）； L——计算管段长度（m）； K——无保温时管道的传热系数； η——保温系数，取 0.7；
5.2 热水供应系统组成
热水供应系统的组成因建筑类型和规模、热源情况、用水要求、加热和储存 设备的供应情况、建筑对美观和安静的要求等不同情况而异。典型的集中热水供 应系统主要由热媒系统、热水供应系统、附件三部分组成。
5.3 热水管道的布置与敷设
热水管道的布置与敷设除了应满足给(冷)水管布置敷设的要求外，还应注意 由于水温高带来的体积膨胀、管道伸缩补偿、保温、排气等问题。 5.3.1 热水管道的布置
部水头损失一般可按沿程水头损失的 25%~30%估算。
公称直径(mm) 流速(m/s)
表 5-2 热水管道流速 15～20 ≤0.8
25～40 ≤1.0
≥50 ≤1.2
回水管网不配水，仅通过用以补偿配水管热损失的循环流量，故其水头损失
的计算是在循环流量求解后进行。
配水管网设计草图如图 5-1：
经过计算结果如下表
本设计中采用间接加热方式，加热设备选用导流型容积式水加热器，热水管 网采用半循环方式，打开配水龙头时只需放掉热水支管中少量的存水，就能获得 规定水温的热水。并采用开式热水供水方式，即在所有配水点关闭后，系统的水 仍与大气相通。该方式一般在管网顶部设有高位冷水箱和膨胀管或高位开式加热 水箱。为了保证良好的循环效果，采用同程式循环系统。
4''
4''-5''
3.6
32
节点 5'' 6'' 8
管道编号
管长 L/m
管径 DN/mm
5''-6''
3.6
32
6''-8
5.1
32
注：立管 1，2，3，5 计算同立管 3，4 这里不再详细说明。
42.3
61.11 0.7
表 5-5 立管 4 热损失计算表
外径 DN/mm
42.3
42.3
保温系数 η 0.7 0.7
相应回 水管道
管段编号 m
1—2 2—3 3—4 4—5 5—6 6—7 7—8 8—9 9—10 10—11 11—12 1—2 2—3 3—4 4—5 5—6 6—7 7—8 8—9 9—10 10—11 11—12
管长 mm
3.6 3.6 3.6 3.6 3.6 5.1 4.0 14.6 4.0 7.0 15.0 3.6 3.6 3.6 3.6 3.6 5.1 4.0 14.6 4.0 7.0 16.5