室内热水供暖系统的水力计算

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算。 • 设管段的沿程损失相当于某一局部损失Pｊ，则
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任务一热水供暖系统管路水力计算的基本原理
• 计算管段的总压力损失可写成： •令 •则 • 将式（４-３）带入式（４-１３）中，则有
• 则管段的总压力损失为
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任务一热水供暖系统管路水力计算的基本原理
• 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折合为管段的沿程损失来
• 跨越式热水供暖系统中，由于一部分直接经跨越管流入下层散热器，散热器的进流系数α 取决于散热器支管、立管，跨越管管径的组合情况和立管中的流量、流速情况，进流系数可查图４-３确定。
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任务二热水供暖系统水力计算的任务和方法
• ２. 不等温降法水力计算 • 不等温降法水力计算是指在单管系统中各立管的温降不相等的前提下
• 一、热水供暖系统水力计算的任务
• （１）已知各管段的流量和循环作用压力，确定各管段管径。常用于工程设计。
• （２）已知各管段的流量和管径，确定系统所需的循环作用压力。常用于校核计算。
• （３）已知各管段管径和该管段的允许压降，确定该管段的流量。常用于校核计算。
• 二、水力计算方法
• 热水供暖系统水力计算方法有等温降法和不等温降法。
• 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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任务二热水供暖系统水力计算的任务和方法
• 《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
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任务一热水供暖系统管路水力计算的基本原理
• 考虑到分、集水器和阀门等的局部阻力，盘管管路的总阻力可在沿程阻力的基础上附加１０％~ ２０％。一般盘管管路的阻力为２０~ ５０ｋＰａ。
• 附录４-６给出了地板供暖常用塑料管水力计算表。
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任务二热水供暖系统水力计算的任务和方法
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任务一热水供暖系统管路水力计算的基本原理
• １. 沿程压力损失 • 根据达西公式，沿程压力损失可用下式计算：
• 单位长度的沿程压力损失，即比摩阻R的计算公式为
• 实际工程计算中，已知流量，则公式（４-２）中的流速v可用质量流量G表示：
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任务一热水供暖系统管路水力计算的基本原理
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任务三自然循环双管系统管路水力计算方法
• 如上所述，自然循环双管系统通过散热器环路的循环作用压力的计算公式为
• 应注意：通过不同立管和楼层的循环环路的附加作用压力犘ｆ值是不同的，应按附录４-９选定。
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任务四机械循环单管热水供暖系统管路的水力计算方法
• 在机械循环系统中，循环压力主要是由水泵提供，同时也存在着自然循环作用压力。管道内水冷却产生的自然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。
项目四室内热水供暖系统的水力计算
• 任务一热水供暖系统管路水力计算的基本原理
• 任务二热水供暖系统水力计算的任务和方法 • 任务三自然循环双管系统管路水力计算方法 • 任务四机械循环单管热水供暖系统管路的水
力计算方法 • 任务五机械循环同程式热水供暖系统管路的
水力计算方法
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任务一热水供暖系统管路水力计算的基本原理
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任务四机械循环单管热水供暖系统管路的水力计算方法
• 自然循环作用压力可按设计工况下最大值的２／３计算（约相应于供暖平均水温下的作用压力值）。
• 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。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，各并联环路的压力损失难以平衡，所以，常用控制Rｐｊ值的方法，按 Rｐｊ＝６０~１２０Ｐａ／ｍ选取管径。剩余的资用循环压力，由入口处的调压装置节流。
决于管壁的相对粗糙度K／d。 • 粗糙管区的摩擦阻力系数λ值，可用尼古拉兹公式计算：
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任务一热水供暖系统管路水力计算的基本原理
• 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近的数值：
• 此外，还有适合用于计算整个紊流区的摩擦阻力系数λ 值的统一的公式。可参考有关资料。
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任务五机械循环同程式热水供暖系统管路的水力计算方法
• 同程式系统的特点是通过各个并联环路的总长度都相等。在供暖半径较大（一般超过５０ｍ以上）的室内热水供暖系统中，同程式系统得到较普遍的应用。
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任务二热水供暖系统水力计算的任务和方法
• 根据该立管的流量，选用R（或v）值，确定最远立管管径和环路末端供水、回水干管的管径及相应的压力损失值。
• （２）确定环路最末端的第二根立管的管径。该立管与上述管段为并联管路。根据已知节点的压力损失p，选定该立管管径，从而确定通过环路最末端的第二根立管的计算流量及其计算温度降。
• 将式（４-３）代入式（４-２）中，整理后得 • 式（４-４）中的管段的沿程阻力系数λ，与热媒的流动状态和管壁的
粗糙度有关，即
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任务一热水供暖系统管路水力计算的基本原理
• 管壁的当量绝对粗糙度K值与管子的使用状况（如腐蚀结垢程度和使用等因素）有关，根据运行实践积累的资料，对室内使用钢管的热水供暖系统可采用K＝０．２ｍｍ，室外热水供热系统可取K＝０．５ｍｍ。
• 一般情况下，室内热水供暖系统的流动状态几乎都处于紊流过渡区，室外热水供暖系统的流动状态大多处于紊流粗糙区。
• 如果水温和流动状态一定，室内外热水管路就可以利用相应公式计算沿程阻力系数λ值。
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任务一热水供暖系统管路水力计算的基本原理
• ２. 局部压力损失 • 管段的局部压力损失可按下式计算：
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任务二热水供暖系统水力计算的任务和方法
• 如果系统的循环作用压力暂无法确定，平均比摩阻Rｐｊ无法计算；或入口处供、回水压力差较大时，平均比摩阻Rｐｊ过大，会使管内流速过高，系统中各环路难以平衡。出现上述情况时，对机械循环热水供暖系统可选用经济平均比摩阻Rｐｊ＝６０ ~１２０Ｐａ／ｍ来确定管径。剩余的资用循环压力由入口处的调压装置节流。
• 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Biblioteka Baidu。
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任务一热水供暖系统管路水力计算的基本原理
• 在热水供暖系统中很少处于层流区，仅在自然循环热水供暖系统中个别管径很小、流速很小的管段内，才会遇到层流状态。
• （２）紊流流动。 • １）紊流光滑区。摩擦阻力系数λ 只与Re有关，与K／d无关。可用
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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
• （３）按照上述方法，由远至近，依次确定出该环路上供水、回水干管各管段的管径及其相应压力损失以及各立管的管径、计算流量和计算温度降。
• （４）系统中有多个分支循环环路时，按上述方法计算各个分支循环环路。
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任务二热水供暖系统水力计算的任务和方法
• 计算得出的各循环环路在节点压力平衡状况下的流量总和，一般都不会等于设计要求的总流量，需要根据并联环路流量分配和压降变化的规律，对初步计算出的各循环环路的流量、温降和压降进行调整。最后，确定各立管散热器所需的面积。
径，确定该管径下管段的实际比摩阻R和实际流速v。
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任务二热水供暖系统水力计算的任务和方法
• （４）确定各管段的压力损失，进而确定系统总的压力损失。 • 应用等温降法进行水力计算时应注意： • １）如果系统未知循环作用压力，可在总压力损失之上附加１０％确
定。 • ２）各并联循环环路应尽量做到阻力平衡，以保证各环路分配的流量
进行水力计算。它以并联环路节点压力平衡的基本原理进行水力计算，这种计算方法对各立管之间的流量分配完全遵守并联环路节点压力平衡的流体力学规律，能使设计工况与实际工况基本一致。 • 进行室内热水供暖系统不等温降的水力计算时，一般从系统环路的最远立管开始。 • （１）首先，任意给定最远立管的温降。一般按设计温降增加２℃ ~ ５℃，由此求出最远立管的计算流量Gｊ。
• 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。
符合设计要求。 • ３）散热器的进流系数。 • 在单管顺流式热水供暖系统中，如图４-１所示，两组散热器并联在
立管上，立管流量经三通分配至各组散热器。
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任务二热水供暖系统水力计算的任务和方法
• 流进散热器的流量Gｓ与立管流量Gl的比值，称为散热器的进流系数 α，即
• 在垂直顺流式热水供暖系统中，当散热器单侧连接时，进流系数α＝１．０；当散热器双侧连接时，如果两侧散热器支管管径、长度和局部阻力系数都相等，则进流系数α＝０．５；如果散热器支管管径、长度和局部阻力系数不相等，则进流系数可查图４-２确定。
• 一、基本公式
• 当流体沿管道流动时，流体分子之间及其与管壁之间的摩擦的存在，产生流动阻力。流体流动要克服流动阻力产生的能量损失，能量损失有沿程压力损失和局部压力损失两种形式。
• 沿程压力损失是由于管壁的粗糙度和流体黏滞性的共同影响，在管段全长上产生的损失。
• 局部压力损失是流体流过管道的局部附件（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而引起的损失。
布拉修斯公式计算，即
• ２）紊流过渡区。流动状态从水力光滑管区过渡到粗糙区（阻力平方区）的一个区域称为过渡区。
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任务一热水供暖系统管路水力计算的基本原理
• 过渡区的摩擦阻力系数λ值，可用洛巴耶夫公式来计算，即
• 摩擦阻力系数λ不仅与Re有关，还与K／d有关。 • ３）粗糙管区（阻力平方区）。在此区域内，摩擦阻力系数λ 值仅取
计算。 • 如某一管段的总局部阻力系数为Σξ，设它的压力损失相当于流经管段
lｄ（ｍ）长度的沿程损失，则
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任务一热水供暖系统管路水力计算的基本原理
• 管段的总压力损失可表示为
• 当量长度法一般多用在室外热力网路的水力计算上。
• 三、塑料管材的水力计算原理
• 低温热水供暖系统常用塑料管材。由于塑料管内壁的粗糙度在０．０００７ｍ左右，内壁比较平滑，而每个盘管的水量基本为０．１５ ~ １．０ｍ３／ｈ，盘管的水力工况在水力光滑区内，其λ值按布拉修斯公式计算。
• ３. 总压力损失 • 各个管段的总压力损失应等于该管段的沿程压力损失与局部压力损失
之和。即
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任务一热水供暖系统管路水力计算的基本原理
• 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，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。
• 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损失转变为局部损失来计