本文是应网友要求制作的教育课件。
热水管网水力计算是在热水供应系统布置、热水管网系统图绘制和供热设备选择后进行的。
水力计算的目的是:
计算第一循环管网(热媒管网)的管径和相应的水头损失；
计算二次循环管网(配水管网和回水管网)的设计二次流量、循环流量、管径和水头损失；
确定循环方式，选择热水管网所需的各种设备及附件，如循环水泵、疏水阀、膨胀设施等。
第一循环管网水力计算:
1.热介质是热水:
当热水用作热介质时，热介质流量G根据公式(8-8)计算。
热媒循环管道中配水和回水管的管径应根据热媒流量G和热水管道的允许流量查热水管道水力计算表确定，并据此计算管道的总水头损失Hh。热水管的流量应按表8-45选择。
当锅炉与热水器或蓄水池相连时，如图8-12所示:
热媒管网中热水的自然循环压力值Hzr按公式(8-35)计算:
式中:Hzr——热水自然循环压力，pa；
δ ——锅炉中心与热水器盘管中心或水箱中心之间的垂直高度，m；
P1——锅炉排放物的密度，千克/立方米；
P2 ——热水器或蓄水池的出水密度，kg/m3。
当hzr > hh时，可以形成自然循环。为确保可靠运行，一般要求(8-36):
当Hzr不满足上式要求时，应采用机械循环，并用循环水泵强制循环。循环水泵的流量和扬程应略大于理论计算值，以保证循环可靠。
2.加热介质是高压蒸汽；
当高压蒸汽用作热介质时，热介质流量G根据公式(8-6)或(8-7)确定。
热媒蒸汽管道的管径和水头损失一般是根据允许流量和相应的比压降来确定的。高压蒸汽管道的常用流量见表8-13。
热媒蒸汽管管径确定后，冷凝水管管径也要合理确定。
第二循环管网水力计算:
1.给水管网的水力计算
给水管网水力计算的目的是根据各配水断面的设计秒流量和允许流量确定给水管网的管径，并计算其水头损失值。
(1)热水管网的设计秒流量可根据生活给水(冷水系统)的设计秒流量公式计算。
(2)卫生洁具热水供应的额定流量、当量、支管直径和最低工作压力与给水相同。
(3)热水管道的流量应按表8-12选择。
(4)热水管网水头损失的计算
热水管网单位长度水头损失和局部水头损失的计算方法和公式与冷水管相同，但热水管的计算内径dj应考虑引起结垢和腐蚀的因素，以减小过水截面。结垢导致的管径减小见表8-14。
热水管道的水力计算应根据所采用的热水管道材料，选用相应的热水管道水力计算图表或公式进行计算。使用时应注意水力计算图表的使用条件。当项目使用条件与制表条件不一致时，应根据相关规定进行相应修改。
1)当热水管采用交联聚乙烯(PE-X)管时，管道的水力坡度可按公式(8-37)计算:
式中:I——管道水力坡度，kPa/m或0.1 mh2o/m；
q——管道中的设计流量，m3/s；
DJ——管道的计算内径，m
当水温为60℃时，可根据图8-3中的PE-X管水力计算图选择管径。
如果水温高于或低于60℃，可根据表8-15进行修正。
2)当热水管采用聚丙烯(PP-R)管时，水头损失的计算公式如下:
式中:HF为管道沿线的水头损失，m；
λ-沿途阻力系数；
l-管道长度，m；
DJ——管道的计算内径，m；
V ——管道内水流的平均速度，m/s；
g——重力加速度，m/s2，一般取9.81m/s2。
设计时可按公式(8-38)计算或参考附录8-1和8-2计算。
2.回水管网的水力计算
回水管网水力计算的目的是确定回水管网的管径。
回水管网不配水，只通过循环流动来补偿配水管的热损失。回水管网各段管径应根据管内循环流量计算确定。初步设计见表8-16。
为保证各立管的循环效果，尽量减少主管的水头损失，热水分配主管和回水主管的直径不宜改变，可根据其对应的最大直径确定。
3.机械循环管网的计算
由于二次循环管网流程长、管网大，一般采用机械循环来保证系统中热水循环的效果。机械循环分为全时热水供应系统和定时热水供应系统。
机械循环管网水力计算的目的是确定最不利的循环管，即计算循环管网中循环管、配水管和回水管的管径，其主要目的是选择循环水泵。
(1)全天热水供应系统热水管网计算
计算方法和步骤如下:
1)计算各管段的终点水温，可按以下面积比温降法计算:
式中:δt——给水管网中计算管道的面积比温降，℃/ m2；
δ—管网中计算管道起点和终点的水温差，根据系统的大小确定。一般δt = 5 ~ 10℃；
f——计算管道配水管网的总表面积，m2；
σ ——计算管段末端前配水管网的总表面积，m2。
TC——计算管段起始水温，℃;
tz——计算管段的终点水温，℃。
2)计算给水管网各管段的热损失，公式(8-41)如下:
式中:QS——计算管段的热损失，w；
D—计算管段的外径，m；
l——计算管段长度，m；
k——不保温管道的传热系数，w/(m2·℃)；
—保温系数，不保温=0，简单保温=0.6，保温较好= 0.7 ~ 0.8；
Tc、tz——同式(8-40)；
Tj——计算管段周围的空气体温度，℃,可根据表8-17确定。
3)计算给水管网的总热损失。
将各管段的热损失相加，即可得到配水管网的总热损失，即:
在初步设计中，也可按设计小时耗热量的3%~5%估算。上限和下限可以根据系统的大小来确定:系统服务范围大，配水管路长，可以取上限；反之，取下限。
4)计算总循环流量。
Qs求解的目的是计算管网的循环流量。当用水量较低时，循环流量用于补偿水分配网络周围的热量损失。在管网中保持循环流动，不断给管网补充热量，保证各配水点的水温。管网热损失只计算配水管网的热损失。
将Qs代入公式(8-42)求解热水供应系统全天总循环流量qx:
(8-42)
式中:qx——热水供应系统全天的总循环流量，L/s
QS——给水管网的热损失，w；
c——水的比热，c = 4187j/(kg·℃)；
△T—同式(8-39)，其值取决于系统的大小；
pr——热水密度，千克/升；
5)计算循环管道各段的循环流量。
在qx确定后，循环流量可以从热水器后的第一个节点分配。以图8.4.3为例，通过管段I的循环流量q1x为qx。为补偿整个配水管网的热损失，流入节点1的流量q1x用于补偿1点后各管段的热损失，即qAS+qBS+qCS+qⅱS+qⅲS，q1x流入管段A和管段II，其循环流量分别为qAx和qⅱx。根据节点流量守恒原理:q1x=q1x，qiix = qiix-qax。ⅱ x补偿管段ⅱ、ⅲ、B、C的热损失，即Qⅱ s+Qⅲ s+QBS+QCS，qAx补偿管段a的热损失qAS
根据与热损失成正比的循环流量和热平衡关系，可由下式确定:
(8-43a)
流入节点2的流量q2x用于补偿2点后各管段的热损失，即qⅲS+qBS+QCS。q2x流入B管段和III管段，其循环流量分别为qBx和qⅲx。根据节点流量守恒原理:q2x = q2x，q2x = q2x-qbx。q x补偿管段iii和c的热损失，即q ⅲ s+QCS，qBx补偿管段B的热损失qBS..同样地:
式中:t ' z——各管段的末端水温，℃;
TC——各管段起点处的水温，℃;
QS——每个管段的热损失，w；
q ' x——每个管段的循环流量，升/秒；
c——水的比热，c = 4187j/(kg·℃)；
Pr—热水密度，千克/升
如果计算结果与原确定温度相差较大，则应将公式(8-40)和公式(8-44)的计算结果作为各管段的终点水温，并重新计算上述2)~6)。
7)计算循环管网的总水头损失，公式如下:
(8-45)
式中:H——循环管网的总水头损失，kPa；
HP——循环流量计算管道通过配水的沿途和局部水头损失，kPa；
hx——回水计算管道中循环水流的沿程和局部水头损失，kPa；
HJ——通过热水器的循环流量的水头损失，kPa。
容积式热水器、分流式容积式热水器、半容积式热水器和加热水箱，由于容器内被加热水的流速一般较低(v≯0.1m/s)，过程较短，所以水头损失很小，在热水系统中可以忽略不计。
对于快速热水器，加热的水流量大，过程长，水头损失应按沿途和局部水头损失之和计算，即:
(8-46)
式中:△H——快速热水器中热水的水头损失，kPa；
λ——管道沿线的阻力系数；
l——加热水的流动长度，m；
DJ——传热管的计算管径，m；
—局部阻力系数，参考图8-6，按表8-18选取；
v——加热水的流量，m/s；
g——重力加速度，m/s2，一般取9.81m/s2。
循环管道的配水管和回水管的局部水头损失可按沿途水头损失的20%~30%估算。
8)选择循环水泵。
热水循环泵一般安装在回水干管末端，应选用热水循环泵。泵壳的工作压力不应小于它所承受的静水压力加上泵压头。循环水泵应为设备泵，交替运行。
循环水泵的流量:
(8-47)
式中:QB为循环水泵的流量，L/s；
Q ——热水供应系统全天的总循环流量，l/s
循环水泵扬程:
(8-48)
式中:Hb——循环水泵的扬程，kPa；
Hp、Hx、Hj—与公式(8-45)相同。
(2)定时热水供应系统的机械循环管网计算
定时热水供应系统中的大多数循环泵在供应热水前半小时开始运行，直到水被加热到规定的温度，循环泵才停止工作。由于定时供应热水时水的浓度，不考虑热水循环，关闭循环水泵。
定时热水供应系统热水循环流量的计算由循环管网每小时水循环次数决定，一般为2~4次，系统较大时取下限；反之，取上限。
循环泵的出水量为热水循环流量；
(8-49)
式中:QB为循环水泵的流量，L/h；
v——热水循环管网系统的水量，不包括无回水管和加热设备的管段体积，l；
循环水泵扬程的计算公式同(8-48)。
4.自然循环热水管网的计算
在小型建筑或楼层少的建筑中，有时采用自然循环热水供应。
自然循环热水管网的计算方法和程序与机械循环大致相同，首先要像上面所说的那样计算总热损失、总循环流量、各管段循环流量和管网循环水头损失。
但在计算循环管网的总水头损失后，检查系统的自然循环压力值是否满足要求。由于热水循环管网有上送和下送两种方式，自然循环压力的计算公式不同。
(1)上下游管网(见图8-7(a))可按公式(8-50)计算:
式中，Hzr——上下游管网的自然循环压力，pa；
h——锅炉或热水器中心与上游水平干管中点之间的高度差，m；
ρ——最远立管中热水的平均密度，kg/m3；
ρ——主配水立管中热水的平均密度，kg/m3；
(2)上下给水管网(见图8-7(b))可按公式(8-51)计算:
(8-51)
式中:Hzr——下饲管网自然循环压力，pa；
δ’——锅炉或热水器中心到立管顶部的高差，m；
δh1—从锅炉或热水器中心到水平配水总管中心的垂直距离，m；
ρ5、ρ6——最远回水立管和配水立管中热水的平均密度，kg/m3；
ρ7、ρ 8 ——水平干管回水立管和配水立管截面上热水的平均密度，kg/m3。
当管网循环水压力hzr≥1.35h时，管网能安全可靠地自然循环，h为循环管网的总水头损失，可由式(8-45)计算确定。否则，应采用机械强制循环。
冷热水循环管道流量的选择:
可选示例:
选定流量(或选定流量)不得超过10%；
给定流量41m/h，选择Dg100；
给定430m/h的流量，Dg250的选定流量为379，1.1的流量为416.9
本文来自网络，由暖通南社编辑。
