第3章熱水供熱系統(tǒng)的水力計算Contents目錄一、概述二、熱水網(wǎng)路水力計算的基本公式三、水力計算的方法和步驟四、熱水網(wǎng)路的水壓圖五、水泵的選擇六、供熱系統(tǒng)定壓方式1概述水力計算內(nèi)容水力計算應包括下列內(nèi)容：（1）確定管道的直徑。根據(jù)供熱管網(wǎng)各管段的計算流量和估算比摩阻來選定各管段的直徑。（2）計算管段的壓力損失。根據(jù)各管段的實際比摩阻和各管段的長度及其局部阻力構件的當量長度，計算各管段的阻力損失和供熱管網(wǎng)的總阻力損失。（3）確定供熱管道的流量。對于已經(jīng)建成的供熱管網(wǎng)，在管道直徑、管道允許壓力降已知的條件下，計算管道的通過能力。水力計算內(nèi)容水力計算的作用體現(xiàn)在以下幾個方面：（1）根據(jù)水力計算結(jié)果，繪制熱網(wǎng)水壓圖，確定熱水供熱系統(tǒng)的最佳運行工況，分析供熱系統(tǒng)正常運行的壓力工況，確保熱用戶有足夠的資用壓頭且系統(tǒng)不超壓、不汽化、不倒空。（2）根據(jù)熱網(wǎng)水壓圖選擇用戶系統(tǒng)與供熱管網(wǎng)的合理連接方式、選定用戶入口裝置。（3）根據(jù)水力計算結(jié)果選定熱水供熱系統(tǒng)的循環(huán)水泵。（4）根據(jù)水壓圖確定定壓方式，選定補給水泵。（5）確定系統(tǒng)加壓方式，確定節(jié)能措施。（6）根據(jù)水力計算結(jié)果，計算供熱管網(wǎng)的建設投資、金屬耗量和施工安裝工程量。2熱水網(wǎng)路水力計算的基本公式基本公式一、沿程阻力損失基本公式二、局部阻力損失采用當量長度法：三、總阻力損失3水力計算的方法和步驟水力計算步驟水力計算基本步驟：1、確定熱用戶的設計流量2.確定熱力網(wǎng)各管段的流量熱網(wǎng)各管段的流量為該管段所負擔的各個用戶的計算流量之和，也就是沿介質(zhì)流向該管段之后的所有熱用戶的計算流量之和。3.確定熱水網(wǎng)路的主干線和沿程比摩阻根據(jù)《城鎮(zhèn)供熱管網(wǎng)設計規(guī)范》和《實用供熱空調(diào)設計手冊》，熱水網(wǎng)路主干線的設計平均比摩阻，可取30～70Pa/m。水力計算步驟4.確定主干線各管段的管徑和實際比摩阻5.確定各管段局部阻力當量長度6.計算主干線各管段的壓力損失及主干線的總壓降7.支干線、支線水力計算及允許比摩阻的確定8.支干線、支線管段的實際比摩阻和管徑的確定熱力網(wǎng)支干線、支線應按允許壓力降確定管徑，但供熱介質(zhì)流速不應大于3.5m/s。支干線比摩阻不應大于300Pa/m，連接一個熱力站的支線比摩阻可大于300Pa/m。9.確定支干線、支線管段的局部阻力當量長度水力計算步驟10.計算支干線、支線管段的實際壓降11.環(huán)路壓力降平衡主干線和各支干線、支線環(huán)路之間壓力應進行平衡，控制不平衡率在15%之內(nèi)4熱水網(wǎng)路的水壓圖理論基礎和概念根據(jù)伯努利能量方程，可列出斷面1和2之間的能量方程式：稱為壓力能水頭稱為位置水頭稱為動能水頭管段中某點的位置水頭和壓力能水頭之和稱為測壓管水頭（HP），各點測壓管水頭的連線稱為測壓管水頭線，又叫水壓曲線，如圖中的CD。位置水頭、壓力能水頭和動能水頭之和稱為總水頭，管段各點總水頭的連線稱為總水頭線，如圖中的AB。斷面1、2的總水頭高度的差值，代表水流過管段1、2的壓頭損失ΔH1-2。理論基礎和概念圖1膨脹水箱連接在水泵吸入口的水壓圖圖2膨脹水箱連接供水干管上的水壓圖如將膨脹水箱連接在熱水供暖系統(tǒng)的供水干管上，則系統(tǒng)的水壓圖（見圖1）將與圖2所示系統(tǒng)的水壓線不同。此時，整個系統(tǒng)各點的壓力都降低了。如果供暖系統(tǒng)的水平供水干管過長，阻力損失較大，則有可能在干管上出現(xiàn)負壓，如圖2中的FB段。如果系統(tǒng)中出現(xiàn)負壓，就會吸入空氣或發(fā)生水的汽化，影響系統(tǒng)的正常運行。由于這個原因，從安全運行角度出發(fā)，在機械循環(huán)熱水供熱系統(tǒng)中，最好把膨脹水箱的膨脹管連接在循環(huán)水泵的吸入口。水壓基本要求1.動水壓曲線（1）保證設備不壓壞。在與熱水網(wǎng)路直接連接的用戶系統(tǒng)內(nèi)，壓力不應超過該用戶系統(tǒng)用熱設備及其管道構件的承壓能力。通常壓壞的可能性較小。供熱系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)主要是散熱器等散熱設備。對于普通鑄鐵散熱器，其承壓能力為0.4Mpa。板式鋼制散熱器承壓能力在0.4Mpa~0.5Mpa之間。鋼串片散熱器承壓能力在1.0Mpa~1.2Mpa左右。（2）保證系統(tǒng)不倒空。與熱水網(wǎng)路直接連接的用戶系統(tǒng)，無論在運行或停止運行時，用戶系統(tǒng)回水管出口處的壓力，必須高于用戶系統(tǒng)的充水高度，否則系統(tǒng)內(nèi)可能出現(xiàn)負壓。（3）保證熱水不汽化。要求管網(wǎng)不汽化，即要保證管網(wǎng)各處的水壓均要大于相應水溫下的飽和壓力，尤其是對于高溫水（水溫大于100℃系統(tǒng)），不同水溫下的汽化壓力如表所示。水壓基本要求水溫（℃）100110120130140150汽化壓力（mH2O）04.29.716.926.037.4表不同水溫下的汽化壓力（4）保證熱用戶有足夠的資用壓頭。在熱水網(wǎng)路的熱力站或用戶引入口處，供、回水管的資用壓差，應滿足熱力站或用戶所需的作用壓頭。當外網(wǎng)與用戶采用直接連接的方式，要求的資用壓頭為2~5mH2O；當采用噴射器連接時，由于噴射器的動力要求，需要的資用壓頭較高，一般取8~12mH2O；當采用間接連接時，要求的資用壓頭為3~8mH2O。（5）熱水網(wǎng)路回水管內(nèi)任何一點的壓力，應符合下列規(guī)定：不應超過直接連接用戶系統(tǒng)的允許壓力；任一點的壓力比大氣壓力至少高出5mH2O，以免吸入空氣。水壓基本要求2.靜水壓曲線（1）與熱水網(wǎng)路直接連接的供暖用戶系統(tǒng)內(nèi)，靜態(tài)壓力不應超過系統(tǒng)中任何一點的允許壓力。（2）不應使熱水網(wǎng)路任何一點的水汽化，應保持3～5m的富裕壓力。（3）與熱力網(wǎng)直接連接的用戶系統(tǒng)內(nèi)，不會出現(xiàn)倒空。繪制水壓圖步驟1.選取基準面和坐標。一般以網(wǎng)路循環(huán)水泵的中心線的高度為基準面，沿基準面取為橫坐標x軸，按一定的比例尺作出距離的刻度?？v坐標y取與基準面的垂直線，按一定的比例尺作出標高的刻度。2.選定靜水壓曲線的位置。靜水壓線最高位置應等于最低用戶地面標高加上散熱器工作壓力；靜水壓線最低位置應等于最高用戶室內(nèi)系統(tǒng)最高的標高加上供水溫度下的飽和壓力、再加上30～50kPa的富裕壓力。3.選定主干線回水管的動水壓曲線位置。在繪制靜水壓曲線之后，接著繪制主干線回水管的動水壓曲線。在網(wǎng)路循環(huán)水泵運轉(zhuǎn)時，網(wǎng)路回水管各點的測壓管水頭的連線，稱為回水管動水壓曲線。在已知熱水網(wǎng)路水力計算結(jié)果后，可按各管段的實際壓力損失，繪制回水管動水壓線?；厮軇铀畨旱奈恢脩獫M足下列要求：繪制水壓圖步驟（1）按照前述的網(wǎng)路熱媒壓力必須滿足的要求中第2條和第5條的規(guī)定，回水管動水壓曲線應保證所有直接連接的用戶系統(tǒng)不倒空和網(wǎng)路上任何一點的壓力不應低于5mH2O的要求。這是控制回水管動水壓曲線最低位置的要求。（2）要滿足前述壓力要求的第1條的規(guī)定。這是控制回水管動水壓曲線最高位置的要求。如對采用普通鑄鐵散熱器的供暖用戶系統(tǒng)，當與熱水網(wǎng)路直接連接時，回水管的壓力不能超過散熱器的承壓能力，即40mH2O。4.選定主干線供水管的動水壓曲線位置。在網(wǎng)路循環(huán)水泵運轉(zhuǎn)時，網(wǎng)路供水管內(nèi)各點的測壓管水頭連接線，稱為供水管動水壓曲線。供水管動水壓曲線沿著水流方向逐漸下降，它在每米管長上降低的高度反映了供水管的比摩阻值。供水管動水壓曲線的位置，應滿足下列要求：（1）網(wǎng)路供水干管以及與網(wǎng)路直接連接的用戶系統(tǒng)的供水管中，任何一點都不應出現(xiàn)汽化。（2）在網(wǎng)路上任何一處用戶引入口或熱力站的供、回水管之間的資用壓頭，應能滿足用戶引入口或熱力站所要求的循環(huán)壓力。繪制水壓圖步驟5.支干線、支線的動水壓曲線。主干線的水壓線繪制完成以后，可繪制分支線的動水壓線。根據(jù)各分支線在分支點處的供、回水管的測壓管水頭高度和水力計算結(jié)果給出的支線比摩阻或壓力損失，按上述同樣的方法和要求繪制。如果在支干線或支線處為消除剩余壓頭，裝有調(diào)壓裝置，那么在繪制支線水壓圖時，要把調(diào)壓裝置所消耗的壓頭在水壓圖上表示出來。水壓圖的使用管道上任一點壓力的確定。管道上任一點的壓力應等于水壓圖上的縱坐標與該點位置高度之差。2.散熱器處壓力的確定。在系統(tǒng)運行狀態(tài)下，散熱器處的壓力能水頭介于該處供水壓線和回水壓線之間。為使用戶內(nèi)部各種設備處于較低的工作壓力環(huán)境下，一般將調(diào)壓節(jié)流裝置安裝在供水管線的入口處?；厮芫€壓力比較接近散熱器處壓力，因此，常用回水壓線數(shù)值代替散熱器處的水頭值。3.熱用戶資用壓頭的確定。對于室外熱水供熱系統(tǒng)，熱用戶資用壓頭是指熱網(wǎng)提供給該用戶室內(nèi)系統(tǒng)可能消耗的最大壓力。其值等于相應用戶的供水總水頭與回水總水頭的差值。4.管網(wǎng)的壓力損失。在水壓圖上，某管段的壓力損失為該管段水壓線起點終點水頭高度的差值。水壓圖的使用5.管段比壓降和比摩阻的確定。管段比壓降是指管段上單位長度的壓力損失。比摩阻為管段上單位長度的沿程壓力損失。在水壓圖上，供水壓線或回水壓線的斜率即表示該管線的比壓降。6.定壓點的壓力。定壓點為無論系統(tǒng)工作或停止運行時壓力始終保持不變的地方。定壓點的壓力根據(jù)系統(tǒng)中壓力技術要求來確定。在水壓圖中，定壓點的壓力為靜水壓曲線的高度。7.循環(huán)水泵的揚程。在水壓圖上，循環(huán)水泵的揚程應為水泵出口總水頭與水泵入口總水頭之差值，即熱網(wǎng)動水壓線的最高點和最低點也就是靜水壓曲線高度之差。外網(wǎng)與用戶連接方式當外網(wǎng)提供給用戶的資用壓頭在2~12mH2O之內(nèi)時，可根據(jù)具體情況，分別選擇簡單直接連接、噴射器連接等方式；當用戶資用壓頭不足2~5mH2O時，可采用混水泵連接方式，如圖中的(f)、(a)、(b)。當熱用戶為高層建筑時，通常建筑高度都在40m以上，40m以上的各層與外網(wǎng)采用間接連接，如圖中（c）。有時供熱系統(tǒng)水壓圖的靜水壓線適中，只是個別熱用戶處回水動壓線過高，用戶底層散熱器有可能破裂。這時需要對局部熱用戶采取特殊技術措施，比較簡單有效的方式是在用戶入口裝設回水加壓泵。其作用是局部降低該用戶處回水壓線，使其滿足散熱器的承壓能力，如圖3－8中（e）?；厮苌习惭b“閥前”壓力調(diào)節(jié)閥的直接連接。圖中（d），在回水管上安裝一個“閥前”壓力調(diào)節(jié)閥，在供水管上安裝止回閥。當回水管的壓力超過彈簧的平衡力時，閥才能打開。彈簧的平衡力要大于用戶靜壓3～5mH2O，保證用戶不倒空。當網(wǎng)路循環(huán)泵停止運行時，彈簧平衡力超過用戶靜壓，閥門關閉，它和供水管上的止回閥一起將用戶和管網(wǎng)截斷。5水泵的選擇循環(huán)水泵選擇網(wǎng)路循環(huán)水泵流量的確定2.網(wǎng)路循環(huán)水泵揚程的確定t/h

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循環(huán)水泵選擇原則（1）循環(huán)水泵的總流量不應小于管網(wǎng)總設計流量，當熱水鍋爐出口至循環(huán)水泵的吸入口裝有旁通管時，應計入流經(jīng)旁通管的流量。（2）循環(huán)水泵的流量-揚程特性曲線，在水泵工作點附近應比較平緩，以便在網(wǎng)路水力工況發(fā)生變化時，循環(huán)水泵的揚程變化較小。一般單級水泵特性曲線比較平緩，宜選用單級水泵作為循環(huán)水泵用。（3）循環(huán)水泵的承壓、耐溫能力應與熱網(wǎng)的設計參數(shù)相適應。循環(huán)水泵多安裝在熱網(wǎng)回水管上。循環(huán)水泵允許的工作溫度，一般不能低于80℃。如安裝在熱網(wǎng)供水管上，則必須采用耐高溫的熱水循環(huán)水泵。（4）循環(huán)水泵的工作點應在水泵高效工作范圍內(nèi)。（5）循環(huán)水泵臺數(shù)的確定，與熱水供熱系統(tǒng)采用的供熱調(diào)節(jié)方式有關。循環(huán)水泵的臺數(shù)不得少于兩臺，其中一臺備用。當四臺或四臺以上水泵并聯(lián)運行時，可不設置備用水泵。采用集中質(zhì)調(diào)節(jié)時，宜選用相同型號的水泵并聯(lián)工作。（6）多熱源聯(lián)網(wǎng)運行或采用中央質(zhì)-量調(diào)節(jié)的單熱源供熱系統(tǒng)，熱源的循環(huán)水泵應采用變頻調(diào)速泵。

（7）當熱水供熱系統(tǒng)采用分階段改變流量的質(zhì)調(diào)節(jié)時，各階段的流量和揚程不同。為節(jié)約電能，宜選用流量和揚程不等的泵組。（8）對具有熱水供應熱負荷的熱水供熱系統(tǒng)，在非供暖期間網(wǎng)路流量遠小于供暖期流量，可考慮增設專為供應熱水負荷用的循環(huán)水泵。（9）當多臺水泵并聯(lián)運行時，應繪制水泵和熱網(wǎng)水力特性曲線，確定其工作點，進行水泵選擇t/h

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補給水泵選擇補給水泵流量的確定補給水泵的流量，主要取決于整個系統(tǒng)的滲漏水量。閉式熱水網(wǎng)路的補水量，不宜大于總循環(huán)水量的1%。但在選擇補給水泵時，整個補水裝置和補給水泵的流量，應根據(jù)供熱系統(tǒng)的正常補水量和事故補水量來確定，一般取正常補水量的4倍計算，即總循環(huán)水量的4%。對開式熱水供熱系統(tǒng)，應根據(jù)熱水供應最大設計流量和系統(tǒng)正常補水量之和確定，即流量不宜小于生活熱水最大設計流量和供熱系統(tǒng)泄漏量之和。2.補給水泵揚程的確定t/h

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補給水泵選擇原則（1）閉式熱水供熱系統(tǒng)的補給水泵的臺數(shù)，不應少于兩臺，可不設備用泵。（2）開式熱力網(wǎng)補水泵不宜少于三臺，其中一臺備用。（3）事故補水時，軟化除氧水量不足時，可補充工業(yè)水。若系統(tǒng)采用其它定壓方式進行定壓，補給水泵只作為補水之用，那么補給水泵流量的確定與上述相同，但揚程的確定與上述有所不同。t/h

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6供熱系統(tǒng)定壓方式膨脹水箱定壓方式利用膨脹水箱來維持定壓點壓力恒定的定壓方式稱為膨脹水箱定壓。由于熱水的密度變化較小，一定高度的膨脹水箱表示一定數(shù)值的靜水壓，當忽略系統(tǒng)的漏水因素，不論供熱系統(tǒng)在運行狀態(tài)還是靜止狀態(tài)，由于膨脹水箱高度不變，則供熱系統(tǒng)與膨脹水箱的連接點處的水壓維持不變，于是連接點即成為恒壓點，且恒壓點壓力即為膨脹水箱的高度。膨脹水箱除起定壓作用外，還起著容納系統(tǒng)水的膨脹量和為系統(tǒng)補水作用。由于供熱系統(tǒng)水的熱脹冷縮作用，當熱水升溫時，系統(tǒng)中的水容積增加，當無處容納水的這部分膨脹量時，供熱系統(tǒng)內(nèi)的水壓增高，將影響正常運行。由膨脹水箱容納系統(tǒng)的水膨脹量，可減小系統(tǒng)因水的膨脹而造成的水壓波動，提高了系統(tǒng)運行的安全、可靠性。當系統(tǒng)由于某種原因漏水或系統(tǒng)降溫時，膨脹水箱水位下降，為系統(tǒng)補水。定壓方式膨脹水箱容積的計算公式如下：膨脹水箱高度應滿足如下條件：膨脹水箱的膨脹管與供熱系統(tǒng)的連接位置的確定即系統(tǒng)恒壓點的確定，是供熱系統(tǒng)設計的一個重要技術關鍵。通常選擇循環(huán)水泵的入口為恒壓點，即膨脹水箱膨脹管接至循環(huán)水泵的入口處。在實際工程中，有時最高建筑物遠離鍋爐房，為了施工、安裝方便，經(jīng)常把膨脹水箱的膨脹管就近接到管網(wǎng)的回水管上。補給水泵定壓補給水泵定壓定壓點設在網(wǎng)路循環(huán)水泵的吸入端。利用壓力調(diào)節(jié)閥保持定壓點恒定的壓力。當恒壓點壓力低于系統(tǒng)靜水壓線要求的壓力時，補水調(diào)節(jié)閥會自動開啟，通過運行著的補水泵將補水從補水箱中補入供熱系統(tǒng)，隨著系統(tǒng)中水量增加，循環(huán)水泵入口的壓力即可逐漸回升到要求的壓力。當循環(huán)水泵入口壓力高于設定值時，補水調(diào)節(jié)閥自動關小，必要時可自動開啟泄水調(diào)節(jié)閥，將系統(tǒng)多余水量泄入補水箱，使循環(huán)水泵入口壓力迅速回復。采用這種補水泵定壓，最大的特點是補水泵始終連續(xù)不斷的運行，即使供熱系統(tǒng)停止運行時也如此。補給水泵定壓補給水泵的啟動和停止運行是由電接點式壓力表的表盤上的觸點開關控制的。壓力表指針到達相當于HA的壓力時，補給水泵停止運行。當網(wǎng)路循環(huán)水泵的吸入口壓力下降到HA的壓力時，補給水泵就重新啟動補水。這樣，網(wǎng)路循環(huán)水泵吸入口處壓力