《建筑给水排水工程》电子教案（第17讲）第5章建筑内部热水供应系统（8-9节）课程名称：建筑给水排水工程第12周，第_17讲次摘要第5章建筑内部热水供应系统授课题目（章、节）5.8热水管网的水力计算5.9高层建筑热水供应系统本讲目的要求及重点难点：【目的要求】通过水力计算确定配水管和回水管道的管径，掌握高层建筑热水供应系统的布置原则【重点】热水管网的水力计算和高层建筑热水供应系统的布置原则【难点】热水管网的水力计算内容【本讲课程的引入】为了确定配水管网和回水管网的管径，必须进行系统的水力计算。而热水管网的水力计算是在完成热水供应系统布置，绘出热水管网系统图及选定加热设备后进行的计算内容包括热水配水管网计算、热水循环管网计算和热媒管网计算三部分。5.8热水管网的水力计算5.8.1热水配水管网水力计算根据各配水管段的设计秒流量和允许流速值来确定配水管网的管径，并计算其水头损失值。在计算时应注意以下几点：(1)热水管道设计秒流量的计算步骤、方法与给水管道相同。(2)卫生器具的热水给水额定流量、当量、支管管径和最低工作压力与给水管道相同。(3)热水管道的流速，宜按表5.8.1选用。表5.8.1热水管道的流速≥5025~4015~20公称直径DN/mm1.21.0≤0.8流速/(m/s)(4)热水管网的沿程水头损失和局部水头损失计算方法与给水管道相同，但热水管道的计算内径应考虑结垢和腐蚀后所引起过水断面缩小的因素。计算热水管网的沿程水头损失时，也可查阅不同管材的相关图表（P444，附录18）。5.8.2热水循环管网水力计算机械循环管网水力计算的目的是确定回水管管径、扬程，并进一步选择循环水泵。1全日热水供应系统机械循环管网计算(1)确定回水管管径热水循环管网中各回水管段管径，应按管中循环流量经计算确定。初步设计时，可参照表5.8.2确定。为确保立管的循环效果，供、回水干管尽量少变径。表5.8.2热水循环管网回水管管径选用表热水管网、配水管200125150801005065403220~~25段管径DN/mm热水管网、回水管100506580402532402020段管径DN/mm
《建筑给水排水工程》电子教案（第 17 讲） 第 5 章 建筑内部热水供应系统（8-9 节） 1 课程名称：建筑给水排水工程 第 12 周，第 17 讲次 摘要 授课题目（章、节） 第 5 章 建筑内部热水供应系统 5.8 热水管网的水力计算 5.9 高层建筑热水供应系统 本讲目的要求及重点难点： 【目的要求】通过水力计算确定配水管和回水管道的管径，掌握高层建筑热水供应系统的布置原则 【重 点】热水管网的水力计算和高层建筑热水供应系统的布置原则 【难 点】热水管网的水力计算 内容 【本讲课程的引入】 为了确定配水管网和回水管网的管径，必须进行系统的水力计算。 而 热水管网的水力计算是在完成热水供应系统布置，绘出热水管网系统图及选定加热设备后进行的， 计算内容包括热水配水管网计算、热水循环管网计算和热媒管网计算三部分。 5.8 热水管网的水力计算 5.8.1 热水配水管网水力计算 根据各配水管段的设计秒流量和允许流速值来确定配水管网的管径，并计算其水头损失值。 在计算时应注意以下几点： (1)热水管道设计秒流量的计算步骤、方法与给水管道相同。 (2)卫生器具的热水给水额定流量、当量、支管管径和最低工作压力与给水管道相同。 (3)热水管道的流速，宜按表 5．8．1 选用。 (4)热水管网的沿程水头损失和局部水头损失计算方法与给水管道相同，但热水管道的计算内径 应考虑结垢和腐蚀后所引起过水断面缩小的因素。 计算热水管网的沿程水头损失时，也可查阅不同管材的相关图表（P444，附录 18）。 5.8.2 热水循环管网水力计算 机械循环管网水力计算的目的是确定回水管管径、扬程，并进一步选择循环水泵。 1．全日热水供应系统机械循环管网计算 (1)确定回水管管径 热水循环管网中各回水管段管径，应按管中循环流量经计算确定。初步设计时，可参照表 5．8．2 确定。为确保立管的循环效果，供、回水干管尽量少变径
《建筑给水排水工程》电子教案（第17讲）第5章建筑内部热水供应系统（8-9节）(2)计算各管段终点水温，可按面积比温降方法计算ATAt=F(5.8.1)Iz=1 -f(5.8.2)式中："△t一一配水管网中计算管路的面积比温降，℃/m2△T一一配水环路起点和终点的温差，一般△T=5～10℃：F一一计算管路的总外表面积，m2：tc、tz一一计算管路起点、终点的水温，℃；于—一计算管段终点以前配水管网的总外表面积，m2，可查表计算。每m钢管外表面积50管径DN202532407080100125外径26.7533.542.25486075.588.5114140(mm)表面积0.0840.10520.13270.15080.18850.23720.27800.35810.4396(m2/m)(3）计算配水管网各管段的热损失te +t.q, = DLK(1-n)(2式中9s-计算管段热损失.W：K-一无保温时管道的传热系数，W/m2.℃：一保温系数，无保温时n=0，简单保温时n=0.6，较好保温时n=0.7～0.8：Z一管道的外径，m；D-L一一计算管段的长度，m；t一一计算管段的起点水温，℃：t一一计算管段的终点水温，℃。t一一计算管段周围空气温度，℃；可参见下表P280表5.8.3表5.8.3管道周围的空气温度t,/℃管道敷设情况采暖房间内明管敷设18~2030采暖房间内暗管敷设敷设在不采暖房间的顶棚内采用1月份室外平均温度5~10敷设在不采暖的地下室内35敷设在室内地下管沟内（4）计算配水管网总的热损失AOs=qs将各管段的热损失相加便得到配水管网总的热损失Qs，i=l，即初步设计时，也可按设计小时耗热量的3%一5%来估算，其上下限可视系统的大小而定。（5）计算总循环流量Qsqx=C.AT·p,(5.8.4)2
《建筑给水排水工程》电子教案（第 17 讲） 第 5 章 建筑内部热水供应系统（8-9 节） 2 (2)计算各管段终点水温，可按面积比温降方法计算 F T t = （5.8.1） t = t − t f Z c (5.8.2) 式中： Δt——配水管网中计算管路的面积比温降，℃/m2； ΔT——配水环路起点和终点的温差，一般ΔT=5～10℃； F——计算管路的总外表面积，m2； tc 、tz——计算管路起点、终点的水温，℃； Σ f ——计算管段终点以前配水管网的总外表面积，m2，可查表计算。 每 m 钢管外表面积 管径DN 20 25 32 40 50 70 80 100 125 外径 (mm) 26.75 33.5 42.25 48 60 75.5 88.5 114 140 表面积 (m2/m) 0.084 0.1052 0.1327 0.1508 0.1885 0.2372 0.2780 0.3581 0.4396 (3) 计算配水管网各管段的热损失 ) 2 (1 )( j c z s t t t q DLK − + = − 式中 qs——计算管段热损失,W； K——无保温时管道的传热系数，W/m2•℃； η——保温系数，无保温时η=0，简单保温时η=0.6，较好保温时η=0.7～0.8； D——管道的外径，m； L——计算管段的长度，m； tc——计算管段的起点水温，℃； tz——计算管段的终点水温，℃。 tj——计算管段周围空气温度，℃；可参见下表 P280 表 5.8.3 表 5.8.3 管道周围的空气温度 管道敷设情况 t j /C 采暖房间内明管敷设 采暖房间内暗管敷设 敷设在不采暖房间的顶棚内 敷设在不采暖的地下室内 敷设在室内地下管沟内 18~20 30 采用 1 月份室外平均温度 5~10 35 (4) 计算配水管网总的热损失 将各管段的热损失相加便得到配水管网总的热损失 QS ，即 = = n i QS qS 1 初步设计时，也可按设计小时耗热量的 3％一 5％来估算，其上下限可视系统的大小而定。 （5）计算总循环流量 r S X C T Q q = (5.8.4)
《建筑给水排水工程》电子教案（第17讲）第5章建筑内部热水供应系统（8-9节）式中：qx一一全日热水供应系统的总循环流量，L/s;Qs一一计算管段的热损失，W。C—一水的比热，一般取C=4187J/(kg?℃);△T一一配水环路起点和终点的温差，一般△T=510℃：Pr——热水密度，kg/L。P (kg/m3)一个大气压下水的密度：1015202530354050455水温（℃）1000999.7999.1998.2997.1995.7994.1992.2990.2988.1密度P707580909555606585100水温（℃）985.7983.2980.6977.8974.9971.8968.7965.3961.9958.4密度P（6）计算循环管路各管段通过的循环流量按循环流量与热损失成正比的原则，计算各配水管段管段的所通过的循环流量。节点1：流入节点1时携带的热量为W1-2+W2-3+WA+WB+WC循环流量流离节点2时携带的热量为W1-2+W2-3+WB+WC91-2=—W-2 +W2-3 +W +W.Q.Wj- +W2-,+W,+W+WWi-2 +W2-3 +W. +Wc.091-2 =W,-2 +W2-3 +W, +Wg +WcO,=qxWAQA:Qi-2W-2 + W2-3 + Wg + WW.QA=4 W.-2 +W2-, +W. +W.1'2'2流量守恒：Q=Q1-Q2店-节点2：---流入节点2的流量所携带的热量为1BAC一W2-3 +W. +W.1-1流入节点2流量为Q2=Q+Q2-3E1
《建筑给水排水工程》电子教案（第 17 讲） 第 5 章 建筑内部热水供应系统（8-9 节） 3 式中： X q ——全日热水供应系统的总循环流量，L/s； Qs——计算管段的热损失，W。 C——水的比热， 一般取 C=4187J/(kg•℃)； ΔT——配水环路起点和终点的温差，一般ΔT=5～10℃； r ——热水密度，kg/L。 一个大气压下水的密度： (kg/m3) 水温（ C ） 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 密度 1000 999.7 999.1 998.2 997.1 995.7 994.1 992.2 990.2 988.1 水温（ C ） 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 密度 985.7 983.2 980.6 977.8 974.9 971.8 968.7 965.3 961.9 958.4 （6）计算循环管路各管段通过的循环流量 按循环流量与热损失成正比的原则，计算各配水管段管段的所通过的循环流量。 节点 1： 流入节点 1 时携带的热量为 W1-2+W2-3+WA+WB+WC 循环流量流离节点 2 时携带的热量为 W1-2+W2-3+WB+WC A B C B C W W W W W W W W W Q Q + + + + + + + = − − − − − 1 2 2 3 1 2 2 3 1 1 2 1 1 2 2 3 1 2 2 3 1 2 Q W W W W W W W W W Q A B C B C + + + + + + + = − − − − − Q = qX 1 2 1 2 2 3 1 2 1 2 2 3 Q Q Q W W W W W Q W W W W W Q Q A B c A A B C A A = − + + + = + + + = − − − − − 流量守恒： 节点 2： 流入节点 2 的流量所携带的热量为 W2−3 +WB +WC 流入节点 2 流量为 Q2 = QB + Q2−3
《建筑给水排水工程》电子教案（第17讲）第5章建筑内部热水供应系统（8-9节）Q2-3用来补充热损失W2-+WcQ2-3 = -W,-, +WcQ,W2-, +Wg +WW2-3 +WcQ2-3 = T:QW,-, +Wg +WcQB = Q2 -Q2-3（7）复核各管段的终点水温qs-=t,-Ntz'=t.Cqxp,(计算结果)(5.8.8)As——各管段的热损失，Wqx—一各管段的循环流量，(L/S)t. =t,-Af（按面积比温降值初定的）t=4+t2作为各管段终点水温，重新计算。结果如与原来确定的温差较大，（8）计算循环管网的总水头损失H=(H,+H)+H)(5.8.9)式中：H一一循环管网的总水头损失，kPaHp一一循环流量通过配水计算管路的沿程和局部水头损失，kPa；Hx一一循环流量通过回水计算管路的沿程和局部水头损失，kPa；Hj——循环流量通过水加热器的水头损失，kPa。容积式水加热器可忽略损失：快速式水加热器水头损失计算详见P283.(5.8.10)。（9）选择循环水泵O,≥qx①循环水泵流量：(5.8.11)Qb式中：qx—一全日热水供应系统的总循环流量，L/s。循环水泵流量，L/s：H,≥Hp+Hx+H②循环水泵扬程：(5.8.12)Hb——循环水泵扬程，kPa；Hp一一循环流量通过配水计算管路的沿程和局部水头损失，kPa；Hx一一循环流量通过回水计算管路的沿程和局部水头损失，kPa；Hj一一循环流量通过水加热器的水头损失，kPa。2.定时热水供应系统机械循环管网计算定时热水供应系统的循环水泵大都在供应热水前半小时开始运转，直到把水加热至规定温4
《建筑给水排水工程》电子教案（第 17 讲） 第 5 章 建筑内部热水供应系统（8-9 节） 4 Q2−3 用来补充热损失 W2−3 +WC B C C W W W W W Q Q + + + = − − − 2 3 2 3 2 2 3 2 2 3 2 2 3 2 3 2 3 − − − − = − + + + = Q Q Q Q W W W W W Q B B C C （7）复核各管段的终点水温 t t Cq q t t c X r S Z = c − = − ' ' (计算结果) (5.8.8) S q ——各管段的热损失，W； ' X q ——各管段的循环流量，(L/S) t t t f z = c − （按面积比温降值初定的） 结果如与原来确定的温差较大， 2 ' " z z z t t t + = 作为各管段终点水温，重新计算。 （8）计算循环管网的总水头损失 H = H p + H x + H j ( ) (5.8.9) 式中：H——循环管网的总水头损失，kPa； Hp——循环流量通过配水计算管路的沿程和局部水头损失，kPa； Hx——循环流量通过回水计算管路的沿程和局部水头损失，kPa； Hj——循环流量通过水加热器的水头损失，kPa。 容积式水加热器可忽略损失；快速式水加热器水头损失计算详见 P283,(5.8.10)。 （9）选择循环水泵 ①循环水泵流量： Qb qX (5.8.11) 式中： Qb ——循环水泵流量，L/s； X q ——全日热水供应系统的总循环流量，L/s。 ②循环水泵扬程： Hb HP + H X + H j (5.8.12) Hb——循环水泵扬程，kPa； Hp——循环流量通过配水计算管路的沿程和局部水头损失，kPa； Hx——循环流量通过回水计算管路的沿程和局部水头损失，kPa； Hj——循环流量通过水加热器的水头损失，kPa。 2. 定时热水供应系统机械循环管网计算 定时热水供应系统的循环水泵大都在供应热水前半小时开始运转，直到把水加热至规定温
第5章建筑内部热水供应系统（8-9节）《建筑给水排水工程》电子教案（第17讲）度，循环水泵才停止工作，因为定时供应热水时用水较集中，故不考虑热水循环，循环水泵关闭。9, ≥(2 ~ 4)V①循环水泵流量：(5.8.13)Qb——循环水泵流量，L/s;式中：V——循环管网的水容积，L。（不包括无回水管段和加热设备部分）②循环水泵扬程：同上面计算，利用公式（5.8.12)。3.自然循环热水管网的计算内容：确定管网循环作用水头、回水管经、循环流量及循环流量在配水、回水管路中的水头损失。实现自然循环的条件：Hzr>1.35HH_, = 9.84h(p, - P4)①上行下给式管网：(5.8.14)OIⅡI式中：Hzr一第二循环系统的自然31循环压力值，PaH-循环流量通过配、回水P4管路的水头损失Pa；P:1A-锅炉或水加热器的中心4h-至立管顶部的标高差，m；P3-一最远处立管管段中点的热水的平均密度，kg/m3：P4-一配水主立管管段中热水的平均密H, = 9.8[(Ah'-Nh,)(pr - Ps)+ △h, (ps - p6)(5.8.15)②下行上给式管网：工式中：H.r-Pol一下行上给式管网的自es然循环压力，Pa;CRSNh_一一加热设备中心至立管Pa顶部的高差，m；5Nh,-02一加热设备的中心至配水横干管中心垂直距离，m；（b）下行上给式誉网Ps、P6-一最远处回水立管、配水立管管段中热水的平均密度，kg/m3：PrPs-一水平干管回水立管、配水立管管段中热水的平均密度，kg/m3：5.8.3热媒管网水力计算1.热媒为高温热水热媒循环管路中配、回水管道的管径，应根据热媒耗量G，以管道允许流速值计算确定，并据此计算出管路的总水头损失Hh
《建筑给水排水工程》电子教案（第 17 讲） 第 5 章 建筑内部热水供应系统（8-9 节） 5 度，循环水泵才停止工作，因为定时供应热水时用水较集中，故不考虑热水循环，循环水泵关闭。 ①循环水泵流量： Qb (2 ~ 4)V (5.8.13) 式中： Qb ——循环水泵流量，L/s； V ——循环管网的水容积，L。（不包括无回水管段和加热设备部分） ②循环水泵扬程： 同上面计算，利用公式 (5.8.12)。 3. 自然循环热水管网的计算 内容：确定管网循环作用水头、回水管经、循环流量及循环流量在配水、回水管路中的水 头损失。实现自然循环的条件：Hzr>1.35H ①上行下給式管网： ( ) 8 3 4 Hzr = 9. h − （5.8.14） 式中： Hzr——第二循环系统的自然 循环压力值，Pa； H——循环流量通过配、回水 管路的水头损失 Pa； ⊿h——锅炉或水加热器的中心 至立管顶部的标高差，m； 3 ——最远处立管管段中点的 热水的平均密度，kg/m3； 4——配水主立管管段中热水的平均密度，kg/m3。 ②下行上給式管网： ( )( ) ( ) 1 7 8 1 5 6 Hzr = 9.8 h'−h − + h − (5.8.15) 式中： Hzr ——下行上给式管网的自 然循环压力，Pa； h'——加热设备中心至立管 顶部的高差，m； 1 h ——加热设备的中心至配 水横干管中心垂直距离，m； 5、 6——最远处回水立管、配水立管管段中热水的平均密度，kg/m3； 7、8——水平干管回水立管、配水立管管段中热水的平均密度，kg/m3； 5.8.3 热媒管网水力计算 1. 热媒为高温热水 热媒循环管路中配、回水管道的管径，应根据热媒耗量 G，以管道允许流速值计算确定， 并据此计算出管路的总水头损失 Hh