供热热网的水力计算

供热热网的水力计算第一页，共五十二页，编辑于2023年，星期六单元9供热热网的水力计算【知识目标】1.理解集中供热系统中各热用户热负荷的概算方法；2.了解集中供热系统的年耗热量计算方法；3.掌握热水管网水力计算的基本原理、方法与步骤。【能力目标】1.能进行集中供热系统各热用户热负荷的确定；2.会进行热水管网的水力计算，确定供热管道的管径。第二页，共五十二页，编辑于2023年，星期六目录课题3热水热网的水力计算课题1集中供热系统的热负荷1课题2热水管网水力计算的基本原理23课题4蒸汽热网的水力计算4课题5凝结水热网的水力计算5第三页，共五十二页，编辑于2023年，星期六课题1集中供热系统方案的确定集中供热系统的热用户有采暖、通风、热水供应、空气调节、生产工艺等各种用热系统。用热系统的热负荷，按其性质可分为季节性热负荷和常年性热负荷两大类。季节性热负荷包括采暖、通风、空气调节等系统的热负荷。这类热负荷的特点是与室外温度、湿度、风向、风速和太阳辐射强度等气候条件密切相关，其中对它的大小起决定性作用的是室外温度。常年性热负荷包括生活用热（主要指热水供应）和生产工艺系统的热负荷。这类热负荷的特点是与气候条件关系不大，因而在全年中变化幅度较小，用热比较稳定。9.1.1

集中供热系统热负荷的概算第四页，共五十二页，编辑于2023年，星期六9.1.1.1采暖热负荷采暖热负荷的概算，可采用体积热指标法或面积热指标法进行计算。（1）体积热指标法建筑物的采暖热负荷可按下式进行概算。式中——建筑物的采暖热负荷，kW；

——建筑物的外围体积，m3；

——采暖室内计算温度，℃；

——采暖室外计算温度，℃；

——建筑物的采暖体积热指标，W/(m3·℃)，它表示各类建筑物，在室内外温差1℃时，每1m3建筑物外围体积的采暖热负荷。课题1集中供热系统方案的确定第五页，共五十二页，编辑于2023年，星期六（2）面积热指标法建筑物的采暖热负荷可按下式进行概算:式中——建筑物的采暖热负荷，kW；

——建筑物的建筑面积，m2；

——建筑物采暖面积热指标，表示每平方米建筑面积的采暖热负荷，W/m2。我国《城市热力网设计规范》给出了采暖面积热指标的推荐值，见表9-1。表9-1采暖面积热指标

注：热指标中已包括约5%的管网热损失在内。课题1集中供热系统方案的确定第六页，共五十二页，编辑于2023年，星期六9.1.1.2通风热负荷为了保证室内空气具有一定的清洁度及温湿度等要求，就要求对生产厂房、公共建筑及居住建筑进行通风或空气调节。在采暖季节里，加热从室外进入的新鲜空气所耗的热量称为通风热负荷。建筑物的通风热负荷，可采用通风体积热指标法或百分数法进行概算。课题1集中供热系统方案的确定第七页，共五十二页，编辑于2023年，星期六（1）通风体积热指标法建筑物的通风热负荷可按下式进行概算：式中——建筑物的通风热负荷，kW；

——建筑物的外围体积，m3；

——采暖室内计算温度，℃；

——通风室外计算温度，℃；

——通风的体积热指标，它表示建筑物在室内外温差1℃时，每立方米建筑物外围体积的通风热负荷,W/(m3·℃)。通风体积热指标的值取决于建筑物的性质和外围体积。课题1集中供热系统方案的确定第八页，共五十二页，编辑于2023年，星期六（2）百分数法民用建筑（如旅馆、体育馆等）有通风空调热负荷时，可按该建筑物的采暖设计热负荷的百分数进行概算。计算公式为：式中——建筑物的通风热负荷，kW；

——计算建筑物通风、空调热负荷的系数，一般取0.3~0.5；

——建筑物的采暖热负荷，kW。课题1集中供热系统方案的确定第九页，共五十二页，编辑于2023年，星期六9.1.1.3生活热负荷生活热负荷可以分为热水供应热负荷和其他生活用热热负荷两类。(1)热水供应热负荷热水供应热负荷是日常生活中用于洗脸、洗澡、洗衣服以及洗刷器皿等所消耗的热量。热水供应热负荷取决于热水用量。热水供应系统的工作特点是热水用量具有昼夜的周期性。每天的热水用量变化不大，但小时热水用量变化较大。课题1集中供热系统方案的确定第十页，共五十二页，编辑于2023年，星期六对于一般居住区，热水供应热负荷可按下式计算：1）居住区采暖期生活热水平均热负荷式中——居住区采暖期生活热水平均热负荷，kW；

——居住区的总建筑面积，m2；

——居住区生活热水指标，W/m2，当无实际统计资料时，可按表9-2取用。用水设备情况热指标/W/m2住宅无生活用水设备，只对公共建筑供热水时2.5~3.0全部住宅有浴盆并供给生活热水时15~20

表9-2居住区采暖期生活热水指标

注：1.冷水温度较高时用较小值，冷水温度较低时用较大值。

2.热指标中已包括了约10%的管网热损失。课题1集中供热系统方案的确定第十一页，共五十二页，编辑于2023年，星期六2）生活热水最大热负荷式中——生活热水最大热负荷，kW；

——小时变化系数，一般可取2~3。在计算管网热负荷时，其中生活热水热负荷按下列规定取用：热网干线的热水供应热负荷采用采暖期生活热水平均热负荷；支线用户全部有储水箱时，采用采暖期生活热水平均热负荷；当用户无储水箱时，采用采暖期生活热水最大热负荷。课题1集中供热系统方案的确定第十二页，共五十二页，编辑于2023年，星期六(2)其他生活用热热负荷其他生活用热热负荷是指在工厂、医院、学校等地方，除热水供应外，还可能有开水供应、蒸汽蒸饭等用热。这些用热热负荷的概算，可根据具体的指标（如：开水加热温度、人均饮水标准、蒸饭锅的蒸汽消耗量等）来参照确定。例如计算开水供应用热量，加热温度可取105℃，饮水标准可取2~3L/天·人；蒸饭锅的蒸汽消耗量，当蒸煮量为100kg时，约需耗蒸汽100~250kg（蒸煮量越大，单位耗汽量越小）。一般开水和蒸锅要求的加热蒸汽表压力为0.15~0.25MPa。课题1集中供热系统方案的确定第十三页，共五十二页，编辑于2023年，星期六9.1.1.4生产工艺热负荷生产工艺热负荷是指为了满足生产过程中用于加热、烘干、蒸煮、清洗、熔化等过程的用热，或作为动力用于驱动机械设备（蒸汽锤、蒸汽泵等）工作的耗汽。集中供热系统中，生产工艺热负荷的用热参数，按照工艺要求热媒温度的不同，大致可分为三种：供热温度在130~150℃以下称为低温供热，一般靠0.4~0.6MPa蒸汽供热；供热温度在130~150℃以上到250℃以下时，称为中温供热。供热温度高于250~300℃时，称为高温供热。课题1集中供热系统方案的确定第十四页，共五十二页，编辑于2023年，星期六集中供热系统的年耗热量是各类热用户年耗热量的总和，可按下述方法计算。（1）采暖年耗热量

——采暖年耗热量，按不同式子计算时，单位分别为kWh/a或GJ/a；

——采暖设计热负荷，kW；

——采暖期天数，d；

——采暖室内计算温度，℃；

——供暖期室外平均温度，℃；

——采暖室外计算温度，℃；

0.0864——公式化简和单位换算后的数值（0.0864=24×3600×10-6）。9.1.2集中供热系统的年耗热量课题1集中供热系统方案的确定第十五页，共五十二页，编辑于2023年，星期六（2）通风年耗热量式中

——通风年耗热量，按不同式子计算时，单位分别为kWh/a或GJ/a；

——采暖期内通风装置每日平均运行小时数，h/d；

——通风设计热负荷，kW；

——冬季通风室外计算温度，℃；0.0036——单位换算系数（1kWh=3600×10-6GJ）。课题1集中供热系统方案的确定第十六页，共五十二页，编辑于2023年，星期六（3）热水供应年耗热量热水供应年耗热量可按下式计算：

——热水供应年耗热量，按不同式子计算时，单位分别为kWh/a或GJ/a；

——采暖期热水供应的平均热负荷，kW；

——热水供应设计温度，℃；

——夏季冷水温度（非采暖期平均水温），℃；

——冬季冷水温度（采暖期平均水温），℃；

——全年非采暖期的工作天数(扣去15天检修期),d。课题1集中供热系统方案的确定第十七页，共五十二页，编辑于2023年，星期六（4）生产工艺年耗热量生产工艺年耗热量可按下式计算：式中:——生产工艺年耗热量，GJ/a；

——1年12个月中第个月的日平均耗热量，GJ/d；

——1年12个月中第个月的天数，d。课题1集中供热系统方案的确定第十八页，共五十二页，编辑于2023年，星期六热水管网水力计算的主要任务有：

（1）按已知的热媒流量和压力损失，确定管道的直径；

（2）按已知热媒流量和管道直径，计算管道的压力损失；

（3）按已知管道直径和允许压力损失，计算或校核管道中的热媒流量。热水管网水力计算的基本原理与室内热水采暖系统管路水力计算的基本原理相同，即使用的基本公式相同。课题2热水管网水力计算的基本原理第十九页，共五十二页，编辑于2023年，星期六因热水管网的水流量较大，所以通常以t/h为单位。表达每米管长的沿程损失（比摩阻）R、管径d和水流量G的关系式，可改写为：

——每米管长的沿程压力损失（比摩阻），Pa/m；

——管段的热媒流量，t/h；

——沿程阻力系数；

——管道的内径，m；

——热媒的密度，kg/m3。9.2.1

沿程压力损失的计算

(式9-11)

课题2热水管网水力计算的基本原理第二十页，共五十二页，编辑于2023年，星期六热水管网的水流速度通常大于0.5m/s，其流动状况大多处于阻力平方区。阻力平方区的沿程阻力系数值，可用下式确定：对于管径等于或大于40mm的管道，也可用下式计算：式中——管壁的当量绝对粗糙度，m；热水管网中取

(式9-13)

(式9-12)

m

课题2热水管网水力计算的基本原理第二十一页，共五十二页，编辑于2023年，星期六将(式9-13)的沿程阻力系数值代入(式9-11)中，可得出表达、和三者相互关系的公式。(式9-14)

(式9-15)

(式9-16)

课题2热水管网水力计算的基本原理第二十二页，共五十二页，编辑于2023年，星期六在设计工作中，为了简化繁琐的计算，将式(9-14)~(9-16)中各变量之间的关系制成水力计算图表供设计计算使用（见附录9-1）。水力计算图表是在一定的管壁粗糙度和一定的热媒密度下编制而成的，如果使用条件与制表条件不符时，应对流速、管径、比摩阻进行相应的修正。（1）管道的实际当量绝对粗糙度与制表的绝对粗糙度不符，应对比摩阻进行修正。式中、——按附录9-1查出的比摩阻和规定的值（表中=0.5mm），mm；(式9-17)

课题2热水管网水力计算的基本原理第二十三页，共五十二页，编辑于2023年，星期六——水力计算时采用的实际当量绝对粗糙度，mm；

——相应情况下的实际比摩阻，Pa/m；

——值修正系数，其值见表9-3。表9-3值修正系数和值

课题2热水管网水力计算的基本原理第二十四页，共五十二页，编辑于2023年，星期六（2）如果热媒的实际密度与制表的密度不同，但质量流量相同，则应对表中查出的速度和比摩阻进行修正。、、——附录9-1中采用的热媒密度(kg/m3)和在表中查出的比摩阻(Pa/m)和流速(m/s)值；

——水力计算中热媒的实际密度，kg/m3；、——相应于实际条件下的实际比摩阻(Pa/m)和流速(m/s)值。(式9-19)

(式9-18)

课题2热水管网水力计算的基本原理第二十五页，共五十二页，编辑于2023年，星期六（3）如欲保持表中的质量流量和比摩阻不变，而热媒密度不是而是时，则应对管径进行修正。

——根据水力计算表的条件下查出的管径值，m；

——实际密度条件下的管径值，m。在热水管网的水力计算中，由于水的密度随温度变化很小，实际温度与编制图表时的温度值偏差不大时，可以不必考虑密度不同时的修正。但在蒸汽管网和余压凝结水管网中，流体在管中流动，沿程密度变化很大，需按上述公式进行不同密度的修正计算。(式9-20)

课题2热水管网水力计算的基本原理第二十六页，共五十二页，编辑于2023年，星期六热水管网的局部损失可按下式计算：式中——热水管网的局部压力损失，Pa；

——管段中总的局部阻力系数。9.2.2

局部压力损失的计算(式9-21)

△Pj

课题2热水管网水力计算的基本原理第二十七页，共五十二页，编辑于2023年，星期六在热水管网水力计算中，对于管网的局部阻力，经常采用当量长度法进行计算，即将管段的局部损失折合成相当的沿程损失。当量长度可用下式计算：式中——管道的内径，m；

——管道的当量绝对粗糙度，mm。(式9-22)

课题2热水管网水力计算的基本原理第二十八页，共五十二页，编辑于2023年，星期六附录9-2给出了热水管网一些管件和附件的局部阻力系数和=0.5mm时的局部阻力当量长度值。如果水力计算采用与附录9-2不同的当量绝对粗糙度值时，应用下式对进行修正。、——附录9.2中采用的值及查出的局部阻力当量长度，m；

——计算管网实际的当量绝对粗糙度，mm；

——相应下的局部阻力当量长度，m；

——值修正系数，其值可见表9-3。(式9-23)

课题2热水管网水力计算的基本原理第二十九页，共五十二页，编辑于2023年，星期六管线平均比摩阻（或比压降）可按下式计算:——管线平均比摩阻，Pa/m;——管线的总资用压降，Pa；

——管线的总长度，m；

——局部阻力与沿程阻力的比值，按附录9-3查取。(式9-24)

课题2热水管网水力计算的基本原理第三十页，共五十二页，编辑于2023年，星期六计算管道的总压降为：式中——计算管段的总压降，Pa；

——计算管段的比摩阻，Pa/m；

——计算管段的折算长度，m。在进行估算时，局部阻力的当量长度可按管道实际长度L的百分数来计算，公式如下式中——局部阻力的当量长度百分数,%(见附录9-3)；

——管道的实际长度，m。(式9-25)

(式9-26)

课题2热水管网水力计算的基本原理第三十一页，共五十二页，编辑于2023年，星期六在进行热水管网水力计算之前，需要完成的前期工作包括确定各用户的热负荷、热源位置及热媒参数、绘制管网平面布置计算图、在管网平面布置图上标注热源与各热用户的流量等参数、标注管段长度及节点编号、标注管道附件、伸缩器及有关设备位置等。课题3热水热网的水力计算9.3.1

热水供热管网水力计算的方法与步骤第三十二页，共五十二页，编辑于2023年，星期六热水供热管网水力计算的方法步骤如下：（1）确定热水管网中各个管段的计算流量管段的计算流量就是该管段所负担的各个用户的计算流量之和，根据这个计算流量来确定该管段的管径和压力损失。各管段的计算流量可根据管段热负荷和管网供回水温差通过下式来确定：式中——管段计算流量，t/h；

——计算管段的热负荷，kW；、——热水管网的设计供回、水温度，℃；

——水的比热容，取=4.187kJ/kg·℃。(式9-27)

课题3热水热网的水力计算第三十三页，共五十二页，编辑于2023年，星期六（2）确定热水管网的主干线及其沿程比摩阻热水管网水力计算是从主干线开始计算的，主干线是管网中平均比摩阻最小的一条管线。

（3）根据热水管网主干线各管段的计算流量和初步选用的平均比摩阻数值，利用附录9-1的水力计算表，确定主干线各管段的管径和相应的实际比摩阻。

（4）根据选用的管径和管段中局部阻力的形式，查附录9-2，确定各管段局部阻力的当量长度的总和以及管段的折算长度。

（5）根据管段的折算长度以及由附录9-1查到的比摩阻，利用式(9-25)计算主干线各管段的总压降。

（6）计算各分支干线或支线。课题3热水热网的水力计算第三十四页，共五十二页，编辑于2023年，星期六[例9-1]

某工厂热水供热管网平面布置如图9-1所示。管网中各管段长度、阀门的位置、方形补偿器的个数均已标注在图中。已知管网设计供、回水温度=130℃，=70℃。用户E、F、D的设计热负荷分别为1200kW、1000kW、1300kW。各热用户内部的阻力损失为=50kPa。试进行该热水管网的水力计算。9.3.2

水力计算示例图9-1某工厂热水供热管网平面布置图课题3热水热网的水力计算第三十五页，共五十二页，编辑于2023年，星期六[解]：(1)确定各用户和管网各管段的计算流量热用户E，由式(9-27)得用同样的方法确定热用户F、D的计算流量分别为：=14.33t/h，=18.63t/h，各管段的计算流量和已知的各管道长度见表9-4。(t/h)表9-4水力计算表

课题3热水热网的水力计算第三十六页，共五十二页，编辑于2023年，星期六(2)确定管网主干线并计算

因为各热用户内部的阻力损失相等，各热用户入口要求的压力差均为50kPa，所以从热源到最远用户D的管线为主干线。管网各管段编号及阀门、补偿器设置见图9-1。首先，取主干线的平均比摩阻在=40~80Pa/m范围内，确定主干线各管段的管径。如管段AB，计算流量=14.33+17.20+18.63=50.16(t/h)，根据管段AB的计算流量和值的范围，查附录9-1可确定管段AB的管径和相应的比摩阻值以及流速得：

d=150mm，=58.19Pa/m，=0.82m/s

管段AB中局部阻力的当量长度，可由附录9-2查得：闸阀1×2.24=2.24(m)

方形补偿器4×15.4=61.6(m)

局部阻力当量长度之和=2.24+61.6=63.84(m)课题3热水热网的水力计算第三十七页，共五十二页，编辑于2023年，星期六

管段AB的折算长度=230+63.84=293.84m

管段AB的压力损失=58.19×293.84=17098.55(Pa)

用相同的方法计算BC段和CD段，计算结果列于表9-4中。管段BC的局部阻力当量长度值如下：管段BCDN=125mm

直流三通1×4.4=4.4m

异径接头1×0.44=0.44m

方形补偿器3×12.5=37.5m

总当量长度=42.34m

管段CD的局部阻力当量长度=44.48m，过程略。通过计算可知，主干线的总压力损失为

=++=17098.55+13362.53+16834.89=47295.97(Pa)课题3热水热网的水力计算第三十八页，共五十二页，编辑于2023年，星期六(3)各分支线的计算分支线BE与主干线BD并联，依据节点平衡原理，管段BE的资用压差为

=+=13362.53+16834.89=30197.42Pa

局部损失与沿程损失的估算比值=0.6（见附录9-3），则管线平均比摩阻大致可控制为根据和=17.20t/h，由附录9-1查得

=80mm，=168.68Pa/m，=0.95m/s管段BE中局部阻力的当量长度，由附录9-2查得:=222.04Pa/m

课题3热水热网的水力计算第三十九页，共五十二页，编辑于2023年，星期六

分流三通1×3.82=3.82m

方形补偿器2×7.9=15.8m

闸阀2×1.28=2.56m

总当量长度=22.18m

管段BE的折算长度=85+22.18=107.18m

管段BE的压力损失=168.68×107.18=18079.12(Pa)

剩余压差=－=30197.42－18079.12=12118.3(Pa)，剩余压力过大，可在用户入口处安装调压板、调压阀门等进行调节。用同样的方法计算管段CF，计算结果见表9-4。课题3热水热网的水力计算第四十页，共五十二页，编辑于2023年，星期六蒸汽管道水力计算的特点是在计算压力损失时应考虑蒸汽密度的变化。在设计中，为了简化计算，蒸汽密度采用平均密度，即以管段的起点和终点密度的平均值作为该管段的计算密度。热水热网水力计算的基本公式，对蒸汽热网同样适用。(1)沿程阻力计算编制附录9-4室外蒸汽管道水力计算表时，取K=0.2mm，蒸汽密度ρ=lkg／m3。当计算管段的平均密度不等于lkg／m3时，可用公式9-18、9-19对比摩阻及流速进行修正。当蒸汽管道的当量绝对粗糙度Ksh与Kb=0.2mm不符时，同样按（式9-17）进行修正。课题4蒸汽热网的水力计算9.4.1

蒸汽热网水力计算的特点第四十一页，共五十二页，编辑于2023年，星期六(2)局部阻力损失计算局部阻力损失按当量长度法计算，局部阻力当量长度查附录9-2进行计算。(3)蒸汽热网供热介质的最大允许设计流速应采用下列数值：

1）过热蒸汽管道公称直径大于200mm的管道80m／s；公称直径小于或等于200mm的管道50m／s。

2）饱和蒸汽管道公称直径大于200mm的管道60m／s；公称直径小于或等于200mm的管道35m／s。课题4蒸汽热网的水力计算第四十二页，共五十二页，编辑于2023年，星期六蒸汽热网的水力计算方法如下：(1)先确定各管段的流量

式中G——管段的计算流量，t/h；

Q——用户的计算热负荷，KW；

r——用汽压力下的蒸汽潜热，KJ/Kg。

(2)绘制蒸汽热网平面图，并在图中标注所有补偿器、阀门的个数及其型号、管道长度等。9.4.2

蒸汽热网的水力计算方法和示例(式9-28)

课题4蒸汽热网的水力计算第四十三页，共五十二页，编辑于2023年，星期六(3)确定主干线的平均比摩阻

式中——热网始端和终端的蒸汽压力差，Pa；

ΣL——主干线总长，m；

——局部阻力当量长度百分比，查附录9-3。(4)按主干线上压力损失均匀分布来假定管段末端压力

式中、——该管段的终端、始端蒸汽压力，Pa；

——该计算管段的长度，m。(式9-29)

课题4蒸汽热网的水力计算第四十四页，共五十二页，编辑于2023年，星期六(5)计算管段中蒸汽的平均密度式中——管段中蒸汽的平均密度，kg／m3；，——管段中蒸汽的始端、末端密度，kg／m3。(6)根据式（9-19）将平均比摩阻换算成查表用比摩阻。(7)根据各管段的流量和查表用比摩阻查附录9-4选定合适的管径，从而得出对应于选定管径情况下的比摩阻及流速。(8)根据式（9-18）、（9-19）将表中查出的比摩阻、流速再换算成实际条件下的比摩阻及流速。（式9-31）

课题4蒸汽热网的水力计算第四十五页，共五十二页，编辑于2023年，星期六(9)

检查管内实际流速是否超过限定流速。(10)

根据已选定的管径，查附录9-2得出局部阻力当量长度Ld。(11)

计算管段阻力损失及主干线总阻力损失。各管段阻力损失为主干线总阻力损失应为各管段阻力损失总和。(12)校验计算求出管段实际的末端压力与蒸汽密度，与假定值对比。若误差允许，则计算下一管段，否则，用第一次计算的实际密度值，重新进行计算，直到符合要求。(13)

根据分支节点压力选择并联支管的管径，方法同前。课题4蒸汽热网的水力计算第四十六页，共五十二页，编辑于2023年，星期六【例题9-2】

蒸汽热网如图9-2，锅炉出口饱和蒸汽压力为10×105Pa，PD=8×105Pa，PE=6×105Pa,试确定热网管径。图9-2蒸汽热网水力计算图

课题4蒸汽热网的水力计算[解略]

第四十七页，共五十二页，编辑于2023年，星期六注：管段局部阻力当量长度：AB:7个方形补偿器，1个截止阀：