给排水水管水力与热力平衡设计计算书

2/2给排水水管水力与热力平衡设计计算书项目名称：某建筑空调冷却水循环系统水力与热力平衡计算设计阶段：施工图设计计算日期：计算人：审核人：计算依据：《建筑给水排水设计标准》GB50015-2019《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》GB50736-2012相关专业设计图纸及设备选型资料一、设计基础参数1.1系统概况本系统为闭式空调冷却水循环系统，水泵与冷水机组一一对应，管路为同程式布置。1.2原始设计参数系统总冷负荷:Q冷水机组蒸发器侧进出口设计温差:Δ最长不利环路管道总长度:L=320m(局部阻力当量长度占比:α=0.3(经验取值，估算局部阻力管道粗糙度:闭式系统，选用无缝钢管，绝对粗糙度K水密度:ρ水比热容:c二、循环流量计算2.1计算公式采用热平衡公式计算系统所需循环水流量。G2.2符号说明G——系统循环水流量，单位mQ0——系统总冷负荷，单位cp——水的定压比热容，单位ΔT——供回水温差，单位系数3.6——单位换算系数(1kW=1kJ/s，换算到2.3参数代入与分步计算1.分子计算(热负荷转换):3.6×2.分母计算:cG3.流量计算:G2.4结论G=180.86m3/h三、管径初选与流速校核3.1管径初选3.1.1计算公式根据流量和常用流速范围，计算管道内径。d3.1.2符号说明di——管道计算内径，单位G——循环水流量，单位m3/h，取自章节v——管内流速，单位m/s。根据规范GB50736-2012，DN100-DN250管道，经济流速取1.5∼2.5m/s。初算取π——圆周率，取3.14163.1.3参数代入与分步计算m3/sGA2.计算管内截面积:根据公式G=vAdi3.计算管道内径d3.1.4结论根据计算内径188.5mm，查阅钢管公称直径标准，选择DN200(外径219mm，壁厚6mm，内径207mm)作为主管道管径。3.2实际流速校核3.2.1计算公式v3.2.2符号说明v——实际管内流速，单位m/sG——循环水流量，单位m3/dj——管道实际内径，单位m。对于DN200钢管(壁厚6mm)，3.2.3参数代入与分步计算dj21.d2.计算分母:3600v3.计算流速:v3.2.4结论v=1.49m/s校核后的实际流速为。该值位于规范推荐的经济流速四、沿程阻力损失计算4.1计算公式(达西-魏斯巴赫公式)沿程阻力损失计算采用达西-魏斯巴赫公式。Δ或用水柱高度表示:H4.2符号说明ΔPm——沿程压力损失，单位Hm——沿程水头损失，单位λ——沿程阻力系数(无单位)，需根据流态和管壁粗糙度计算L——管道长度，单位m，Ldj——管道内径，单位m，ρ——流体密度，单位kg/m3，v——平均流速，单位m/s，vg——重力加速度，取9.814.3沿程阻力系数λ计算4.3.1判别流态(雷诺数)计算公式:Re符号说明:Re——雷诺数ν——水的运动粘度系数，单位m2/s。水温按10∘参数代入与计算:Re由于Re=235,443>4000，流态为紊流4.3.2阻力系数λ计算(柯列勃洛克公式)本计算采用适合紊流过渡区的柯列勃洛克公式，该公式精度高，适用范围广。计算公式:1*这是一个隐函数，通常需迭代求解。此处采用迭代法。*符号说明:K——管壁当量粗糙度，单位mm。对于无缝钢管，取KRe——雷诺数，Re迭代求解过程:初值设定:先假设一个λ第一次迭代:计算右侧参数:K2.51K-(注:log10得到新的1/λ1=6.946第二次迭代:取λλ2.51K-λ第三次迭代(验证):取λ2因此，λ=0.0207沿程阻力系数4.4沿程损失计算4.4.1沿程水头损失Hm:H参数代入:H分步计算:Ldjv22g1.493.三者相乘:H4.4.2沿程压力损失ΔPm:Δ4.5结论Hm=3.62mH2OΔP五、局部阻力损失计算5.1计算公式局部阻力损失用当量长度法或阻力系数法计算。当缺乏详细阀件和管件清单时，通常采用估算的当量长度法。本计算书采用当量长度法作为主要计算，并用阻力系数法进行校核。方法一:当量长度法H其中α为局部阻力占沿程阻力的比例系数。方法二:阻力系数法(校核)H其中∑ξ为管路系统中所有局部阻力系数之和5.2当量长度法计算(主体计算)符号说明:Hl——局部水头损失，单位Hm——沿程水头损失，单位mH2α——比例系数，对于DN200、同程式空调水系统，取经验值0.3参数代入与计算:H5.3阻力系数法校核计算为验证估算值的合理性，对典型管件进行详细计算。假设不利环路上典型管件有：蝶阀(DN200):2个，单个ξ90°弯头(DN200):6个，单个ξ过滤器(DN200):1个，ξ止回阀(DN200):1个，ξ三通(直流):4个，单个ξ管道出口:1个，ξ管道入口:1个，ξ总局部阻力系数计算:∑∑局部水头损失计算:H5.4结论与选取当量长度法计算结果:H阻力系数法校核计算结果:H两者偏差约12.7%，主要由于估算的系统复杂性差异所致。为安全起见，选用偏于保守的校核结果。Hl=1.25mH六、总阻力损失与水泵扬程确定6.1计算公式系统总阻力由管道沿程阻力、局部阻力和设备自身阻力构成。H符号说明:Htotal——系统总阻力，即所需水泵扬程，单位Hm——沿程阻力，Hl——局部阻力，Heq——设备阻力，包括冷水机组蒸发器和末端风机盘管/冷水机组蒸发器阻力(查设备样本):H最不利末端风机盘管阻力(含控制阀):H6.2参数代入与分步计算1.管道总阻力:H2.设备总阻力:HHtotal3.系统总阻力(水泵扬程H4.附加安全系数(10%):为确保系统在运行初期的过滤器堵塞等不利工况下仍能正常运行，增加10%的扬程裕量。H6.3结论Hpump=18.6mH2OG=180.9七、温差与流量平衡校核(热力平衡)本部分旨在校核在设计流量下，系统是否能满足末端设备的供回水温差要求，验证系统热力平衡的可行性。7.1计算公式(末端设备换热量)Q或反算实际温差:Δ7.2符号说明Qdesign——设计工况下末端设备总冷负荷，单位kW，G——系统实际循环水流量，单位m3/ΔTactual——系统实际运行时的供回水温差，单位cp,ρ——参数同前文，7.3参数代入与分步计算G⋅cpG3.6×Qdesign2.3.6×1050=3780ΔTactual3.重新组织公式，确保单位统一：Δ分子分母同时约去1000：Δ7.4结论G=180.86m3/hΔT系统在选定的管径和水泵扬程下，能够严格满足设计热力平衡要求，流量分配与热负荷匹配。设计合格。八、计算结果汇总与最终校核项目名称符号计算公式计算结果单位状态设计循环流量G3.6180.9m✅确定主管计算内径d4188.5mm-选定公称管径DN按标准选取DN200mm✅选取实际管内流速v41.49m/s✅合理沿程阻力系数λ柯列勃洛克公式迭代0.0207-✅收敛沿程水头损失Hλ3.62mH✅计算局部水头损失H阻力系数法校核1.25mH✅选取设备阻力损失H样本参数12.0mH✅确定所需水泵扬程H(18.6mH✅选型校核