室内热水供暖系统水力计算(6页).docx

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1、-室内热水供暖系统水力计算-第 5 页关于室内热水供暖系统水力计算的若干问题新疆建筑设计研究院 王绍瑞摘 要 室内供暖系统的水力计算不仅要保证各并联环路压力损失差额不大于15%， 还应满足各支路水力稳定性的要求，这对于散热末端设备设有自动调控装置的系统而言是十分重要的。完全不管室外管网资用压差条件，随意降低室内系统压力总损失设计值，然后在热力引入口处设置节流装置来消耗掉较多的富余压差的设计方式，既不利于整个管网的水力平衡，也不利于室内系统水力稳定性的保证。本文就室内系统压力总损失设计值的确定原则和系统水力稳定性的保证提出了一些看法和措施，供同行参考。 关键词 压力总损失设计值 水力平衡 水力稳

2、定性 0 引言室内热水供暖系统水力平衡计算的一个重要目的是使各并联环路压力损失差额不大于15%，然而，仅仅达到这一目的，并不能说我们很好地完成了系统水力计算的任务。当室内供暖系统末端散热设备设有室温自动调控装置时，室温调控装置会随着室温的变化，频繁动作，调节末端散热支路的流量以使室温基本保持恒定。对这样的室内供暖系统而言，减少室温调控装置动作时的相互干扰，提高系统水力稳定性同样是水力计算工作的重要目的。当然，尽量减少系统管材的用量，也是设计者在水力计算过程中必须要考虑到的。室内系统水力平衡度和水力稳定性的提高，都与压力总损失设计值有密切的关联。室内供暖系统压力总损失设计值越大，越有利于提高散热

3、末端支路压力损失占系统总损失的份额。散热末端支路压力损失占系统压力总损失份额越大，干管占系统压力总损失份额越小，则容易实现系统水力平衡要求，同时系统水力稳定性提高。在进行热用户室内供暖系统设计时，应首先了解室外管网提供给热用户的资用压差的大小，室内系统压力总损失设计值应按接近外管网提供的资用压差，尽可能少留富余压差的原则来确定。当室内供暖系统压力总损失设计值低，留有过多富余压差时，虽然可以在热力引入口处设节流装置消除掉富余压差，但这样的水力计算结果不是最佳的结果，一是降低了室内系统的水力稳定性；二是多用了管材，无论从技术角度还是经济角度来讲都是不合理的。1 室内供暖系统压力总损失设计值的确定热

4、用户室内供暖系统压力总损失设计值应按接近外管网提供的资用压差，尽可能少留富余压差的原则来确定，热用户距热源站越近，室内系统压力总损失设计值应越大。在设计中，通常先确定距热源站最远的热用户，即最不利用户的资用压差，然后再根据室外管网水力计算推算出其它各热用户热力入口处的资用压差，同一管网中其它热用户的资用压差一定是大于最不利用户资用压差的。对于集中供热覆盖率较高的城市，往往是先设计或先建成室外供热管网，之后才有新建建筑的供暖系统陆续接入管网。在室外管网设计先行一步的情况下，只要新接热用户确定了在管网中的接入位置，那这个热用户接入口处的资用压差就是已经确定的了。因而，在进行室内供暖系统设计时应先了

5、解室外管网的设计和安装情况，从室外管网设计中获取用户系统资用压差的信息。当没有室外管网设计，无法获取用户系统资用压差的信息时，设计人员可通过现场实地勘测的方式，粗略地估算出新建热用户的资用压差。一般情况下城市集中供热二次管网单位长度平均压力损失不会低于30Pa/m，最不利用户室内系统压力总损失设计值可按50kPa计，此时只要测出最不利用户距新建用户之间的管线长度，就可以粗略估算出新建用户的资用压差。如某一新建用户距最不利用户管线长度为200m，则新建用户资用压差估算值为： 50kPa0.03kPa/m200m262kPa。需要说明的是，上述对新建用户资用压差的确定，只是提供一种估算方法，管网最

6、低单位长度平均压力损失也只是经验数据，30Pa/m是否适用于不同地区还需斟酌。虽然按这种方法估算出的用户资用压差仍会小于实际资用压差，但确保了用户资用压差大于室内系统压力总损失，同时使得资用压差和室内系统压力总损失之间差额缩小。当无法通过室外管网设计图纸获取新建用户资用压差数据，只能采用估时算方法时，设计人员要采用一致的设计规则才是最重要的。首先应规定设计人员必须对室外管网压差分布情况有所了解，依据用户热力入口处资用压差确定室内供暖系统压力总损失设计值，其次对最不利用户资用压差的确定也应有统一规定，如统同一定为50kPa。只有这样才能保证不同的设计单位、不同的设计人员在设计不同的新建用户室内系

7、统时，所确定的系统压力总损失设计值与室外管网压差分布情况基本保持一致。本文之所以强调室内供暖系统压力总损失设计值应依据室外管网提供的资用压差来确定，并少留富余压差，是考虑到以往我们在解决城市集中供暖二次管网水力失调问题时，主要采取在热用户热力入口处加装各类平衡阀调节的方法。有的热用户距热源站较近，外网可提供给用户的资用压差较大，而室内系统压力总损失设计值又很小，此时在热力入口处采取节流方式会过多地将外网提供给用户的资用压差白白地消耗在热力入口处。如果将外网提供的资用压差尽可能多地消耗在室内系统散热末端支路或立管上，不仅有利于室内、室外管网的水力平衡，还有利于提高末端支路的水力稳定性，同时也能减

8、少管材的用量。2 压力损失在室内供暖系统中的分配室内供暖系统的水力计算不仅要保证各并联支路压力损失差额不大于15%，还要保证系统具有较高的水力稳定性。当室内供暖系统散热设备装有室温自动调控装置时，随着某个支路自动调控装置的动作，会带来其它管路流量和压差的变化，这种耦合作用对自动调控装置的调节精度和使用寿命都有不利的影响。提高室内管路系统的水力稳定性能削弱耦合作用的不利影响。供暖管网中各个末端支路或用户，在其它末端支路或用户的流量改变时，保持本身流量不变的能力，称其为管网的水力稳定性。末端支路或用户的水力稳定性系数用下式表示：y=11+PwPy 公式（1）式中 y管网中散热末端支路或用户的水力稳

9、定性系数； Pw管网中干管在设计工况下的压力损失； Py管网中散热末端支路或用户的压力损失。当Pw=0或Py=时，y=1，此时管网干管压力损失为零或散热末端支路压力损失为无穷大，管网水力稳定性最好。当Pw=或Py=0时，y=0，此时管网干管压力损失为无穷大或散热末端支路压力损失为零，管网水力稳定性最差。管网水力稳定性系数在01之间，Pw值越小，Py值越大，y值就越接近于1，管网水力稳定性也就越好。因此，在进行室内系统水力计算时，理论上应相对提高散热末端支路的压力损失，并相对减少干管压力损失。由于室内系统压力总损失设计值是一定的，如果在散热末端支路上分配的压力损失过多，势必造成在干管上分配的压力

10、损失过小，从而又造成干管比摩阻小，管径加大，经济方面不合理。因此，在提高管网水力稳定系数和照顾管网经济性之间应取得一个合理的结合点。从上面水力稳定系数计算公式可看出，要提高室内系统水力稳定性应保证Pw/Py1，即保证散热末端支路上所占压力损失份额大于干管上所占压力损失份额，最低限度也应保证Pw/Py=1，即散热末端支路上所占压力损失份额等于干管上所占压力损失份额，此时y=0.7，可见室内系统水力稳定性系数最低不应小于0.7。在工程设计中宜将y值定为0.70.8，相对应地Pw/Py值在10.56之间。室内系统压力总损失设计值较大时，y值可取高些，反之，y值可取低些。近年来，散热末端恒温阀的应用愈

11、来愈广泛，恒温阀是一种高阻力特性的室温调节装置，较好的恒温阀带有预设定功能，预设定档位高时，其阻力系数（可据流量系数计算而得）较小，预设定档位低时，其阻力系数较大。通过恒温阀的预设定功能，可使恒温阀两端的压力损失控制在1030kPa，为提高室内系统散热末端支路的压力损失份额非常有利。3 水力平衡阀的设置对于距供热站较近、热力入口资用压差较大的热用户，可能会受系统规模、管道流速、恒温阀及热计量表两端最大工作压差等因素的限制，无法靠提高管道、恒温阀、热计量表等系统组件的压降，以使室内系统压力总损失达到与热力入口资用压差相当时，仍需设置节流平衡装置来消耗掉富余压差。而平衡阀可以设置在热用户热力入口处

12、，也可以设置在散热末端支路上或共用立管上，究竟设在哪里较好呢？从提高各散热末端支路水力稳定性的角度来看，当然是将平衡阀设在散热末端支路上为最佳选择。下面举一例子来说明。例：一栋十二层办公楼，室内供暖系统采用对流散热器作散热末端，且为下分式水平双管制式。已知该系统热力入口处资用压差为100 kPa，系统中各散热器供水支管上设恒温控制阀，恒温阀两端压差均设定在30 kPa。经初步水力计算得出结果：系统中最不利水平双管支路压力损失为35 kPa（含散热器支路和水平支管压力损失），共用立管压力损失为5 kPa，水平干管压力损失共计30kPa（含热力入口热计量表、过滤器等配件的压力损失），系统压力总损失

13、为70 kPa。初步水力计算结果表明，系统资用压差与压力总损失之间尚有10070 =30（kPa）的差值，也就是说，仍有富余压差存在。此时管道、恒温阀、热计量表等系统组件的压力损失受流速、规格等的限制已没有再调高的余地，只能采取设平衡阀的方式来消耗掉富余压差。 （1）首先考虑将平衡阀设在热力入口处，则室内系统压力损失情况为：系统中最不利水平双管支路压力损失为35 kPa，共用立管压力损失为5 kPa，水平干管压力损失共计60kPa（热力入口增加平衡阀的压力损失），系统压力总损失为100 kPa。这时，按公式（1）可算出最不利水平双管支路的水力稳定性系数：y1=0.59。（2）若将平衡阀设置在水

14、平双管支路，则室内系统压力损失情况为：系统中最不利水平双管支路压力损失为65 kPa（水平支路增加平衡阀的压力损失），共用立管压力损失为5 kPa，水平干管压力损失共计30kPa，系统压力总损失为100 kPa。这时，按公式（1）可算出最不利水平双管支路的水力稳定性系数：y2=0.81。以上例子表明，平衡阀设在热力入口处时，最不利水平双管支路的水力稳定性系数小于最低0.7的要求，水力稳定性较差。而平衡阀设在末端支路上时，使末端支路上所占压力损失份额高于干管上所占压力损失份额，从而提高了末端支路的水力稳定性。散热末端支路水力稳定性的提高，意味着当其它支路因调节而流量发生变化时，不会引起自身流量发

15、生较大的变化。为了对水力稳定性有一个定量的认识，我们仍利用上例中平衡阀设置位置不同的两种情况，对最不利水平双管支路的水力稳定性作一定量的对比。为方便起见，我们仅以极端状况，即当室内系统中只有上述最不利水平双管支路运行，其它所有水平双管支路全部关闭，且热力入口处的资用压差全部作用在最不利水平双管支路上时看支路流量的变化情况。当支路作用压差发生变化时，其流量相应变化，压差变化与流量变化存在下式关系：G2=G1P2P1 公式（2）式中 G1支路在设计压差下的流量； G2支路在压差变化后的流量； P1支路在设计工况下的作用压差； P2支路在工况发生变化后的作用压差。当平衡阀设置在热力入口处，其它末端支

16、路全关闭时，最不利水平双管支路的作用压差由P1=35 kPa增加至P2=100 kPa时，用公式（2）算出压差变化后的流量：G2=1.69 G1。 当平衡阀设置在末端支路上，其它末端支路全关闭时，最不利水平双管支路的作用压差由P1=65 kPa增加至P2=100 kPa时，用公式（2）算出压差变化后的流量：G2=1.24 G1。 很明显，散热末端支路压力损失占系统压力总损失的份额越大，当其它支路流量发生变化时，自身抵抗流量变化的能力越强。当采用动态压差平衡阀时，宜将阀门设在散热末端支路上，下分式水平双管系统设在水平支路上，下分式垂直双管支路设在垂直立管支路上。当采用静态平衡时，由于静态平衡阀需

17、在散热末端支路、共用立管、分支干管上逐级设置，以方便平衡调试，因此，各级平衡阀都要分担一部分节流压力损失，但在散热末端支路上设置的静态平衡阀所承担的压力损失应保证该支路压力损失占系统压力总损失的份额不小于50%，即保证Pw/Py=1。在进行供暖系统设计时，完全不管室外管网提供的资用压差条件，随意降低室内系统压力总损失设计值，之后进行外管网设计时，在热力引入口处再设置节流装置来消耗掉较多的富余压差，这种设计方式既不利于整个管网的水力平衡，也不利于室内系统水力稳定性的保证，应尽快纠正。4 结论整个供暖系统的水力平衡，应在设计阶段采取保证措施，每个用户室内系统的设计都应体现出这种保证。在进行室内供暖

18、系统设计时，应了解室外管网的设计情况，或通过现场勘测的方式获取外管网提供给室内系统的资用压差情况。室内供暖系统压力总损失设计值应按接近外管网提供的资用压差，尽可能少留富余压差的原则来确定，热用户距热源站越近，室内系统压力总损失设计值应越大。室内系统压力总损失设计值应有不小于50%的份额分担到散热末端支路上，以保证系统有足够的水力稳定性。当室内系统有较大的富余作用压差，需要采用节流平衡装置来消耗掉富余压差时，不应将富余压差全部消耗在热力引入口处，而应尽可能多地消耗在散热末端支路上，即节流平衡装置尽可能设在散热末端支路上，有助于保证末端支路的水力稳定性。参考文献1付祥钊，王岳人，王元等.流体输配管网M.北京：中国建筑工业出版社，2001.92陆耀庆.实用供热空调设计手册M. 北京：中国建筑工业出版社，2008