供热热网的水力计算

LOGO供热工程GONGREGONGCHENG武汉理工大学出版社单元9供热热网的水力计算单元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。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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。3()10nvwnwnQqVttnQwVntwntvq课题1集中供热系统方案的确定（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。310nfQqFnQFfq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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（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。3()10ttwnwtQqVtttQwVntwtttqtq课题1集中供热系统方案的确定（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。ttnQKQtQtKnQ课题1集中供热系统方案的确定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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。310rpsQqFrpQFsq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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。maxrrpQKQmaxrQK课题1集中供热系统方案的确定(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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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,24npjnannwnttQQNtt0.0864npjnnwnttQNtt,naQnQNntpjtwnt课题1集中供热系统方案的确定（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）。,npjtatnwtttQZQNtt0.0036npjtnwtttZQNtt,taQZtQwtt课题1集中供热系统方案的确定（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。,raQrpQrtlxtlt350N,24350rlxrarprprlttQQNQNtt0.0864350rlxrprlttQNNtt课题1集中供热系统方案的确定（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。,saiiQQT,saQiQiT课题1集中供热系统方案的确定backbackbackback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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RGd2256.2510GRd(式9-11)课题2热水管网水力计算的基本原理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)211.142lgdK(式9-12)0.250.11dKK30.510Km课题2热水管网水力计算的基本原理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。230.255.256.8810GRKd0.04760.3810.190.387KGdR0.52.6250.12512.06RdGK(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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；0.25shshbbbKRRmRKbRbKbKbK(式9-17)课题2热水管网水力计算的基本原理——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shKshRmKm课题2热水管网水力计算的基本原理（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。bshbshbshbshRRbbRbshshRshsh(式9-19)(式9-18)课题2热水管网水力计算的基本原理（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