水管水力计算过程.docx
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水管水力计算过程
6水系统设计
6.1水系统方案选择
本设计空调水系统采用一次泵定水量水系统，系统为闭式四管制。
闭式系统中介质不与大气接触，无论是水泵运行或停止期间，管内都始终充满水，可防止管道的腐蚀。
较开式系统水泵扬程小，水力平衡较易。
在系统最高点设膨胀水箱并有排气和泄水装置。
由于建筑平面内外各区均有用水点分布，由于建筑内部布管空间限制，采用同程式系统较为困难。
开始意识到同程系统易于平衡，故设计初期采用了同程式系统。
但布管发现，从水井引出的供水管需先绕到走道尽头，再绕回至另一头，接着供水至各个末端。
部分走道仅供水管就有3排，且考虑到回水管以及凝水管，共有4排空调水管，而在建筑设计中，还有生活热水管道以及生活供水管道需要布置，故对于走道空间较窄的建筑难以采用。
同时考虑到采用各层之间采用同程而每层内部采用异程式系统的大同程小异程时水系统，但布管发现，建筑水井的面积有限，由于北区和南区各只有一个水井，采用此系统将导致水井内多于4条水管，水井面积不够。
由于无法向建筑专业提资料，同时考虑建筑本身设计特点以及建筑的级别，增加水井面积的可能性不大，故不采用。
后期发现若使供水管水流速度小些，沿程阻力减小，并在每层回水干管上加平衡阀，并在各并联支管上安装流量调节装置，增大并联支管的阻力，也可使管路达到平衡，故最终决定采用异程式系统。
定水量系统保持供水量在一定范围内，使供回水温发生变化。
由于水量的损失和泄露，当水量发生波动时，通过安装在回水管与供水管之间的压差控制器进行水量的调节。
系统每一层面的水量根据风机盘管的额定水流量进行计算；而整个系统的总水量需要考虑同时使用系数，根据最大负荷选择空气源热泵，设备的额定流量需满足根据最大冷负荷得出的水量。
因而总立管的尺寸应根据空气源热泵的总水量确定，每一层面的水管尺寸根据风机盘管的额定流量确定。
无需将所有风机盘管的额定流量相加，那是无实际意义的。
6.2水系统分区
6.3空调冷冻水系统
6.3.1冷冻水系统形式
冷冻水系统型式为一次泵变流量冷冻水系统，在供回水之间加压差控制器。
一次泵系统选用考虑到建筑属于中小型工程，系统阻力不大，各环路特性阻力相差不大，故无需选用二次泵。
6.3.2水系统的放气与泄水
系统热水管和冷水管均应有0.003的坡度，坡度最小不小于0.002。
系统水管管路的每个最高点设排气装置（自动排气阀）。
系统的最低点的下部设带阀门的放水管，并接入地漏，作为系统刚开始运行时冲刷管路和管路检修时放水用。
6.4空调凝结水管路系统
6.4.1凝结水系统形式
凝结水排放为开式，非满流自流系统。
为了保证自流系统的水头，凝结水管在敷设时保持一定坡度，风机盘管凝结水盘的泄水支管坡度为0.01，凝结水支干管沿水流方向，坡度为0.005，且不允许有积水部位。
凝结水管的管材选用聚氯乙烯塑料，可不加防二次结露的保温层。
凝结水排放可就近排入洗手间的清洁水池。
6.5水系统管路
6.5.1水管管材
大楼层高较高，属于高层建筑。
冷冻水管全部采用无缝钢管。
管道由于需要保温，保温前刷两道防锈底漆。
无缝钢管采用法兰连接或焊接连接。
6.5.2水管流速
考虑到经济和流速两个因素，在满足输送设计流量的前提下，尽量使阻力损失和水流噪声小，以获得经济合理的效果。
同时，水管流速过大，对环路的平衡也不利，由于系统采用异程式系统，每层回水管设有平衡阀，故设计时可使立管流速大些，每层支干管流速小一些。
推荐流速表和设备阻力损失表：
两张表格均选自《简明空调设计手册》。
表6-1推荐流速表
部位
流速（m/s）
部位
流速（m/s）
水泵压出口
2.4~3.6
向上立管
1~3
水泵吸入口
1.2~2.1
一般管道
1.5~3.0
排水管
1.2~2.1
冷却水
1~2.4
主干管
1.2~4.5
表5-2设备阻力损失
设备名称
阻力（kPa）
备注
离心式冷冻机
蒸发器
30~80
按产品不同而定
冷凝器
50~80
按产品不同而定
吸收式冷冻机
蒸发器
40~100
按产品不同而定
冷凝器
50~140
按产品不同而定
冷却塔
20~80
不同喷雾压力
冷热水盘管
20~50
水流速度在0.8~1.5m/s左右
热交换器
20~50
风机盘管机组
10~20
风机盘管容量愈大，阻力愈大，最大30kPa左右
自动控制阀
30~50
6.6水系统水力计算
冷冻水泵的选型涉及到最不利环路的水力计算。
根据阻力计算水泵扬程，选择合适的水泵。
6.6.1计算表中的计算公式
（1）沿程阻力
水在管道内的沿程阻力：
单位沿程阻力：
—摩擦阻力系数，无因次量
—直管段长度，m
d—管道内径，m
—水的密度，1000kg/m3
按照上述公式得到的单位沿程阻力可以在水管摩擦阻力计算表中查到，也可以通过水管路计算图计算水管的沿程阻力。
（水管摩擦阻力计算表和水管路计算图均可参见《简明空调设计手册》）
（2）局部阻力
水流动时遇到弯头、三通及其它异型配件时，因摩擦及涡流耗能而产生的局部阻力为：
局部阻力可用某一长度、相同管径的直管道阻力来取代，称局部阻力当量长度。
—局部阻力系数
d—管道内径，mm
各种阀门、管配件的局部阻力系数可以通过阀门、管配件局部阻力系数表格或者局部阻力当量长度计算图查得。
（阀门、管配件局部阻力系数表格和局部阻力当量长度计算图均可参见《简明空调设计手册》）
6.6.2最不利环路的计算
由于供回水按区域划分为两套，因此最不利环路的水力计算也要分别计算。
北侧最不利环路是经由制冷主机和主干管三楼的空气处理机组并回水至循环水泵的环路。
（如图5－1）
水系统阻力包括管道阻力和设备阻力,管道阻力包括沿程阻力和局部阻力。
即:
ΔP=ΔP1+ΔP2
其中:
ΔP为水系统总阻力;ΔP1为管道阻力;ΔP2为设备阻力.
计算表格如下:
（1）ΔP1---管道阻力
以7楼为例，冷水供回水水管布置及编号如图
最不利管路为0~1~2~3~4~5~6~风机盘管~7~8~9~10~11~12~13管路
最有利管路为0~14~15~16~新风机组~17~13管路
供、回冷水管
序号
流量（L/s）
流量（m^3/h）
管径
管长（m）
v（m/s）
R（Pa/m）
△Py（Pa）
动压（Pa）
ξ
△Pj（Pa）
△Py+△Pj（Pa）
0
2.15
7.74
DN50
2.02
0.98
275.97
557.02
474.82
3.7
1756.83
2313.85
1
1.05
3.78
DN40
4.14
0.80
261.20
1080.68
316.23
0.1
31.62
1112.31
1'
0.55
1.98
DN32
0.50
0.55
154.48
77.24
150.10
7.0
1050.69
1127.93
2
0.55
1.98
DN32
8.14
0.55
154.48
1257.17
150.10
0.1
15.01
1272.18
3
0.45
1.62
DN25
3.07
0.79
442.21
1357.60
308.83
1.5
463.25
1820.85
3'
0.45
1.62
DN25
0.50
0.79
442.21
221.11
308.83
7.0
2161.84
2382.95
4
0.20
0.72
DN20
4.38
0.56
324.98
1422.06
158.99
0.1
15.90
1437.96
5
0.15
0.54
DN20
1.74
0.42
190.07
330.82
89.43
0.1
8.94
339.76
6
0.10
0.36
DN15
2.06
0.51
408.15
842.01
131.71
27.6
3635.31
4477.31
7
0.10
0.36
DN15
2.06
0.51
400.03
825.27
131.65
0.3
39.50
864.77
8
0.15
0.54
DN20
1.74
0.42
185.92
323.59
89.39
0.3
26.82
350.41
9
0.20
0.72
DN20
4.38
0.56
318.98
1395.80
158.92
0.3
47.67
1443.47
10'
0.45
1.62
DN25
0.50
0.79
435.68
217.84
308.68
7.0
2160.78
2378.62
10
0.45
1.62
DN25
3.07
0.79
435.68
1337.53
308.68
5.0
1543.42
2880.95
11
0.55
1.98
DN32
8.14
0.55
151.66
1234.20
150.03
0.3
45.01
1279.21
12'
0.55
1.98
DN32
0.50
0.55
151.66
75.83
150.03
7.0
1050.18
1126.00
12
1.05
3.78
DN40
4.14
0.80
257.44
1065.12
316.23
0.3
94.87
1159.98
13'
2.15
7.74
DN50
2.02
0.98
272.53
474.59
474.82
8.7
4130.93
4605.51
风机盘管处水阻力为3800pa最不利环路总阻力为36174.0Pa
14
1.10
3.96
DN40
1.78
0.83
281.42
499.99
346.89
0.1
34.69
534.68
15
0.80
2.88
DN32
4.02
0.80
309.16
1241.91
317.41
25.1
7966.94
9208.85
16
0.80
2.88
DN32
4.02
0.80
313.70
1260.14
317.41
26.6
8443.05
9703.20
17
1.10
3.96
DN40
1.78
0.83
285.41
507.08
346.89
0.3
104.07
611.15
新风机组处水阻力为6000pa，最有利环路总阻力为32977.2Pa不平衡率为（36174.0-32977.2）/36174.0=8.8%
供、回热水管
序号
流量（L/s）
流量（m^3/h）
管径
管长（m）
v（m/s）
R（Pa/m）
△Py（Pa）
动压（Pa）
ξ
△Pj（Pa）
△Py+△Pj（Pa）
0
2.15
7.74
DN50
2.02
0.98
255.00
514.69
466.90
3.7
1727.53
2242.21
1
1.05
3.78
DN40
4.14
0.80
238.70
987.58
310.95
0.1
31.10
1018.67
1'
0.55
1.98
DN32
0.50
0.55
137.96
68.98
147.60
7.0
1033.17
1102.14
2
0.55
1.98
DN32
8.14
0.55
137.96
1122.68
147.60
0.1
14.76
1137.44
3
0.45
1.62
DN25
3.07
0.79
403.42
1238.50
303.68
1.5
455.52
1694.03
3'
0.45
1.62
DN25
0.50
0.79
403.42
201.71
303.68
7.0
2125.77
2327.48
4
0.20
0.72
DN20
4.38
0.56
290.14
1269.61
156.34
0.1
15.63
1285.24
5
0.15
0.54
DN20
1.74
0.42
166.18
289.23
87.94
0.1
8.79
298.03
6
0.10
0.36
DN15
2.06
0.51
361.48
745.73
129.52
27.6
3574.67
4320.40
7
0.10
0.36
DN15
2.06
0.51
366.77
756.64
130.15
0.3
39.05
795.69
8
0.15
0.54
DN20
1.74
0.42
168.85
293.89
88.37
0.3
26.51
320.40
9
0.20
0.72
DN20
4.38
0.56
294.16
1287.17
157.11
0.3
47.13
1334.30
10'
0.45
1.62
DN25
0.50
0.79
408.12
204.06
305.17
7.0
2136.22
2340.28
10
0.45
1.62
DN25
3.07
0.79
408.12
1252.93
305.17
5.0
1525.87
2778.80
11
0.55
1.98
DN32
8.14
0.55
139.87
1138.29
148.32
0.3
44.50
1182.78
12'
0.55
1.98
DN32
0.50
0.55
139.87
69.94
148.32
7.0
1038.24
1108.18
12
1.05
3.78
DN40
4.14
0.80
241.45
998.96
312.48
0.3
93.74
1092.70
13'
2.15
7.74
DN50
2.02
0.98
257.66
474.59
469.19
8.7
4081.98
4556.57
风机盘管处水阻力为3800pa最不利环路总阻力为34735.4Pa
14
1.10
3.96
DN40
1.78
0.83
261.48
464.56
341.27
0.1
34.13
498.69
15
0.80
2.88
DN32
4.02
0.80
286.61
1151.32
312.27
25.1
7837.90
8989.22
16
0.80
2.88
DN32
4.02
0.80
289.92
1164.60
313.80
26.6
8347.11
9511.70
17
1.10
3.96
DN40
1.78
0.83
264.42
469.80
342.95
0.3
102.88
572.68
新风机组处水阻力为6000pa，最有利环路总阻力为32371.1Pa不平衡率为（34735.4-32371.1）/34735.4=6.8%
其中局部阻力件如下表：
标号阀件
截止阀
过滤器
蝶阀
电动两通阀
变径
90度弯头
立管三通
直流三通
ξ
0～0'
1
1
1
7.2
1
1
0.1
1'
1
1
7
2
1
0.1
3
1
5
3'
1
1
7
4
1
0.1
5
1
0.1
5'～6
1
1
1
2
1
27.6
6～7'
1
1
1
2
1
26.6
8
1
0.3
9
1
0.3
10'
1
1
7
10
1
5
11
1
0.3
12'
1
1
7
12
1
0.3
13'～13
1
1
1
1
8.7
14
1
0.3
15
1
1
2
1
25.1
16
1
1
1
2
1
27.6
17
1
1
2
1
10.6
考虑到主楼1-4层均为商业办公区，运行时间与5-15层不一致，将主楼水系统分为两个不同的区，其中主楼5-15层水系统简图如下：
主楼6-15楼冷冻水管路水力计算表
管段
管长l/m
流量mw/（m³/h）
管径d/mm
水流速v/（m/s）
比摩阻R（Pa/m）
动压ρv2/2（Pa）
局部阻力系数ξ
管段总阻力（Rl+ξρv2/2）/kPa
1～2
68.5
68.9
DN125
1.4
178.4
1007.6
16.35
28.7
2～3
3.3
62.0
DN100
2.0
433.3
1903.3
0.3+0.1=0.4
2.2
3～4
3.3
55.1
DN100
1.7
344.0
1503.2
0.3
1.6
4～5
3.3
48.1
DN100
1.5
263.9
1145.5
0.3
1.2
5～6
3.3
41.2
DN100
1.3
195.3
840.4
0.3
0.9
6～7
3.3
34.3
DN100
1.1
136.9
582.5
0.3
0.6
7～8
3.3
27.3
DN80
1.5
362.8
1109.4
0.3+0.1=0.4
1.6
8～9
3.3
20.4
DN80
1.1
206.1
619.5
0.3
0.9
9～10
3.3
13.5
DN65
1.0
218.9
528.8
0.3+0.1=0.4
0.9
10～11
4.5
6.5
DN50
0.8
194.9
334.7
0.3+0.1=0.4
1.0
11～12
3.3
6.5
DN50
0.8
194.9
334.7
见15层水力计算
40.3
12～13
4.5
6.5
DN50
0.8
194.9
334.7
0.3
1.0
13～14
3.3
13.5
DN65
1.0
218.9
528.8
0.3+0.3=0.6
1.0
14～15
3.3
20.4
DN80
1.1
206.1
619.5
0.3+0.3=0.6
1.1
15～16
3.3
27.3
DN80
1.5
362.8
1109.4
0.3
1.5
16～17
3.3
34.3
DN100
1.1
136.9
582.5
0.3+0.3=0.6
0.8
17～18
3.3
41.2
DN100
1.3
195.3
840.4
0.3
0.9
18～19
3.3
48.1
DN100
1.5
263.9
1145.5
0.3
1.2
19～20
3.3
55.1
DN100
1.7
344.0
1503.2
0.3
1.6
20～21
3.3
62.0
DN100
2.0
433.3
1903.3
0.3
2.0
21～22
68.5
68.9
DN125
1.4
178.4
1007.6
0.3+0.3=0.6
17.1
总计
108.2
水泵的扬程为最不利环路的总阻力，加上风机盘管处的阻力，即4.4kPa
H=165.3+4.4=112.6kPa
考虑10%的余量，则选用水泵扬程为1.1×112.6=123.9kPa=12.6mH20
水泵选型
分区
水管
扬程
流量m³/h
管径
型号
主楼5-15
冷水
19mH20
103.26
DN125
主楼5-15
热水
14.7mH20
52.17
DN100
主楼0-4
冷水
19.1mH20
40.86
DN100
主楼0-4
热水
16.5mH20
30.29
DN100
裙楼1
冷水
15.1mH20
21.87
DN80
裙楼1
热水
16mH20
26.90
DN80
裙楼2
冷水
28.2mH20
21.87
DN80
裙楼2
热水
27.7mH20
26.90
DN80
表5-3北面最不利环路水力计算表
图5-2水系统最不利环路图
6.7水系统的定压及其设备
当空调水系统为闭式系统时，为使闭式系统中的水因为温度变化而引起的体积膨胀给予余地以及有利于系统中的空气排除，
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