重力循环双管系统管路水力计算

如前所述，重力循环双管系统通过散热器环路的循环作用压力的计算公式为

式中　ΔP——重力循环系统中，水在散热器内冷却所产生的作用压力，Pa；

g——重力加速度，g=9.81 m/s2；

H——所计算的散热器中心与锅炉中心的高差，m；

ρg、ρh——供水和回水密度，kg/m3；

ΔPf——水外循环环路中冷却的附加作用压力，Pa。

应注意：通过不同立管和楼层的循环环路的附加作用压力ΔPf值是不同的，应按附录表2选定。

重力循环异程式双管系统的最不利循环环路是通过最远立管底层散热器的循环环路，计算应由此开始。

[例题6-1]　确定重力循环双管热水供热系统管路的管径，如图6-1所示。热媒参数：供水温度=95 ℃，回水温度=70 ℃。锅炉中心距底层散热器中心距离为3 m，层高为3 m。

图6-1　重力循环双管热水供热系统

每组散热器的供水支管上有一截止阀。

[解]　图6-1为该系统两个支路中的一个支路。图上小圆圈内的数字表示管段号。圆圈旁的数字：上行表示管段热负荷（W），下行表示管段长度（m）。散热器内的数字表示其热负荷（W）。罗马字表示立管编号。

计算步骤：

1.选择最不利环路

由图6-1可见，最不利环路是通过立管I的最底层散热器I l（1500W）的环路。这个环路从散热器Il顺序地经过管段①、②、③、④、⑤、⑥，进入锅炉，再经管段⑦、⑧、⑨、⑩、⑪、⑫、⑬、⑭、⑮、⑯进入散热器Ⅰ1。

2.计算通过最不利环路散热器Il的作用压力Δ，根据式（6-21）

根据图中已知条件：立管I距锅炉的水平距离在30～50 m范围内，下层散热器中心距锅炉中心的垂直高度小于15 m。因此，查附录表2，得ΔPf=350 Pa。根据供回水温度，查附录表1，得ρh=977.81kg/m3， ρg=961.92 kg/m3，将已知数字代入上式，得

3.确定最不利环路各管段的管径d

（1）求单位长度平均比摩阻，计算公式如下：

式中　∑l11——最不利环路的总长度，m；

式中　α——沿程损失占总压力损失的估计百分数；查附录表18，得α=50％

将各数字代入上式，得

（2）根据各管段的热负荷，求出各管段的流量，计算公式如下：

式中　Q——管段的热负荷，W；

——系统的设计供水温度，℃

，——系统的设计回水温度，℃

（3）根据G、Rpj，查附录表12，选择最接近Rpj的管径。将查出的d、R、ν和G值列入表6-1的第5、6、7列和第3列中。

例如，对管段②，Q=7 900 W，当=25 ℃时，G=0.86×7 900/（95-70）=272 kg/h

查附录表12，选择接近的管径。如取DN32，用补插法计算，可求出ν=0.08 m/s，R=3.39 Pa/m。将这些数值分别列入表6-1中。

4.确定长度压力损失，即ΔPy=Rl

将每一管段R与l相乘，列入表6-1的第8列中。

5.确定局部阻力损失Z

（1）确定局部阻力系数ζ根据系统图中管路的实际情况，列出各管段局部阻力管件名称（见附录表13）。利用附录表13，将其阻力系数ζ值记于表6-2中，最后将各管段总局部阻力系数∑ζ列入表6-1的第9列。

应注意：存统计局部阻力时，对于三通和四通管件的局部阻力系数，应列在流量较小的管段上。

（2）利用附录表14，根据管段流速ν，可查出动压头ΔPd值，列入表6-1的第10列中。根据，将求出的ΔPi值列入表6-1的第11列中。(www.xing528.com)

6.求各管段的压力损失，即ΔP=ΔPy+ΔPj

将表6-1种第8列与第11列相加，列入表6-1第12列中。

7.求环路总压力损失，即

8.计算富裕压力值

考虑由于施工的具体情况，可能增加一些在设计计算中未计入的压力损失。因此，要求系统应有10％以上的富裕度。

式中　Δ％——系统作用压力的富裕率；

Δ——通过最不利环路的作用压力，Pa；

∑（ΔPy+ΔPj）1-14——通过最不利环路的压力损失，Pa。

9.确定通过立管Ⅰ第二层散热器环路中各管段的管径

（1）计算通过立管Ⅰ第二层散热器环路的作用压力ΔP12′

（2）确定通过立管Ⅰ第二层散热器环路中各管段的管径。

①求平均比摩阻Rpj：根据并联环路节点平衡原理（管段15、16与管段1、14为并联管路），通过第二层管段15、16的资用压力为

管段15、16的总长度为5 m，平均比摩阻为

表6-1　重力（自然）循环双管热水供暖系统管路水力计算表

续表

表6-2　局部阻力系数计算表

②根据同样方法，按15和16管段的流量G及Rpj，确定管段的d，将相应的R、ν值列入表6-1中。

（3）求通过底层与第二层并联环路的压降不平衡率。

此相对差额在允许±15％范围内。

10.确定通过立管I第三层散热器环路上各管段的管径，计算方法与前相同。计算结果如下：

（1）通过立管I第三层散热器环路的作用压力

（2）管段15、17、18与管段13、14、l为并联管路。通过管段15、17、18的资用压力为

（3）管段15、17、18的实际压力损失为459+159.1+119.7=738 Pa。

（4）不平衡率x13=（976-738）/976=24.4％＞15％

因17、18管段已选用最小管径，剩余压力只能用第三层散热器支管上的阀门消除。

11.确定通过立管Ⅱ各层环路各管段的管径

作为异程式双管系统的最不利循环环路是通过最远立管I底层散热器的环路。对与它并联的其他立管的管径计算。同样应根据节点压力平衡原理与该环路进行压力平衡计算确定。

（1）确定通过立管Ⅱ底层散热器环路的作用压力Δ。

（2）确定通过立管Ⅱ底层散热器环路各管段管径d。

管段19～23与管段1、2、12、13、14为并联环路，对立管Ⅱ与立管I可列出下式，从而求出管段19～23的资用压力

（3）管段19～23的水力计算同前，结果列入表6-1中，其总阻力损失

（4）与立管I并联环路相比的不平衡率刚好为零。

通过立管Ⅱ的第二、三层各环路的管径确定方法与立管I中的第二、三层环路计算相同，不再赘述。其计算结果列入表6-1中。其他立管的水力计算方法和步骤完全相同。

通过该双管系统水力计算结果，可以看出，第三层的管段虽然取用了最小管径（DN15），但它的不平衡率大于15％。这说明对于高于三层以上的建筑物，如采用上供下回式的双管系统，若无良好的调节装置（如安装散热器温控阀等），竖向失调状况难以避免。