第9章 建筑内部热水供应系统的计算
9-1 水质、水温及热水用水量定额
一 、热水水质
生活用热水的水质应符合我国现行的《生活饮用水卫生标准》
钙镁离子含量:日用水量<10m3(按60℃计算)的热水供应系统可不进行水质处理,日用水量≥10m3(按60℃计算),且原水总硬度>357mg/L时,需要进行水质处理。
二 、热水水温
冷水水温以当地最冷月平均水温为依据,可按表9-1计算画表
热水水温按表9-2计算。画表
三 、用水定额
1. 根据建筑物的使用性质和内部卫生器具的完善程度来确定。
2. 根据建筑物的使用性质和内部卫生器具的单位用水量来确定。
9-2 热水量、耗热量、热媒耗量的计算
一. 设计用水量计算
1. 按用水单位数计算:
(9-1)
式中:Qr——设计小时用水量,L/h;
m——用水计算单位数,人数或床位数;
Kh——热水小时变化系数,全天供应热水系统可按表采用;
qr——热水用水量定额,L/人·d或L/床·d,按表确定。
2 .按使用热水的卫生器具数计算
(9-2)
式中:Qr——设计小时用水量,L/h;
qh——卫生器具的热水小时小时用水定额,L/h;
b——同类卫生器具同时使用百分数;
Kr——热水混合系数。
根据混合水、冷水、热水以及水温之间的关系,按照热平衡方程式,求出冷热水混合百分数为:
(9-3)
式中:tr——热水系统供水温度℃;
th——混合后卫生器具出水温度,℃;
tL——冷水计算温度,℃。
二 .耗热量计算
(9-4)
式中:Q——设计小时耗热量,kJ/h;
Qr——设计小时热水量,L/h;
CB——水的比热,kJ/Kg·℃;
tr——热水温度,℃;
tL——冷水计算温度,℃。
三 .热媒耗量计算
1 .采用蒸汽直接加热:
(9-5)
式中: Gm——蒸汽直接加热热水时的蒸汽耗量,kg/h;
Q ——设计小时耗热量,kJ/h;
i——蒸汽热焓,kJ/h,按蒸汽绝对压力查表决定;
Qhr——蒸汽与冷水混合后的热焓,kJ/h。
2. 采用蒸汽间接加热:
(9-6)
式中:Gmh——蒸汽间接加热热水时的蒸汽耗量,kg/h;
——蒸汽的气化热,可查表决定;
Q ——设计小时耗热量,kJ/h。
3 采用热水间接加热
(9-7)
式中:Gms——蒸汽间接加热热水时的蒸汽耗量,Kg/h;
tmc——热媒热水供应温度,℃;
tmz——热媒热水回水温度,℃;
Q、CB同上。
当热媒采用热力网热水时,tmc与tmz的温差不得小于10℃。
9-3 加热器及贮存设备的选择计算
一 加热设备的选择计算
1. 传热面积的计算
(9-8)
式中: Fp——水加热器的传热面积,m2;
Q——制备热水所需的热量,可按设计小时耗热量计算,W;
ε——由于传热表面结垢影响传热效率的修正系数,一般采用ε=0.6~0.8,采用软化水时取ε=1.0;
α——热水系统的热损失附加系数,一般取α=1.1~1.2 ;
K——传热材料的传热系数,W/m2?℃;
⊿tj——热媒和被加热水的计算温差,℃;
的计算:
①容积式加热器——算术平均温度差:
(9-9)
式中: tmc、tmz——容积式水加热器热媒的初温和终温,℃;
热媒为蒸汽,其压力大于0.07MPa时,应按饱和蒸汽温度计算,其压力小于0.07MPa时,应按100℃计算;
热媒为热水时,应按热力管网供、回水的最低温度计算,但热媒的初温应比热水的终温高10℃以上;
tc、tz——被加热水的初温和终温,℃。
②快速式加热器——对数平均温度差:
(9-10)
式中:——热媒和被加热水在水加热器一端的最大温差,℃;
——热媒和被加热水在水加热器另一端的最小温差,℃。
半容积式水加热器——按照容积式水加热器公式计算。
半即热式水加热器——按照快速式水加热器公式计算。
2 贮水器容积的计算
1)理论法:
根据建筑内热水用水曲线得逐时耗热曲线——→根据逐时耗热曲线绘出耗热积分曲线——→拟定供热曲线
2)经验法
贮水器的贮热量可按经验,由下表确定(画表表9-12p167jiaocai)
9—4 热水管网的水力计算
第一循环系统:目的:确定热媒系统的D、
第二循环系统:(配水管、回水管系统)确定热水系统的D、
介绍第二循环系统的计算
配水系统
内容:确定DN及。
方法:同冷水,但因水温高,和粘滞系数小于冷水,且考虑结垢等因素,水力计算采用热水水力计算表,。
回水管系
作用:保证让管系内有循环流量在流动,以保证供水温度。
循环方式:自然、机械循环
自然循环计算 (插图见教材热水管网的自然压力上行下给图)
内容:确定管网循环作用水头、回水管经、循环流量及循环流量在配水、回水管路中的水头损失。
实现自然循环的条件:Hzr>1.35Hx
(9-11)
式中:Hzr——第二循环系统的自然循环压力值,Pa;
HX——循环流量通过配水回水管路的水头损失Pa;
⊿h——锅炉或水加热器的中心至立管顶部的标高差,m;
γ2——最远处立管管段中点的水的比重,kg/m3;
γ1——配水主立管管段中点的水的比重,kg/m3。
管网循环流量
管段的热损失:
(9-12)
式中 Qs——计算管段热损失,W;
K——无保温时管道的传热系数,W/m2?℃;
η——保温系数,无保温时η=0,简单保温时η=0.6,较好保温时η=0.7~0.8;
tj——计算管段周围空气温度,℃;
D——管道的外径,m;
L——计算管段的长度,m;
tc——计算管段的起点水温,℃;
tz——计算管段的终点水温,℃。
管段的循环流量: (9-13)
式中:Qx——循环流量,L/s;
C——水的比热, 一般取C=4.19kJ/kg?℃;
tc、tz——计算管路起点、终点的水温,℃;
Qs——计算管段的热损失,W。
计算方法与步骤:
选择计算管路(管路最长、水头损失最大)。
按冷水计算方法确定配水管路的管径。
初选回水管径,比相应配水管小1#~2#。
选定计算管路水温降落值。(从加热器出口到最不利配水点)。
求配水管路的各管段的热损失及循环流量。
①求出各管段的水温降落值。
假设水温落与管道表面积成正比,近似算出单位面积的温降值。
(9-14)
(9-15)
式中: Δt——配水管网中的面积比温降,℃/m2;
ΔT——配水环路起点和终点的温差,一般ΔT=5~15℃;
F——计算管路的总外表面积,m2;
tc 、tz——计算管路起点、终点的水温,℃;
Σf ——计算管段的散热面积,m2,可查表计算。
②按式(9-12)求管段热损失。
③热水管网分支环路的循环流量确定
按循环流量与热损失成比例的原则,计算各配水管段管段的所通过的循环流量。(计算用图见教材图预计算最好在一页)
节点1:
流入节点1时携带的热量为W1-2+W2-3+WA+WB+Wc
循环流量流离节点2时携带的热量为
Q1=Qx
流入A管段的循环流量QA携带的热量为
节点2:
流入节点2的流量所携带的热量为
流入节点2流量为
用来补充热损失
计算配水管网的热损失,求总循环流量。
=Ws1+ Ws2+……+ Wsn (9-16)
将∑Ws代入下式求解热水系统的总循环流量Qx :
(9-17)
复核各管段终点的水温
(计算结果)
(按面积比温降值初定的)
结果如与原来确定的温差较大,t”=作为各管段终点水温,重新计算。
计算循环管网的总水头损失
(9-18)
式中:H——循环管网的总水头损失,kPa;
Hp——循环流量通过配水计算管路的沿程和局部水头损失,kPa;
Hx——循环流量通过回水计算管路的沿程和局部水头损失,kPa;
hj——循环流量通过水加热器的水头损失,kPa。
计算环路的自然循环作用水头
比较Hzr、Hx判断能否实现自然循环
若不能实现自然循环则采用机械循环。
机械循环:全日制循环
定时循环
全日制循环——计算方法、步骤同自然循环。
循环水泵的流量按下式计算:
Qb = Qx + Qf (9-19)
式中:Qx—循环流量,L/s;
Qf—循环附加流量,一般取设计小时用水量的15%,L/h。
循环水泵扬程按下式计算:
(9-20)
式中:;
;
;
Qx、Qf ——同式(9-17)。
②定时供应热水的循环管网计算
定时循环方式——每日定时热水供应之前,将管网中已凉冷的水抽回并补充以热水的循环方式。
循环水泵的流量按下式计算: Qb≥ (9-21)
循环水泵扬程按下式计算: Hb≥Hp+Hx+Hj (9-22)
式中:Vgs——循环管网的全部容积,L;
ts——在最长配水和回水环路中,循环一次所需时间,ts=15~30min。
举例:热水供应系统如图(插图见讲义)
选择计算管路,管道节点编号。
按给水管网方法确定配水管管径。
初选定回水管径,比相应的给水管径小1~2#。
选定水温降落值。
按面积比温降法算出计算管段水温,。
按求出各管段的热损失及循环流量。
管段
热损失
循环流量
温降
总循环流量
各管段的循环流量:按循环流量与热损失成正比原则求各管段的循环流量。
热水到达B点时携带热量为:W2+W3+W4+W5+W6, W1 已损失掉。
复核各配水点水温
计算循环流量的水头损失
循环作用水头
已知:
12)循环泵选择