文章摘要：
水系统诊断用管道水力计算表编制实践
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2003-12-05T03:07:00Z
2004-08-16T07:36:00Z
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......
水系统诊断用管道水力计算表编制实践
1、 问题由来
在空调通风工程风管尺寸设计计算和系统的诊断分析中，技术人员离不开《全国通用通风管道计算表》[1]。可是，在对采暖空调水系统进行诊断分析计算时，便觉得不太方便。究其原因，主要有以下几方面：其一，随着我国经济发展和环保节能要求的日益高涨，热源型式（热电联产、燃气锅炉、家用壁挂炉、直燃溴化锂热水机组、热泵机组）和采暖方式（散热器、热风采暖、低温热辐射）都出现了多样化的局面。热媒温度工况也一改过去单一（70/95℃）的状况，而出现了多种工况（即50/60℃，60/85℃、70/95℃）并存的局面。这一局面的出现对既有水力计算表带来了新的要求。其二是随着工程规模的扩大，管道尺寸远远超过了既有水力计算表的范围。其三，既有水力计算表均分散列于不同的手册中，而工程技术人员的工作有可能同时涉及几种热媒水力系统的比对问题，这就使得技术人员要同时查阅几本手册，工作起来极为不便，尤其在工程现场时，这个问题更显突出。其四，随着专业的整合，许多技术人员均是暖通空调和给水排水专业集于一身，这种局面在许多设计院屡见不鲜，人们希望得到一本能兼顾二专业的水力计算表。基于这一现实，笔者于2000年采用Excel软件首先编制了适合于7/12℃冷冻水系统的水力计算表，经过同事们的试用，觉得对从事工程设计和技术服务工作的技术人员大有益处，后经多次增补和完善，形成了目前状态的“水系统诊断用水力计算表”。本文将对该“计算表”进行介绍。
2、水系统管道水力计算表现状概述
在文献[1]、[2]、[3]和[4]中都针对性地列出了有关管道水力计算表（如表1所示）。
表1
|
序号
|
项 目
|
单位
|
附录4-1[1]
|
附录5-1[1]
|
表10-1[2]
|
表10-2[2]
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附录3-2[3]
|
附录F-1[4]
|
|
1
|
供回水温度
|
℃
|
95/70
|
-
|
95/70
|
110/70
|
-
|
-
|
|
2
|
平均水温
|
℃
|
80
|
100
|
60
|
90
|
-
|
10
|
|
3
|
容重
|
kg/m3
|
972
|
958.38
|
983.25
|
965.30
|
-
|
-
|
|
4
|
当量粗糙度
|
mm
|
0.2
|
0.5
|
0.2
|
0.2
|
-
|
-
|
表1（续）
|
5
|
管径范围
|
mm
|
DN15～DN150
|
DN25～DN300
|
DN10～DN150
|
DN10～DN150
|
DN15～DN400
|
12/16
16/2020/25
|
|
6
|
摩阻系数计算分区
|
-
|
分3区：
层流、
临界、
紊流
|
分2区：
过渡区、
阻力平方区
|
分2区：
层流、
紊流
|
分2区：
层流、
紊流
|
-
|
仅取光滑区
|
其中文献[1]、[2]是采暖供热管道的阻力计算表，文献[3]是闭式空调冷水系统水力计算表，文献[4]是为低温热水地板辐射供暖而提出的。纵观[1]中附录4-1、附录5-1、[2]中表10-1和表10-2，尽管该四表均是采暖系统的阻力计算表格，但摩擦阻力系数的计算条件、分区、计算公式都不尽相同。比较附录4-1和表10-1，对于供回水温度为95/70℃的采暖系统，计算平均水温：前者取80℃，而后者取60℃；摩阻系数的计算分区：前者为3个区，而后者为2个区；从紊流区计算摩阻系数采用的公式来看，二者也有区别。[3]中附录3-2尽管给出了闭式空调冷水系统水力计算表，但没有任何编制说明。[4]中附录F-1是为适应地板辐射采暖系统阻力的计算需要而编制的，其中仅针对性地提供了三种规格的塑料管的阻力计算表格，该表采用了《建筑给水排水设计手册》[6]中的有关计算式。它以10℃水温为计算条件，对于不同水温的场合，文献[4]推荐采用修正系数法。为适应实际工程中不同的水温和不同壁厚管道的计算需要，文献[4]提供了两个附录（即附录F-2和附录F-3），以供届时修正之用。
3、 本水力计算表编制说明
3.1、 本表由九个分表构成。笔者认为这九个分表已基本能够覆盖采暖空调水系统现阶段阻力计算的应用范围。从温区的角度看，分为六个温区，即7/12℃，50/60℃，60/85℃，70/95℃，80/110℃和80/130℃。其中，7/12℃适用于空调冷冻水系统；50/60℃适用于冬季空调热水系统和低温辐射采暖系统；60/85℃适用于现今流行的采暖设计工况；70/95℃适用于以往的采暖系统，而80/110℃和80/130℃适用于区域供热的一次管网。
3.2、本表考虑了三种当量绝对粗糙度，即0.01mm、0.2mm和0.5mm，为塑料管、室内管道、室外管道和开式管道系统的阻力计算提供了条件。
3.3、本表以焊接钢管为计算对象，以公称直径标识管径，表中载明了管外径、壁厚及内径。若实际使用的管道规格与本表条件不符，可以采用插值法求取。
3.4、管中流速取值范围为0.1-5m/s，且以0.1m/s为编排步长。将最大流速定为5m主要是考虑工程实践过程中的需要。例如在自动喷水灭火系统的水力计算中，有些管段的水速可能达到或超过5m/s。
3.5、本表载明了 5个物理量，即流速（V），雷诺数（Re）、摩阻系数（λ）、比摩阻（R）和质量流量（Q）。
3.6、本水力计算表将流态分为4个区来计算摩阻系数，即层流区、临界区、光滑区及过渡平方区。采用的计算公式如下：
（1）层流区（Re<2320）,λ=64/Re[1]
（2）临界区(2320≤Re≤4000), λ=0.0025 [5]
（3）光滑区(4000<Re≤105), λ=0.3146/Re0.25
（对于钢管）[1]
λ=0.25/Re0.226 （对于塑料类管）[6]
（4）过渡平方区 (Re>105), λ=0.11×( )0.25[1]
在本水力计算表中，当量粗糙度为0.01mm的那个分表是为塑料类管准备的，
除光滑区所采用的计算公式不同外，其余各区的计算公式均和钢管相同。
4、本水力计算表表头设计及数据分析
本水力计算表的表头设计如表2所示。
表2
t=7/12℃ k=0.2mm
|
DN(mm )
|
DM15
|
…
|
DN1200
|
|
De×δ(mm)
|
20.75×2.5
|
…
|
1220×12
|
|
Di(mm)
|
15.75
|
…
|
1196
|
|
V(m/s)
|
Re
|
λ
|
R
|
Q
|
Re
|
λ
|
R
|
Q
|
Re
|
λ
|
R
|
Q
|
|
0.1
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
…
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
注表2：De:管外径；δ：壁厚；Di:管道内径。
为了便于数据分析，以K=0.2mm的钢管为例，从本水力计算表中提取了几组数据如
|
表3
|
|
|
|
|
|
k=0.2mm
|
|
|
|
|
|
|
|
DN(mm)
|
|
DN25
|
DN32
|
DN40
|
DN50
|
DN65
|
DN80
|
DN100
|
DN200
|
DN300
|
DN400
|
DN500
|
DN1000
|
|
v(m/s)
|
温区
|
R(mmh2o/m)
|
|
0.50
|
7/12
|
14.80
|
11.52
|
9.06
|
6.85
|
4.58
|
3.69
|
2.88
|
1.16
|
0.85
|
0.60
|
0.45
|
0.20
|
|
0.50
|
50/60
|
11.58
|
9.01
|
7.08
|
5.36
|
3.58
|
2.89
|
2.25
|
1.27
|
0.77
|
0.54
|
0.41
|
0.18
|
|
0.50
|
60/85
|
10.77
|
8.38
|
6.59
|
4.99
|
3.33
|
3.94
|
3.07
|
1.24
|
0.75
|
0.53
|
0.40
|
0.17
|
|
0.50
|
70/95
|
10.50
|
8.10
|
6.40
|
4.84
|
3.24
|
3.90
|
3.04
|
1.23
|
0.74
|
0.53
|
0.40
|
0.17
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1.00
|
7/12
|
49.80
|
38.75
|
30.47
|
23.05
|
15.41
|
12.42
|
9.69
|
5.23
|
3.17
|
2.24
|
1.69
|
0.73
|
|
1.00
|
50/60
|
38.94
|
30.30
|
23.83
|
18.03
|
19.35
|
15.6
|
12.17
|
4.90
|
2.97
|
2.10
|
1.58
|
0.68
|
|
1.00
|
60/85
|
36.23
|
28.19
|
22.17
|
28.43
|
19.01
|
15.32
|
11.95
|
4.81
|
2.92
|
2.06
|
1.55
|
0.67
|
|
1.00
|
70/95
|
35.20
|
27.40
|
37.30
|
28.22
|
18.87
|
15.20
|
11.86
|
4.78
|
2.90
|
2.05
|
1.54
|
0.67
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1.50
|
7/12
|
101.24
|
78.78
|
61.94
|
46.86
|
31.33
|
25.25
|
28.45
|
11.46
|
6.95
|
4.91
|
3.69
|
1.60
|
|
1.50
|
50/60
|
79.17
|
61.61
|
84.98
|
64.29
|
42.99
|
34.64
|
27.03
|
10.89
|
6.60
|
4.66
|
3.51
|
1.52
|
|
1.50
|
60/85
|
136.77
|
106.43
|
83.68
|
63.31
|
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