第五章热水系统设计与计算
建筑内部热水系统计算
建筑内部热水系统的计算:（1） 热水量按要求取每日供应热水的时间为24h,取计算用的热水供水温度为70C ，冷水温度为10C ，由表9-3取60C 的热水用水定额为200L/床.d.则4-6层客房部分的热水最高日用水量为：Q dr =120＊200＊10-3=24m 3/d （60C 热水） 其中120为4—6层客房部分总床位数，折合成70C 热水的最高日用水量为： Q dr =24＊(60—10）/（70—10）=20 m 3/d 70C 时最高日最大小时用水量为：按120个床位计，K h 按表9—6可取7.5，则Q hmax =K h ＊ Q dr /T=7。
5*20/24=6.25 m 3/h=1.74L/s 再按卫生器具1h 用水量计算：浴盆共48套,b=60%,K r =（t h -t l ）/(t r -t l )=0。
5查表9—4，q h =300L/h （40C),代入公式9—2得：Q hr =ΣK r q h n 0b=0.5*300＊48*0。
6=4320 L/h=4.32 m 3/h比较Q hmax 与Q hr 两者结果存在差异，为供水安全起见，取较大者作为设计小时用水量，即Q r =6.25 m 3/h=1.74L/s.（2） 耗热量将已知数据代入公式（9-4）Q=C B ΔtQ r =4190＊(70—10）*1.74=437436w=437。
4kw 。
(3) 加热设备选择计算拟采用半容积式水加热器,设蒸汽表压为1。
96＊105pa,相对应的绝对压强为2.94*105pa ，其饱和温度为t s =133C ，按公式(9-8（a ））可计算出Δt j Δt j =(t mc +t mz ）/2—（t c +t z )/2=133-(10+70）/2=93C根据半容积式水加热器有关资料，铜盘管的传热系数为1047w/m 2.C ，ε取0。
7，α取1。
2. 代入公式（9-8）得：Fp=αQ/εK Δt j =1。
高层建筑热水系统计算上部分
ε——传热效率的修正系数，0.6-0.8
Cα——热损失系数，一般取α＝1.1～1.15 ；
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，℃；具体计算方法
整理课件
△tj的计算
①容积式加热器——算术平均温度差：
tj
tmctmztctz
2
2
tmc、tmz——容积式水加热器热媒的初温和终温，℃； tc、tz——被加热水的初温和终温，℃。 ②快速式加热器、半即热式水加热器——对数平均温度差：
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五、管材、管道敷设等要求：
1. 热水管道应选用耐腐蚀、安装连接方便可靠的 管材和符合饮用水质标准的管材，可采用薄壁 铜管、薄壁不锈钢管、塑料热水管、塑料和金 属复合热水管等。
2. 采用塑料热水管或塑料和金属复合热水管材时 应符合: 管道的工作压力应按相应温度下的许用 工作压力选择； 设备机房内的管道不应采用塑 料热水管。
第五章 高层建筑热水系统
整理课件
本章内容：
5-1、热水系统设计的原则及要求 5-2、耗热量、熱媒耗量的计算 5-3、水加热器的选用及计算
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一 、分类 1. 局部热水供应系统； 2. 集中热水供应系统； 3 .区域性热水供应系统
二 、组成 热水供应系统由下列部分组成（见附图1） 1 .热媒系统（第一循环系统） 发热设备→加热设备 2 .热水系统（第二循环系统） 加热设备→用水设备
整理课件
图1 热媒为蒸汽的集中热水系统
整理课件
1. 管网压力工况不同，可分为：
开式、闭式供水方式
2. 加热冷水的方式不同，可分为：
直接加热、间接加热 3. 管网设置循环管道的不同，可分为：
全循环、半循环、不循环、
太阳能热水系统设计计算
.太阳能热水系统设计计算.1基本参数(1) 用水人数404号楼共有住户21户，每户以2.8人计，用水人数共计约59人。
(2) 用水定额(热水定额)404号楼有集中热水供应和淋浴设备，每人每日用热水定额以60℃热水计算，取100L/人·d。
(3) 用水时间24小时全日供应热水2设计计算(1) 设计小时耗热量的计算式中：Qh—设计小时耗热量(W)m—用水人数qr—热水用水定额(L/人·d)Qh—水的比热，c=4187(J/kg·℃)tr—热水温度，tr=60(℃)tL—冷水温度，tL=10(℃)r—热水密度(kg/L)，r=0.983kg/Lkh—小时变化系数，kh＝5.12Qh=71951(W)(2) 设计小时热水量式中：qrh—设计小时热水量(L/h)h—设计小时耗热量(W)tr—设计热水温度(℃)，tr=55(℃)tL—设计冷水温度(℃)，tL=10(℃)r—热水密度(kg/L)，r=0.986(kg/L)qrh=1394.32(L/h)(3) 全日供应热水系统的热水循环流量式中：qx—全日供应热水的循环流量(L/h)Qs—配水管道的热损失(W)，取设计耗热量的5%△t—配水管道的热水温度差(℃)，取5℃qx= 615.6(L/h)(4) 热水供水管的设计秒流量q(L/s)计算最大用水时卫生器具给水当量平均出流概率式中：Uo—生活给水管道的最大用水时卫生器具给水当量平均出流概率(%)qr—最高热水用水定额m—每户用水人数kh—热水小时变化系数Ng—每户设置的卫生器具给水当量数T—用水时数(h)0.2—一个卫生器具，给水当量的额定流量(L/s)Uo＝0.012%查《建筑给水排水设计规范》(GB50015－2003)得系统热水供水管的设计秒流量为q=2.51(L/s)。
3 设备选取(1) 蓄水箱对于太阳能热水系统，由于受自然条件(太阳辐射一天之内随时间变化)的限制，太阳能集热系统，不可能全天24小时满足设计小时用水量(qrh)的要求。
家用太阳能供热课程设计
家用太阳能供热课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解太阳能供热的原理，掌握家用太阳能供热系统的基本构成及其功能。
2. 学生能描述太阳能作为一种可再生能源的优势，并了解其在生活中的应用。
3. 学生能够解释影响太阳能供热效率的主要因素，如天气、温度、光照角度等。
技能目标：1. 学生通过小组合作，设计并绘制一个家用太阳能供热系统的简易模型。
2. 学生能够运用物理和数学知识，进行简单的太阳能供热效率计算。
3. 学生能够运用批判性思维，分析太阳能供热系统的优缺点，并提出改进建议。
情感态度价值观目标：1. 学生培养对可再生能源的积极态度，认识到太阳能等清洁能源在环境保护中的重要性。
2. 学生通过本课程的学习，增强对科技创新和可持续发展的兴趣，激发其探究精神。
3. 学生通过小组合作和讨论，培养团队协作意识，增强沟通能力，形成共享与尊重的价值观。
本课程针对初中年级学生设计，课程性质为科学探究与实践。
课程充分考虑了学生的认知水平、动手能力和探究兴趣，旨在通过家用太阳能供热系统这一主题，将物理知识与生活实际紧密结合，提高学生的科学素养和环保意识。
教学要求注重理论与实践相结合，鼓励学生主动参与、积极思考，通过实际操作来达成具体的学习成果，为后续的深入学习奠定基础。
二、教学内容本课程依据课程目标，紧密围绕以下教学内容展开：1. 太阳能基础知识：介绍太阳能的定义、来源、特点，以及太阳能转换为热能的原理。
- 教材章节：第三章“太阳能及其利用”2. 家用太阳能供热系统组成：详细讲解集热器、储热水箱、循环泵、控制器等组件的功能及工作原理。
- 教材章节：第四章“太阳能热水系统”3. 影响太阳能供热效率的因素：分析太阳辐射、环境温度、集热器安装角度等对供热效率的影响。
- 教材章节：第五章“太阳能热水系统设计与优化”4. 太阳能供热系统简易模型设计与绘制：指导学生分组设计并绘制家用太阳能供热系统简易模型。
- 教材章节：第六章“太阳能热水系统实践”5. 太阳能供热效率计算：教授学生运用物理和数学知识进行简单效率计算。
热水循环系统设计及施工方案
根据社会效益评价结果，对热水循环系统的社会效益进行综合评价，为后续的改进和优 化提供参考。
经济效益与社会效益综合评价
综合评价方法
采用加权平均法或层次分析法等综合评价方法，对 热水循环系统的经济效益和社会效益进行综合评价 。
综合评价结果
根据综合评价结果，对热水循环系统的经济效益和 社会效益进行全面评估，为后续的改进和优化提供 参考。同时，也可以为其他类似项目的投资决策提 供参考。
作用
提供热水供应，满足家庭、商业等场 所的热水需求，提高生活和生产效率 。
热水循环系统的重要性
提高能源利用效率
通过循环加热，减少能源浪费，提高能源利 用效率。
节约水资源
通过减少水的浪费，达到节约水资源的目的 。
提高舒适度
提供稳定、恒温的热水供应，提高人们的生 活舒适度。
热水循环系统的分类
自然循环系统
预防性维护保养措施
定期检查
定期对系统进行检查，及时发 现并处理潜在的问题，防止故
障扩大。
清洗保养
定期对系统进行清洗保养，保 持管道畅通、设备清洁，延长 使用寿命。
更换易损件
定期检查并更换易损件，如密 封圈、轴承等，防止因部件老 化导致故障。
建立档案
建立热水循环系统档案，记录 系统运行状况、维护保养情况
01
02
保温施工
03
对热水管道进行保温处理，以减 少热量损失。
04
阀门安装
在适当的位置安装阀门，以便于 控制热水循环系统的流量和压力 。
系统调试
完成施工后，对热水循环系统进 行调试，确保系统正常运行。
施工注意事项与安全措施
01
施工安全
施工过程中，应注意安全，遵守相 关规定，佩戴防护用品。
《供热工程》第5章热水供暖系统的水力计算
P SG2
S Aξ zh
A
900
2
1 2d
4
2
zh d
l
d
5.3.1 热水管路阻力数的计算
串联管路的阻力数
P P1 P2 P3
SchG2 S1G2 S2G2 S3G2
Sch S1 S2 S3
在串联管路中，管路的总阻力数为各串联管段阻力数之和
G1 : G2 : G3 (1/ s1)0.5 : (1/ s2 )0.5 : (1/ s3 )0.5 a1 : a2 : a3 在并联管路上，各分支管段的流量分配与其通导数成正比， 与其阻力数成反比
5.3.2 不等温降水力计算方法和步骤
不等温降水力计算方法
系统中各并联环路的温度降不必相等，而是根据并联环路 平衡要求的压力损失确定环路流量，再由流量来计算环路 的温度降，最后确定散热器面积的水力计算方法
由远及近计算其他环路
先确定计算环路的平均比摩阻Rpj
Rpj
0.5Pi l
计 是算 与环 其路 并的 联作 的用 最压 不头 利， 环路Pa的各管段的压力损失总和
根据计算的Rpj 值和各管段设计流量值，查水力计算表， 得到设计流量下各管段的管径d和实际比摩阻R值，并计 算该环路的总压力损失
较核计算环路的总压力损失与其作用压头的不平衡率
Δ ΔPi ΔHi 100% 15% ΔPi
5.2.1 异程式供暖系统的水力计算
例题
确定如图所示机械循环垂直单管顺流式热水供暖系统管路 的管径。 热媒参数：供水温度tg=95oC；th=70oC。 系统与外网连接，在用户引入口处的供回水压差为30kPa。 图中所示为系统两个支路中的一个支路，楼层高为3m。
热水系统设计
热水系统设计第一节热水用水定额及水温热水用水定额1．生活热水用水定额生活热水用水定额应根据水温、卫生设备完善程度、热水供应时间、当地气候条件和生活习惯等确定。
1）集中供应热水时，各类建筑的热水用水定额可按表1《热水用水定额》确定。
2）卫生器具一次和一小时热水用水定额及其热水温度可按表2《卫生洁具的一次用水量和一小时的热水用水定额》采用。
2．生产热用水定额生产热水用量和小时变化系数，应根据工艺要求或同类型生产实际数据确定。
表1 热水用水定额表2 卫生洁具的一次用水量和一小时的热水用水定额备注：一般车间是指《工业企业设计卫生标准》中规定的3、4级卫生特征的车间；脏车间是指1、2级卫生特征的车间第二节热水温度1．热水使用温度生活热水使用温度◆各种卫生器具的热水用水温度，见：表2《卫生洁具的一次用水量和一小时的热水用水定额》◆其中淋浴器的用水温度，应根据气候条件、使用对象确定，在计算热水用量和耗热量时，一般均按40℃计算。
◆洗衣机、厨房等热水使用温度与用水对象有关，见：表3《洗衣机、厨房器具用水温度》。
2．热水供水温度热水供应系统的热水供水温度视热水系统中配水点所要求的水温而定，见：表4《热水系统供水温度》。
表3 洗衣机、厨房器具用水温度表4 热水系统供水温度◆集中热水供应系统中，在加热设备和热水管道保温条件下，加热设备出口处与配水点的热水温差，一般不大于15℃。
◆在热水供应系统中，采用较高的热水供给温度，虽然可增加蓄热量，减小热水箱的容积，但过高的水温具有如下缺点：1）用水时容易发生烫伤事故。
2）加热设备和管道的热损失增大，增加能耗。
3）采用镀锌钢管时，管道的腐蚀和结垢严重，缩短管道使用寿命。
因此，热水系统加热器出口水温不应高于75℃。
人洗浴的最佳期温度在38℃-42℃之间，老人及儿童的最佳温度会不同，当然就舒适性而言，最佳温度因人而宜。
◆热水系统中,水加热器和管道的散热能耗与配水点要求的水温成正比。
居住建筑太阳能热水系统设计规范
居住建筑太阳能热水系统设计规范1.1 一般规定1.1.1 居住建筑太阳能集热器，应根据各种集热器的技术经济性能确定采用平板型集热器、真空管集热器或其它先进适用的集热器。
1.1.2 采用太阳能热水器供热水的居住建筑，应根据建筑类型及室内给水系统的条件，经综合技术分析选择太阳能热水系统的类型。
1.1.3 安装在建筑物屋面、墙面、阳台和其它部位的太阳能集热器、支架及连接管线，应预设预埋固定件和套管。
1.1.4 太阳能热水系统的垂直管线不应明敷在建筑外墙上，严禁敷设在建筑物的风道内。
1.2 集热器1.2.1 集热器的最佳安装方位应朝向正南或正南偏西，若受条件限制时，其偏差允许范围宜在正南±15°以内。
1.2.2 集热器的安装倾角，应根据热水的使用季节和地理纬度确定：1. 偏重考虑春、夏、秋三季使用效果时θ=φ（1.2.2-1）2. 偏重考虑夏季使用效果时θ=φ-(0~10)°（1.2.2-2）3. 偏重考虑冬季使用效果时θ=φ+（0~10）°（1.2.2-3）式中θ——太阳能集热器的安装倾角（°）φ——集热器安装地的地理纬度（°）。
1.2.3 集热器排间距以及集热器与前侧遮光物的距离：集热器的布置应避开建筑物的遮挡，建筑物的阴影长度即集热器距遮光物的水平最小净距（或集热器排间距），可按下式计算：D=H·cot Xs （1.2.3-1）式中D——集热器距离遮光物或前后排间的水平最小净距（m）；H——遮光物最高点与集热器采光面最低点之间的垂直高差（m）；X s——建筑物所在地冬至日上午10时的太阳高度角（全年性使用）(°)。
1.2.4 集中式的太阳能集热器可通过并联、串联或串并联相结合的方式连接成集热器组。
集热器组的串联和并联的管路布置应通过计算确定。
1.2.5 集中式的太阳能集热器阵列，应采用强制循环方式或定温放水的非循环方式。
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0.7 计算详见侧立管计算表
0.7 67.17
0.7 计算详见侧立管计算表
0.7 70.00
平均水温 tm/℃ 65.47 65.61 66.51 66.91 68.58
空气温度 tj/℃ 20 20 20 20 20
温度差 ∆t/℃ 45.47 45.61 46.51 46.91 48.58
热损失 QS/ （kJ/h）
循环流量 Qx/（L/s）
190.89
0.03
242.40
0.03
243.92
0.03
245.45
0.03
246.97
0.03
352.48
0.03
488.67 916.12 751.78
0.03 0.03 0.05
330.34 1130.90 2858.88
0.02 0.02 0.08
5.4.2 设计小时热水量计算 设计小时热水量按下式计算：
式中 Qh——设计小时耗热量，kJ/h； qrh——设计小时热水量，L/h；
tr——设计热水温度，℃； tl——设计冷水温度，℃ c——水的比热容，c=4.187kJ/（kg·℃）; ρr——热水密度，kg/L。
5.4.3 容积式水加热器设计小时供热量计算
热水管道的布置按热水流向分为上行下给和下行上给两种形式。根据《建筑 给水排水设计规》GB 50015—2009 规定根据生活给水管道的布置形式和相关 规要求，确定下、上区热水管道的布置形式为均为下行上给式。另外，热水管道 的布置按循环管路水流路径可分为异程和等程两种。规要求循环管道应采用同程 布置方式，并设循环泵机械循环。
部水头损失一般可按沿程水头损失的 25%~30%估算。
公称直径(mm) 流速(m/s)
表 5-2 热水管道流速 15～20 ≤0.8
25～40 ≤1.0
≥50 ≤1.2
回水管网不配水，仅通过用以补偿配水管热损失的循环流量，故其水头损失
的计算是在循环流量求解后进行。
配水管网设计草图如图 5-1：
经过计算结果如下表
相应回 水管道
管段编号 m
1—2 2—3 3—4 4—5 5—6 6—7 7—8 8—9 9—10 10—11 11—12 1—2 2—3 3—4 4—5 5—6 6—7 7—8 8—9 9—10 10—11 11—12
管长 mm
3.6 3.6 3.6 3.6 3.6 5.1 4.0 14.6 4.0 7.0 15.0 3.6 3.6 3.6 3.6 3.6 5.1 4.0 14.6 4.0 7.0 16.5
表 5-5 立管 4 热损失计算表
外径 DN/mm
33.5 33.5 42.3
保温系数 η 0.7 0.7 0.7
节点水温 /℃
60.19
60.47
60.75
平均水温 tm/℃ 60.33 60.61 60.93
空气温度 tj/℃ 20 20 20
351.99 (续)
热损失 QS/ （kJ/h） 1206.91
4.88 7.38 10.34
10.45 17.83 28.16
（续）
管段水头损 失/kPa
0.72 3.47
管段水头损 失累计 /kPa 28.88 32.35
0.81 3.93 6.91
33.16 37.09 44.00
5.5.2 热水回水管网水力计算
计算各管段的终点水温，可按面积比温降方法计算。计算管路的面积比温降 为：其中 F 为计算管路配水官网的管道展开面积，计算 F 时，立管均按无保温 层考虑，干管均按 25mm 保温层厚度取值。
第五章 热水系统设计与计算
5.1 热水系统选择
5.1.1 热水供应系统选择 建筑热水供应系统按热水供应围的大小，可分为集中热水供应系统、局部热
水供应系统和区域热水供应系统。热水供应系统类型的选择，应根据使用要求、 耗热量、用水点分布、热源种类等因素确定。综合考虑，本设计中采用集中热水 供应方式。 5.1.2 热水供应方式确定
0.90
0.80
3.6
4—5
0.96
32
1.19
1.36
3.6
5—6
1.20
32
1.49
2.05
3.6
6—7
1.44
32
1.79
2.87
3.6
表 5-3 热水管网最不利点水力计算
计算管段 编号
7—8 8—9
设计秒流量 q（L/s）
2.28 3.72
管径 DN/mm
80 80
流速 v （m/s）
0.45 0.74
9
节点 10
11
12 节点 1'' 2'' 3''
6'''—9
管道编号 1-6''' 9—10
6'''’—10 1-6'''' 10—11
5'''''—11 1-5''''' 11—12
管道编号
1''-2'' 2''-3'' 3''-4''
4.7
32
管长 L/m
管径 DN/mm
4.0
80
4.7
32
814.73
0.01
循环流量 Qx/（L/s）
0.01 0.09
357.91 1227.73 1458.36
0.01 0.01 0.11
399.46 1263.07 3264.67
0.02 0.02 0.12
温度差 ∆t/℃ 40.33 40.61 40.93Βιβλιοθήκη 热损失 QS/ （kJ/h）
191.98 193.32 246.03
详细计算见下表 5-4：
节点 1 2 3 4 5 6 7
8
管道编号
1—2
2—3
3—4
4—5
5—6
6—7
5'—7 1-5' 7—8
6''-8 1-6'' 8—9
管长 L/m
管径 DN/mm
3.6
25
3.6
32
3.6
32
3.6
32
3.6
32
5.1
32
7.1
32
4.0
80
4.7
32
14.6
80
表 5-4 热水配水管网热损失及其循环流量计算
平均水温 tm/℃ 60.10 60.33 60.58 60.84 61.09 61.40 61.22 61.95 62.10 63.71
空气温度 tj/℃ 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20
温度差 ∆t/℃ 40.10 40.33 40.58 40.84 41.09 41.40 41.22 41.95 42.10 43.71
配水管网水力计算的目的主要是根据各配水管段的设计秒流量和允许流速 来确定配水管网的管径，并计算其水头损失值。
（1）设计计算依据
热水配水管网水力计算中，设计秒流量公式与给水管网计算相同，设计采用
下式计算：
qg 0.2 Ng
（3.8）
热水管道流速宜按表 5-2 选用。热水管径不宜小于 20mm。热水管网的局
按设计草图所示，配水管网计算管路的 F 为 F=45 × 0.1135 × 3.14+19.5 × 0.0423 × 3.14+3.6 × 0.035 × 3.14=19.0m2
配水管网各管段热损失 Qs 按下式计算：
式中 QS——计算管段热损失（kJ/h）； D——计算管段外径（m）； L——计算管段长度（m）； K——无保温时管道的传热系数； η——保温系数，取 0.7；
Qg
Qh
Vr T
(tr
tl )cr
式中 Qg——容积式水加热器的设计小时供热量，kJ/h；
Qh——设计小时耗热量，kJ/h；
η——有效贮热容积系数，容积式水加热器 η=0.7~0.8；
c——水的比热容，c=4.187kj/（kg·℃）
V——总贮热容积，L；
5.5 热水管网水力计算
热水管网的水力计算的容是计算配水管网和回水管网的流量、循环流量、确 定管径和水头损失，从而选择加压设备，复核生活冷水或热水高位水箱高度。 5.5.1 配水管网水力计算
节点水温 /℃
61.47
61.82
62.33
61.29
平均水温 tm/℃ 61.65 62.08
20
空气温度 tj/℃ 20 20
41.29
温度差 ∆t/℃ 41.65 42.08
248.17 （续） 热损失 QS/ （kJ/h）
250.31
358.28
循环压力损失计算见表 5-7：
管道
配水管 段
5.2 热水供应系统组成
热水供应系统的组成因建筑类型和规模、热源情况、用水要求、加热和储存 设备的供应情况、建筑对美观和安静的要求等不同情况而异。典型的集中热水供 应系统主要由热媒系统、热水供应系统、附件三部分组成。
5.3 热水管道的布置与敷设
热水管道的布置与敷设除了应满足给(冷)水管布置敷设的要求外，还应注意 由于水温高带来的体积膨胀、管道伸缩补偿、保温、排气等问题。 5.3.1 热水管道的布置
热水系统采用的管材和管件，应符合现行产品标准的要求。管道的工作压力 和工作温度不得大于产品标准标定的允许工作压力和工作温度。
热水管道应选用耐腐蚀和安装连接方便可靠的管材，可采用薄壁铜管、薄壁 不锈钢管、塑料热水管、塑料和金属复合热水管等。