热水供热管道的温降及散热量计算

热水供热管道的温降及散热量计算吉林建筑工程学院冉春雨摘要本文利用传热及流体力学的基本原理和公式，对国内目前供热运行机制条件下，以热水作为热媒的供热管道因与周围环境存在温差造成的温降和散热量的计算方法进行了研究。重点讨论了热永管内流动状态对管道传热系数和影响，并对不同管径管道的传热系数和单位管长的温降进行了计算，对保温和不保温管道之间的差异进行了讨论，给出了数据表和线算图，可作为工程及校核计算实用方法。关键词供热管道，温降，散热量一、传热计算的基本公式对于目前采用热水供暖的建筑物来说，存在这样一个阕题，由于供、回水管道的散热，产生热损失，势必造成热媒在到达热用户和返回热源中心时温度已有一定程度地降低。若想在设计阶段准确地掌握温度数据．郎涉及到整个管道热水温降的计算问题．这一计算可依据下歹Ⅱ传热基本公式进行。对于在一段管长啪热水管道中的热水，如采用平均滢发tp，其散热量Q应为：Q=k“0一k)(1)由热能争叵，可得出在这段管道中进、出口水温温差应有：△妫一t≤{=篾字㈤式中Q一～管道散热量(w)：k一一管道单位长度传热系数(w／m·℃)；L--一管道长度(m)；k一一管道内热媒平均温度(℃)；t一一环境空气温度(℃)：‘^一一管道热水进、出口水温度(℃)：G一一热媒质量流量(k∥s)；C一一热水质量比热(J／Kg·℃)。．式(1)是在没考虑到管道保温情况下得出的，换名话说。该式只适用于不保温管道。由于供热管道在户外时都做保温，为计算上的方便．对式(1)加以扩展，可得到：_At：‰(3)Cfm·o叼、一’式(3)引入了保温系数尼f三争，k是管道保温条件下的传热系数．此时有‰<l。103依据传热基本公式，管道的传热系数‰为：毕_『]瓦J蕊t丌(4)瓦r1百—气瓦式中a。，or．。一一管道内、外表面换热系数(W／m：·℃)；dbdw一管道内外径(m)：^一一管道导热系数(w／m·℃)。金属管道的^值很高，管壁自身热阻很小。因此，式(4)可简化为：毕T二丁(5)赫根据H·HansenIll的研究结果，管内受迫流动的努谢尔特数可由下式计算：N。=!#≈o．037(Reo”-180)P：”(6)其中雷诺数为Re=专生普朗特数为Pr=吾．而运动粘带系数v和导温系数a都是依赖于水温的物性参数。这样，管内换热系数a。可看成是Re和水温tp的函数，有：磊2f(Re，tp)管道外表面与周围环境(或外部空间)的换热由对流与辐射两部分组成”1：aw=awb+awr(7)式中‰。钆，分别为管道外表面的对流与辐射换热系数。对于水平敷设的管道k。与管外径钆，外壁温度‰以及空气的摄氏及热力学温度tk，T。有关。对于自由层流动有卿1lfd：t-*-t,)43；(8)‰fo．^i(8)上式中包括了重力加速度g和随温度变化的空气的物性参数九和u辐射换热系数‰舶获得相对来说简单一些：r上o．_，玉、．斯；c里譬婴(9)awr；C———F——f～【”严格说来，上式中的空气热力学温度Tk应是管外壁附近的空气温度TJ。但在工程计算中常可忽略掉L与I之间的微小差别。二、计算结果有了上述(1)至(9)的基本公式，可以计算得到在我国现行供暖运行条件下(供水95"C，回水70℃，管内流速0．2～1．0n_l，s)供热管道的传热系数k．表1给出了水平敷高不保温管道的传热系数k1．条件是供水95"C，回水70'C，空气温度18"C。其实。当空气温度在10"C～25"C范围内．采用表中数值进行计算．。偏差都很小。而在更高或更低温度下．应考虑对表中数值进行修正。对于除水平安装位置以外的管道，可按文献[3】提供的位置系数加以修正。不同管径管道每米长传热系数Kg(W／m·℃)表列于保温管道，传热系数当然会犬为减少，但圈目前所采嗣的管道保漏丰习料种类和厚度各异，且与管径与室内外有关．无法给出统一的修正系数。笔者对室内架空最小管径(保温厚度最小)厚度最大)两种情况分别进行了计算m，两者之间。和室外架空最大管径(DN500，保温矗。分别为0．6和O．2。其它情况应该在这根据热水供热管道水力计算的基本原理，管内径d11，流量G和流速v及比摩阻R相互对应”1，即R=f(“G)。当管径一定，不同的流量对应出不同的比摩阻R(水温一定)。利用这一表述，按照公式(2)和表l中给出的传热系数，我们可建立尘三=f(O，R)之函数关系式，对保温管道，仍要用k加以修正。按照具体的计算结果．图l给出了半，G(或Q)，d及R之间相互关系的线算图，工程设计者可根据实际G(或Q)和d很容易得到。号碹。即由图l中横坐标确定G(或Q)，向上(或下)引垂线交于对应管径的斜线上，向左引水平线交在纵坐标上，可确定在此种条件下的三≠值，然后根据管长，，即可得出在这一管长上的温降At。温降确定后，可按tp-二字计算出该管段上的热媒平均温度，再利用本文公式(1)计算出该营段上管道散热量。这里嚼一△t．tt璃量蕾札一转℃．I．-冲℃)Aw图一温降线算图利用本文给出的表l和图l，可很方便地确定不同管径的温降和散热量，对于需要精确计算管道在房闻内散热量及散热器入口水温和供回水在热源处的准确水温来说，应可作为方便及实用的计算方法。参考文献[IIH,Ⅲn,H，NwcGlcichuns∞furdiewarmeubenzag．ungbeifreierodercrzwtlngcrnd-st∞ngLl唯．Allgwarm眺1959,9(4／5)：75—79【2】钱滨江，任骷文．常家芳．丁一鸣编．简明传热手册．高等教育出敝社．1983【3J张志贤．徐子靖．蓝天，邢兰菊．易维末．陈文编．管道施工实用手册．中国建筑工业出版社·1998【4】供唾埔风设计手册．中回建筑—[业出版社．1987106热水供热管道的温降及散热量计算作者：冉春雨作者单位：吉林建筑工程学院本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Conference_112212.aspx