流体输配管网流体输配管网

主讲 : 田贯三

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教材：付祥钊等，流体输配管网 参考书：流体力学 泵与风机 供热工程 工业通风 空气调节 燃气输配

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绪论

一、本课程的任务二、研究对象特点三、发展过程四、学习方法五、课程主要内容

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流体输配管网

用途：采暖供热、燃气供应、通风空调、建筑给排水等公用设备，需要将流体输送的各相关设备，或者从接受点将流体收集起来输送到指定地点。

组成包括：管道系统、动力系统、调节装置、末端装置及其他附属装置

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输配网络– 闭式系统：控制体对外只有能量交换，无质

量交换。如热网、冷冻水系统– 开式系统：控制体对外既有能量又有质量交

换。如冷却水系统、空调风系统

冷却塔 冷热源 空调箱热力站 建筑物

开式输配系统 闭式输配系统 开式输配系统，风闭式输配系统，水

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一、本课程的任务

了解各种输配网络的特点 设计、调节、管理好– 水力计算和分析，运行调度与控制

合理、有效、可靠地输配热冷媒等流体– 投资、运行费用的综合经济分析

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1 、初投资分析

基建成本：建安、土地各占成本 50 ％ 空调系统： AHU+FC ，～ 400 元 /m2 建筑面

积

– 设备： 50 ％，其中冷热源占主要地位– 施工： 50 ％，输配网络占 50 ％以上

占用空间（含高度）：不计入成本

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2 、运行费用分析－热网

仅分析泵、风机能耗，不考虑人工费用 热网– 小型热网：泵电耗为总供热量的 3 ～ 7 ％。

如折合成煤：电终端用户效率 30 ％， 1kW电＝ 3 ～ 4kW 热

– 大型热网：输送距离长， 5 ～ 10 ％– 设计工况与实际运行工况

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2 、运行费用分析－空调 1

设计工况下 空调水系统：输送同样能量，冷冻水系统

比热水系统泵耗大 4 ～ 5 倍– 冷冻水系统供回水温差 5℃，热水系统 25℃

或更高，流量大；– 冷冻水设计流速比热网略大：节省空间，比

摩阻大– 空调水系统占供冷量的 10 ～ 20 ％

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2 、运行费用分析－空调 2

空调风系统：双风机系统送回风约 1000Pa ，占供冷量的 10 ～ 20 ％

冷却塔：占 5 ％ 以上三部分占总供冷量的 30 ～ 50 ％，运

行费用必须认真考虑

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2 、运行费用分析－空调 3

部分负荷下 定风量、定流量运行：全年泵、风机能耗

占总供冷量的 50 ％以上– 双安商场：全空气系统，过渡季冷机、水系

统停，风机不停。全年能耗：风机 60 ％，水泵 10 ％，冷机 30 ％。系统节能比提高 COP更有意义。

– 京信大厦：新风＋ FC ，新风机组风机占 10％，水泵 33 ％，冷机 57 ％（ FC 风机能耗未计入 )

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2 、运行费用分析

结论：泵、风机运行费用较大，合理、有效的调节、管理有较大的节约潜力– 双安：全年运行费用 400 万元，约 200 元 /m2 ，

按风机、水泵占 70 ％，即 280 万元 / 年。– 亮马桥饭店： 13 万平方米， 1000 万元运行

费 / 年

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3 、流量分配不合理 供冷（热）品质低，社会效益 能量浪费：冬季过热开窗、过冷加电暖

气；夏季过冷开窗。– 沈海热网：按面积收费，供热面积越多效益越好。流量分配合理，避免过热，增加供热面积。以前供 600 万 m2 ，改造后供 1000 万m2 ，投资 2亿元，以 20 元 / m2 计，每年可增收 8000 万元，扣除增加面积的热量成本，调节设备（管网除外） 2 年可回收。

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空调系统：按面积收费。过冷、过热。– 水流量分配不合理： AHU 相互之间的不平衡– 风量分配不合理：一个 AHU 内的局部不平衡– 最终体现在供冷（热）品质

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4 、如何节省运行费用

热网：泵耗－ VWV ，定压、变频 空调：全空气－ VAV ，定压、变频 (重

点 )

－ VWV ，二次泵 分体－ VRV ，变频 新风＋ FC － VWV ，二次泵

计算机控制：适应变工况 ( 季节负荷、瞬态负荷）

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结论

流体网络分析解决：– 供冷（热）品质– 网络优化：初投资与运行费用的优化（管道直径、泵）

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系统：闭式－泵、风机只承担循环阻力 开式－泵 (补水、循环 ) 既承担流体循环阻力 , 又承担提升作功

热媒：水、空气、蒸气– 不可压（ ）：水－水击除外

风－ P≤10kPa ，不可压

– 空气：在同一地， ρ ＝ const ，在不同海拔， ρ 不同

二、研究对象特点

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– 管道内一维流动，不考虑管道横截面上速度分布，以平均流速计算

– 非线性方程：△ P=SGn ， n=1.8~2 ，即阻力与流量非线性，过度区 n=1.84, 阻力平方区n=2 ；不同于电路 V=RI.

– 网络复杂：热网距离长，用户多，枝状网，环状网

– 多参数调节：热网－温度、流量（循环泵变频＋用户调阀），混水站空调－水、风系统相互关联，

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三、发展过程

计算：大型热网水力计算－苏、中 设备：空调系统 VAV －美；分体、一拖多 VRV －日；变频器，美、日、欧

控制：分布式计算机控制系统－中、美、欧

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四、学习方法

部件特性与系统相结合：必须把部件放到系统内考虑其工作特性

系统设计与系统运行相结合：设计院基本仅考虑设计工况，而 90 ％以上不会在设计工况下运行，必须考虑部分负荷下，即运行工况

机理研究与工程分析相结合：以工程实例进行机理分析，再指导运行调节

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五、课程主要内容 第 1章 流体输配管网形式与装置1 气体输配管网形式与装置2 液体输配管网形式与装置3 变相流或多相流管网形式与装置

第 2章 气体输配管网水力特征与水力计算

1 气体管流水力特征2 流体输配管网水力计算的基本原理和方法3 气体输配管网水力计算

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第 3章 液体输配管网水力特征与水力计算

1 液体输配管网水力特征与水力计算2 开式液体输配管网水力特征与水力计算第 4章 多相流管网水力特征与水力计算1 液气两相流管网水力特征与水力计算2 汽液两相流管网水力特征与水力计算3 气－固两相流管网水力特征与水力计算

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第 5章泵与风机的理论基础1 离心式泵与风机的基本结构2 离心式泵与风机的工作原理及性能参数3 离心式泵与风机的基本方程－欧拉方程4 泵与风机的损失与效率5 性能曲线及叶形对性能曲线的影响6 相似律与对比数7 其他常用泵与风机

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第 6章 管网水力工况分析

1 管网系统水力特征2 管网系统压力分布3 调节阀4 管网水力工况分析与调整

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第 7章 泵、风机与管网系统的匹配

1 管网系统中泵、风机的运行曲线与工作状态

2 泵、风机的工况调节3 泵与风机的选用4 泵与风机的安装位置

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第 8章 流体输配管网的计算机分析

1. 流体输配管网的网路图及其矩阵表示2. 管网系统的特性方程组3. 流体输配管网水力工况的计算机分析4. 流体输配管网的调节概要