建筑给排水中水力计算及其优化

时间:2022-06-07 11:59:51

建筑给排水中水力计算及其优化

摘要:作为建筑的重要保障系统,建筑给水排水系统担负着保障居民生产、生活用水,以及消防安全用水的重要职责。进一步优化建筑给水排水水力计算,科学进行给水排水计算,对保障居民生产、生活安全意义十分重大。水力计算是给水排水管网设计的基础,水力计算采用的计算公式或参数依管材和截面形状而异,随着给水排水管材类别和规格的增多,水力计算工作越来越繁重。本文归纳了水头损失的计算公式,对建筑给排水水力计算中的要点进行了分析,最后提出了优化计算和设计的措施。

关键词:建筑;给排水;水力计算;给水管网;优化

Abstract: As an important guarantee of the building system, building water supply and drainage system charged with the safeguard residents of production, domestic water, water for fire safety important duty. Further optimization of building water supply and drainage hydraulic calculation, scientific water supply and drainage, to protect the residents of production, life safety is of great significance. Hydraulic calculation is the basis for the design of water supply and drainage network, the hydraulic calculation formula or parameters differ depending on the pipe and the cross-sectional shape, with an increase in water supply and drainage pipe category and specifications, the increasingly heavy hydraulic calculation. This article summarizes the head loss formula, the key points in the hydraulic calculation of building water supply and drainage, the optimization calculation and design measures.Keywords: Architecture; supply and drainage; hydraulic calculation; water supply network; optimization

中图分类号: B032.2 文献标识码:A 文章编号:2095-2104(2013)

一、水头损失计算公式

(一)给水管道水头损失计算公式

在环状给水管网水力计算中,应符合水力计算条件。

1、节点流量连续性方程

流向任一节点的流量之和,应等于流离该节点的流量(包括节点流量)之和,即:Σq=0 (1)

2、闭合环路能量方程

每一闭合环路中,以水流为顺时针方向的管段水头损失为正值,逆时针方向为负值,正值的和应与负值的和相等,即:h=Σh=0 (2)

按解水力方程的变量分类,环状管网计算可分为解环方程法、解节点方程法、解管段方程法。

给水管道总的水头损失等于沿程水头损失和局部水头损失之和。在给水管网水力平差计算中,局部水头损失一般可按沿程水头损失的百分比估算,生活给水管网为25%~30%;生产给水管网为20%;消火栓给水管网为10%。

在给水管网设计中,常用的管材种类有钢管、铸铁管(包括球墨铸铁管)、钢筋混凝土给水管、塑料给水管(硬聚氯乙烯给水管、高密度聚乙烯(HDPE)给水管)、夹砂玻璃钢给水管等等。由于各种管材的内壁粗糙度不同,以及受水流流态(雷诺数Re)的影响,很难采用一种公式进行各种材质管道的水力坡度计算。具体设计中应参见《给水排水设计手册》推荐的各类管材的水力计算公式。

(二)排水管道水头损失计算公式

对于排水管道,无论是圆形管道或是非圆形渠道,是满流或是非ν满流,水力计算的基本公式如下:

Q=νA (3)

V=C(4)

R=A/ρ (5)

C=Ry/n (6)

式中,Q——流量(m3/s);

v——平均流速(m/s);

A——过水断面积(m2);

i——水力坡降;

R——水力半径(m);

ρ——湿周(m);

C——谢才系数(m0.5/s);

n——粗糙系数。

在式(3)~式(6)中,粗糙系数n 与管道(或渠道)材料有关,过水断面积A、水力半径R、湿周ρ与管道(渠道)截面形状和充满度相关。排水管渠的水力计算公式可分为圆形管道和非圆形渠道两大类,即圆形管道和非圆形渠道水力计算公式。

二、建筑给排水中的水力计算要点

(一)水力计算形式的分类

和多层建筑一样,高层建筑给水排水工程的水力计算总是围绕着流量,管径,水压,水头损失等几个水力要素进行的。按管道内的水压状况可分为有压流和无压流(重力流)。高层建筑给水系统均需要升压装置,故给水管道内的水流均属有压流;而排水系统一般是依靠重力自流,故排水管道内的水流属于重力流。

一般说来,给水管道内有压流的情况复杂一些,但任何给水管道的水力计算可以归纳为以下几类:

第一类是已知管材、管长、管件种类和数量、管中配水流量及要求的最低水压值,然后确定管道的管径。这类计算在工程设计阶段进行。

第二类是已知管材、管长、管件、管路中流量及管径,求管路所需水压,作为选择管网增压设备的依据。这类计算一般也在工程设计阶段进行。

第三类是己知管材、管长、管件、拟更换管路的管径、现在水压工况,需校核该工况下管中输配流量,或是在满足流量的前提下校核管路所需的水压值。这类计算多见于对原有工程进行改扩建时的校核。

(二)给水管道水力计算

1、给水管道水力计算目的

建筑内部给水管网水力计算目的,在于确定给水管网各管段的管径,求得设计秒流量通过管段时造成的水头损失、复核室外给水管网的水压能否满足最不利处的配水点或消火栓所需的水压要求、选定加压装置所需扬程和高位水箱的设置高度。

2、给水管道设计流量

建筑给水管设计流量是确定管径和其相应压力损失的主要依据。此流量计算正确与否,直接关系到最不利配水点所需水量、水压的保证和基建设备的投资和运营费用。

一般认为,有两种设计流量,一种是用作城市或大型住宅小区室外给水管道设计流量的最大小时流量(Qh);一种是用作室内给水管道设计流量的设计秒流量(qk),设计秒流量又被称为最大瞬时用水量。

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