基于EXCEL的熱水采暖系統(tǒng)水力計(jì)算工具

摘要：基于EXCEL，設(shè)計(jì)了熱水采暖系統(tǒng)水力計(jì)算工具。經(jīng)驗(yàn)證，計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確。在某小區(qū)采暖工程中得到應(yīng)用。本計(jì)算工具直觀簡單，使用方便。

關(guān)鍵詞：熱水采暖；水力計(jì)算；EXCEL

采暖系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，水力計(jì)算是確定管徑、確定系統(tǒng)阻力及選擇水泵的依據(jù)。水力計(jì)算可采用查表法，一般設(shè)計(jì)手冊都提供相關(guān)表格；或者直接利用公式計(jì)算，如鴻業(yè)、天正等輔助軟件計(jì)算就采用了公式計(jì)算。

設(shè)計(jì)手冊提供的表格可能僅限于某幾個(gè)溫度、幾個(gè)管徑下的數(shù)據(jù)，超出此范圍就無法查表。水力計(jì)算中，往往會調(diào)整管徑，重復(fù)計(jì)算較多，所以查表法很不方便，計(jì)算效率不高。公式法可適用于任意溫度工況、任意管徑，方便計(jì)算。除了采用商業(yè)軟件計(jì)算，其實(shí)水力計(jì)算還可以利用EXCEL實(shí)現(xiàn)。

EXCEL是廣為流行的表格軟件，它提供了大量的計(jì)算函數(shù)；具有公式編輯的功能，在某一單元編輯需要的公式，公式可以引用任意單元的數(shù)據(jù)，計(jì)算結(jié)果隨時(shí)更新；拖動(dòng)功能可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)填充。采暖系統(tǒng)水力計(jì)算完全可以采用格式固定、規(guī)范化的列表計(jì)算，因此筆者在工程實(shí)踐中采用EXCEL實(shí)現(xiàn)了水力計(jì)算自動(dòng)化。

1.2 局部阻力計(jì)算

局部用下式計(jì)算

2 物性參數(shù)計(jì)算公式

水力計(jì)算中，密度和粘度根據(jù)水溫而變化。一般計(jì)算中采用查表。為了減少插值計(jì)算量，筆者對0130度范圍的密度和粘度數(shù)據(jù)，進(jìn)行多項(xiàng)式擬合，分別得到以下計(jì)算式

3 計(jì)算表格設(shè)計(jì)

采暖工程可能用到鋼管和塑料管/鋁塑管，其摩擦系數(shù)計(jì)算公式不一樣，因此針對鋼管和塑料管設(shè)計(jì)了兩張計(jì)算表格。

鋼管計(jì)算表格結(jié)構(gòu)如圖1所示。包括基礎(chǔ)數(shù)據(jù)部分和 計(jì)算部分?；A(chǔ)數(shù)據(jù)部分已經(jīng)錄入了物性參數(shù)擬合公式系數(shù)。該部分需要輸入供水溫度、回水溫度，平均溫度、密度、年度則編輯公式自動(dòng)計(jì)算。計(jì)算部分橫向15列，依次內(nèi)容為：管段號（輸入）、負(fù)荷（輸入）、流量、長度（輸入）、公稱直徑（輸入）、內(nèi)徑（輸入）、流速、雷諾數(shù)、摩擦系數(shù)、比摩阻、沿程阻力、局部阻力系數(shù)、局部阻力、總阻力及備注。其中除了注明輸入的數(shù)據(jù)都需要編輯公式計(jì)算。

塑料管計(jì)算表格結(jié)構(gòu)如圖2所示。包括基礎(chǔ)數(shù)據(jù)部分和計(jì)算部分。基礎(chǔ)數(shù)據(jù)部分與鋼管一樣。計(jì)算部分橫向17列，依次內(nèi)容為：管段號（輸入）、負(fù)荷（輸入）、流量、長度（輸入）、公稱直徑（輸入）、內(nèi)徑（輸入）、流速、臨界雷諾數(shù)、雷諾數(shù)、相似系數(shù)、摩擦系數(shù)、比摩阻、沿程阻力、局部阻力系數(shù)、局部阻力、總阻力及備注。其中除了注明輸入的數(shù)據(jù)都需要編輯公式計(jì)算。

作為模板，所有計(jì)算公式已經(jīng)全部編輯完成，應(yīng)用時(shí)只需要拷貝模板，另存為工程文件，然后編輯、拷貝計(jì)算表格中的行即可。需要說明，計(jì)算中單元格的引用有絕對引用和相對引用。有的數(shù)據(jù)在所有計(jì)算中時(shí)固定的，比如供水溫度tg放在D6單元格，引用時(shí)就用指明絕對位置，即$D$6。增加行時(shí)，有的數(shù)據(jù)需要自動(dòng)變換，就采用相對引用，比如，在19行開始計(jì)算，雷諾數(shù)放在I19單元，比摩阻放在J19單元，計(jì)算比摩阻時(shí)需要用雷諾數(shù)，就直接引用I19單元，而不是$I$19，把19行拷到20行時(shí)，比摩阻單元的計(jì)算公式自動(dòng)就會引用I20單元。

鋼管比摩阻計(jì)算有兩個(gè)公式，需要用EXCEL的IF公式進(jìn)行選擇計(jì)算。

4 驗(yàn)證與應(yīng)用

對鋼管、塑料管計(jì)算進(jìn)行了驗(yàn)證。教材的算例，供回水95/70℃，熱負(fù)荷74.8kW，管子長15m，d=40mm，局部阻力1.5，其總阻力1891Pa，本文計(jì)算結(jié)果1915Pa，偏差1.3%。規(guī)程列出的塑料管數(shù)據(jù)，水溫60℃，流量652.36kg/h，塑料管內(nèi)徑20mm，其比摩阻226.53Pa/m，本文計(jì)算結(jié)果227.16Pa，偏差不到1%。因此認(rèn)為，本方法計(jì)算準(zhǔn)確，可用于工程實(shí)踐。某小區(qū)117棟住宅，末端采用地板輻射采暖，小區(qū)設(shè)熱力站。筆者進(jìn)行了負(fù)荷計(jì)算，末端配管、小區(qū)管網(wǎng)設(shè)計(jì)、熱力站設(shè)計(jì)。其中水力計(jì)算即采用本文工具進(jìn)行計(jì)算，大大提高了計(jì)算效率。計(jì)算結(jié)果如下：最不利環(huán)路最遠(yuǎn)戶內(nèi)盤管末端阻力13.76Pa；最遠(yuǎn)建筑立管阻力14.36Pa；小區(qū)管網(wǎng)阻力207533Pa；熱力站內(nèi)阻力99250.1Pa；總阻力306783.1Pa即31.1m水頭損失。

5 結(jié)論

（1）基于EXCEL，設(shè)計(jì)了熱水采暖系統(tǒng)水力計(jì)算工具。（2）采用教材及規(guī)程數(shù)據(jù)進(jìn)行了經(jīng)驗(yàn)證，計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確。（3）在某小區(qū)采暖工程中得到應(yīng)用。（4）本計(jì)算工具直觀簡單，使用方便。

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作者簡介：李雨辰（1992），男，漢族，本科，現(xiàn)任職于四川溢峻建設(shè)工程有限公司，主要研究方向：建筑工程項(xiàng)目管理。