基于EXCEL的热水采暖系统水力计算工具

摘要：基于EXCEL，设计了热水采暖系统水力计算工具。经验证，计算结果准确。在某小区采暖工程中得到应用。本计算工具直观简单，使用方便。

关键词：热水采暖；水力计算；EXCEL

采暖系统设计中，水力计算是确定管径、确定系统阻力及选择水泵的依据。水力计算可采用查表法，一般设计手册都提供相关表格；或者直接利用公式计算，如鸿业、天正等辅助软件计算就采用了公式计算。

设计手册提供的表格可能仅限于某几个温度、几个管径下的数据，超出此范围就无法查表。水力计算中，往往会调整管径，重复计算较多，所以查表法很不方便，计算效率不高。公式法可适用于任意温度工况、任意管径，方便计算。除了采用商业软件计算，其实水力计算还可以利用EXCEL实现。

EXCEL是广为流行的表格软件，它提供了大量的计算函数；具有公式编辑的功能，在某一单元编辑需要的公式，公式可以引用任意單元的数据，计算结果随时更新；拖动功能可以实现数据填充。采暖系统水力计算完全可以采用格式固定、规范化的列表计算，因此笔者在工程实践中采用EXCEL实现了水力计算自动化。

1.2 局部阻力计算

局部用下式计算

2 物性参数计算公式

水力计算中，密度和粘度根据水温而变化。一般计算中采用查表。为了减少插值计算量，笔者对0130度范围的密度和粘度数据，进行多项式拟合，分别得到以下计算式

3 计算表格设计

采暖工程可能用到钢管和塑料管/铝塑管，其摩擦系数计算公式不一样，因此针对钢管和塑料管设计了两张计算表格。

钢管计算表格结构如图1所示。包括基础数据部分和 计算部分。基础数据部分已经录入了物性参数拟合公式系数。该部分需要输入供水温度、回水温度，平均温度、密度、年度则编辑公式自动计算。计算部分横向15列，依次内容为：管段号（输入）、负荷（输入）、流量、长度（输入）、公称直径（输入）、内径（输入）、流速、雷诺数、摩擦系数、比摩阻、沿程阻力、局部阻力系数、局部阻力、总阻力及备注。其中除了注明输入的数据都需要编辑公式计算。

塑料管计算表格结构如图2所示。包括基础数据部分和计算部分。基础数据部分与钢管一样。计算部分横向17列，依次内容为：管段号（输入）、负荷（输入）、流量、长度（输入）、公称直径（输入）、内径（输入）、流速、临界雷诺数、雷诺数、相似系数、摩擦系数、比摩阻、沿程阻力、局部阻力系数、局部阻力、总阻力及备注。其中除了注明输入的数据都需要编辑公式计算。

作为模板，所有计算公式已经全部编辑完成，应用时只需要拷贝模板，另存为工程文件，然后编辑、拷贝计算表格中的行即可。需要说明，计算中单元格的引用有绝对引用和相对引用。有的数据在所有计算中时固定的，比如供水温度tg放在D6单元格，引用时就用指明绝对位置，即$D$6。增加行时，有的数据需要自动变换，就采用相对引用，比如，在19行开始计算，雷诺数放在I19单元，比摩阻放在J19单元，计算比摩阻时需要用雷诺数，就直接引用I19单元，而不是$I$19，把19行拷到20行时，比摩阻单元的计算公式自动就会引用I20单元。

钢管比摩阻计算有两个公式，需要用EXCEL的IF公式进行选择计算。

4 验证与应用

对钢管、塑料管计算进行了验证。教材的算例，供回水95/70℃，热负荷74.8kW，管子长15m，d=40mm，局部阻力1.5，其总阻力1891Pa，本文计算结果1915Pa，偏差1.3%。规程列出的塑料管数据，水温60℃，流量652.36kg/h，塑料管内径20mm，其比摩阻226.53Pa/m，本文计算结果227.16Pa，偏差不到1%。因此认为，本方法计算准确，可用于工程实践。某小区117栋住宅，末端采用地板辐射采暖，小区设热力站。笔者进行了负荷计算，末端配管、小区管网设计、热力站设计。其中水力计算即采用本文工具进行计算，大大提高了计算效率。计算结果如下：最不利环路最远户内盘管末端阻力13.76Pa；最远建筑立管阻力14.36Pa；小区管网阻力207533Pa；热力站内阻力99250.1Pa；总阻力306783.1Pa即31.1m水头损失。

5 结论

（1）基于EXCEL，设计了热水采暖系统水力计算工具。（2）采用教材及规程数据进行了经验证，计算结果准确。（3）在某小区采暖工程中得到应用。（4）本计算工具直观简单，使用方便。

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作者简介：李雨辰（1992），男，汉族，本科，现任职于四川溢峻建设工程有限公司，主要研究方向：建筑工程项目管理。