《给排水管道系统》课程授课教案（教学设计）分区给水的能量分析

教学设计七分区给水的能量分析第7章分区给水系统章节7.1 概述课程名称给排水管道系统名称7.2分区给水的能量分析教学给排水专业课程讲授45分钟设计教师对象本科生时间课堂1、了解分区给水系统的概念，熟悉分区的类型和特点及分区的原因；教学2、掌握分区给水系统的能量分析；目的3、了解串、并联分区给水系统节能的理论推导过程，掌握推导的结论。7.1 概述1、概念：根据城市地形特点将整个给水系统分成几区，每区有独立的泵站和管网等，各区之间有适当的联系，以保证供水可靠和调度灵活。(2min)2、分区的类型和特点（4min）（1）串联分区：泵站分建，高区水泵从低区末端的贮水池取水，进入贮水池前的自由水头被浪费，贮水池容积较大，安全性较差。教学内容贴水池高区泵站及教学安排低区泵站合用泵站图8-1（a）并联分区图8-1（b）串联分区（2）并联分区：泵站共用，由低压水泵和高压水泵分别向高区和低区供水，管理方便，安全性高：输水管道较长，高区靠近水源处的压力大，需耐高压管材。3、分区的原因（2min）（1）技术上的原因：均衡管网水压，实现管网低压供水，从而减少漏失水量并避免管道及附件的损坏。（2）经济上的原因：降低能耗

教学设计七 分区给水的能量分析 章节 名称 第 7 章 分区给水系统 7.1 概述 7.2 分区给水的能量分析 课程名称 给排水管道系统 教学 对象 给排水专业 本科生 课程讲授 时间 45 分钟 设计教师 课堂 教学 目的 1、了解分区给水系统的概念，熟悉分区的类型和特点及分区的原因； 2、掌握分区给水系统的能量分析； 3、了解串、并联分区给水系统节能的理论推导过程，掌握推导的结论。 教学 内容 及 教学 安排 7.1 概述 1、概念：根据城市地形特点将整个给水系统分成几区，每区有独立的 泵站和管网等，各区之间有适当的联系，以保证供水可靠和调度灵活。 （2min） 2、分区的类型和特点（4min） （1）串联分区： 泵站分建，高区水泵从低区末端的贮水池取水，进 入贮水池前的自由水头被浪费，贮水池容积较大，安全性较差。 图 8-1（a）并联分区 图 8-1（b）串联分区 （2）并联分区：泵站共用，由低压水泵和高压水泵分别向高区和低区 供水，管理方便，安全性高；输水管道较长，高区靠近水源处的压力 大，需耐高压管材。 3、分区的原因（2min） （1）技术上的原因：均衡管网水压，实现管网低压供水，从而减少漏 失水量并避免管道及附件的损坏。 （2）经济上的原因：降低能耗

7.2分区给水的能量分析1、能量计算的基本公式（10min）E= pghq(8.1)H,=Z+H,+hShHAHAZ式中：E一水泵消耗的能量，W；P一水的密度，1000kg/m；8一重力加速度，9.81m/s；h一水泵或泵站的扬程，m；q一水泵或泵站的供水量，m/s。以图8-2的输水管为例，泵站的供水能量情况如下：H,AhsAhAhHqirHF292Hr3q3kHr494AAZ,fAZ,Z（1）所需的能量：y.qH, +y-q2(H-Ah)+y-(H,-Ah)+y.q4(H,-Ah)（2）实际提供的能量：(g+92+9;+q4)H（3）浪费的能量：.q2h+.q3h+.94h（4）泵站供水能量分配图

7.2 分区给水的能量分析 1、能量计算的基本公式（10min） E ghq   （8.1） 式中：E —水泵消耗的能量，W；  —水的密度，1000kg/m³； g —重力加速度，9.81m/s2； h —水泵或泵站的扬程，m； q—水泵或泵站的供水量，m/s。 以图 8-2 的输水管为例，泵站的供水能量情况如下： （1）所需的能量：                  q H q H h q H h q H h 1 2 2 3 3 4 4 p p p p       （2）实际提供的能量：  1 2 3 4  p  q q q q H    （3）浪费的能量： 2 2 3 3 4 4               q h q h q h （4）泵站供水能量分配图 H p  Z  HF  h

AhAhEh-sAhaHhe-sShy-sHEIEha-sHrHF3HF4.AZ.AZ.AZ,AZ.gs949241十十+2、串、并联分区供水的节能计算HH,-h并联分区H,-AhHngikHr92H,-AhHr:93Hr424KAZAZ,fz,申联分区H9119Hr2Hp9okHp3q4Hr4AZNZAZ,（1）并联分区供水（10min）各区流量等于α，n-2各区泵站扬程为H。-nn--Hp，则分区后系统的供水能量为：nOn-2QQn-1n+101n+EOH.E.=H2n2nnnnnnnn(2）串联分区供水（5min）假定全区用水量均匀，则各区用水量分别为9，nnn

2、串、并联分区供水的节能计算 （1） 并联分区供水（10min） 各区流量等于 1 Q n ，各区泵站扬程为 HP , 1 P n H n ， 2 P n H n ，.， 1 HP n ，则分区后系统的供水能量为： 1 2 1 1 1 . 2 2 n P P P P P Q Q n Q n Q n n E H H H H QH E n n n n n n n n n            （2） 串联分区供水（5min） 假定全区用水量均匀，则各区用水量分别为Q ， n 1Q n ， n 2 Q n

AZ+h+HZ+hHpVO各区的水泵扬程为：分区后nnnn供水能量为：HHHH,n+1n+1n-OOOH,EHC-2n2nnnnnnnn结论：无论是串联分区还是并联分区，分区后系统最多节约50%的能量。3、例题（12min）1例1：某城市地形平坦，采用如图示分区串联供水，在I、Ⅱ区HI区压力控制点B、C处设增压泵站。I区用水占总用水量的1/2，II、C泵站II区各占1/4，水厂二级泵房A至泵站B点水头损失为15m，泵1I区站B点到泵站C点水头损失10m，泵站C点到III区压力控制点D水头损失10m，要求管网的最小服B泵站务水头为16m，则设分区供水比不分区供水可节能多少？（不计I区泵站能量损失）（A）48.0%(B)24.5%(C)44.1%(D) 19.6%A水厂例2：某城市给水系统如图示，供水分为三区，I区供水量占总供水量的50%，ⅡI区占总供水量的30%，II区占总供水量的20%；当采用分区供水时，供I区的水泵扬程为38m，供II区的水泵扬程为32m，增压泵房增压扬程为16m，如果这三区采用统一供水系统，则其能量增加多少（增压泵房内的水头损失不计）？(A)16.5%(B)20.4%(C) 25.7%(D)50.9%I区日区口增压泵组Ⅱ区供水泵房

1 Q n ，各区的水泵扬程为： P H Z h H Z h n n n          ，分区后 供水能量为： 1 2 1 1 1 . 2 2 P P P P n P H H H H n n n n E Q Q Q Q QH E n n n n n n n n n            结论：无论是串联分区还是并联分区，分区后系统最多节约 50%的能量。 3、例题(12min) 例 1：某城市地形平坦，采用如 图示分区串联供水，在Ⅰ、Ⅱ区 压力控制点 B、C 处设增压泵站。 Ⅰ区用水占总用水量的 1/2，Ⅱ、 Ⅲ区各占 1/4，水厂二级泵房 A 至泵站 B 点水头损失为 15m，泵 站 B 点到泵站 C 点水头损失 10m， 泵站 C 点到Ⅲ区压力控制点 D 水 头损失 10m，要求管网的最小服 务水头为 16m，则设分区供水比 不分区供水可节能多少？（不计 泵站能量损失） （A） 48.0% (B) 24.5% （C） 44.1% (D) 19.6% 例 2：某城市给水系统如图示，供水分为三区，I 区供水量占总供水 量的 50%，Ⅱ区占总供水量的 30%，Ⅲ区占总供水量的 20%;当采用分 区供水时，供 I 区的水泵扬程为 38m，供Ⅱ区的水泵扬程为 32m，增 压泵房增压扬程为 16m，如果这三区采用统一供水系统，则其能量增 加多少（增压泵房内的水头损失不计）？ (A) 16.5% (B) 20.4% (C) 25.7% (D) 50.9% D III区 C泵站 B泵站 II区 I区 A水厂

教学重点：分区给水系统的类型、特点、分区原因及能量分析；教学难点：串、并联分区给水系统能量分析计算的推导过程；教学对策：（1）采用图片、示意图的方式对所介绍的基本理论进行直观的讲授，使学生能将理论与实际工程建立联系；重点与（2）串、并联分区的计算在讲授基本计算公式后，课堂中引入例题对难点所介绍的公式进行运用，使学生掌握该类计算的切入点和易错点。而对策后，通过预留练习题的方式，让学生在课下掌握和继续巩固该类计算问题。（3）串、并联分区给水系统能量分析计算的推导过程，主要通过教师严谨的板书推导完成，教师讲授时注重推导的逻辑性，逐步的引导学生完成推导内容，重在使学生理解推导的结论性内容。教学采用板书为主，多媒体为辅，二者相结合的教学方法，在基本概念、公方法式和推导过程主要采用板书，图片演示、例题等内容的讲授主要采用多与媒体课件展示。手段练习题：图示一个地处平原地区的较大城市给水系统，分为三个区，其中I区的供水量为总供水量的一半，水泵扬程为H；II区和IⅢI区的供水量均为总供水量的四分之一，三个区内都不设调节构筑物时，I区增压水泵扬程为0.7H，III区增压水泵扬程为0.8H，I区管网在II区和IⅢI区增压水泵房的进水点处的水压均为0.4H，该分区给水比不分区时约能节省多少能量？(A) 16%(B) 24%(C) 31%(D) 35%作业Ⅱ及区 II区一增压泵房课外网管区T资源管网水推荐一级泵房ⅢI区增压泵房II区管网

重点 与 难点 对策 教学重点：分区给水系统的类型、特点、分区原因及能量分析； 教学难点：串、并联分区给水系统能量分析计算的推导过程； 教学对策： （1） 采用图片、示意图的方式对所介绍的基本理论进行直观的讲授， 使学生能将理论与实际工程建立联系； （2） 串、并联分区的计算在讲授基本计算公式后，课堂中引入例题对 所介绍的公式进行运用，使学生掌握该类计算的切入点和易错点。而 后，通过预留练习题的方式，让学生在课下掌握和继续巩固该类计算 问题。 （3） 串、并联分区给水系统能量分析计算的推导过程，主要通过教师 严谨的板书推导完成，教师讲授时注重推导的逻辑性，逐步的引导学 生完成推导内容，重在使学生理解推导的结论性内容。 教学 方法 与 手段 采用板书为主，多媒体为辅，二者相结合的教学方法，在基本概念、公 式和推导过程主要采用板书，图片演示、例题等内容的讲授主要采用多 媒体课件展示。 作业 及 课外 资源 推荐 练习题：图示一个地处平原地区的较大城市给水系统，分为三个区，其 中 I 区的供水量为总供水量的一半，水泵扬程为 H；Ⅱ区和Ⅲ区的供水量 均为总供水量的四分之一，三个区内都不设调节构筑物时，Ⅱ区增压水 泵扬程为 0.7H，Ⅲ区增压水泵扬程为 0.8H，I 区管网在Ⅱ区和Ⅲ区增压 水泵房的进水点处的水压均为 0.4H，该分区给水比不分区时约能节省多 少能量？ (A) 16% (B) 24% (C) 31% (D) 35% 区 管 网 Ⅱ 区 管 网 Ⅲ 区 管 网 水 厂 二 级 泵 房 Ⅱ 区 增 压 泵 房 Ⅲ 区 增 压 泵 房 I