一．风道水力计算方法 & m$ s/ r, A: }9 R) {. M9 f9 T
; d5 f( N& }4 P) o+ [ T" r
风道的水力计算是在系统和设备布置、风管材料、各送、回风点的位置和风量均已确定的基础上进行的。
5 f+ I- Z, [# k5 X; y# d& k/ X7 t3 m风道水力计算方法比较多，如假定流速法、压损平均法、静压复得法等。对于低速送风系统大多采用假定流速法和压损平均法，而高速送风系统则采用静压复得法。+ @, p( j5 f9 p3 x X# D* \
" w: C5 a; Q4 H! i
1．假定流速法
0 f4 S& d# z( n6 v假定流速法也称为比摩阻法。这种方法是以风道内空气流速作为控制因素，先按技术经济要求选定风管的风速，再根据风管的风量确定风管的断面尺寸和阻力。这是低速送风系统目前最常用的一种计算方法。
[1 A5 W# r! l8 \- J5 p0 I7 Z
) g/ Q2 Y9 p% l% d6 v; r# x! t0 r' v$ a' U2．压损平均法
" b# n7 n! N4 B) s压损平均法也称为当量阻力法。这种方法以单位管长压力损失相等为前提。在已知总作用压力的情况下，取最长的环路或压力损失最大的环路，将总的作用压力值按干管长度平均分配给环路的各个部分，再根据各部分的风量和所分配的压力损失值，确定风管的尺寸，并结合各环路间的压力损失的平衡进行调节，以保证各环路间压力损失的差值小于15%。一般建议的单位长度风管的摩擦压力损失值为0.8~1.5Pa/m。该方法适用于风机压头已定，以及进行分支管路压损平衡等场合。0 i% z: U) W5 q+ d5 Z3 M6 y- v
) J) Y6 ^) m' j% ~4 T" F& f. a3．静压复得法
" p& t0 f1 m. X( L& D静压复得法的含义是，由于风管分支处风量的出流，使分支前后总风量有所减少，如果分支前后主风道断面变化不大，则风速必然下降。风速降低，则静压增加，利用这部分“复得”的静压来克服下一段主干管道的阻力，以确定管道尺寸，从而保持各分支前的静压都相等，这就是静压复得法。此方法适用于高速空调系统的水力计算。
$ l2 z8 R, z5 f n" h- \3 A6 Z1 P0 Q* [6 d
二．风道水力计算步骤 : x! S5 n: i$ Q; o: y) A5 ]
3 B! W4 a! |: \7 _
以假定流速法为例： / Z+ y$ g a0 m/ z
1．确定空调系统风道形式，合理布置风道，并绘制风道系统轴测图，作为水力计算草图。
4 f2 U" b% Z4 M2．在计算草图上进行管段编号，并标注管段的长度和风量。
* T7 V7 T t+ N0 G/ W管段长度一般按两管件中心线长度计算，不扣除管件（如三通、弯头）本身的长度。 / K: R, L; X8 Z! s) Z: @9 W4 s/ M
3．选定系统最不利环路，一般指最远或局部阻力最多的环路。 5 ~0 L, o1 z1 O
4．选择合理的空气流速。 1 M0 h& N: Z7 f' |/ _
* r: O* f' }0 K' L' @9 x风管内的空气流速可按下表确定。, T. o2 x# J& p q7 S
5 p }7 ^8 G0 Z' B9 S. a表8-3空调系统中的空气流速（m/s）/ }1 V6 d' }; ~
; P, J0 D/ h, H
4 W5 [6 D4 d$ J9 _4 V* U' n: B) [7 V
, b9 J# |' w( J, O1 I5．根据给定风量和选定流速，逐段计算管道断面尺寸，然后根据选定了的风管断面尺寸和风量，计算出风道内实际流速。/ @# [4 t# d$ S2 b
通过矩形风管的风量：G=3600abυ (m3/h)
+ w, ^2 Y( i& F; Q. ^! z' ^9 X式中：a，b—分别为风管断面净宽和净高，m。 , q4 j7 g' k2 X1 q8 |- d3 D) w
通过园形风管的风量：G=900πd2υ (m3/h)$ F! F2 H5 \* e. ^, B( H
式中：d—为圆形风管内径，m。 . e7 R2 L8 e7 m; ~1 @. Q) m7 G+ [5 C# Q
8 x0 L+ z0 I N1 S$ n) s6．计算风管的沿程阻力 5 Y/ r, m& l6 Y( p& j% H
根据风管的断面尺寸和实际流速，查阅查阅附录13或有关设计手册中《风管单位长度沿程压力损失计算表》求出单位长度摩擦阻力损失△py，再根据管长l，进一步求出管段的摩擦阻力损失。
1 t, \. h% x O" w& P% m& p/ p X+ [ N) X
7．计算各管段局部阻力 $ ^# X7 S9 ]# J8 C6 P# `
按系统中的局部构件形式和实际流速υ，查阅附录14或有关设计手册中《局部阻力系数ζ计算表》取得局部阻力系数ζ值，再求出局部阻力损失。
9 K& u8 G8 O |! m/ V: c: ~3 {0 x( s/ f7 u
8．计算系统的总阻力，△P=∑（△pyl +△Pj）。
$ Z7 w+ `: q$ V: ]9．检查并联管路的阻力平衡情况。
2 `0 r& K( v6 s( r10．根据系统的总风量、总阻力选择风机。1 }+ e J' d) ^4 Y' T
3 N: c: _1 p( I三．风道设计计算实例
6 q' |/ q% h/ c0 ]% @4 I$ a
* M2 y3 D5 ^3 [某公共建筑直流式空调系统，如图所示。风道全部用镀锌钢板制作，表面粗糙度K=0.15mm。已知消声器阻力为50Pa，空调箱阻力为290 Pa，试确定该系统的风道断面尺寸及所需风机压头。5 v7 x+ C: }9 l1 w. Y. v6 U9 w
+ Y# ?) V# X# D1 t
. [3 o* O( Z( y4 L5 F
: u7 w# {- P5 C: S 图中：A.孔板送风口600×600；B.风量调节阀；C.消声器；D.防火调节法；E.空调器；F.进风格栅
( s8 c' w4 C' I2 F+ D+ n
# T2 I- o, U$ b+ L3 K【解】
1 U7 l+ o' `3 b: A+ g
, v/ C6 k6 p6 e8 h- G1．绘制系统轴测图，并對各管段进行编号，标注管段长度和风量。3 c4 t3 Y: [* L; e
2．选定最不利环路，逐段计算沿程压力损失和局部压力损失。本系统选定管段1—2—3—4—5—6为最不利环路。
1 z% V/ w/ \; J! ^( @5 N2 P3．列出管道水力计算表，并将各管段流量和长度按编号顺序填入计算表中。
6 p) Q4 U4 b& J+ E$ v/ q4．分段进行管道水力计算,并将结果均列入计算表中。' r8 X2 w# }3 a1 M. a
% H5 {* @- I3 F9 j# s
管段1—2：风量1500m3/h，管段长l=9m
" I& ]' y4 G% `& ~沿程压力损失计算：初选水平支管空气流速为4m/s，风道断面面积为：
+ o2 L, j( m. K/ A1 X, ^7 x F’=1500/(3600×4)=0.104m2) g, a/ s Y6 q+ k5 m
取矩形断面为320×320mm的标准风管，则实际断面积F=0.102m2，实际流速 5 j. j& r% _6 z. Q
υ=1500/（3600×0.102）=4.08m/s根据流速4.08m/s，查附录13，得到单位长度摩擦阻力△py=0.7Pa/m,则管段1—2的沿程阻力：
( u! V8 \9 B0 U3 L: G% v △Py=△py×l=0.7×9=6.3Pa5 }) R9 t4 y. M+ K* A! U# s
局部压力损失计算：该管段存在局部阻力的部件有孔板送风口、连接孔板的渐扩管、多叶调节阀、弯头、渐缩管及直三通管。+ d3 `9 V/ X4 N9 y- v% b5 W. j& A' w% i
孔板送风口：已知孔板面积为600×600mm，开孔率（即净孔面积比）为0.3，则孔板面风速为 ! b) o5 e. A2 M8 I& n7 g9 V
υ=1500/（3600×0.6×0.6）=1.16m/s根据面风速1.16m/s和开孔率0.3，查附录14序号35，得孔板局部阻力系数ζ=13，故孔板的局部阻力 9 G" S: W) M; N8 X P+ h
△pj1=13×(1.2×1.162)/2=10.5Pa渐扩管：渐扩管的扩张角α=22.5°，查附录14序号4，得ζ=0.6，渐扩管的局部阻力 6 }+ h- R1 P# U* ^
△pj2=0.9×(1.2×4.082)/2=5.99Pa多叶调节阀：根据三叶片及全开度，查附录14序号34，得ζ=0.25，多叶调节阀的局部阻力
! M4 P$ u/ y% J5 @7 b5 o △pj3=0.25×(1.2×4.082)/2=2.5Pa弯头：根据α=90°，R/b=1.0，查附录14序号9，得ζ=0.23，弯头的局部阻力 , n* v( l0 |& `6 b9 f' ^0 s) [
△pj4=0.23×(1.2×4.082)/2=2.3Pa渐缩管：渐缩管的扩张角α=30°<45°,查附录14序号7，得ζ=0.1，渐缩管的局部阻力 8 W5 ~5 Q/ l+ F" d0 \: }
△pj5=0.1×(1.2×4.082)/2=1Pa直三通管：根据直三通管的支管断面与干管断面之比为0.64，支管风量与总风量之比为0.5，查附录14序号19，得ζ=0.1，则直三通管的局部阻力 ; |( v3 p# R H. X! a/ G- R( H% o
△Pj6=0.1×(1.2×5.22)/2=1.6Pa （取三通入口处流速）
" p: p* ~3 Y' u* V! g该管段局部阻力：△Pj=△pj1+△pj2+△pj3+△pj4+△pj5 +△Pj6
8 d7 u# U- g1 Q' |7 ~ =10.5+5.99+2.5+2.3+1+1.6
8 H# R' {* I" |# U( ?- g+ H =23.89Pa该管段总阻力 0 y6 V3 Q" p" {* q! c* H% J
△P1-2=△Py+△Pj=6.3+23.89=30.19Pa% a& J/ _9 [; V: x
! N1 T3 [5 b$ U& f, p$ z! o. {
/ O6 }; L8 G4 o6 Q5 C4 N" i
管段2—3：风量3000m3/h，管段长l=5m，初选风速为5m/s。 沿程压力损失计算：5 ?" u" F g& ^: i" W
9 k2 {# z! t/ L
根据假定流速法及标准化管径，求得风管断面尺寸为320×500mm，实际流速为5.2m/s，查得单位长度摩擦阻力△py=0.8Pa/m,则管段2—3的沿程阻力
( o0 r2 c* y& k) V1 F& k+ a △Py=△py×l=0.8×5=4.0Pa4 h7 v, M4 I( N" W& x/ p+ S
局部压力损失计算：% r, {3 a4 u# D5 ^& ?
分叉三通：根据支管断面与总管断面之比为0.8，查附录14序号21，得ζ=0.28，则分叉三通管的局部阻力 6 @; c. K0 w+ z2 Y2 U) U6 o
△Pj =0.28×(1.2×6.252)/2= 6.6Pa. （取总流流速）
8 L8 v$ E5 w7 J4 `4 ]该管段总阻力 △P2-3=△Py+△Pj=4.0+6.6=10.6Pa
- @% \, l# \5 Q J+ K9 H9 O( r9 J
( S' N' l* T) N( {$ x管段3—4：风量4500m3/h，管段长l=9m，初选风速为6m/s。 沿程压力损失计算： % \: a. t6 G2 J; D( q* a( S
根据假定流速法及标准化管径，求得风管断面尺寸为400×500mm，实际流速为6.25m/s，查得单位长度摩擦阻力△py=0.96Pa/m,则管段3—4的沿程阻力 # @; S. H, r4 e2 J* j( ~, z" T, t
△Py=△py×l=0.96×9=8.64Pa局部压力损失计算：该管段存在局部阻力的部件有消声器、弯头、风量调节阀、软接头以及渐扩管。
( Z; ]: x" r3 V# V! y, G9 j消声器：消声器的局部阻力给定为50Pa，即 + z- B+ J9 {8 S9 c
△pj1= 50.0Pa
* a+ D& |4 T) }% K7 \7 v弯头：根据α=90°，R/b=1.0，a/b=0.8,查附录14序号10，得ζ=0.2，弯头的局部阻力 % u1 k% Y( i' j% ~( g$ X0 U
△pj2=0.2×(1.2×6.252)/2=4.7Pa. ~: {# H8 O$ ~
风量调节阀：根据三叶片及全开度，查附录14序号34，得ζ=0.25，风量调节阀的局部阻力
6 Y" n2 d8 P7 N- E; ^ △pj3=0.25×(1.2×6.252)/2=5.9Pa软接头：因管径不变且很短，局部阻力忽略不计。
1 S4 K2 h( R. H3 S0 w( }4 [渐扩管：初选风机4—72—11NO4.5A，出口断面尺寸为315×360mm，故渐扩管为315×360mm~400×500mm，长度取为360mm，渐扩管的中心角α=22°，大小头断面之比为1.76查附录14序号3，得ζ=0.15，对应小头流速 - o1 _7 p" H* [# ^
υ=4500/（3600×0.315×0.36）=11m/s M3 Z+ L8 _" t0 S
渐扩管的局部阻力 △pj4=0.15×(1.2×112)/2=10.9Pa* h1 e8 a# f' |
该管段局部阻力
$ W; v! }1 a8 { I# r △Pj=△pj1+△pj2+△pj3+△pj4 7 E" ^& S* f6 `" u4 j; F. M) s
=50.0+4.7+5.9+10.9=71.5Pa
! @3 l7 o. k, W2 g该管段总阻力 & `( a7 W5 }( \
△P3-4=△Py+△Pj=8.64+71.5=80.14Pa管段4—5：
- X: h0 m5 k* G" H8 ^& Z空调箱及其出口渐缩管合为一个局部阻力考虑，△Pj=290 Pa- E; p& \ u0 T4 t- X
该管段总阻力
% T- I* s G! o) C △P4-5=△Pj=290Pa, s$ Q. w3 U$ Y, X) T: A
3 x [! ^1 X+ G$ Y" D% G$ d! c! s7 A U5 p$ @9 X' K
管段5—6：风量4500m3/h，管段长l=6m，初选风速为6m/s。 沿程压力损失计算：9 N+ u, Q9 S& O6 o, d. r
根据假定流速法及标准化管径，求得风管断面尺寸为400×500mm，实际流速为6.25m/s，查得单位长度摩擦阻力△py=0.96Pa/m,则管段5—6的沿程阻力
4 P0 n6 ~ d9 n, _ △Py=△py×l=0.96×6=5.76Pa
; N) z( Z K" M+ s' x6 q: \# R- X局部压力损失计算：该管段存在局部阻力的部件有突然扩大、弯头（两个）、渐缩管以及进风格栅。
: f6 _; b5 p/ a) U, D突然扩大：新风管入口与空调箱面积之比取为0.2，查附录14序号5，，得ζ=0.64，突然扩大的局部阻力 ! A! {1 t' d2 P# ^. G
. a. M& g/ V% y; ~9 Z△pj1=0.64×(1.2×6.252)/2=15.1Pa弯头(两个)：
8 Q& s, T" B7 R9 _$ g" _9 Z
4 N5 p1 [" ^/ @0 K根据α=90°，R/b=1.0，a/b=0.8,查附录14序号10，得ζ=0.20，弯头的局部阻力
1 Z; ~5 d- G% P1 T/ A- } △pj2=0.2×(1.2×6.252)/2=4.7Pa
' v. p/ Y1 P- W% q% C 2△pj2=4.7×2=9.4 Pa
4 `0 f: n. @4 b: p渐缩管：断面从630×500mm单面收缩至400×500mm，取α=<45°,查附录14序号7，得ζ=0.1，对应小头流速
. A4 k& n* @ p4 T; x3 ? υ=6.25m/s 渐缩管的局部阻力 " E, _' f- m T, C6 y
△pj3=0.1×(1.2×6.252)/2=2.36Pa
% d0 L' }) N" d0 H: S* S/ g进风格栅：进风格栅为固定百叶格栅，外形尺寸为630×500mm，有效通风面积系数为0.8，则固定百叶格栅有效通风面积为
' S1 b) e' j: k( ^+ D4 f1 h 0.63×0.5×0.8=0.252m2
& E# s8 U) ?" \- E其迎面风速为 4500/（3600×0.252）=5 m/s
4 w& B7 f( |# T' V查附录14序号30，得ζ=0.9，对应面风速，固定百叶格栅的局部阻力 & N) X: N: r7 Z3 ^/ P5 i
△p4=0.9×(1.2×52)/2=13.5Pa
$ f- N8 ^: s) Q: N3 k5 X该管段局部阻力
8 ~- {( r* h' }7 ~. R1 X/ ?/ g1 P% Z; z" L: g
△Pj=△pj1+2△pj2+△pj3+△pj4 & n% a; `- N( C. P! j! z
=15.1+9.4+2.36+13.5 =40.36Pa( `0 g" d; e5 [: }8 A
该管段总阻力
[) v+ I6 h( B; f) T: x △P5-6=△Py+△Pj=5.76+40.36=46.12Pa5．检查并联管路的阻力平衡 : J2 H6 Z& B6 v, F8 @* H
用同样的方法，进行并联管段7—3、8—2的水力计算，并将结果列入表中。 ; G* G6 F0 ^6 n' l
% i# d! h8 F x( r& I3 c管段7—3：
4 G+ R) x0 a' ~' k% O. m ]7 Y沿程压力损失 △Py=9.1 Pa
8 A- B/ V4 I4 Q+ Z+ k' m! [, _局部压力损失 △Pj=28.9 Pa- b. n* d. c; o+ _; E
该管段总阻力 △P7-3=△Py+△Pj=9.1+28.9=38Pa
! E/ D0 |+ ?) [' H, @
8 b4 m% D$ C5 P1 O U9 h3 ^3 ]' E' c, s$ P
管段8—2：沿程压力损失 △Py=1.4 Pa& f) p6 ~; x: J+ I- M
局部压力损失 △Pj=25.8 Pa; [6 O- u' H' L8 g2 b6 S: a
该管段总阻力. \+ k* ~( Y7 g+ h
△P8-2=△Py+△Pj=1.4+25.8=27.2Pa检查并联管路的阻力平衡：
& M4 w u: I+ X J9 N3 {6 i管段1—2的总阻力△P1-2=30.19Pa
* L* U5 m& d* S4 {2 g, {/ {管段8—2的总阻力△P8-2=27.2Pa1 X# t( }2 ?( r$ u" d
（△P1-2-△P8-2）/△P1-2=（30.19-27.2）/30.19=9.9%<15% 管段1—2—3的总阻力△P1-2-3=△P1-2+△P2-3=30.19+10.6=40.79 Pa0 A& e5 ?- ]2 m) I: C" |
管段7—3的总阻力△P7-3=38Pa5 ]8 N% o0 a: c) G8 b
（△P1-2-3-△P7-3）/△P1-2-3=（40.79-38）/40.79=6.8%<15%
$ q3 }2 T' b! s% a检查结果表明，两个并联管路的阻力平衡都满足设计要求。如果不满足要求的话，可以通过调整管径的方法使之达到平衡要求。
3 H' n9 p! T8 H! ^, R
+ J6 M+ h: X2 h7 ?1 A, ]1 b5．计算最不利环路阻力 △P=△P1-2+△P2-3+△P3-4+△P4-5 +△P5-6
# a+ ^ v7 ~8 A) Z =30.19+10.6+80.14+290+46.12
* L& ~) v2 r# q1 Y+ I& K9 O =457.05 Pa0 v( u2 @8 n% J* N
本系统所需风机的压头应能克服457.05Pa阻力。; h* g# K" B- _$ B1 Q% }
( {! _) D0 ^6 P* f
: c0 k" }/ Z) B/ z# J. d" ~! `
四．风道压力损失估算法
, d# z0 H. I/ C+ [, z4 z7 y4 s: Z
7 ^2 {8 T, p5 X8 o- E. b) b对于一般的空调系统，风道压力损失值可按下式估算 4 q# X7 b" S6 ^5 J3 W& K& y' x9 f
△P=△pyl（1+k）+∑△ps (Pa)
8 i* ~: V1 g3 y- M& V式中 △py—单位管长沿程压力损失，即单位管长摩擦阻力损失，Pa/ m。 # h, n/ M# q) F0 d
l—最不利环路总长度，即到最远送风口的送风管总长度加上到最远回风口的回风管总长度，m。 & X' n/ @4 O; p. X$ r+ O" H# \3 f
k—局部压力损失与沿程压力损失之比值： ( P7 S( q/ \# X3 G
弯头、三通等局部管件比较少时，取k =1.0~1.2； & x0 [& E! R1 X+ q0 U
弯头、三通等局部管件比较多时，可取到k =3.0~5.0。
7 Q0 g7 Y1 d8 a3 U% `* x9 K+ T5 Q# w∑△ps—考虑到空气通过过滤器、喷水室（或表冷器）、加热器等空调装置的压力损失之和。 3 u0 p, g n: n/ B- W
表8-5给出了为空调系统推荐的送风机静压值，可供估算时参考：8-5送风机静压/ |5 o9 {7 s" U- s) u' k6 [3 F& `) N
; _% Q8 n- h8 F2 `
" t" i/ L* V- y3 z: D! c7 E2 G
0 E4 H& H E ]' `6 Q
. `. X" y' {4 g1 s: P参考取值
B8 v& h2 m# a- G: ?3 j
. l; ]) p0 l" D8 U& o
* f7 |! v* v6 J0 r
* W/ D" ~0 d$ p( U5 a
) \7 {* _1 a9 C. G1 o7 Z' k" |8 x
, }$ G6 z* @) \2 j8 s r% B' Q
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