一．风道水力计算方法
+ Z$ h: a! F- x6 T. S- ?/ r* g! [: y# P# y5 N! c+ |
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。 : L( C, l$ \- R6 ]% e& i
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。
* V3 T6 ?4 i; V* R' k4 G. v) [; _7 _/ e" \
1．假定流速法
! }! Z: \. P% g% u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。
8 P3 \- l/ h; l/ l7 i, X, h* l$ ?) x' ~8 R
2．压损平均法 & `4 U- Q% V2 M: S! ?: v
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。
- J1 y5 _% c/ z) o$ \' n( C1 U0 o7 \2 _, ^5 a. ?1 C
3．静压复得法 5 l; y; v$ `3 P; ^1 G, P
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。4 \! g8 b/ e; z- d
" d5 p p% K) H" H. Q5 v
二．风道水力计算步骤
. ^! X+ G4 v5 `6 J
8 t- W n! A- \$ {4 m0 ?9 i V) F以假定流速法为例：
H9 { J) K: g7 R' _9 m& E1．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。 1 F! M) a. ], t
2．在计算草图上进行管段编号，并标注管段的长度和风量。
4 P' v1 ?7 h# E5 ^6 x$ f* d1 X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。
* ^/ e/ c$ q* v; l6 F/ S) e3．选定系统最不利环路，一般指最远或局部阻力最多的环路。
. i1 J9 ]% J2 C3 k4．选择合理的空气流速。
' ~7 B7 V1 t4 [# n: A2 |4 d8 {
* N) d7 |. E) ?# @风管内的空气流速可按下表确定。
. _8 o- Z3 R( U( ^$ h$ ~6 |# z7 c8 D& S6 H6 t0 y9 @
表8-3空调系统中的空气流速（m/s）
2 t4 F6 A- P, [. Y& O+ i; Q
q# x& y$ `" Z- H8 z5 W; R6 ]
! v9 ]% j7 F3 e4 S; D U g2 C6 y1 T& S) f% S# T0 {8 h. S/ X- N
5．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。- f. |* v: ^5 g$ r! a e
通过矩形风管的风量：G=3600abυ (m3/h) u" d2 _. u( ~6 i9 }" c
式中：a，b—分别为风管断面净宽和净高，m。 + L' x. x7 }) `. \& k- b
通过园形风管的风量：G=900πd2υ (m3/h)
- d5 u; ]" T x4 j6 |0 B' W式中：d—为圆形风管内径，m。
/ t9 C# A6 O: q5 C& S8 f& m
" ~& j& ^5 n7 A/ |: l6．计算风管的沿程阻力
1 K& r: d" G8 D: o; M; a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。
2 p9 f% @, j+ e( s' |/ Q9 m% q
6 w( T5 B# |# D7．计算各管段局部阻力 7 K0 G0 s# ^- ]3 m7 M9 t$ b
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。
$ Y5 a: n" a* ]- Z7 \. M- l0 v
0 {2 |" Q7 K. P8．计算系统的总阻力，△P=∑（△pyl +△Pj）。 ) x1 B t4 \" j$ r% s
9．检查并联管路的阻力平衡情况。 % \2 P" L" L. Z0 c; T" s: M0 s3 Q
10．根据系统的总风量、总阻力选择风机。' D; B( l0 i& A( x) [
* w3 u; r# a4 {
三．风道设计计算实例
* N( F6 q1 @% C& D+ l3 L8 u9 D) E- t
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。
) h* k1 @2 T( ]9 |, ^$ L7 S. g
9 E7 `! }, Q9 \/ ?) Z
5 \" t# g$ f0 J1 `
# A6 d7 m& C! n
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1 z2 ? U c6 ^0 y4 Q; i) U
& C$ O8 f$ i- P1 D3 ^/ Y
【解】5 u9 Y4 L* h) g* ? i5 C& K0 n, h
k3 v3 V: a0 ], B: d* s1．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。: f s0 q) ~4 ^. U. k8 s
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。0 u: l& I$ E6 i8 p1 ^4 T0 p
3．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。
3 P! x9 `% t% ]( L4 U" x$ O4．分段进行管道水力计算,并将结果均列入计算表中。7 R; A& s9 g' y5 A4 c1 j
0 i7 \# ^- ^- h# Y5 N4 m管段1—2：风量1500m3/h，管段长l=9m2 s9 `3 |' Q' |2 [# ]# g3 a4 R
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：5 W0 F8 w- X/ z) N3 ?' J
F’=1500/(3600×4)=0.104m2$ Z. P6 n% s6 Z8 K) H3 G: e) Q
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
V; L- m. r' ~1 `6 E: [5 g 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：
7 h% ]% l$ ^2 F4 \4 ]+ r △Py=△py×l=0.7×9=6.3Pa
# i6 b4 M6 f, Z1 V 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。3 p* L1 y- A3 Q1 l2 H4 H3 Z
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
$ K( j; G: a8 D% W 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
, k; ]! Q9 c% ]/ n, J1 ~* ] △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
$ E* _4 ~* J+ Q1 x0 F1 \5 N* X- {/ C: h; { △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
7 n+ F, y( F! d* j △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
, ?6 ~& Q; H1 g& v# }1 G1 N. i5 C+ ? △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 / J- e1 u1 U" {; S7 U. j4 l
△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
/ z& E* A& r* e6 h) P( T. [ △Pj6=0.1×(1.2×5.22)/2=1.6Pa （取三通入口处流速）
* B/ j- Q5 B! F( V+ S( ?该管段局部阻力：△Pj=△pj1+△pj2+△pj3+△pj4+△pj5 +△Pj66 _2 c; z; J s+ S# m# ?
=10.5+5.99+2.5+2.3+1+1.6
) f q% b6 }$ y5 F; i% ~( h =23.89Pa该管段总阻力 G( o5 q. B4 z$ Q' y
△P1-2=△Py+△Pj=6.3+23.89=30.19Pa
/ C9 n7 `! e Z7 L6 S8 J0 M* u1 ^8 G3 I7 x2 j5 f! y
) \/ k5 f& Q, U5 b! y6 n. ^
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：
- X% a7 `& x- \
& o) e5 n# Z7 g; x% V' g7 A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 2 S( |$ L# p2 |) w8 g b l% ~% w
△Py=△py×l=0.8×5=4.0Pa
/ S4 u; ~/ m( X6 r! S局部压力损失计算：
# M& ?5 f4 K* W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
9 h: }6 z6 {0 C) A △Pj =0.28×(1.2×6.252)/2= 6.6Pa. （取总流流速）
1 x: [2 G& c$ ~该管段总阻力 △P2-3=△Py+△Pj=4.0+6.6=10.6Pa/ t. J+ t' o' C2 x" X' D# H/ }8 G
) r9 u0 A' S1 i2 S+ m$ n) h Y P; S. I& _
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：
9 B9 N% t6 d" H7 c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 0 T# ^, W4 s2 J! A( L; O) e$ N
△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。: b2 D; N0 N, b2 W( R0 w7 y' o! ~
消声器：消声器的局部阻力给定为50Pa，即 & J& I' s* e' ^$ `" `
△pj1= 50.0Pa1 e) [8 ^, d5 q& 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
. b! A1 m: A0 a+ N. }& ? △pj2=0.2×(1.2×6.252)/2=4.7Pa
5 b0 W& h! K) T( Z, o8 p ~, Q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 2 e! k4 N, J4 U, a7 t$ [) d
△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。
* F/ d+ G: z' o% c' m7 d4 g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 , f0 y6 J" E2 h! `; {% o f
υ=4500/（3600×0.315×0.36）=11m/s$ b! H. v7 Y. l6 T8 J% V$ S, K* B
渐扩管的局部阻力 △pj4=0.15×(1.2×112)/2=10.9Pa
1 h' Y6 _0 s/ w7 l该管段局部阻力 + O- W. i1 e; y" m
△Pj=△pj1+△pj2+△pj3+△pj4 - |; A% f" R$ f3 x$ {3 M
=50.0+4.7+5.9+10.9=71.5Pa: u& v% D" K8 F) v. [
该管段总阻力 ! J+ [' D" q1 O$ c
△P3-4=△Py+△Pj=8.64+71.5=80.14Pa管段4—5：; z$ \* e8 B7 S$ t/ M
空调箱及其出口渐缩管合为一个局部阻力考虑，△Pj=290 Pa4 S: q8 C8 f3 G8 z
该管段总阻力
9 m% y. K. u+ Q1 P6 _. F △P4-5=△Pj=290Pa
7 h( F w. K) J0 }) _7 N$ E
: J4 ~: E3 b6 v$ J H' v8 {' k" c! B( m8 Q. P# y
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：
; f: B+ ~# x5 Q9 m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
* A3 `: g2 t& v! {2 g) W0 a △Py=△py×l=0.96×6=5.76Pa% ? ?7 e; J0 M1 b
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。
2 ^& p" k) j. c! E2 b! s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
) N7 f$ W% I+ ]( d1 T
; ]" Y- [6 ~. m- L9 _- Y0 H m△pj1=0.64×(1.2×6.252)/2=15.1Pa弯头(两个)：
, k7 O9 m, E8 O0 y* U$ w' D% ?; |* V/ w6 |$ n; ]
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 2 A; ?8 U/ ~, i8 p
△pj2=0.2×(1.2×6.252)/2=4.7Pa
5 \0 j& c) l% d' P+ t 2△pj2=4.7×2=9.4 Pa
5 H: s* n$ j# a; [4 b9 D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
6 {0 x) E7 N6 X3 d) S% e) f% `# e$ Z$ K% [ υ=6.25m/s 渐缩管的局部阻力 3 w1 `/ a# I5 a4 K; w
△pj3=0.1×(1.2×6.252)/2=2.36Pa- J- R6 `. J; [" b5 W6 d( C& w$ X6 R
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
9 _/ ]7 n$ h7 v% @) ?6 R 0.63×0.5×0.8=0.252m2; u$ v. b" _- z
其迎面风速为 4500/（3600×0.252）=5 m/s' r$ w: U% s; K g" N5 B! g' {
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
9 j. g$ Z. @* [ △p4=0.9×(1.2×52)/2=13.5Pa8 t7 f) S9 J$ B- |0 B
该管段局部阻力 % t1 I8 G& l! G) L
* \6 t. [! \4 G% [5 c* k: s6 n. V
△Pj=△pj1+2△pj2+△pj3+△pj4
- p; Z P5 S1 [) |0 y; C =15.1+9.4+2.36+13.5 =40.36Pa
. n ~/ d) A+ U- j该管段总阻力 $ {2 [' |* E" f
△P5-6=△Py+△Pj=5.76+40.36=46.12Pa5．检查并联管路的阻力平衡 * ]+ M# m, m4 [6 b# `
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。 9 v9 Q" D, i" K9 |% M3 v
9 C. C/ e0 [! V5 f# T
管段7—3：
" j6 W \/ j& }, s沿程压力损失 △Py=9.1 Pa; l9 E9 @/ j/ ]& v. p; x8 U
局部压力损失 △Pj=28.9 Pa
Q& ^7 @' `, g$ V该管段总阻力 △P7-3=△Py+△Pj=9.1+28.9=38Pa
3 @! c; I* p. a b7 a1 M9 U. |
- c% i: _+ r% E% u* j. p
7 e% l, {. z5 q7 D0 o3 Z% Z) {4 k管段8—2：沿程压力损失 △Py=1.4 Pa9 \5 {% d! i* i3 J5 F+ b+ [
局部压力损失 △Pj=25.8 Pa' C% p/ C6 G( W" W H
该管段总阻力% y N$ R" S2 a# N! W
△P8-2=△Py+△Pj=1.4+25.8=27.2Pa检查并联管路的阻力平衡：; O$ D- F, \! B4 ]
管段1—2的总阻力△P1-2=30.19Pa
& J; R1 e9 q+ H5 e- D2 j' u |9 d7 o管段8—2的总阻力△P8-2=27.2Pa8 p1 A" g; Z3 P1 z ]4 k
（△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 Pa5 f$ q' k/ F% B1 k% L
管段7—3的总阻力△P7-3=38Pa
5 L8 Y( G$ y" \ （△P1-2-3-△P7-3）/△P1-2-3=（40.79-38）/40.79=6.8%<15%
; M- k! D9 I n4 p5 s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。9 E( v# N4 | X/ l8 d l, r
& P+ b$ J3 q3 r$ t: J
5．计算最不利环路阻力 △P=△P1-2+△P2-3+△P3-4+△P4-5 +△P5-6
& B: }' J0 t9 J$ i4 R =30.19+10.6+80.14+290+46.12$ H1 O: X0 h: W5 o( i
=457.05 Pa
4 L% Z7 x& j T5 F本系统所需风机的压头应能克服457.05Pa阻力。9 L3 G0 }( q1 z1 `6 ]' ~: u' v# ]
& o% L: [) N/ g7 e, e+ e4 v7 P
( @; q9 [! \% }- v四．风道压力损失估算法
) l+ D b4 I& D# l5 k/ N% w4 f0 q+ |/ D* y8 ~9 Y
对于一般的空调系统，风道压力损失值可按下式估算
' S" p( ~( y! g- w( N7 a △P=△pyl（1+k）+∑△ps (Pa)
2 I& X% u( f2 g) e' 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。
$ m/ ]+ r, y, D* l6 L/ ~3 ]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。
, e; t4 q) ^. e7 C' Bk—局部压力损失与沿程压力损失之比值：
, e' Y0 d o: U& E弯头、三通等局部管件比较少时，取k =1.0~1.2；
7 r+ d2 L3 D8 V0 [; ~) h+ C3 I* Z弯头、三通等局部管件比较多时，可取到k =3.0~5.0。
, _0 c6 q: M) M4 P∑△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。 / M2 G" t( [+ V( j
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! X/ d1 z- o- q; s2 v# H
' _" p) G% ?) p1 e" I8 X& h
' [( o$ X% s% `8 [; |0 Q# I5 E
8 E' J# y) D3 W1 a1 i8 f# t* r" D. p4 w, Q' B, q7 W8 G
参考取值! L! l( {7 D/ D# I4 R9 z
7 d4 d" a j+ J: q8 U
+ h: V# l K$ w" \3 A# W, s
0 p4 {0 T4 B8 H6 G, u$ B9 Q# S' g1 w. n% N6 l; n% `
/ d) ]0 ?) K4 \
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