一．风道水力计算方法 % S3 q1 W1 \ e) x( X# _8 v% K
7 j3 C2 K1 R, \" \. H
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。
1 @- {! @8 Z; S4 y' C1 Z& I3 A4 w& H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。
3 o% k5 r4 H9 q& m
; Z' P5 g, [2 r. \, _1．假定流速法 / R$ G9 {2 u3 [4 r' a
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。9 y/ E- J) L2 L' B
1 D; z, p- z0 ]1 b' [
2．压损平均法
2 x0 Z* u7 I# L) ]) W% N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。
- v' A- X& r% `) {4 W% q/ W9 n- g z, L
3．静压复得法
% {% h3 t/ x! a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。0 n+ V7 l0 q- ?( ~( `
, d' [: T* ~' q; i* Y; f二．风道水力计算步骤
) Z& K- r h9 _
D' q5 g. v: r以假定流速法为例： # Y* g1 u+ V& e; h0 l
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。
- f' i0 t1 t2 {3 s+ i4 N$ ]" X! S2 l, t2．在计算草图上进行管段编号，并标注管段的长度和风量。 & Q7 P1 Q. q7 ] k
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。
/ m* o5 r: \$ x9 ]5 e* r" g# J: W3．选定系统最不利环路，一般指最远或局部阻力最多的环路。 & t9 \, q' K9 m
4．选择合理的空气流速。
$ m' ~4 {/ J8 x) q% ^) f. o; E1 }& ^5 Z9 o0 |1 K! ~
风管内的空气流速可按下表确定。
2 |$ P+ b% Z, A- ]/ m
1 q* W4 q6 x( E) N$ B' N表8-3空调系统中的空气流速（m/s）& N6 U+ _, H% {& F1 J
- I' z8 o# e' e; b3 H" { y: o
- A. r! A9 w) s( Z5 U1 m
6 H+ L% \' A" A4 l. ^8 b5．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。
; H' ^* _ d1 V7 z, m通过矩形风管的风量：G=3600abυ (m3/h)
( b% ?1 G: X) ]- S k+ z* M1 M7 F式中：a，b—分别为风管断面净宽和净高，m。 : Q: x; a* r/ ^# o* h. |5 f. a
通过园形风管的风量：G=900πd2υ (m3/h)% ]6 Z. C. w! d( c# @
式中：d—为圆形风管内径，m。 , Y+ O6 v; X7 H0 V/ i9 M' R; a
$ A9 n/ B/ u7 ~. ?6 [. O
6．计算风管的沿程阻力
. B- g' m7 [4 o) \9 {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。
( s% y1 n" u+ C, N4 m# d
1 z0 ~2 L0 r, T: Q* p1 x* f7 D: W7．计算各管段局部阻力 " J! h7 ~8 K6 c3 l# X j
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。 : T$ v' L0 F7 R4 r
N7 k d6 K+ ]) i( w8．计算系统的总阻力，△P=∑（△pyl +△Pj）。
: g. Y) ~" Z. Z+ ?) M9．检查并联管路的阻力平衡情况。 6 }. G" H9 h6 J* p) X w, ?
10．根据系统的总风量、总阻力选择风机。
C* d [. J. L5 o. m) Y* s
+ m Z2 @. K$ N7 ]- m+ M三．风道设计计算实例 8 v3 r! n+ u9 V W
7 D1 E# `$ {/ L0 C
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。
9 I- V: }, e x p5 C- I
, r) y+ [$ F( L( r
3 }) p+ l* n9 p- [. ^6 u
; U$ h1 O* p! F3 `& E( U. y$ ~4 k 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9 i( ]4 u* D/ f a l: i5 v3 j- M
$ V! u _+ X- q( v+ k
【解】
6 u* J& R( k! I9 M" Q) L4 C+ k9 \ V! p; o3 c( n
1．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。1 M2 c7 j2 { l9 W
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。
3 D L, T% r+ i5 r' R! y/ o3．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。5 K( A$ {5 Z# |/ g) k! g4 N5 ^
4．分段进行管道水力计算,并将结果均列入计算表中。2 b4 H+ v1 ^/ [: X4 ~' i
* t2 J* J" G/ s ^
管段1—2：风量1500m3/h，管段长l=9m
, ^1 f# d) s# n) X6 B2 y6 ]9 ?; d, |' A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：( R; U( ^$ x" l
F’=1500/(3600×4)=0.104m2' m4 k) g: T' R; ?& _' R5 i4 ^
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 2 x( I9 S$ A _# B
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：
* I1 z+ l5 ~& F4 D, y" [/ N$ P △Py=△py×l=0.7×9=6.3Pa
6 W& u% t" A, {$ g: 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。
' Y6 r" R# S- j6 M! `# K: Q! O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 r* x) H& r1 V- D3 H/ 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
) q T+ X5 H5 P/ x5 H3 ~7 D/ K △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
) I L2 O9 g. l1 ?, y1 ~( u9 \+ K △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
: B, l2 e* l0 j- w$ N* b) P △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
0 k/ ~" R# e& {! 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 : O0 P1 Z4 @# q, Y4 D( N
△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 , p/ w1 F- Y! p8 R0 G$ a2 D. k
△Pj6=0.1×(1.2×5.22)/2=1.6Pa （取三通入口处流速）
# d2 T( @: i$ r8 k/ D该管段局部阻力：△Pj=△pj1+△pj2+△pj3+△pj4+△pj5 +△Pj68 M' h# c8 S; F9 q: U% u$ Z
=10.5+5.99+2.5+2.3+1+1.6
) X+ q0 @8 b4 ^ =23.89Pa该管段总阻力 3 P ?% W$ W6 b) u
△P1-2=△Py+△Pj=6.3+23.89=30.19Pa$ [( A* A! e9 l
8 i. E7 v+ s. @0 [$ N5 D, Y! C# c6 v) W
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 _; w1 G% f8 j; n4 c- x% H, q/ w; J9 C/ v
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
% e0 ]# r' R- b5 ` △Py=△py×l=0.8×5=4.0Pa
9 L/ C! ^# {9 h1 P3 e- X3 k局部压力损失计算：
/ y2 k7 Y# l& `* T2 k+ S% m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 1 `( r0 L% \; S+ d; l9 N
△Pj =0.28×(1.2×6.252)/2= 6.6Pa. （取总流流速）
( J$ Q" \; I3 _/ W8 g该管段总阻力 △P2-3=△Py+△Pj=4.0+6.6=10.6Pa F$ b; E6 ?, Y5 r" M
" J* \% s V3 t2 s% q) F8 \. X$ O; H$ \6 S* x: J/ g: c/ _0 q
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：
6 A8 k" c: M- w# P/ D, f4 Y 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3—4的沿程阻力
' D+ }* g, p! q7 Z* J% r2 m △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。0 ^" ], {: {4 e
消声器：消声器的局部阻力给定为50Pa，即
* d' d) J8 F: m% ?, H9 V △pj1= 50.0Pa
. E, m$ X7 e8 G$ K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
* P$ }; ]3 B- h% L9 i △pj2=0.2×(1.2×6.252)/2=4.7Pa
0 l/ D. G: p' @5 }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 $ |9 l0 Q9 g6 @( H5 M
△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。 + D* u& O2 |$ d* V7 a3 I
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
. a5 s7 p; h! b$ d) Y b' a υ=4500/（3600×0.315×0.36）=11m/s. @1 N m0 b3 G. l0 A6 t
渐扩管的局部阻力 △pj4=0.15×(1.2×112)/2=10.9Pa0 Y, N: Z" f# U; ]' M
该管段局部阻力 6 V+ c- n8 Y1 V8 o6 F' o+ P
△Pj=△pj1+△pj2+△pj3+△pj4 ( o% q$ N! z1 m) H
=50.0+4.7+5.9+10.9=71.5Pa0 Y U! u6 m% l6 b/ }5 ?% U% Q
该管段总阻力 6 u: X( e8 l7 h; o
△P3-4=△Py+△Pj=8.64+71.5=80.14Pa管段4—5：
& |8 A$ O+ @4 G8 k4 y空调箱及其出口渐缩管合为一个局部阻力考虑，△Pj=290 Pa! P6 W5 B, v2 ~
该管段总阻力 . T3 G. o9 k: q. ~1 P% W1 n7 b# s$ G
△P4-5=△Pj=290Pa' q ]* H' S+ s
/ C9 W+ P' n y) c; v/ I5 B9 i: E7 R+ s B$ K8 G- e9 v* v
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：4 W1 K" `+ e. A! b1 s) b* W& v
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 2 E1 V$ j+ B- p1 C
△Py=△py×l=0.96×6=5.76Pa0 G5 t6 ?/ D, v2 Y" T
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。( G1 n" _" Z8 u/ o7 S9 T
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 " @6 y A* z( {
( h* x; Q" \( S2 `△pj1=0.64×(1.2×6.252)/2=15.1Pa弯头(两个)：. [( H% B1 q" j, W6 A/ ^
: C* b' m% O z& ~1 A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 3 s4 g9 {, p2 l- P
△pj2=0.2×(1.2×6.252)/2=4.7Pa! Y3 R: K; Z6 a+ v
2△pj2=4.7×2=9.4 Pa* O) f% n6 g3 u* B" n _. Q4 z
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 . U$ l& }. P9 A8 Q& U
υ=6.25m/s 渐缩管的局部阻力
: E3 O, [8 o/ X. U △pj3=0.1×(1.2×6.252)/2=2.36Pa
% q& d$ y! K0 F! [# T* p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
* X$ i4 {2 T# P 0.63×0.5×0.8=0.252m27 ]% e2 x p1 @8 W
其迎面风速为 4500/（3600×0.252）=5 m/s3 @0 B: m/ k6 l4 F$ T4 o
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 2 F7 C# z5 s& ?4 g& W
△p4=0.9×(1.2×52)/2=13.5Pa" I- F: N3 c0 o6 O4 M) S
该管段局部阻力
6 `2 V3 B; R. `# ?/ ~, S5 S0 v3 q. H6 ^4 K1 D! M
△Pj=△pj1+2△pj2+△pj3+△pj4
5 c9 Z- o# B3 C3 {( a0 Y =15.1+9.4+2.36+13.5 =40.36Pa
2 I1 w( j: J$ z1 Y" \2 q8 x& o该管段总阻力 / ?1 W7 J2 P- \ L }, ?$ _" y+ u4 L% S
△P5-6=△Py+△Pj=5.76+40.36=46.12Pa5．检查并联管路的阻力平衡 # h6 ]2 p, ]# m, ]2 n9 E- J5 Y
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。 ( K! {' A, O5 z" D w
$ }' u' E0 L* H
管段7—3：3 _$ O6 F6 ?, z: w5 \9 H
沿程压力损失 △Py=9.1 Pa% i% A7 P! A. B
局部压力损失 △Pj=28.9 Pa
% E& v! g. q2 F m' q3 N$ T& Y% _该管段总阻力 △P7-3=△Py+△Pj=9.1+28.9=38Pa, a" ^# o1 J. n' @( p8 j9 ]9 {
: K/ B2 _$ H2 |
Q5 k; {- Q- A
管段8—2：沿程压力损失 △Py=1.4 Pa
8 g3 k* F2 W" ^. y8 `3 k局部压力损失 △Pj=25.8 Pa
$ e. P, L/ W3 @! ]5 F! k该管段总阻力
' s" c9 |) v3 t △P8-2=△Py+△Pj=1.4+25.8=27.2Pa检查并联管路的阻力平衡：. Q! p! s! ^. S- y# l5 o f, P5 h
管段1—2的总阻力△P1-2=30.19Pa4 r0 Z4 g8 p- Y: i$ J0 c2 {
管段8—2的总阻力△P8-2=27.2Pa
7 m0 O" @3 V1 `1 F5 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 Pa8 U5 P" W! _) V" {! I1 Y2 p
管段7—3的总阻力△P7-3=38Pa% |, K4 a" D9 N2 O
（△P1-2-3-△P7-3）/△P1-2-3=（40.79-38）/40.79=6.8%<15%
* ~* o8 ~8 s. h8 x* ~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。
/ A: w% q$ W! l. c/ T0 w- a8 R) K Q7 d, C1 Q$ s
5．计算最不利环路阻力 △P=△P1-2+△P2-3+△P3-4+△P4-5 +△P5-6/ `4 l/ {9 j7 J
=30.19+10.6+80.14+290+46.12
: [. g1 h/ `, P. Q$ ~1 ~1 V =457.05 Pa
3 k$ e# ~; \+ J0 l) |% C' m本系统所需风机的压头应能克服457.05Pa阻力。6 r/ \' ?! g3 ?2 u: S" Y9 d& z
0 P( a8 n! Q* w7 F4 T
! p" _! t0 i: F四．风道压力损失估算法
0 ~3 G0 }" L. C5 X* o! q+ i& g2 }# a' d/ x' o8 E' W
对于一般的空调系统，风道压力损失值可按下式估算 # B6 K: B: L# `$ l
△P=△pyl（1+k）+∑△ps (Pa)( f) t0 {& I9 {; M/ W2 Q) c
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。 : n7 f) z8 r2 t1 i3 v: @3 h4 I
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。
8 M2 V/ W$ i. F; V* a) d# u2 kk—局部压力损失与沿程压力损失之比值：
, G* s7 ?( m* W' j弯头、三通等局部管件比较少时，取k =1.0~1.2； % }- N8 y) e4 Q# s
弯头、三通等局部管件比较多时，可取到k =3.0~5.0。 - q$ [: e8 @+ B$ q1 a* q/ z
∑△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。
6 [$ H5 x/ E! W$ ~' l' p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
* g' u, Q8 t9 e/ v) Q, S$ e5 B1 ~, T$ A, D, C: C
4 } K5 p6 P! P! E" }) }8 e8 P3 r' [0 b- |: W# D; y) @
8 t7 F( I( t5 C h9 M7 o
参考取值7 V4 ^1 H. [/ M+ G
$ [" B( w5 g0 s3 H4 G1 n. N* ]" ?3 }
" N8 }8 w' A( x( J
+ g# K: j: W% W% R
8 r5 b5 j1 P* W+ Q0 w' g/ }
) }2 ]% ]: v* |* x% J
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