一.风道水力计算方法 2 p3 p' K6 w! T3 i2 U
' J, k2 \& w; z, g. I. X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。
" _' g9 J6 P( x' v+ q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。, K# e: x% u o" i/ Q
! u; O7 Q! }- @2 B' @
1.假定流速法
; M0 o( J c% L8 i% J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。# P5 q0 T2 N7 v/ w" `7 L
$ q- n! A+ [' |+ v4 t1 ]2.压损平均法
2 v* [% j7 C: F/ P; h2 ]% h; h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。
) l( V7 |7 o- X( N% f! U) s
, r$ t% V, h- h3 v5 f3.静压复得法
0 [6 A8 E' U; \' F0 I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。' n2 ]- A+ P+ r: } |0 n+ s2 W6 J
a, E4 `/ H# S4 G* E- V# Q
二.风道水力计算步骤
/ \7 D9 }8 A+ f" |) U& I( i. {7 w8 ^+ @! e7 A7 ^. C* U
以假定流速法为例: 5 u( J/ j+ |# W; q% j; `7 O$ {
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。 " ?- y: W# w3 q1 @* n# m
2.在计算草图上进行管段编号,并标注管段的长度和风量。
, p9 b0 x4 u7 D; Q$ I% Q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。
' J- }1 M9 u# x1 d7 a3.选定系统最不利环路,一般指最远或局部阻力最多的环路。
3 E6 C/ A8 H& \) G4.选择合理的空气流速。 * y6 C3 x# d$ Y6 X3 s- k
% B- {4 I4 |) O5 r) Q' g
风管内的空气流速可按下表确定。1 g( q5 k& I+ m% [) }) L
1 z5 S5 k( U9 i. T表8-3空调系统中的空气流速(m/s)2 x% K1 x6 }% {3 f5 K+ {
: o+ |6 T/ t& r; ~, a) V# J+ i) A6 {/ ~
( a; M$ }% u8 g3 s% x9 f' C5.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。 P' p* U; r7 H" y/ E" V
通过矩形风管的风量:G=3600abυ (m3/h)* @3 I+ N# ]) B3 Y/ X
式中:a,b—分别为风管断面净宽和净高,m。
+ }+ Z; B' [4 l5 X' l( D8 R2 z通过园形风管的风量:G=900πd2υ (m3/h)
4 E C$ M$ E$ M1 [3 Q式中:d—为圆形风管内径,m。 4 w! m; A2 `+ E2 K
9 h+ X6 Z. [5 L9 N% E% T2 ~
6.计算风管的沿程阻力
9 m. _ E5 |' y! e" A/ k6 E( `1 `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 `8 {. d# y( l1 Q/ t+ {4 P( I0 p' i
# t3 F5 z$ I0 c* o7.计算各管段局部阻力 ( j! W% x/ n. X! L
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。
* v+ ~( C" ^. D. ?1 |9 U6 ~5 i1 v8 H7 ~3 m9 t) T+ H
8.计算系统的总阻力,△P=∑(△pyl +△Pj)。 . w8 k4 ]. }+ N* ?7 ~# D& t
9.检查并联管路的阻力平衡情况。 % c6 u/ Y0 I! @, T; y9 s
10.根据系统的总风量、总阻力选择风机。
_1 i) @1 G0 g' X7 R8 a
$ f' } u% ?" g2 I2 s三.风道设计计算实例 " z/ `: ^5 h! D- d4 M
9 C9 M8 X" A% `4 ^4 o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。" @2 E( S. m- G( y6 x
3 U5 \6 y" v* j2 p3 x" Y
3 {7 q9 e( P8 J3 {5 y
8 W1 P5 A1 [; S/ w& a; H6 h 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( x* h( x/ e8 G( ~( B
5 s/ `' E2 `, _ h7 n【解】' [' w/ v' q. y$ o" p" Z& D
( C- p- k2 B6 R+ r; v' r! L8 n1.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。
0 S+ u7 ^' ~/ ]3 Z% {9 d& B2.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。5 J+ k9 G7 m) M3 Z; t# A
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。7 N' }2 h3 S# a" S
4.分段进行管道水力计算,并将结果均列入计算表中。1 v8 f& P( z1 B( g/ A$ a7 X
( `. I6 H9 ?7 \2 B9 ~管段1—2:风量1500m3/h,管段长l=9m
5 D0 v; y. r4 h- X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:
6 O2 X5 ~; ?! D7 A q( ? F’=1500/(3600×4)=0.104m2. D" F& P+ u8 K
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 4 h( D" E* L4 I& m* O: z9 z! Q+ b$ M
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:
6 X0 U6 P! P6 R8 W7 V0 b △Py=△py×l=0.7×9=6.3Pa
6 A2 q+ _' w( V. u+ k 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。
8 y' Y+ f. G" X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
( K6 O7 f. {' W9 }3 D d3 G& M' u 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 & u" I- Q& l0 U! M* S% P- r
△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
7 c" Q# w: y0 a& I, R △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
. w6 q) X+ Q Y | △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 / U( F3 u* [; x
△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
9 z- g2 F9 p, {, O; H, Q; c5 V △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 ) G- Y/ h5 M" g2 G
△Pj6=0.1×(1.2×5.22)/2=1.6Pa (取三通入口处流速)
) a& P6 D% Y3 m2 N/ C [8 O8 R该管段局部阻力:△Pj=△pj1+△pj2+△pj3+△pj4+△pj5 +△Pj6
}9 C- N) f/ t/ y2 i% l, K =10.5+5.99+2.5+2.3+1+1.6! T. q4 J3 b% ?0 o0 t( l- W& @
=23.89Pa该管段总阻力 , `4 i, i: [& v1 \% q
△P1-2=△Py+△Pj=6.3+23.89=30.19Pa
1 W7 Y y3 r3 [2 c& j% H/ {
, K! I- ?9 b5 z2 M- y5 x/ o( I
7 ]2 \; s+ Y4 a$ 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:0 `4 X2 i! I4 n8 X3 {! w# X `
3 O, N8 M2 t: X7 _: 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
: N. v4 z' K5 c" W/ h/ h) L3 j* a △Py=△py×l=0.8×5=4.0Pa5 z$ G8 k- z2 ?! U0 M8 H8 i9 _8 g# J
局部压力损失计算:
4 K% E9 S: k0 V0 M3 Y5 \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 # {$ e. g- s% q/ z- u/ [9 ]
△Pj =0.28×(1.2×6.252)/2= 6.6Pa. (取总流流速) , F3 H. U+ `3 ~- f1 Q% U& ^8 }1 y
该管段总阻力 △P2-3=△Py+△Pj=4.0+6.6=10.6Pa
2 C8 r) U8 n' O5 g+ r, _1 z' p7 L8 |4 `- O5 f7 R h/ h6 i
+ z! g- k9 G- p" M
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: 3 s" e+ J% d! T7 t% j* D
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 + K5 D: @) @! s; I' j
△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。
. M4 t4 h, v' y' B& p% \0 a7 M消声器:消声器的局部阻力给定为50Pa,即 ' X5 a4 A: p8 o
△pj1= 50.0Pa
* B. |* w! ?# l( [9 U 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 7 Y: `: ]5 o9 i2 \$ A* k. Y, x* N
△pj2=0.2×(1.2×6.252)/2=4.7Pa
! g! H/ b- B7 W( D8 u8 g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 u+ a# z3 m% ?' `/ l/ f △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。
5 H; s" E7 \4 O9 R: N2 z% b. e9 H0 _1 n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 / \8 b$ e5 v; P5 O: T( `' N
υ=4500/(3600×0.315×0.36)=11m/s( w) P9 {# o3 V; G( ` e# Z7 A* Z
渐扩管的局部阻力 △pj4=0.15×(1.2×112)/2=10.9Pa6 k W- Z9 i/ R6 J) w8 X
该管段局部阻力
0 S4 U- ], z% r# p9 {! t6 o △Pj=△pj1+△pj2+△pj3+△pj4
& T( K4 T0 F1 [% T =50.0+4.7+5.9+10.9=71.5Pa+ ~( ~1 P1 k4 e
该管段总阻力 ; A: M2 Z( [9 w* B
△P3-4=△Py+△Pj=8.64+71.5=80.14Pa管段4—5:
% o6 P; Y! C7 ~( l空调箱及其出口渐缩管合为一个局部阻力考虑,△Pj=290 Pa
+ Y4 U, K& g, w# J3 Q, t/ O该管段总阻力
3 ?9 v! |# q; a) y △P4-5=△Pj=290Pa/ T( K# u$ K$ Z: G y, j e
. K& v% m7 o( d' d* z0 G
* S8 q7 a4 V; `, s& y) f5 \6 o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: m- M1 q9 Y& z6 g$ K5 {
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 & z( q/ K" ]$ _& ?
△Py=△py×l=0.96×6=5.76Pa
/ a y+ ~. Z# l$ G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。 _8 X" g5 d0 H3 _; V
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 w+ x5 P! H. f) b) e/ P
$ f$ J$ H o' l4 ]△pj1=0.64×(1.2×6.252)/2=15.1Pa弯头(两个):) }6 ~! H; `1 q, f$ B$ b5 m
4 [2 {2 V. @ H0 u S) g# [, E. L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 ) n/ I1 z. h3 {+ o( U9 L ^
△pj2=0.2×(1.2×6.252)/2=4.7Pa# U: k- r0 B7 B
2△pj2=4.7×2=9.4 Pa% O3 c& T5 J# {$ J0 Q3 Y8 A
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
! Z1 J$ q7 }" ~; k6 t8 u υ=6.25m/s 渐缩管的局部阻力 % _& }9 P; O9 E0 I B r
△pj3=0.1×(1.2×6.252)/2=2.36Pa c6 Q5 Y" e* c! R, T
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 + w& c, w! D" J1 l- Y
0.63×0.5×0.8=0.252m2( s6 y5 H4 b9 R" u( H
其迎面风速为 4500/(3600×0.252)=5 m/s/ i$ o$ T# _. s6 _8 I7 _! T$ W+ I- `
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
" H4 T1 P3 d3 m- q) j8 o △p4=0.9×(1.2×52)/2=13.5Pa
5 l2 ^ c; m) e该管段局部阻力 . c8 y) E Y5 g, e% ~+ U
. ~; t0 |; p) o% a% ?) ` △Pj=△pj1+2△pj2+△pj3+△pj4 ' Y0 |, q# _" l5 ]
=15.1+9.4+2.36+13.5 =40.36Pa1 p. Q6 P2 [; c$ q2 G
该管段总阻力 , ~$ R8 y4 C. J( J D3 F$ z2 P
△P5-6=△Py+△Pj=5.76+40.36=46.12Pa5.检查并联管路的阻力平衡
$ r9 m0 w `8 ^5 ~& }5 \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。 0 v1 i+ @! T. D3 ~: u3 g
) @3 i$ F N6 ]0 E* U管段7—3:; Y' y+ B3 N, o4 y
沿程压力损失 △Py=9.1 Pa& `/ q R: S' t* l h: P: `1 ~
局部压力损失 △Pj=28.9 Pa
: }& w6 B6 q, Q+ G% [- F1 o该管段总阻力 △P7-3=△Py+△Pj=9.1+28.9=38Pa8 [, B: d {, \9 G- {$ i5 w) L& z
3 M& K; v9 C @' F3 k7 r* |+ g
* R2 v. _: T; q( S9 `* Y" X
管段8—2:沿程压力损失 △Py=1.4 Pa2 n/ U9 d; c5 T. _# P
局部压力损失 △Pj=25.8 Pa |& `% N5 L: \* P! @/ i, ~) b
该管段总阻力
+ F, \$ p7 h+ b$ e4 }) U △P8-2=△Py+△Pj=1.4+25.8=27.2Pa检查并联管路的阻力平衡:
, z5 z1 R& w! s, E" |. |管段1—2的总阻力△P1-2=30.19Pa
r) V6 j' X) Y! [管段8—2的总阻力△P8-2=27.2Pa
/ A, o; D) g8 g1 a! J) m (△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 Pa7 V. j+ R2 E: y! {0 w; W7 A5 [
管段7—3的总阻力△P7-3=38Pa
$ w! q: v; ?- v' ~# [ (△P1-2-3-△P7-3)/△P1-2-3=(40.79-38)/40.79=6.8%<15%
6 J. e$ K2 F. f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。
( p- ]% C* G7 e8 k; }
/ {5 q* a) T8 ^& W* x3 |* y5.计算最不利环路阻力 △P=△P1-2+△P2-3+△P3-4+△P4-5 +△P5-6
9 n* k: ~$ L \, z* f; e( `" n =30.19+10.6+80.14+290+46.12, n$ y, Q' G9 u7 H8 K8 @7 I# u
=457.05 Pa4 e( y9 v3 w. n) w {# t
本系统所需风机的压头应能克服457.05Pa阻力。' O+ G5 ?9 I) I) f
/ L/ n, d' B% y6 E8 Y/ H0 O# s4 K: M$ D9 m6 Q4 X% g
四.风道压力损失估算法 9 C: Z5 k. \ e4 G0 r
' p0 Q1 c, M! P1 N+ P( X4 }对于一般的空调系统,风道压力损失值可按下式估算
. _; F8 H0 P% p( P6 }0 x& @ △P=△pyl(1+k)+∑△ps (Pa)
5 K4 L/ g z: x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。 * q! e3 o1 Z+ R: H) P
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。 - q9 K3 r; Z+ Z
k—局部压力损失与沿程压力损失之比值: . h# g2 u( W! y/ W; h
弯头、三通等局部管件比较少时,取k =1.0~1.2;
( q3 t8 n, Z, Z& c弯头、三通等局部管件比较多时,可取到k =3.0~5.0。 4 g$ W/ m9 V7 g/ p! @6 e4 }0 G
∑△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。
% {$ n6 [6 U/ k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
7 w; K& |$ }, `0 ~2 |: B# y8 ]& w' [+ U# U, C
5 S v( U0 G5 f8 J, E/ i8 R3 }2 [! }1 O9 y
8 s0 N. t6 J) e& ^8 r+ m5 ^4 H, w
B' R/ I, H" V3 N参考取值; ?3 G D* q- Q# c2 s: d+ G
7 x+ u( C' u, X# d
' q1 |) \1 N. ^. Y2 @# V
+ c. {; c X( q: Z$ R7 p
' O) ]+ R- y1 T7 `' ]5 f J, w& ]6 k% T+ V
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