一.风道水力计算方法 ( @# `9 C6 N) M
& X. A# @* b( f" B5 `2 Q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。 , K: E$ ~% b2 M. G9 U; X% r
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。
; J$ g9 J8 v' T, o n1 D8 N/ ]+ n7 w+ j% d$ M
1.假定流速法 - J c) ?3 z* p2 y$ p4 h- `8 m
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。 G7 E: u- c# h! |
8 K- D! v. }8 w' M& C" w" P0 g
2.压损平均法
V% }5 s3 U/ v/ p( @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。8 \" A6 ^/ b0 C2 \! ^5 z& B
& ^# Y5 P% M9 o8 S- e& w% k) n3.静压复得法
' ?% U3 d& H3 S1 a# 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。* }2 Y e6 B4 @/ Y, z8 D
6 P& s% a9 c6 X. c二.风道水力计算步骤
' g! {$ O8 V0 @2 x; o9 ^ y' i' }
以假定流速法为例: - m$ J: ^3 u& q4 T- L5 }$ v1 K
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。 / U7 T, P% l0 f' P. Y5 g/ z3 J' m' 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。 ) k4 h- U. Z+ W% |0 E* J6 p
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。
; c$ O6 i# \+ 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。 * E, B6 i8 q1 H
4.选择合理的空气流速。
- k3 Z+ A) q) r1 ?8 G, `4 D: `. y8 W0 {
风管内的空气流速可按下表确定。
# w& ?% y0 I3 Q# U# X9 e+ ^% N' \% u4 U$ o% h$ [
表8-3空调系统中的空气流速(m/s)% |+ H1 X) x! x
3 R! u4 O# @# R- l' `( K0 g4 U. z8 \0 R
2 L8 e2 u3 O5 J4 u X U' X( q5.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。1 w- _4 s9 S) G' ?( w
通过矩形风管的风量:G=3600abυ (m3/h)4 E2 m6 n; H2 w" ?+ _
式中:a,b—分别为风管断面净宽和净高,m。 ( F7 P* O) e; Z# V& l
通过园形风管的风量:G=900πd2υ (m3/h)4 X3 u, T% ?/ j
式中:d—为圆形风管内径,m。
: g! m" Y# V7 @1 ?3 X; ^2 k: }4 y5 o5 x3 `" ~# y$ L6 u
6.计算风管的沿程阻力 2 M( m/ D' D" s6 ]! |: ?
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。/ J# \2 D) d2 q& u# R! X: C
5 g& F9 I0 Q5 t; ?$ ^
7.计算各管段局部阻力
! q. V4 e0 o% t9 W: s j6 K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。 $ L' m3 d8 u3 Q0 w0 d
, Y5 y6 K" ^6 D' f+ K8.计算系统的总阻力,△P=∑(△pyl +△Pj)。
% h# X1 p) E7 C, {- j+ |! R% H9.检查并联管路的阻力平衡情况。 1 M; B3 m' L7 A' A& P6 w S* P
10.根据系统的总风量、总阻力选择风机。
+ C: Q% u3 D5 c" Z" ?4 a/ H4 W5 q. e) @6 d% v/ Y
三.风道设计计算实例 $ d5 ?3 h8 l, u8 }; w
6 A# \5 \9 M7 h% a, e) x
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。
7 Y0 Q2 B. w6 \4 ~9 B8 E
+ L4 C( f' {' ?' i8 y
' x: T6 L3 _! `( w
% [1 f4 b) x; y1 f4 [. }! g( X 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
& E0 G& `% Q, h0 u4 E- G7 q- x( v$ T5 M: }* x. i
【解】
0 t/ \6 i7 y( V: z7 g% B& O. Q' p, p; T
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。" c2 m# z( J0 @! z5 v1 D
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。
+ u7 \ ]: Z" q' m: W3.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 |( U% }' _4 j1 c* \' M: T
4.分段进行管道水力计算,并将结果均列入计算表中。
3 T( x0 M4 U$ D' o3 p" e
+ ^7 Q! G! c# {管段1—2:风量1500m3/h,管段长l=9m4 g" ~4 W! L3 s0 k2 s
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:* K. j. A, b& R+ ~
F’=1500/(3600×4)=0.104m24 `1 D$ K: l. c( ?4 z5 X* s
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
7 ?4 n7 t; i9 S6 |! y/ m/ P" d$ ^ 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: 3 _; y3 s' b. o8 L8 y: Y& X4 j! M$ i
△Py=△py×l=0.7×9=6.3Pa- [, d- E' B1 a4 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。
, m# k/ E. y! @$ I$ S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 ' T) h4 ^5 ?+ N. v; L+ ~+ r
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 ( Q4 b0 D- h5 R+ D# W
△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 # y# }; Z' K: D i; M' k8 x
△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
' O: W2 k& F/ o4 N2 u △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 8 Q4 J" u) r! ]/ O1 i( ]7 Q! J
△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
$ M: y+ g2 D1 q" V2 F5 p9 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
4 Q( |: q, S% C( J △Pj6=0.1×(1.2×5.22)/2=1.6Pa (取三通入口处流速)
2 u0 K1 W$ G( u该管段局部阻力:△Pj=△pj1+△pj2+△pj3+△pj4+△pj5 +△Pj6
8 Q: q2 r ?/ W/ G) l3 ^: u4 a; b =10.5+5.99+2.5+2.3+1+1.62 \0 l: \+ Q Y9 o
=23.89Pa该管段总阻力 1 C, b0 }* F3 L# O
△P1-2=△Py+△Pj=6.3+23.89=30.19Pa
: C" M% Q9 Y9 C$ c3 s: ?
% m; |4 x4 U, W* P4 N1 B/ u/ X5 a5 H& r" k& s2 T( 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:2 o' J' v, J3 T0 i4 S
2 L- E6 L/ ~5 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
& q! I$ C( j) `6 v: r, b △Py=△py×l=0.8×5=4.0Pa3 r* w* ~2 @: d4 T
局部压力损失计算:/ q, V* @8 P; W( E- m0 y1 f/ ^
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
7 p, E( t9 e( r- ?' i% ^1 w: L △Pj =0.28×(1.2×6.252)/2= 6.6Pa. (取总流流速) ; {: h i5 P" s% ~8 p
该管段总阻力 △P2-3=△Py+△Pj=4.0+6.6=10.6Pa) u# U3 Y$ `$ c* r& e
/ g f" K' \$ i! u* Y. L
6 ]0 i% ^' a' m7 W* S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 ^4 ~/ p( Z }! U
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 M! x" O+ [ y- X* ~/ e, 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。
4 K' Y7 K3 [ H" D消声器:消声器的局部阻力给定为50Pa,即
3 q8 v( t8 t9 l △pj1= 50.0Pa
4 Z. ]5 O: S$ V0 O) S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
. e/ Q2 F. M0 y' K4 M △pj2=0.2×(1.2×6.252)/2=4.7Pa P i; K2 {# t, B$ d/ p5 v
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 + t- q+ r8 o, \6 u8 {
△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。 6 @. f0 F5 |$ T: Z0 @
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 , n' o' p6 B( a3 N! o
υ=4500/(3600×0.315×0.36)=11m/s7 ], C6 l8 \5 z" y2 x
渐扩管的局部阻力 △pj4=0.15×(1.2×112)/2=10.9Pa
0 `! }9 Q0 \( S4 I9 a; [该管段局部阻力
, o% E' [# Q% ? △Pj=△pj1+△pj2+△pj3+△pj4 , \! v0 o0 o" c- M, M- ^$ ?; D
=50.0+4.7+5.9+10.9=71.5Pa1 s2 f$ g0 B; o, v
该管段总阻力
& d! H3 c8 e4 k( S3 E; v! r9 i △P3-4=△Py+△Pj=8.64+71.5=80.14Pa管段4—5:/ _9 ?6 q( d" C6 c6 ~9 z" @3 f: K# V: A7 H
空调箱及其出口渐缩管合为一个局部阻力考虑,△Pj=290 Pa
+ p! w0 w0 |3 x J& y: @4 c该管段总阻力 ( F% ?0 V: {: \3 r8 [1 e8 [( ~
△P4-5=△Pj=290Pa! a Q; G7 o- b' ~5 @* d6 d. L
+ y6 I [/ F/ H9 }( e, U
5 p0 W0 c$ N% C$ v1 r& [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:5 m) F& E, s! k, f$ E. y
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
- q) ]8 A6 ^$ D+ E) S( t △Py=△py×l=0.96×6=5.76Pa
) F1 o, ?. B. @7 Q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。9 O/ X9 p% c3 B* 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 ! k9 q4 v' {- D# U" n% I
7 A/ q5 {. h% p9 O& q△pj1=0.64×(1.2×6.252)/2=15.1Pa弯头(两个):* U! M5 K, L2 ^' e, c
/ E: U& U- b# M1 D4 r$ n) X
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
! a* u1 J3 E# [# |* X5 u △pj2=0.2×(1.2×6.252)/2=4.7Pa
, ~* ~1 }+ P5 `$ h) e( p 2△pj2=4.7×2=9.4 Pa$ m. ^" c1 Z' i- R* v
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
# }/ q' @/ l7 O$ O/ K υ=6.25m/s 渐缩管的局部阻力
+ }! m- t1 d. O( J3 L* ^7 |& ?5 i △pj3=0.1×(1.2×6.252)/2=2.36Pa( R- {& n! u/ g, E( M' |
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 $ {0 s+ s+ r4 v- ~
0.63×0.5×0.8=0.252m2
5 w! L4 Y3 T5 H8 G [ z; |5 `8 r$ N其迎面风速为 4500/(3600×0.252)=5 m/s- Y& V( c/ f) Y, `6 x {$ Z
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
: l% Y, Z$ S4 @, }, k △p4=0.9×(1.2×52)/2=13.5Pa
) \( L7 T/ V% k7 A% i该管段局部阻力 5 N$ ] n& h F( @2 }! j
# p; c! ?6 Y' r0 q; v4 E% L6 I
△Pj=△pj1+2△pj2+△pj3+△pj4 # Q4 y2 R4 u. F* [0 M" G
=15.1+9.4+2.36+13.5 =40.36Pa
3 u+ y. N3 P% D该管段总阻力 ; i3 I. t* m6 H/ K! Q9 A) ]8 t. w
△P5-6=△Py+△Pj=5.76+40.36=46.12Pa5.检查并联管路的阻力平衡
6 D o! I4 [* T" _$ H' o. [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。 + U8 Y; O8 ?1 l2 q @! [% C) p
. J! t4 C* J$ k5 d' G" _3 p6 \
管段7—3:
5 x2 |; j9 ]7 Y; ^7 }沿程压力损失 △Py=9.1 Pa
: J! A# I1 U* s4 X& x S. Z7 f局部压力损失 △Pj=28.9 Pa: K1 M# z) I$ [- H$ v& L+ C( ]
该管段总阻力 △P7-3=△Py+△Pj=9.1+28.9=38Pa) p- X4 d) |5 o4 z
/ F- W3 v1 G @- s* W7 X8 j* y1 ~/ b$ j' a% K% D
管段8—2:沿程压力损失 △Py=1.4 Pa
/ R4 K V. t5 |" k7 M9 E8 I/ K局部压力损失 △Pj=25.8 Pa
9 b! B; n1 y' _$ F& j( X6 H0 C4 T( J该管段总阻力
) X, H9 N' g8 o* B0 e △P8-2=△Py+△Pj=1.4+25.8=27.2Pa检查并联管路的阻力平衡:
3 t, ^; L, o" C6 g2 t" H( Z) z# B$ w管段1—2的总阻力△P1-2=30.19Pa& F9 K& d4 Y1 Q" _* h% S' m
管段8—2的总阻力△P8-2=27.2Pa
' C- g. ]2 M5 W1 u1 a* E. v) _9 M, N (△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 Pa% B- j% I" i; T9 H4 H6 t, h/ o' S% F' z
管段7—3的总阻力△P7-3=38Pa
8 v. u- O2 A3 O2 w- T' R (△P1-2-3-△P7-3)/△P1-2-3=(40.79-38)/40.79=6.8%<15%
" G2 B; q0 d0 b. Z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。
' w, k2 ?3 @* [. `- z
0 X; O) Z5 y" V5 I5.计算最不利环路阻力 △P=△P1-2+△P2-3+△P3-4+△P4-5 +△P5-6
5 E Z1 Z5 W& { =30.19+10.6+80.14+290+46.12
+ c- \0 b6 S7 x# d- ~. p+ d A. l1 _ =457.05 Pa
) y/ q V; V# e8 V. N4 L本系统所需风机的压头应能克服457.05Pa阻力。
# O% x. s- V& N" ^7 G6 c3 |6 |
' B3 M( {* L* R6 R4 ?4 k. v! b- W. q( \ o# z
四.风道压力损失估算法 8 K8 s- M3 V1 M& J- y
8 h) B9 _/ o1 T- [; v
对于一般的空调系统,风道压力损失值可按下式估算 ; [6 N( `2 O* D7 C) I+ P
△P=△pyl(1+k)+∑△ps (Pa)$ p! C4 P4 P7 }5 s
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。 8 \. X a- M$ w& M
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。
7 Z0 x$ B% _4 L* d, ^7 uk—局部压力损失与沿程压力损失之比值: : e+ x" `1 ?# O) G+ b/ {
弯头、三通等局部管件比较少时,取k =1.0~1.2;
8 g% s: }, Y. H, k1 n b3 i/ R" q弯头、三通等局部管件比较多时,可取到k =3.0~5.0。
$ r. E" f4 D5 s: b∑△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。
/ i7 X8 E7 f( N: P3 w- 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! L. G8 L$ G) a
7 m# a! ^! N1 H: i2 E" l1 V$ F
; ]; R' Y$ Q: {/ R
5 n0 ~, w9 A: G3 L1 i* W. i+ B0 `
+ \* X- Y+ }7 m8 B: {参考取值
3 l. j5 p$ q& M, Q
( }; V+ w& j; }( k# z% {% p- c U
+ @0 I r9 e) }$ m& y! Z2 S
* U) S9 b$ x& l1 Y( G: E2 B, X/ ?3 c, p: v) K- E: q' H
' X3 C6 y U' K X$ D* F
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