一．风道水力计算方法
E9 A3 _2 k- Q# |) r+ f _/ ^; ~/ ]. o% q5 p
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。 " s& k' ~ p$ K, e9 D7 `
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。
0 I6 k( F" @+ Z% c G
& a$ f- R; @! B7 O( X: Q1．假定流速法
, d x. z/ v9 s# |) U$ g; d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 u' z7 ?# V& p3 X' q: k* d: k) ~! j$ D* X: J2 N
2．压损平均法 $ S: _& C0 {' ^2 A
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。
/ U) o# s: ]: W- L8 m2 Z6 |& d0 R% ~ r
3．静压复得法 + ~9 n: n+ G3 v' T. 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。
7 A* Z/ p' {3 c2 A! a- G
( b4 B8 C7 J0 G1 O二．风道水力计算步骤 0 B% K$ u! U _6 T! z: |7 s M, l
" x* e1 a" I: }: N
以假定流速法为例：
_* N" Z$ e7 f1．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。 ( p; e% I& q( L' D5 j
2．在计算草图上进行管段编号，并标注管段的长度和风量。
1 S- e* A+ x F: `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+ ]: o+ \/ O D7 R
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。
7 n8 ^/ |. [$ q( C! }4．选择合理的空气流速。 4 p8 n. R# z, V' C0 P3 k9 _
/ h& e% w* E7 C. K" R
风管内的空气流速可按下表确定。+ K; U$ h, m" B7 j3 o
6 e" Y9 ]- Y& S% f. l8 X. d) A" i表8-3空调系统中的空气流速（m/s）
6 T: |/ t) |( y+ a, ~ _. h
8 X* H; i7 Z/ i0 x N* D+ e4 F- v
" n8 c, ~' T1 w% y/ U3 X
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。
8 G4 |- Z! g7 y& [6 D! _* Y通过矩形风管的风量：G=3600abυ (m3/h)
+ v4 e5 t ^, X8 [' R! l0 S) T9 b. k式中：a，b—分别为风管断面净宽和净高，m。
3 |+ N7 q& H, t4 S1 I通过园形风管的风量：G=900πd2υ (m3/h)
( Y2 {! C x) v6 O* G式中：d—为圆形风管内径，m。
- j$ T4 v# G8 X4 e# V3 X1 _, ^. o+ j- g) K( V: ]
6．计算风管的沿程阻力
1 P4 C5 y t+ o% X! s7 W* b/ ?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。
5 E/ w1 \1 G$ _1 {
- q* P6 \$ ?" x8 f7 ?* s7．计算各管段局部阻力
$ h! }/ f* g4 Z3 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。 & A9 N D0 A/ f) ^% U; l( C, c
% O9 L5 M" J* ^* R+ ?# C
8．计算系统的总阻力，△P=∑（△pyl +△Pj）。 ! e; V5 u! d# |+ z: b1 n
9．检查并联管路的阻力平衡情况。
3 X5 |& B5 l6 ?+ t7 H. _10．根据系统的总风量、总阻力选择风机。8 a( G9 j6 n3 v2 J8 I& `+ f' `
& ? A' E4 E0 X3 J. ]$ a" f$ F
三．风道设计计算实例
3 j- r4 x( l2 N- s% L+ e6 a' [7 s2 {& C/ E8 D' c7 N; ^3 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。
2 ]' Q4 Y9 q6 a+ F0 F
+ d* e, l1 f: G% C: K
2 u8 F( {* j1 u- Q" w- ^
4 ?' r% g+ {$ L0 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
" Q- P" L3 L4 q3 A, O# X& h1 B( l4 D% ^1 J6 X A
【解】
8 J. j$ N6 l0 N
( l5 t- U% o5 O' N# A1．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。
9 @6 q& l0 q( { ~: T2．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。
/ n1 ~9 c& J( B6 A5 p T3．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。9 t# G$ Q, B& a. \9 T# f2 X
4．分段进行管道水力计算,并将结果均列入计算表中。. s$ i5 C5 r6 q
/ e' f4 p9 i# C管段1—2：风量1500m3/h，管段长l=9m9 P- I6 Z" \$ M# o7 K3 ^7 b
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：
- f' D4 j5 Q( V( e F’=1500/(3600×4)=0.104m20 E3 S' [& w# X6 u5 @
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 - E) v) v }3 ~# M7 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： 6 l+ f6 o# @- W* m+ j" q) e! g
△Py=△py×l=0.7×9=6.3Pa9 F2 s7 m+ j+ b) L5 X
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。
2 G( I5 I0 U: Y) C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
$ ~, C6 |" y2 `( Y 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
& h/ X3 D, ]2 F0 P, W+ d$ Z △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 ; A* j E+ H$ G4 [6 D
△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 + y# L5 v- e9 K7 U) G% e
△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+ k* B4 y- W$ U! o- S6 A
△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
- x4 }/ {: {3 N# c' ]2 K6 C" \ △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
0 l2 V* ]; M. ^" B' K6 w* T/ U* E △Pj6=0.1×(1.2×5.22)/2=1.6Pa （取三通入口处流速） 9 X$ q# x& V/ J$ t
该管段局部阻力：△Pj=△pj1+△pj2+△pj3+△pj4+△pj5 +△Pj6( K) Y+ i; m1 Y3 q" v0 ?) ]
=10.5+5.99+2.5+2.3+1+1.6
, D6 P# I l9 D =23.89Pa该管段总阻力
+ ^5 h* ~7 S8 Q+ ~6 e( _ △P1-2=△Py+△Pj=6.3+23.89=30.19Pa/ ^6 r+ ~- G$ u" V
. Z0 Y3 y8 u$ U3 |$ o( b( d( z }0 ^! B
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：$ D9 o* |8 A! s; g3 o
8 X" R5 v, z% Y2 `0 ?2 C
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
- J9 }' U! v% p8 t! J8 _$ m# Y# c7 Y △Py=△py×l=0.8×5=4.0Pa7 P8 i: }/ }2 e8 M5 M( ^, o0 @
局部压力损失计算：
/ Z7 h8 V+ G1 D) L1 t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 * y' L4 }4 g7 ^* N# q
△Pj =0.28×(1.2×6.252)/2= 6.6Pa. （取总流流速） - [5 \! W4 w. T/ w4 r
该管段总阻力 △P2-3=△Py+△Pj=4.0+6.6=10.6Pa
# T2 [( s& v. \! K [0 m$ X- t- S* V* m+ ?2 l: w+ s# I0 ~
5 C5 h8 K E9 {4 @) l
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：
0 [0 P- j* p: A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
' @' b6 c. A& X8 S △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。
& M5 K' v$ a" z* J9 J2 y! }消声器：消声器的局部阻力给定为50Pa，即 9 T& G$ m- u, m: y% [
△pj1= 50.0Pa, N- _1 y' [& o6 U' 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 & i+ a4 {, k+ [& a' P
△pj2=0.2×(1.2×6.252)/2=4.7Pa: s Z2 J8 F' Q4 A
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
4 |+ l: h8 m0 K, _/ v △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 }0 n( U5 B3 u2 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
/ K& D; {* T9 g" G u5 P, x υ=4500/（3600×0.315×0.36）=11m/s4 N& `$ P0 n! M/ p
渐扩管的局部阻力 △pj4=0.15×(1.2×112)/2=10.9Pa# ^ i* v+ \+ T% \/ s4 B+ X
该管段局部阻力 G9 B' T+ G/ x
△Pj=△pj1+△pj2+△pj3+△pj4
6 {1 q$ H- |- e( ~ =50.0+4.7+5.9+10.9=71.5Pa
% a' ~- Q& L |! f/ K) h该管段总阻力
4 u/ T1 q4 d! k w0 s △P3-4=△Py+△Pj=8.64+71.5=80.14Pa管段4—5：
. R9 U0 l" c5 G c* s$ b# }空调箱及其出口渐缩管合为一个局部阻力考虑，△Pj=290 Pa
5 M! E- L" j7 Q该管段总阻力 O, L( y0 f5 }8 d" d4 z3 r$ z
△P4-5=△Pj=290Pa0 X' ~6 l: y4 ]
* q$ p2 ]1 a6 A& V2 R+ _. q5 w( M/ b' l& k& S# d4 I& u+ e% @: b4 \
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：
% o+ H" `: ~& 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5—6的沿程阻力 5 U% ~, Q* o" r4 c; i
△Py=△py×l=0.96×6=5.76Pa
) m- Y, f* s' N7 d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。
$ E$ Q. Y D2 B$ j+ Q2 |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
; C! `& o0 H8 H1 ]; ]" N/ E; Y' t$ F+ l [. K7 K
△pj1=0.64×(1.2×6.252)/2=15.1Pa弯头(两个)：# ~* ]9 \3 Y6 g t- u0 N
, M g1 G) \/ j& [( H+ s: ?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
0 C" L* E- i, t- G △pj2=0.2×(1.2×6.252)/2=4.7Pa
X* b' I, B, o7 ^* b 2△pj2=4.7×2=9.4 Pa
4 L4 h9 c: m$ W4 j' E Q: F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 0 V; F0 U/ e w
υ=6.25m/s 渐缩管的局部阻力
# k$ e, D* K0 p W3 o; K# k △pj3=0.1×(1.2×6.252)/2=2.36Pa
8 M2 G% @: H/ `3 S4 G5 C: k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 8 h! R8 s: |5 c* Q! N* V( b4 {/ m: o
0.63×0.5×0.8=0.252m29 b9 d7 J* v, P+ r7 z
其迎面风速为 4500/（3600×0.252）=5 m/s' j* c' E0 L2 h: D' q; m' t
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 * i. g" { P2 F6 d; u- E
△p4=0.9×(1.2×52)/2=13.5Pa. H3 U6 o' w( B. H8 R
该管段局部阻力 7 {3 x8 ~( f% z9 f! M0 v: z* w
# g7 e: h+ `1 ? △Pj=△pj1+2△pj2+△pj3+△pj4 $ w3 `' t0 _5 k+ Y% v$ ^, R
=15.1+9.4+2.36+13.5 =40.36Pa
9 r+ o" ?, B6 j0 H该管段总阻力
$ }0 _, O; ~8 S/ a1 l △P5-6=△Py+△Pj=5.76+40.36=46.12Pa5．检查并联管路的阻力平衡
6 p8 X' I+ k$ r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。 , c/ n$ z' k- w7 q2 n
6 [8 }- U* |6 @/ Q+ m, D% ?4 L
管段7—3：1 m/ `0 I% Y: c% B7 i7 m: ?9 Q
沿程压力损失 △Py=9.1 Pa0 ?8 S, P8 y% }! Z6 [
局部压力损失 △Pj=28.9 Pa
4 }& s. j2 A7 K; G该管段总阻力 △P7-3=△Py+△Pj=9.1+28.9=38Pa
D$ K3 h- [) `! x# l
7 u, ~5 }" [5 u( g& H% R+ b) d$ U. X: L
i- p' ]& d8 @! r f( M管段8—2：沿程压力损失 △Py=1.4 Pa
8 O& \& F' N8 T0 {1 S$ f局部压力损失 △Pj=25.8 Pa
6 j; R+ {- n! p0 J该管段总阻力) b( a0 l/ e1 K( V) X P2 B) `
△P8-2=△Py+△Pj=1.4+25.8=27.2Pa检查并联管路的阻力平衡：& s8 V8 e" H. O e- T$ o3 z
管段1—2的总阻力△P1-2=30.19Pa
6 X9 P8 W4 l" v/ L E& x8 d9 v管段8—2的总阻力△P8-2=27.2Pa
* n( q* L/ e u, \* b# H （△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
* V4 A$ ?: o6 M* k管段7—3的总阻力△P7-3=38Pa
8 H( y: v1 V; [& C3 K7 F （△P1-2-3-△P7-3）/△P1-2-3=（40.79-38）/40.79=6.8%<15%
6 D" s0 C/ H; M/ V4 y% F9 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。; R- l. s, _& x, r1 P$ {; \
5 e/ @; T6 y% t3 P
5．计算最不利环路阻力 △P=△P1-2+△P2-3+△P3-4+△P4-5 +△P5-6
; e- l* f: y9 S- G' ] =30.19+10.6+80.14+290+46.12
% s& U+ s5 D5 I2 Y/ U4 F D =457.05 Pa
/ `$ S F0 f8 }% H" M0 t8 u1 m本系统所需风机的压头应能克服457.05Pa阻力。: f! A0 @9 @/ V7 c. L' S
9 x8 ? t5 c/ O Y" W( K" S' p* A7 s( W" r- m
四．风道压力损失估算法 " @% i, K/ X, D( p& F
0 \1 p% y8 d* _+ ^
对于一般的空调系统，风道压力损失值可按下式估算 $ F5 u7 Z }: Q
△P=△pyl（1+k）+∑△ps (Pa)" n+ c0 e) N+ ^- l+ `6 _
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。 4 |$ ~" V) Q( R8 G) @2 `
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。
0 h9 q' o% F3 N1 W( e0 Ek—局部压力损失与沿程压力损失之比值：
) Z& Q$ P+ R* i% V弯头、三通等局部管件比较少时，取k =1.0~1.2；
4 E8 f% K4 d( \+ n+ Q弯头、三通等局部管件比较多时，可取到k =3.0~5.0。 " z4 K& X! u! o1 m# Y. o3 J
∑△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。
$ W* e$ }- S! Y4 L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
6 Q2 E- d9 k% H2 u! P& P1 B ?. K% I9 p, i* I
8 K& j1 `, G+ u' t7 M* ]7 R# D# @8 ]% g" ^6 Z5 F/ J. l
; W# B2 r: H$ A1 M! x
参考取值( Q( r* U: G4 {# J# w9 ]% F
8 |& c$ B x! e t; _ L. \! \7 A
( W9 y6 W- r; `: w9 T9 v5 C5 L) S M5 B: f. h7 i- U+ j$ u
" |2 ?; W# `4 i Y* s0 p9 w* Y5 Y1 B! O' O: R% `
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