一．风道水力计算方法 ' D) I" _5 `9 j2 q6 M5 o+ u% z
" l$ y) M' N& k/ U0 P; f1 p. j. }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。
% K1 F, v- @& [2 u' X3 @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。 w' s4 s" u, E# x
8 Q# z) t7 j4 Q9 R7 ~# t2 Z% l
1．假定流速法
# \) Q3 G/ W7 u5 y7 ^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。/ W6 F7 w+ T; Z8 k- N
3 V; g/ K+ K; A$ E2．压损平均法 ' X$ u" S" H% H8 d' 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。
[, a9 ^; J1 `- Z2 x1 ^
, r$ n. u, e8 ^7 ?3．静压复得法
) d- ?7 z# ^4 t% N& v9 D5 k8 u0 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。
% i! v# j6 f9 H* I" z! [# c3 Z4 F1 |: w$ Z; \2 L( _
二．风道水力计算步骤 # E7 }: N' @4 H) z! D: Y
5 R5 B5 R! Q' R* A7 |; P4 s% d7 |以假定流速法为例：
/ {( x) C! C1 A1．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。
6 y6 @. n' i4 ~, A* G2．在计算草图上进行管段编号，并标注管段的长度和风量。 ( s' Y0 a" x8 D7 W0 Z# I* o+ |
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。
! p( T3 G1 f* b% l/ _9 f' ?! \5 j) ~9 K3．选定系统最不利环路，一般指最远或局部阻力最多的环路。 * x8 n& S. M' k' [+ t, Z2 o
4．选择合理的空气流速。
1 C9 U- s" j9 ~5 A8 E
q0 r: A: `9 F1 o. I" V- N风管内的空气流速可按下表确定。# X/ d1 G' a3 S6 ^# u9 C
, j/ \% s! |8 G: \) }* x5 \# {0 r
表8-3空调系统中的空气流速（m/s）
( m2 [3 T7 L2 T" _- D: ?( Z
8 y6 p5 N% U1 V3 f5 B- |# t
! l$ v( o& P# z. H% v( T/ v0 o% M, S
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。
1 u t3 A6 L$ T9 x i通过矩形风管的风量：G=3600abυ (m3/h)) h' Z7 F! t$ J8 u/ r: |
式中：a，b—分别为风管断面净宽和净高，m。
& K( G0 r8 l+ z7 P" K5 K1 [通过园形风管的风量：G=900πd2υ (m3/h)
3 e2 c' O0 c6 z0 [式中：d—为圆形风管内径，m。
: q; ]) k1 e: p) g; b' F1 j5 z$ A% ]1 X5 R3 j s$ P
6．计算风管的沿程阻力
x; |& j0 Q; w- ?+ }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。
3 Q2 j$ b! ]& H1 [# d" V. Y) @$ I% l2 [9 F
7．计算各管段局部阻力
" A' i3 e$ P$ v' U9 b) O# c E4 F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。
$ P9 E ?& V/ ]* x, E5 O' P6 p, }; Q* D0 W$ h
8．计算系统的总阻力，△P=∑（△pyl +△Pj）。 6 F" F$ X' Z8 o \
9．检查并联管路的阻力平衡情况。
. W3 r! C Z3 `( G) G% g. m7 D4 o10．根据系统的总风量、总阻力选择风机。8 o4 N' m9 L7 g' E/ D$ S5 j$ X4 V) ]
7 I- j( x: {- |5 w# M三．风道设计计算实例
7 {% E ]6 O# e0 }5 O3 J* E
. E2 U8 ` ~/ g( Z. 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。
. W# j4 O. W6 R4 i2 f$ T5 x: R( Z. r1 d& h+ Z! B8 E
5 v8 \. [6 g1 Q- I, V
8 [, s1 [7 f) o9 k+ Q" I) S
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 k! p0 p- y# @5 P
, e% ^( X; ]5 l3 {& ~【解】+ `' `+ r$ D8 d$ N. r
1 S5 D7 ?: n7 l$ k. k
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。; m: o5 J. \, o) ?
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。2 ~% F+ e( M, t% `8 F/ i. r
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 `9 Q& @! g" y+ N/ [' \
4．分段进行管道水力计算,并将结果均列入计算表中。
4 F6 S. D. e- w/ d
* U2 Z6 h: b# c/ }管段1—2：风量1500m3/h，管段长l=9m& L& x! W( L% K1 P
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：1 ~0 Q$ |( R. U" D' ?$ m U
F’=1500/(3600×4)=0.104m20 R. I V7 |& v+ G4 q- s5 [- d
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; x/ m+ o( P
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：
# w9 ~2 |, s# B5 U* B6 O △Py=△py×l=0.7×9=6.3Pa
( o' d1 M, p( s& R9 ~9 @ 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。
- E* L; l7 T2 O* n0 h& B7 P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 + C8 l/ D( z; C/ e
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
9 l, r6 K" c4 ^3 ~ △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 " ^: n8 n; G7 `0 t, j
△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
, K. R, ~' g1 m- o8 T △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 % G5 P9 d! H+ h
△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 ! b" D4 e' Q( k, Z
△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 & T( g, F- f/ _) B
△Pj6=0.1×(1.2×5.22)/2=1.6Pa （取三通入口处流速）
) X8 c7 ^, z" Z; E d该管段局部阻力：△Pj=△pj1+△pj2+△pj3+△pj4+△pj5 +△Pj6
* B) m# b7 ~0 u! S9 B =10.5+5.99+2.5+2.3+1+1.6. P- v# [+ Q' ?
=23.89Pa该管段总阻力
$ e, X& T. _# i. ~4 I) f6 [5 p △P1-2=△Py+△Pj=6.3+23.89=30.19Pa( E" |- \* M$ K( b' w5 @' q6 i$ w
% W- ]9 r: p( L
0 h$ _' 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：
2 h, i! c `/ T1 {, A' Y$ g9 {, f+ c5 z/ P6 _6 J8 J3 K8 f
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
" W! P) X( } e △Py=△py×l=0.8×5=4.0Pa% g5 n& @' w# l. M* h
局部压力损失计算：5 r7 l7 A4 i0 y5 Y) @% ^) a. s _
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
2 _' p l/ l! s5 Q* `9 V7 ` △Pj =0.28×(1.2×6.252)/2= 6.6Pa. （取总流流速）
6 d }; T9 Z- O该管段总阻力 △P2-3=△Py+△Pj=4.0+6.6=10.6Pa0 E7 {- }7 l' T- ^7 r$ `
5 p1 J. \" t* [8 B* e+ O! h
& N; a `& K- }7 d; F" j: C
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： ' r, _9 G! c1 T) L% s' Z
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 f% Y2 D! I( P5 Z9 P9 d' A5 V
△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。9 V9 X7 G8 \ D: c- T4 X+ ?
消声器：消声器的局部阻力给定为50Pa，即
' _, z+ c8 ^/ M8 z, B- G △pj1= 50.0Pa$ _* Q8 y4 c$ ]9 G2 X( e0 d, J+ P
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
$ v5 a, t! M3 w8 m9 a% X △pj2=0.2×(1.2×6.252)/2=4.7Pa
8 \1 N5 g- v* m6 ]1 K" N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
: E" h( \0 F/ J" A! F3 T$ p; 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。 ; v2 A, ]) T3 R" L+ S
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 7 Y( N, Z; n4 ~. y0 g/ B$ Q6 u
υ=4500/（3600×0.315×0.36）=11m/s
. u$ b7 I! t" A, y7 |6 S" h渐扩管的局部阻力 △pj4=0.15×(1.2×112)/2=10.9Pa
; ?$ _) l6 n# p1 Z& ` Y3 ?( ]该管段局部阻力 2 f" W$ l2 s( I' o. V6 h- l! p: H
△Pj=△pj1+△pj2+△pj3+△pj4 - m. u/ Q0 V$ N7 u% R* ?: ]" ]- [
=50.0+4.7+5.9+10.9=71.5Pa
1 n; g. _ u" Q' x! r: G该管段总阻力
9 k j7 M, F" t △P3-4=△Py+△Pj=8.64+71.5=80.14Pa管段4—5：+ S$ M! P* e: Z T/ Y8 @
空调箱及其出口渐缩管合为一个局部阻力考虑，△Pj=290 Pa
: V- t" v3 |0 V+ I! H该管段总阻力
/ \) W& w9 w3 C: D/ b △P4-5=△Pj=290Pa
; a; V- v5 A/ E9 e( d H' ]- ~" q @7 n& C
# X1 i" x2 E+ P% A8 l' {0 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：* e$ e e. J9 L2 b
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 % l c4 C: x, X9 H) A% J& i
△Py=△py×l=0.96×6=5.76Pa
- \" z# G2 {/ c" q, 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。, x* q% a1 [+ I& |. j
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 * M4 H1 u8 O* i9 f
" }* d; i% t# n( _' ^2 z7 l△pj1=0.64×(1.2×6.252)/2=15.1Pa弯头(两个)：
8 Z3 _8 y9 V/ V3 `' M8 ]: Y6 o3 {. 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
* x8 ~! F- s$ x0 X+ r% S O △pj2=0.2×(1.2×6.252)/2=4.7Pa
l* c. {. N* C" G! w: j+ E u 2△pj2=4.7×2=9.4 Pa
- ]$ X8 P0 @- o! o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
8 D8 N7 U: d/ c7 o5 F0 X% V υ=6.25m/s 渐缩管的局部阻力 , I5 e2 @! q/ T) }: V
△pj3=0.1×(1.2×6.252)/2=2.36Pa7 S+ H% W7 @# Z! N! _) o
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
' ]( s! [4 k" I. W' v 0.63×0.5×0.8=0.252m2
: D5 D$ z9 `; a V w8 D! A其迎面风速为 4500/（3600×0.252）=5 m/s" y: Y) n$ A+ `! F v: p( ?
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 \1 ]1 j5 V+ ^/ V p: w; ]3 ?( G. S6 t △p4=0.9×(1.2×52)/2=13.5Pa& P8 j# p9 Y; Z) U, e: I; g2 n
该管段局部阻力 . ^: c( ]8 H/ J# p
$ K% a4 l4 g/ d' M, I9 }/ `: K% A
△Pj=△pj1+2△pj2+△pj3+△pj4 , s ]/ r1 i5 W
=15.1+9.4+2.36+13.5 =40.36Pa+ `' Z. @; H R3 _) }, A( n
该管段总阻力 + G7 P& M7 F2 W
△P5-6=△Py+△Pj=5.76+40.36=46.12Pa5．检查并联管路的阻力平衡
! {9 o/ j. [1 A8 N' E& M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。
5 w& A( B6 E$ G) {. \; H6 r7 v6 y1 X$ b) ~: \: @' j1 v1 U! _6 l
管段7—3：4 m* ~: c8 U) N% E) G# E1 i0 I
沿程压力损失 △Py=9.1 Pa
- C% g* c- u/ @( s9 C局部压力损失 △Pj=28.9 Pa5 n0 o! W- ^# I* a# j6 n
该管段总阻力 △P7-3=△Py+△Pj=9.1+28.9=38Pa: ~" ?. a+ s4 Q; P# ?2 \: O
, `" e! B0 x. o' u# B$ ]
( @: ]- `2 A0 N) h# s5 S管段8—2：沿程压力损失 △Py=1.4 Pa; a* q5 u0 i! M9 Z( M# I- D
局部压力损失 △Pj=25.8 Pa
( U- |3 ` D# H, }& `/ s* T该管段总阻力
7 O8 s. f" ~0 Y! y. [( Y: G' t, o" f △P8-2=△Py+△Pj=1.4+25.8=27.2Pa检查并联管路的阻力平衡：
+ {8 s, X. k, _# ]& R管段1—2的总阻力△P1-2=30.19Pa/ n' a; W. e8 f9 M w
管段8—2的总阻力△P8-2=27.2Pa
! }' E9 T) k _3 T （△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
2 u0 a; f2 i2 }$ V# p+ X6 w管段7—3的总阻力△P7-3=38Pa
! i8 e! O7 {: c0 z- e9 P （△P1-2-3-△P7-3）/△P1-2-3=（40.79-38）/40.79=6.8%<15%9 y. `# b1 s8 v; o: q
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。
& [8 ?3 Y& C: Z1 p' W* E. [( O5 r$ f; }0 y% [/ u
5．计算最不利环路阻力 △P=△P1-2+△P2-3+△P3-4+△P4-5 +△P5-61 }/ p" N# C5 s: o
=30.19+10.6+80.14+290+46.12
& e) y) `. p6 Z7 V. A6 }. O, E% ` =457.05 Pa
) M0 [' Y# Y) w6 {' F- M8 [本系统所需风机的压头应能克服457.05Pa阻力。
2 a$ C# v7 U$ c; A4 u' J0 D$ N3 K* j' X2 V6 @
/ n2 h- Y3 o( e+ ^( j' g) o; i) q四．风道压力损失估算法 " t" c6 O" ?. e8 b* X& K
4 [+ v; w+ v/ k9 ] F对于一般的空调系统，风道压力损失值可按下式估算
* {! N7 h2 _- O& g. ` △P=△pyl（1+k）+∑△ps (Pa): b+ G/ U' R$ I/ l; p, P
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。
0 y* ]; l( {& s/ F# a2 Ul—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。
& s7 g5 K* I( e! j/ t0 zk—局部压力损失与沿程压力损失之比值：
1 H2 a2 ~# y# b- I7 G }' v弯头、三通等局部管件比较少时，取k =1.0~1.2；
: r9 d6 h4 {; g5 k5 k: ^. r弯头、三通等局部管件比较多时，可取到k =3.0~5.0。
q/ Q5 g6 j6 B9 r. @# 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。 * |9 F3 ]$ X" M# V' N) B
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8 t2 b @) K* ?" Y5 d3 [6 s# M a
0 c6 U' j% Q$ m& j% X# @3 c# E
2 F+ `% b0 r" ]# X* _1 j6 k. t1 T8 O9 |: y; Q/ c @! ~
8 P; b8 H5 m n1 A' u( o参考取值( y% n' k* q0 v: r y$ t. f
3 C& E. m! A, g) a
5 q: i2 \! ^' U7 x. p+ `& @
8 c, B! ]; o# l: d7 X6 X% q4 C7 Y' i5 t0 E
. s) A i* H; k& u8 ?5 y) x0 L& _4 ^ R |
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