一．风道水力计算方法
. z% |; ?5 K4 W+ w5 W8 s' ?4 s
% `- y. l/ r* E$ e+ k$ A" i8 [1 _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。
8 a# ~$ P8 H% k8 q H% s9 |% n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。# P9 o3 m' K* d
! b, I4 v& N) ?* T/ i7 E6 _% }0 J) r1．假定流速法
+ s8 h, S0 H3 x' T7 S# k, 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。 s# Y5 N9 [, v( }' }: D
) x0 q+ _/ ?) w5 G
2．压损平均法
, Z. j; m+ q: V5 ~6 P" y+ V6 L4 g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 G* q2 y. h; e2 \
* t: O9 w h. D8 o% ~( m
3．静压复得法 " D0 t$ P' T) v4 Z7 i) p( I, [. f
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。
9 T$ {/ y$ o2 O5 Y6 [% D0 Z& b& E1 w! u! f& t. B5 I
二．风道水力计算步骤
1 m# N: P; s( r6 z
2 q3 @/ i0 e( x& W9 R以假定流速法为例：
0 Z' T/ r( z( U7 z2 Q5 h& x5 _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。 ) I6 K$ h; r( x0 y! L: v
2．在计算草图上进行管段编号，并标注管段的长度和风量。 5 w/ L' g- W$ o3 |
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。 ) h j4 ]! k3 v! p6 }1 L2 [
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。
& Z6 O) n5 F5 `4．选择合理的空气流速。 - V0 l v1 G! w& U4 b) l1 {
6 o. t$ r. x, n. a5 t! k风管内的空气流速可按下表确定。
y$ O2 V, g0 S( p# P' S
7 \( p2 t3 f5 X. s$ K6 C表8-3空调系统中的空气流速（m/s）
5 u3 h+ ]/ C. m) z
p: b% @+ [0 C% o$ H# ]5 _. T- W2 y3 C1 [' K% Z( |+ O
6 B7 r s/ K5 v: _' D- v
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。
# A% b5 L) K. y# q/ j% u. P9 A: _通过矩形风管的风量：G=3600abυ (m3/h)
6 h( j* _- ]2 ?, R: M/ E式中：a，b—分别为风管断面净宽和净高，m。
a5 c `0 o: Z. A: l通过园形风管的风量：G=900πd2υ (m3/h)
$ S+ l5 m8 ]2 A# }# D' a& D9 T式中：d—为圆形风管内径，m。 ' ^6 a% r) W1 A
3 D! Q5 c$ s2 c ^2 w+ x+ n6．计算风管的沿程阻力 2 g# z% U2 ~4 ]% a+ m
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。& l" y; g9 B R( {9 @
- Z* f$ U# c9 ~
7．计算各管段局部阻力
1 T* m& P5 @2 K5 D/ W5 i8 Y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。 7 P( D3 l( X1 r) P# h0 V+ f$ a
v: j; S# T( f" P; R7 w$ v% V! j% C
8．计算系统的总阻力，△P=∑（△pyl +△Pj）。 7 b* f* _+ }8 R% _
9．检查并联管路的阻力平衡情况。
" L, X6 h3 q h$ C, P& o) g10．根据系统的总风量、总阻力选择风机。0 M1 l$ L. v1 W2 {
, l& ?% U1 S' W- t% c& Y三．风道设计计算实例 7 R* Y8 C4 K% w7 W) f7 P: w8 b
7 Y# P, T u" T; q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 U# L- j/ t$ w* B% q, T3 L, J0 c ]3 L0 x% L9 C3 y3 R
- a) g1 E+ x7 }8 {6 v* G' j% c) Z$ C- ? p: l7 k- 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
2 N9 S4 r7 N V( u# `& f. K" V3 I3 S0 W& t( P: o! g" x
【解】
6 i, U5 ?- J& y/ A) H
" F' c; f$ P1 N) A) @- ?6 J1．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。
" z% c: T$ W1 ~- r2．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。- S W }8 h& ~/ y) |
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。
: O. [* i0 M8 I$ |3 Z% z: ]( d5 y4．分段进行管道水力计算,并将结果均列入计算表中。
' L4 a" g7 g& Q
, b4 R7 N+ p# l管段1—2：风量1500m3/h，管段长l=9m
* k# B9 p l4 Y' Q4 j8 i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：
4 R8 U% Z( c$ j F’=1500/(3600×4)=0.104m2
0 K/ W- j* o9 L+ B- 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 ' y v# W) b1 r3 j/ ]* J8 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：
) o- k$ H' K! P( Q5 q; H% c △Py=△py×l=0.7×9=6.3Pa! _5 V( h5 ]& S7 n6 ^0 _3 I
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。
! P0 u5 j- d' ~; j( K* }0 A3 f! y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
, x9 Y: R F, p' s9 M5 a0 I5 ?% 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
2 q9 J5 W+ s Y- G3 L) Q9 N △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 # d. Z# [$ N9 x, V; j0 }
△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, Z! x1 W/ R. ]5 A0 M) [! W
△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 - f) v; Z0 D- F# 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
6 M( j; a6 Z+ K0 J △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
6 \0 f8 _/ i6 V- \ △Pj6=0.1×(1.2×5.22)/2=1.6Pa （取三通入口处流速） 7 S# i* {6 \8 P5 h6 j0 L
该管段局部阻力：△Pj=△pj1+△pj2+△pj3+△pj4+△pj5 +△Pj6
+ x' Z1 M4 u/ w) m/ y =10.5+5.99+2.5+2.3+1+1.6
8 w6 O+ z1 \1 x& \# f+ H: ` =23.89Pa该管段总阻力
3 J. T4 W' \, o △P1-2=△Py+△Pj=6.3+23.89=30.19Pa2 W/ ]6 R1 }1 ~! O+ c1 G4 ~ C
5 s0 B9 p% q4 r0 x3 w6 R; |
) U4 v/ J1 L- X& f* U# R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：
+ D: ~. X" A8 ~4 c; P6 Y- f1 Q2 M2 b# B6 v( m+ U
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
% q1 I: `5 b/ ~0 U △Py=△py×l=0.8×5=4.0Pa l; _( \1 m% @. T6 d" G9 [
局部压力损失计算：+ K, k+ K; N8 m 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
]5 U: @9 C. r △Pj =0.28×(1.2×6.252)/2= 6.6Pa. （取总流流速）
; C% u7 e1 a8 W; L9 T该管段总阻力 △P2-3=△Py+△Pj=4.0+6.6=10.6Pa
" @# j$ I5 U$ y ]- n2 y4 V& X0 w
, m/ s9 m- A/ z) @; i. i" f6 f: W
! Q9 J% i& E* E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： 7 x7 D; F- N2 U3 H0 |+ ^
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 ' Q% e/ q7 x# q& h9 [- ~. g& f
△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。" v. B6 C6 h5 O8 W1 `
消声器：消声器的局部阻力给定为50Pa，即 4 X- _6 L; [8 o G. \$ w' _: y- F! g) D1 a
△pj1= 50.0Pa+ f, r/ v) S3 @/ S- W: t
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
9 \% G0 Z9 t5 q- Q& Z/ N9 R" x △pj2=0.2×(1.2×6.252)/2=4.7Pa; `) F( T' F) I7 V1 H1 K
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 3 Z9 B/ j- i# b8 s- x3 R
△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$ }5 W, p9 G* X3 j
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 ( y5 h8 s2 \/ T) t9 W
υ=4500/（3600×0.315×0.36）=11m/s% o# ?+ ~9 e; |1 [
渐扩管的局部阻力 △pj4=0.15×(1.2×112)/2=10.9Pa
! I9 M' }3 Y( o7 D该管段局部阻力 - C3 z, T0 ~8 G0 `* L
△Pj=△pj1+△pj2+△pj3+△pj4 8 y) f j, |& Q! h" Q' i1 V
=50.0+4.7+5.9+10.9=71.5Pa
- D: \% R6 u% ?. j该管段总阻力 : M; g6 X! N( r! Z, H A
△P3-4=△Py+△Pj=8.64+71.5=80.14Pa管段4—5：) c: w0 C* R/ S0 V: o; U
空调箱及其出口渐缩管合为一个局部阻力考虑，△Pj=290 Pa
- H1 |) \- k$ v3 s% I. a$ X该管段总阻力
* l+ C3 j# Z( M △P4-5=△Pj=290Pa
/ o, Z3 z4 l) {8 j& j0 d) t! P$ E6 ?4 l
* h1 C& w4 h0 Y" k& K2 k/ |- i4 G) s# s' t! I$ ~2 U/ u. n% T2 @8 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：
0 l* Y6 U" Q7 V! 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
6 J5 q& x. j) i5 A* V( {# |5 L! Q8 {& f △Py=△py×l=0.96×6=5.76Pa* t0 U) l3 ?! Q. B I+ Y' C
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。
; b4 L2 I9 q1 l* `6 ^7 ~& z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
! I, G4 I, a) q, N
4 b- j! h& j% I! p△pj1=0.64×(1.2×6.252)/2=15.1Pa弯头(两个)：+ f; n( t# ^# R9 I7 x/ P6 E' [8 U
8 l% }/ v) a- F8 Z( U+ ^
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 ! R" U' h: `- c
△pj2=0.2×(1.2×6.252)/2=4.7Pa
4 G* q0 p) s+ ?2 T4 O/ P 2△pj2=4.7×2=9.4 Pa" y! j5 \4 n: W
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 \1 [- C% o% j/ p υ=6.25m/s 渐缩管的局部阻力 ) |* Q* G, }/ a; Y# z4 _; B
△pj3=0.1×(1.2×6.252)/2=2.36Pa
& k9 ^! x: a5 ^1 C1 M0 c6 `1 N0 b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
. P5 J/ [1 ], W, f# j 0.63×0.5×0.8=0.252m2
6 c( x3 J4 P+ H1 ]& ]其迎面风速为 4500/（3600×0.252）=5 m/s7 h' F0 U; P& _; W3 Q1 Q
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 ! p, a5 L% X6 _5 T! a; S; K
△p4=0.9×(1.2×52)/2=13.5Pa6 g& Q/ q1 Y' Y9 {+ y' R4 t& G
该管段局部阻力 9 Q. P: z; S0 M- f+ J# b
0 L. g- Z' f' e: ~ △Pj=△pj1+2△pj2+△pj3+△pj4 + i( L5 ~- l2 C- c
=15.1+9.4+2.36+13.5 =40.36Pa% `& F1 j1 a' t
该管段总阻力 ' v$ }& w ^" H& b4 A; B) J- r- h
△P5-6=△Py+△Pj=5.76+40.36=46.12Pa5．检查并联管路的阻力平衡 0 C2 v. {5 r- | i* g# [4 `7 ?
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。
9 f; q4 s, B& r5 M2 U
1 B4 l+ D1 ~% \5 P管段7—3：4 Y1 a1 R/ t5 K
沿程压力损失 △Py=9.1 Pa* f% a& n% c. P1 V& L
局部压力损失 △Pj=28.9 Pa
3 c6 y) o/ e5 p8 u1 ^7 c' u该管段总阻力 △P7-3=△Py+△Pj=9.1+28.9=38Pa# C4 M t H! H0 ^4 f% S' }/ }+ ~
" G& z) i, P& E& m1 D7 I1 c
, [" B' t r9 {) a管段8—2：沿程压力损失 △Py=1.4 Pa0 U, c( |7 z# P6 L- P/ r
局部压力损失 △Pj=25.8 Pa
$ x# t+ ?; T, Q' E2 b% v8 U该管段总阻力. H" l: P G0 m D$ z8 M B7 \
△P8-2=△Py+△Pj=1.4+25.8=27.2Pa检查并联管路的阻力平衡：
, m& N+ p% N, i( p. j9 J0 G管段1—2的总阻力△P1-2=30.19Pa0 ?- \; B, Q3 r- F; n
管段8—2的总阻力△P8-2=27.2Pa
$ r/ ]* l& U1 H5 g/ Z （△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 ?5 D% h- I0 n' H
管段7—3的总阻力△P7-3=38Pa
4 g6 }% T4 ~) ~4 L （△P1-2-3-△P7-3）/△P1-2-3=（40.79-38）/40.79=6.8%<15%
8 i: p" m# V ]$ l- ~, [) c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。; \5 \$ l- G$ a" v0 }3 C! w5 o
# _3 ?' W5 V! J; I- _/ B1 [+ ?5．计算最不利环路阻力 △P=△P1-2+△P2-3+△P3-4+△P4-5 +△P5-6; [6 z) k0 s+ _( o
=30.19+10.6+80.14+290+46.128 ]; ], z1 I& B9 j6 v d
=457.05 Pa
: r6 J9 R% ?1 C6 g X6 \本系统所需风机的压头应能克服457.05Pa阻力。3 S @0 b6 l0 @
! r+ p$ V0 g# X _& a5 I/ x
: o9 u7 W y3 `/ i6 O+ j
四．风道压力损失估算法 ! L* G* s( L M; \, V+ g
: L7 z/ m1 u0 l. A
对于一般的空调系统，风道压力损失值可按下式估算
, D2 o$ P: U0 [* [! R/ M$ ~ △P=△pyl（1+k）+∑△ps (Pa)" a$ n4 R! H) g1 i. B2 i) g' 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。 & v7 d2 B. u1 X& b1 t
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。
4 | Y* ~! `% ?- l+ Fk—局部压力损失与沿程压力损失之比值：
7 `3 S( c4 l5 A7 A7 E7 k弯头、三通等局部管件比较少时，取k =1.0~1.2； 6 u" g `5 y/ |7 I9 o8 I
弯头、三通等局部管件比较多时，可取到k =3.0~5.0。 : a8 o" \) f* K0 V4 b' s0 r
∑△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。 + A0 j" _0 e0 W; \7 M
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
) W% u% z4 h' B) Z6 C
4 E$ h1 P$ x6 |' E+ E
- t, e5 T; U# C
* o0 v+ k- ^/ G6 j5 @7 m
- k" u; W4 I& u! ]
参考取值
6 z0 f5 [+ B* u+ r4 z' l, s' L- u0 |; K
- O2 X* C7 Q% Y: O% [! |, D; P# X3 I4 g, O) O/ t: w
$ R1 b+ X" Q- i& c; d Q
& {4 I: _( x2 ?0 T* o8 Y* W |
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