一．风道水力计算方法 " F" f8 H/ q3 D- J1 e [+ r; J5 e) t
; `0 q- o: C$ 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。
2 C6 J2 F, u8 \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。
- U/ K) y$ X, f7 R' u- B ~0 G t" E( f, B& q
1．假定流速法
, m) O! i; r. z: l& v& 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。7 f |7 P% F4 V, E
% Q1 a. y. \+ h: W* V+ _2．压损平均法 6 c' I& I4 x( c5 X6 ?$ T- Q2 o
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。/ Q! |8 q# V, k
9 v, v8 F2 `6 t+ I8 m
3．静压复得法
4 _7 X, Z9 I* K3 ?% [: Z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。. b1 \; U* x" s: T; u
: o+ L. A0 A0 m" D8 Y
二．风道水力计算步骤 ( s0 s! k" {! _, j: g9 Q
/ M; Y y. {; \; ^, {- x7 v以假定流速法为例：
# ~8 u$ V" P! i. B1．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。 4 A5 J) c0 h! Y. [' J) Y4 g
2．在计算草图上进行管段编号，并标注管段的长度和风量。
- g* m c2 k! z, m+ _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。 ; C8 M3 o( ^ J% F3 z+ o+ g8 Z
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。
2 i2 v" q* l, n P4．选择合理的空气流速。 6 ^, P$ P; W* A* d* N
* ]' T3 W/ f! p3 E3 r
风管内的空气流速可按下表确定。
$ \6 W9 V; ~1 q
( C' S" S g2 o2 o; {表8-3空调系统中的空气流速（m/s）
. i. y- R9 A' x8 U$ f
) |. |' l6 Z" S y9 Q; x1 {9 u
8 \: s, \% |% ?" Y! ^5 t. ^0 L1 r5 D* y1 K3 ^8 r
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。% H2 r- ~- ^7 k0 I) D
通过矩形风管的风量：G=3600abυ (m3/h). s' J9 i6 Y4 y) \
式中：a，b—分别为风管断面净宽和净高，m。 6 A6 G% v( \/ \& p5 x0 J
通过园形风管的风量：G=900πd2υ (m3/h)
+ @% G8 n, u! R9 F7 r4 S式中：d—为圆形风管内径，m。 * @5 i$ y4 ^' B' l
% \) q8 ?% F: h) Z" b6．计算风管的沿程阻力
" }. s# t. L/ E6 d. z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。: `$ r( u2 F6 d0 P2 R) m) u" [
. A' F4 V% Y" _9 `7．计算各管段局部阻力 " @7 w+ S5 _2 {. Y. r
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。 4 B. m* L- R, g5 _5 J- k
+ t& Q& Q* o5 g6 y* F" L
8．计算系统的总阻力，△P=∑（△pyl +△Pj）。
/ \0 a6 J0 c) |8 D! e, t- d9．检查并联管路的阻力平衡情况。 , {$ ]( W' R# U/ }1 Z8 O
10．根据系统的总风量、总阻力选择风机。5 x5 L3 J' p$ G5 B I7 ^2 F
" U% y4 e2 u# Y三．风道设计计算实例
7 E" L4 U! H8 l. ]# [' f" o( t/ D- @3 ~& R
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。0 v' F0 d6 W) x. Q' Y5 f1 d1 l
$ z3 ~" L( h, }/ k m+ B# o7 z
! i0 h3 T o) ]' w0 F( Y8 S6 ~8 [5 u- R" z/ \# C
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& ?9 |) }) W4 d* [2 ~
8 D) O2 F& J$ R4 R5 [: U/ o% y【解】( A4 z& k5 x' P0 S" \
4 X2 G; q; d! e% m! `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。
( ?$ x5 q- p# ?4 C2．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。
$ r0 X7 z, k0 w2 A- A3 v3．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。# W' R% ~4 z# }0 n& b. {8 @2 E: J& e
4．分段进行管道水力计算,并将结果均列入计算表中。
+ [) j B4 G$ m8 D+ N w/ O: V9 I7 ?7 N4 i
管段1—2：风量1500m3/h，管段长l=9m
}9 C& E! ]1 R2 I, |! h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：
0 K4 ~, b' r& G( r. n' v F’=1500/(3600×4)=0.104m2* U. x* F' F9 @; [ Q
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 i, }5 t3 W1 B/ l# P% t/ l& k
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：
5 ~" `) w9 i1 j& O5 ^ △Py=△py×l=0.7×9=6.3Pa' z( G6 \4 j' i6 b5 o5 P+ p
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。
. ]0 F: L2 n# p& f5 d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 ( @* F+ P) ^& ?: v- E' I" y% M
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 8 ]6 a" c; ]1 E9 o: p6 K: E+ J# S
△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
' |4 _# e- g+ a, o1 ?3 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: n4 l( H" N1 \$ d& 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 * x- u4 l+ f, \2 N6 G. e& 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
' ] @! a: T( A9 l △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 9 O" N" ]- ]. u' K
△Pj6=0.1×(1.2×5.22)/2=1.6Pa （取三通入口处流速） 6 _$ \& i6 E2 e0 Q" A6 o5 i. ^
该管段局部阻力：△Pj=△pj1+△pj2+△pj3+△pj4+△pj5 +△Pj6
# l8 b7 U% Y' [ c# Y. H =10.5+5.99+2.5+2.3+1+1.6
$ E) M2 z B5 h# T" r) w7 X =23.89Pa该管段总阻力
' b" _9 }/ j1 X% r △P1-2=△Py+△Pj=6.3+23.89=30.19Pa
9 @( }0 u' S4 Y8 L' G+ {" v4 c+ L/ g. w$ x6 N" W
' A+ l* H& D0 F; N$ O
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：) e$ q2 i* f1 T( A2 P Q9 m2 {
" K, E5 K j1 N- o: i8 ?3 D$ 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
5 J7 Y1 M" b! J+ \$ P △Py=△py×l=0.8×5=4.0Pa
2 A0 V2 [- a; ~2 n局部压力损失计算：# `0 H, y. e0 p
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 j2 Z; ]3 J+ c% A: ]
△Pj =0.28×(1.2×6.252)/2= 6.6Pa. （取总流流速）
- h2 v& `' Z8 k0 i& E8 M% _5 {该管段总阻力 △P2-3=△Py+△Pj=4.0+6.6=10.6Pa+ E5 F7 A- l1 ]/ _5 q$ @
E1 ?2 C8 _3 d6 A6 j4 Y) q
8 A. J8 o6 _" D# T& @% p
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： ' l4 _' F6 A1 a8 r$ _
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 # N! Y, Q$ W3 V5 ^5 G5 l: o
△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。: H+ n4 _0 D+ J7 I$ G1 s
消声器：消声器的局部阻力给定为50Pa，即
* v+ M2 v0 F& }/ _# G1 E, n* a- G9 T △pj1= 50.0Pa
8 H0 L) L8 [) q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
% W: T8 Z: p# h! a9 U- ]% ^ △pj2=0.2×(1.2×6.252)/2=4.7Pa* j: {$ `' H( i- C
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 ' {8 z4 p4 \$ x8 x/ b) 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。 6 g& W0 Y X9 y: L( q
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
2 a" [0 b5 i, Y& n( Z* A J* w5 T4 A4 u- q υ=4500/（3600×0.315×0.36）=11m/s
; b5 h- J# K7 K' @4 N4 D4 J渐扩管的局部阻力 △pj4=0.15×(1.2×112)/2=10.9Pa) a' C* P! n8 D7 J
该管段局部阻力
% u- z" ?0 E, [7 | △Pj=△pj1+△pj2+△pj3+△pj4
5 V- S# w- O7 E: N" ^ =50.0+4.7+5.9+10.9=71.5Pa
8 Q# z4 ?6 z. t该管段总阻力 : ^* Y+ n5 |2 v2 W) g, ]) D6 {
△P3-4=△Py+△Pj=8.64+71.5=80.14Pa管段4—5：
, w9 C1 V. C, [$ t9 c空调箱及其出口渐缩管合为一个局部阻力考虑，△Pj=290 Pa
" [6 I0 ?( g. n6 V; l& F* R该管段总阻力 * ^) r% a, I# o8 n6 N6 E0 c
△P4-5=△Pj=290Pa
& v7 M! d+ R5 y
& Z: Z; T- b1 n+ u! S) F% F4 a: P b; |
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：1 F o, \' c7 h4 J! p4 s% C0 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
& R3 v2 N" B2 m4 g9 D% a9 ` △Py=△py×l=0.96×6=5.76Pa
1 @2 w# j% ^8 \, u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 c% O3 V2 t2 p
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 * ]1 y( V/ P0 w
) Y% T9 ~! h; V+ F+ S5 p, N
△pj1=0.64×(1.2×6.252)/2=15.1Pa弯头(两个)：: b/ u" T6 u1 R
h e9 g* Z$ t0 v% M
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: [: c' H$ \& D! n1 h △pj2=0.2×(1.2×6.252)/2=4.7Pa
. K4 Q/ _+ a) t 2△pj2=4.7×2=9.4 Pa
& u5 J/ h U' s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 7 c1 n4 L, s" c3 }% f# D& L6 {
υ=6.25m/s 渐缩管的局部阻力
* @$ H$ _5 W2 R! y: J/ Q2 S9 y △pj3=0.1×(1.2×6.252)/2=2.36Pa
3 ]' N1 Y; t1 g- N( B- [3 g/ d9 l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 ) k9 i+ V i! \7 J- S
0.63×0.5×0.8=0.252m2% u! y* }1 b6 o1 O
其迎面风速为 4500/（3600×0.252）=5 m/s6 A; U0 m) k( r8 d' S4 ^( W
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
w! e( I9 q: K. r △p4=0.9×(1.2×52)/2=13.5Pa
% e$ i$ r1 A7 E' d该管段局部阻力 * _5 Y% z( T9 ~3 [5 l+ ?. |5 E5 N
+ C) ^% Z. V2 O @ △Pj=△pj1+2△pj2+△pj3+△pj4
, l5 H+ M( W3 V =15.1+9.4+2.36+13.5 =40.36Pa* y2 I9 G0 N' x( B
该管段总阻力
' g) r- A( P& j R △P5-6=△Py+△Pj=5.76+40.36=46.12Pa5．检查并联管路的阻力平衡 ! O2 W% v5 w& I1 `+ ^
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。
* H( G4 `0 B2 ~+ J. Y
. P* M8 [7 P" [. ^3 f管段7—3：
* S0 J! o5 P+ J0 M# j b沿程压力损失 △Py=9.1 Pa6 x+ b7 `+ i" X2 W5 w+ @, @# d. J0 B
局部压力损失 △Pj=28.9 Pa
8 L6 b0 |% z' U) [' F+ K$ b5 N9 u( z该管段总阻力 △P7-3=△Py+△Pj=9.1+28.9=38Pa. m- a$ S+ c# n) F& U+ l2 S1 {! _+ z% I
( `2 A8 v. C4 ?+ m" n' t
9 f$ i. X: D" C) v# q管段8—2：沿程压力损失 △Py=1.4 Pa
$ H9 P7 v. F9 m- b2 x+ Q局部压力损失 △Pj=25.8 Pa4 j0 ^4 K. ~: v2 F% s3 K/ j3 u5 G
该管段总阻力+ B! k; G" F3 k [ ^
△P8-2=△Py+△Pj=1.4+25.8=27.2Pa检查并联管路的阻力平衡：6 m1 B) J% _4 M7 P, m6 u. d
管段1—2的总阻力△P1-2=30.19Pa. O4 l% l( Z$ Z( D- C% } b0 h
管段8—2的总阻力△P8-2=27.2Pa
- K; T* p% D* H6 p& 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 Pa9 Z& S$ E1 h: O' e1 y
管段7—3的总阻力△P7-3=38Pa
- c" \6 U$ ?0 h( }1 m3 d* U （△P1-2-3-△P7-3）/△P1-2-3=（40.79-38）/40.79=6.8%<15%/ F0 f$ t0 |% O7 \" j
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。
# v/ S v1 C$ K" V+ ?1 D$ E+ D9 ^* ?0 ]/ o- v- Y8 `0 M ~
5．计算最不利环路阻力 △P=△P1-2+△P2-3+△P3-4+△P4-5 +△P5-6
9 _3 E; ]3 M- A* a& [ =30.19+10.6+80.14+290+46.12* h4 `) y z$ W
=457.05 Pa- p. A, e; M2 h, V$ \
本系统所需风机的压头应能克服457.05Pa阻力。 I4 I* h+ D& f' d" |- D* B& j
, O# a( y$ h+ Q; M
& Z: \' S8 \; s$ v* U9 x, Q: o
四．风道压力损失估算法 e% w# W5 M u# y3 @
0 o0 }# h& c5 S% v% m# i2 \, P对于一般的空调系统，风道压力损失值可按下式估算 + a2 K+ D" `$ N1 E
△P=△pyl（1+k）+∑△ps (Pa)- r' ^! `2 n9 R: G
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。
6 C3 W" P7 B0 Jl—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。
/ a9 {, H/ G8 r6 F4 y. X/ ]8 {k—局部压力损失与沿程压力损失之比值：
6 Y; K/ A! c% D3 P' ?弯头、三通等局部管件比较少时，取k =1.0~1.2； 5 {5 m& J* j- c$ R# Y5 R
弯头、三通等局部管件比较多时，可取到k =3.0~5.0。 * j& Z& s6 q- B& J1 W% s2 E3 S
∑△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。 ! y% }' P- Z6 Z* g
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 r% R! M- C, u8 f" V) `
9 x, \9 @0 S; Z1 e# @# x
- ?3 u ~4 }+ W7 b) E
! s; ~; W: }3 q6 Z- K) f2 I/ z
5 V& o, q9 O, g( c& a/ A9 W# P9 I" K参考取值6 t' p5 s$ r* `( B# y
( i: U9 ^5 q1 {5 Q1 ?% x" f k, v
a6 G5 s, m7 ]9 m8 @! r
# N) A' _: {& A6 S; G2 C1 G1 o
& P7 e* D! ^! r3 `/ H' p( E
, T! T) E- ^: i+ I! H
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