一．风道水力计算方法 ' P8 a" y3 M% S+ u' X) O2 v* T, ^
/ k6 } T6 j. h2 C
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 f$ k, }- H* u, ?/ J( T
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。
+ e7 M# n- G i8 W
( n, [0 {% Y `! \0 ? q1．假定流速法 4 z. r2 ]0 {9 z& V
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。2 U% t% |8 D2 A$ Q2 h- S$ o) E
$ U$ z. U U$ Z5 l! I2 t1 W2．压损平均法
, \" h$ m! `5 @+ d1 {8 h9 W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。
$ W8 L1 Q" l0 h( v" e+ X# X" y5 l2 K% f% H2 `& z" D! B
3．静压复得法
/ j2 X9 o: a1 a* l4 w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。
1 f5 Y5 D( r! T6 f6 D5 w7 b7 O) Y) G/ x
二．风道水力计算步骤 " p' W |% c& U8 N5 _
" e; `7 c" H/ K8 c9 j% m$ E
以假定流速法为例：
`0 n5 F6 q. x4 `9 C6 _2 n1．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。 . d5 P1 z; ?) d& C9 J1 H+ X6 c' `& 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。
' C% U- P8 C+ v$ ]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。 . D% e5 m8 }6 _" E
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。
( h; l5 S9 V* h: [% R8 Z/ R4．选择合理的空气流速。
k5 r/ v E( O O8 y7 T% ?3 L
$ {! b3 ~& h/ \1 q2 q2 p风管内的空气流速可按下表确定。
2 k! k& n) C0 V5 C p8 S8 f
8 R: H! \7 ]. R' N' B$ C表8-3空调系统中的空气流速（m/s）
- R# |6 P9 f1 D* v X9 ?2 Z% E0 v
8 J; t0 b- i& M. e: @$ j& J( [
% i7 z/ `. _5 S1 Z& P1 z
6 v) |% I+ {2 w7 c5．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。
! j4 K' ?( e H; v' G1 O2 V通过矩形风管的风量：G=3600abυ (m3/h)7 f# ~6 N1 U% M. \8 r% K
式中：a，b—分别为风管断面净宽和净高，m。
) }/ A0 `5 y2 u! \通过园形风管的风量：G=900πd2υ (m3/h)
6 D$ f, V' L- B# ]/ N) `3 c式中：d—为圆形风管内径，m。 . h6 @& O. \; R+ K) F
4 C k& e' ?3 K1 V Z6．计算风管的沿程阻力
! G) d3 N& W; X0 q6 y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。2 {' d9 j! S1 l
+ P7 I& w9 n3 v* C. S8 a9 V
7．计算各管段局部阻力 f, d d) @4 r' ]7 ]" q
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。
+ t! w1 o" G! z8 t5 Q8 ?
7 E9 `4 v3 T$ t3 I% m6 M! n8．计算系统的总阻力，△P=∑（△pyl +△Pj）。 " Z2 y8 j' W( f
9．检查并联管路的阻力平衡情况。
3 ^! a1 }. e' B9 D5 l( N! E4 U7 l: y10．根据系统的总风量、总阻力选择风机。$ l. b; _8 d# R! h& [
/ n4 g7 Z9 [2 f9 H- V
三．风道设计计算实例 ! P8 j8 I E" d: l7 G& N, n' A0 E
6 X. F$ W; m; K* i$ o1 _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。' r4 j# \2 K) W" \
/ K+ H4 T) d* O- e
$ a) G- H, x4 \5 h
- ^9 k0 g# U& q; z `) V 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
3 r% k+ S- `5 e: _0 N/ @
& Z+ V8 x$ Z" G. U) n1 j【解】
0 Y) x6 p O7 y) _) g# o5 W4 Y3 @2 s* A
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。6 Z5 u& y; ?( V7 f3 g+ |) j
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。) K' h& J) T* q& O
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。: q# {: F' H3 ^
4．分段进行管道水力计算,并将结果均列入计算表中。1 B( h- @: b- u$ X& a" g6 S h/ X P+ G
+ u8 y @3 p/ Y7 H1 C8 \2 }+ J管段1—2：风量1500m3/h，管段长l=9m
( v8 k, D6 U, P! A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：
- o j z4 U1 q2 ^ F’=1500/(3600×4)=0.104m2
: n: E0 p( |: b; p6 h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
* ?1 a+ V1 ]) C$ G9 ?+ [# F 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：
! g! g3 ?/ O1 `0 a7 D7 m( a △Py=△py×l=0.7×9=6.3Pa( x1 R1 _, U! X# a( w
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。' @* n$ b- s4 ^ x, x8 X
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 # Z1 A' j0 e9 @0 u+ {
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 a8 |. ~5 ?& r% t- H2 Y △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
: Z4 H/ S9 W9 c R1 k5 S4 X: {& u △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
5 R$ m; P: u! O! U4 w0 O; R △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
& ?# L' B2 ]1 E/ e4 Y5 T1 v △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 4 g0 x( M) C( W V2 R. ^6 c) b
△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
2 m7 L- k+ I$ N* {9 L( M △Pj6=0.1×(1.2×5.22)/2=1.6Pa （取三通入口处流速）
3 X; e8 }$ Z, r3 c0 t该管段局部阻力：△Pj=△pj1+△pj2+△pj3+△pj4+△pj5 +△Pj6. Q$ y5 q7 {' o+ |
=10.5+5.99+2.5+2.3+1+1.6" q, x4 S* I# d6 [
=23.89Pa该管段总阻力 2 I* @+ n0 k4 H& ^$ y; B g
△P1-2=△Py+△Pj=6.3+23.89=30.19Pa
3 k: S4 B5 }8 ?; b8 A. [9 p2 l
1 G) {3 d( G+ R# Y& Q9 D- |& Z, F5 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：
- ?5 A8 ^) y/ @1 X; f% V
" h2 w( n; E) X0 c2 I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" @* ]1 b! i0 z% M/ I! @ △Py=△py×l=0.8×5=4.0Pa
# Y+ ]( }. E. J局部压力损失计算：3 o: z4 R8 `' m! g/ Z) g
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
; q F' I( |' U5 a. ` △Pj =0.28×(1.2×6.252)/2= 6.6Pa. （取总流流速）
! r3 l+ v- f& o3 L9 `+ x该管段总阻力 △P2-3=△Py+△Pj=4.0+6.6=10.6Pa
+ y, y2 k- R2 Z, r. Y
8 \! ]# K# x; O$ a1 u5 Z$ j, v1 @0 Z# r& Q4 t
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 P' o& z! T. t2 \( q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
. V# P/ x, w2 z/ ]6 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。
1 w+ }6 `# ~# m5 }6 C消声器：消声器的局部阻力给定为50Pa，即 " K( A% B" \+ b, l* p
△pj1= 50.0Pa& e' g0 @/ {2 X) r j: I4 {3 v! U M
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 8 _1 j3 p" B% R Z
△pj2=0.2×(1.2×6.252)/2=4.7Pa
2 u. @$ N' h- i9 ~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
2 A: Z; V& j0 l2 \7 r9 ?7 W △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。 $ ?; F6 j9 p2 V. [( ^$ r& T
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# H( P1 p. C7 z υ=4500/（3600×0.315×0.36）=11m/s8 L8 T3 D. J) u. ~: z' G6 G& Q7 d
渐扩管的局部阻力 △pj4=0.15×(1.2×112)/2=10.9Pa* x" v5 ^& ^- t' g, c+ n5 _
该管段局部阻力 * r: V& @) y. t1 Z0 R0 H+ N
△Pj=△pj1+△pj2+△pj3+△pj4
3 W& E6 n3 @4 y0 _1 |/ Q; a =50.0+4.7+5.9+10.9=71.5Pa
" T5 }/ m2 D5 V) s& A/ M% F该管段总阻力
# B4 h0 V. u- N" _# K2 z( @" m: M8 r △P3-4=△Py+△Pj=8.64+71.5=80.14Pa管段4—5：
* S4 r! d! _2 ^+ G8 ~ ^) K3 X空调箱及其出口渐缩管合为一个局部阻力考虑，△Pj=290 Pa$ k8 I; G" @9 v' x8 R
该管段总阻力
6 [4 F2 p3 o: `: l, ] △P4-5=△Pj=290Pa
- s* v$ h$ I1 Q$ N3 A" x. U6 h- ^0 k! m8 D! W& p, t
4 G& n$ y# y; f: I2 `$ R8 W
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：& K3 R! O6 z7 A. 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5—6的沿程阻力 9 i" J2 m; B1 K% ]
△Py=△py×l=0.96×6=5.76Pa
: m* c7 c/ B) |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。
% m* \" P+ T, i: v. B3 ?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
. J9 d* }! T% a) [1 k
3 M6 ?+ s1 \. W/ I! d* @$ a△pj1=0.64×(1.2×6.252)/2=15.1Pa弯头(两个)：8 X8 ^2 L' l# O3 I9 a' H5 u: O8 A
& l: T7 X5 Z/ g* \& J: q; v' Q
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 2 X/ o, z8 ]8 \2 V; Q6 c
△pj2=0.2×(1.2×6.252)/2=4.7Pa; c/ J+ ?0 q. h5 Q- C
2△pj2=4.7×2=9.4 Pa \" @ V: V' c. b1 |3 X
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
/ Z$ Z* g2 Q8 U1 V" D* A υ=6.25m/s 渐缩管的局部阻力 4 E7 z* a1 |- K/ Z0 y
△pj3=0.1×(1.2×6.252)/2=2.36Pa
M% \) Q- G* s [) Y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
% a/ R P$ Z, S 0.63×0.5×0.8=0.252m2& U! e5 g# U* g% l* T
其迎面风速为 4500/（3600×0.252）=5 m/s/ g0 ]2 a7 _" F1 g7 C8 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
6 ^2 T1 s! \- ` △p4=0.9×(1.2×52)/2=13.5Pa
3 M' z3 O3 V, A' h该管段局部阻力 2 U: P4 k2 B* u7 I( ~
{$ C: n* o" D+ c: v$ I3 y$ z2 [
△Pj=△pj1+2△pj2+△pj3+△pj4
) k8 B; J. \, \ G" \+ q: k =15.1+9.4+2.36+13.5 =40.36Pa; u9 y! ?- R' Y' r
该管段总阻力
7 j. m' c4 C' T* t" X3 \ △P5-6=△Py+△Pj=5.76+40.36=46.12Pa5．检查并联管路的阻力平衡
# q" W3 e M/ v0 ~4 B3 f) Y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。 ; K" f/ q' X! q% W2 I
+ K( F% u2 q+ s7 {& Z管段7—3：0 E* r# {. o3 ~& `& q
沿程压力损失 △Py=9.1 Pa
/ @5 ~: c, |% j, j6 {: E/ U1 U局部压力损失 △Pj=28.9 Pa
" f, f# Y' t! ~$ E该管段总阻力 △P7-3=△Py+△Pj=9.1+28.9=38Pa
1 l: o! S% T+ K% ]' C6 k. l; I) K
' f- b/ g. |* g5 B' z* |管段8—2：沿程压力损失 △Py=1.4 Pa1 ]( H4 F5 e4 q+ Z$ B4 [, Z- k
局部压力损失 △Pj=25.8 Pa, z) D/ [9 D( |: K& @5 J
该管段总阻力7 J+ s2 f1 n0 n! o
△P8-2=△Py+△Pj=1.4+25.8=27.2Pa检查并联管路的阻力平衡：
9 L1 n* B, l+ m% O管段1—2的总阻力△P1-2=30.19Pa- R( [8 Y2 M0 `
管段8—2的总阻力△P8-2=27.2Pa' N' D* S8 [& v4 c, }2 `
（△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 Q" v: L$ S' e' e0 B# U5 k s! g1 Z/ W
管段7—3的总阻力△P7-3=38Pa ]0 ?6 C8 o' b; q7 I
（△P1-2-3-△P7-3）/△P1-2-3=（40.79-38）/40.79=6.8%<15%
: h0 r' {' C" ]3 ^1 b* X3 p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。- D) }, n6 \5 G# Q* B. ~3 G% c& h
) B% d" Z- Y* j9 x0 a
5．计算最不利环路阻力 △P=△P1-2+△P2-3+△P3-4+△P4-5 +△P5-6
0 b# [/ x: k1 d% t- ` =30.19+10.6+80.14+290+46.12" R q( p6 I, e" Q+ v
=457.05 Pa+ u C3 _' o0 _
本系统所需风机的压头应能克服457.05Pa阻力。
# ~- R0 O! w' o, M
9 W; t$ Q S# i- v; u6 ?5 d7 j# X+ z" K# I7 \( q
四．风道压力损失估算法
- v6 |# N$ n: |. t3 R6 M# r
0 x& x' h0 I! a: s' r对于一般的空调系统，风道压力损失值可按下式估算 5 S+ }7 S# }+ S8 m. x7 c
△P=△pyl（1+k）+∑△ps (Pa)
S' a: y3 V- i4 b* J! v# [, d: {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。 ! T$ W+ A) a; v4 f3 |: t6 T' G
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。 # |; T- c( r3 d1 h, ` I+ q& `9 ?
k—局部压力损失与沿程压力损失之比值： " ^$ x9 i3 y. Q, q9 s U k! R
弯头、三通等局部管件比较少时，取k =1.0~1.2； 8 _7 k3 J' k9 B( I
弯头、三通等局部管件比较多时，可取到k =3.0~5.0。
: f$ g/ O+ O4 O( E( P- o! ?% g∑△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。 ' {0 l$ r- |9 ]9 ^# J3 d
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, S3 k% L0 H+ ^
) ^. \7 V2 f. z8 T X; ]
' p2 ]/ v8 K2 p" K, D3 H
! Z$ M1 Z8 D" w
. ^+ e& {: S; L" C C6 U) Q3 L/ G
参考取值! R7 k! a) v) ~0 n0 ^$ ^6 W
0 d1 j3 |$ M1 \- U! X4 U
: R( e( z; ?1 W9 P v8 y: }5 t
( _* [- ]/ f; D. V3 l
# l" y' |9 z5 W" h3 z; R) b
0 }4 g0 i) a l7 S6 r8 Q0 l6 x |
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