风道设计计算的方法与步骤

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一．风道水力计算方法

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。
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。

1．假定流速法
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．压损平均法
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。

3．静压复得法
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。

二．风道水力计算步骤

以假定流速法为例：
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。
2．在计算草图上进行管段编号，并标注管段的长度和风量。
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。
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。
4．选择合理的空气流速。
风管内的空气流速可按下表确定。

表8-3空调系统中的空气流速（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。
通过矩形风管的风量：G=3600abυ (m3/h)
式中：a，b—分别为风管断面净宽和净高，m。
通过园形风管的风量：G=900πd2υ (m3/h)
式中：d—为圆形风管内径，m。

6．计算风管的沿程阻力
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。

7．计算各管段局部阻力
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。

8．计算系统的总阻力，△P=∑（△pyl +△Pj）。
9．检查并联管路的阻力平衡情况。
10．根据系统的总风量、总阻力选择风机。

三．风道设计计算实例

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。

【解】

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。
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。
3．列出管道水力计算表8-4，并将各管段流量和长度按编号顺序填入计算表中。
4．分段进行管道水力计算,并将结果均列入计算表8-4中。

管段1—2：风量1500m³/h，管段长l=9m
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’=1500/(3600×4)=0.104m²
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
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：
△Py=△py×l=0.7×9=6.3Pa
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。
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
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
△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
△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
△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
△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
△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
△Pj6=0.1×(1.2×5.22)/2=1.6Pa （取三通入口处流速）
该管段局部阻力：△Pj=△pj1+△pj2+△pj3+△pj4+△pj5 +△Pj6
=10.5+5.99+2.5+2.3+1+1.6
=23.89Pa该管段总阻力
△P1-2=△Py+△Pj=6.3+23.89=30.19Pa

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：

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
△Py=△py×l=0.8×5=4.0Pa
局部压力损失计算：
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
△Pj =0.28×(1.2×6.252)/2= 6.6Pa. （取总流流速）
该管段总阻力 △P2-3=△Py+△Pj=4.0+6.6=10.6Pa

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：
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
△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。
消声器：消声器的局部阻力给定为50Pa，即
△pj1= 50.0Pa
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
△pj2=0.2×(1.2×6.252)/2=4.7Pa
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
△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。
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
υ=4500/（3600×0.315×0.36）=11m/s
渐扩管的局部阻力 △pj4=0.15×(1.2×112)/2=10.9Pa
该管段局部阻力
△Pj=△pj1+△pj2+△pj3+△pj4
=50.0+4.7+5.9+10.9=71.5Pa
该管段总阻力
△P3-4=△Py+△Pj=8.64+71.5=80.14Pa管段4—5：
空调箱及其出口渐缩管合为一个局部阻力考虑，△Pj=290 Pa
该管段总阻力
△P4-5=△Pj=290Pa

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：
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
△Py=△py×l=0.96×6=5.76Pa
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。
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

△pj1=0.64×(1.2×6.252)/2=15.1Pa弯头(两个)：

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
△pj2=0.2×(1.2×6.252)/2=4.7Pa
2△pj2=4.7×2=9.4 Pa
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
υ=6.25m/s 渐缩管的局部阻力
△pj3=0.1×(1.2×6.252)/2=2.36Pa
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
0.63×0.5×0.8=0.252m²
其迎面风速为 4500/（3600×0.252）=5 m/s
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
△p4=0.9×(1.2×52)/2=13.5Pa
该管段局部阻力

△Pj=△pj1+2△pj2+△pj3+△pj4
=15.1+9.4+2.36+13.5 =40.36Pa
该管段总阻力
△P5-6=△Py+△Pj=5.76+40.36=46.12Pa5．检查并联管路的阻力平衡
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8-4中。

管段7—3：
沿程压力损失 △Py=9.1 Pa
局部压力损失 △Pj=28.9 Pa
该管段总阻力 △P7-3=△Py+△Pj=9.1+28.9=38Pa

管段8—2：沿程压力损失 △Py=1.4 Pa
局部压力损失 △Pj=25.8 Pa
该管段总阻力
△P8-2=△Py+△Pj=1.4+25.8=27.2Pa检查并联管路的阻力平衡：
管段1—2的总阻力△P1-2=30.19Pa
管段8—2的总阻力△P8-2=27.2Pa
（△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
管段7—3的总阻力△P7-3=38Pa
（△P1-2-3-△P7-3）/△P1-2-3=（40.79-38）/40.79=6.8%<15%
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．计算最不利环路阻力 △P=△P1-2+△P2-3+△P3-4+△P4-5 +△P5-6
=30.19+10.6+80.14+290+46.12
=457.05 Pa
本系统所需风机的压头应能克服457.05Pa阻力。8-4管道水力计算表

四．风道压力损失估算法

对于一般的空调系统，风道压力损失值可按下式估算

△P=△pyl（1+k）+∑△ps (Pa)
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。
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。
k—局部压力损失与沿程压力损失之比值：
弯头、三通等局部管件比较少时，取k =1.0~1.2；
弯头、三通等局部管件比较多时，可取到k =3.0~5.0。
∑△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。
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

参考值表

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