排油风机选型前校核风系统水力计算是很重要的一步，不然很可能出现设计压力不足，选型也不满足实际需求的情况，特别是在为了满足净高要求，一味压缩风管尺寸、增加风管转弯的情况下。
本文分析了 不同尺寸 排烟 支 管对排烟系统阻力情况的影响，计算了不同阻力情况下对排烟风机实际运行时排烟量的影响。不一味压缩排烟风管，适当加大排烟支管尺寸，降低排烟支管排烟风速，可以尽量满足排烟口实际排烟量需求，有利排烟风机选型。
防烟分区一（PY-W-1）：防烟分区最长32.3米，面积81㎡，2~7层为一个排烟系统，设置独立的排烟竖井，内设金属风管，排烟风机设置在屋面，排烟风机风量考虑风道漏风系数及风机选择安全系数后按20000 m3/h选定。
防烟分区二（PY-W-2）：防烟分区最长22.5米，面积80㎡，2~7层为一个排烟系统，
防烟分区三（PY-W-3）防烟分区最41.9米，面积112㎡，2~7层为一个排烟系统；
防烟分区二、防烟分区三合用排烟竖井，内设金属风管，排烟风机设置在屋面，该排烟风机每层带2个防烟分区，2个防烟分区排烟量应叠加计算，排烟风机风量考虑风道漏风系数及风机选择安全系数后按35000 m3/h选定，图3为PY-W-1~3排烟系统图。
PY-W-1~3排烟系统排烟风管设计
PY-W-1~3排烟系统中，PY-W-2、3排烟系统主风管每层带2个防烟分区，以PY-W-2、3排烟系统为例，分析每层支风管尺寸、风速对PY-W-4排烟系统排烟风机的影响。
PY-W-2、3排烟系统排烟风机参数：HTF（A）-Ⅰ型10# 35000m3/h，770Pa，1450rpm，11KW，吸风段主风管尺寸为1000X800的金属风管，主风管风速v=12.16m/s。
其中防烟分区二（PY-W-2）：计算排烟量13000m3/h，排烟风管支管1000x250，排烟风管支管排烟风速14.44 m/s，排烟口采用800x800单层百叶，排烟口风速7.1 m/s（已按百叶有效面积0.8计算）。
防烟分区三（PY-W-3）：计算排烟量13000m3/h，排烟风管支管1000x250，排烟风管支管排烟风速14.44 m/s，排烟口采用800x800单层百叶，排烟口风速7.1 m/s（已按百叶有效面积0.8计算）；
排烟系统风管内流速大，产生的动压大，系统阻力计算采用文献[1]中沿程阻力与局部阻力之和方式计算，即排烟系统管路阻力采用式（1）进行各种风速情况下的比较。
排烟系统管路阻力计算
排烟系统管路阻力
计算公式为：
其中：
沿程阻力计算公式为：
其中：
-
为各段风管比摩阻，单位为帕斯卡每米（Pa/m），数据来源于“鸿业计算软件获取”；
-
排烟风管系统，特别是带多个防烟分区的排烟系统，各段风管尺寸差异较大，造成各段风管内风速差异大，各段风管分开计算沿程阻力相对合理；根据《建筑防烟排烟系统技术标准》GB51251-2017第4.4.7条要求“机械排烟系统应采用管道排烟”，设计时采用钢板风管或内表面为金属材质的复合风管居多，当量绝对粗糙度采用0.15mm时的比摩阻；排烟系统测试时温度按20℃考虑，即使实际排烟时烟气温度较高，但比摩阻温度修正系数小于且接近1，计算时不考虑温度变化对系统阻力的影响。
局部阻力计算公式
局部阻力
的计算公式为：
其中：
-
-
为空气密度，单位为千克每立方米（kg/m3），空气参数取标准状态时为 1.2 kg/m3；
-
为该压力发生处的空气流速，单位为米每秒（m/s）。
查阅文献，排烟风管管件的局部阻力因数如表1所示。
表1 排烟风管管件的局部阻力因数
| 序号 |
管件名称 |
局部阻力因数 |
说明 |
| 1 |
室内排烟口 板式排烟口 |
1.10 |
排烟口局阻系数包括风管开口和风口两部分损失之和；百叶风口有效面积为80% |
| 1 |
室内排烟口 百叶风口 |
1.95 |
排烟口局阻系数包括风管开口和风口两部分损失之和；百叶风口有效面积为80% |
| 1 |
室内排烟口 渐扩管+钢丝网 |
0.25 |
排烟口局阻系数包括风管开口和风口两部分损失之和；百叶风口有效面积为80% |
| 2 |
防火阀 |
0.52 |
按多叶阀或蝶阀全开时局部阻力系数取值 |
| 3 |
弯头 绕短边转弯 |
0.19 |
弯头转弯半径取1/2边长；矩形风管长宽比小于4 |
| 3 |
弯头 绕长边转弯 |
0.27 |
弯头转弯半径取1/2边长；矩形风管长宽比小于4 |
| 4 |
三通 |
0.53 |
按45°合流T形三通近似取大值 |
| 5 |
风机入口变径管 |
0.31 |
查表取大值 |
| 6 |
风机出口变径管 |
0.25 |
|
| 7 |
室外排出口 固定百叶 |
1.08 |
百叶有效面积为80% |
| 7 |
室外排出口 渐扩管+钢丝网 |
0.25 |
百叶有效面积为80% |
根据《建筑防烟排烟系统技术标准》GB51251-2017中第4.2.4、5.2.3、5.2.4条等要求；PY-W-2、3排烟系统排烟风机运行时，启动防烟分区二或防烟分区三内任一个防烟分区内排烟口、排烟阀，此时，PY-W-2、3排烟系统排烟风机35000m3/h排烟量全部加载到该层1000x250排烟支管中，排烟支管排烟风速理论值达38.89 m/s，排烟口风速理论值达18.99 m/s（已按百叶有效面积0.8计算）。该边界情况下，计算防烟分区三最不利支路的系统阻力，即二层排烟口至屋顶排烟风机出口处的系统阻力，见图4 PY-W-3排烟系统阻力计算图，根据计算系统阻力为1255.11Pa，见表2 PY-W-3排烟系统最不利管路阻力计算表。
表2 PY-W-3排烟系统最不利管路阻力计算表（水平支风管1000x250）
局部阻力
| 编号 |
部件名称 |
风量 (m3/h) |
风速 (m/s) |
局部阻力因数 ξ |
局部阻力
(Pa) |
| 1 |
45°弯头设不锈钢防虫网 |
35000 |
12.38 |
0.25 |
23 |
| 3 |
280°排烟防火阀 |
35000 |
12.15 |
0.20 |
17.71 |
| 4 |
风管三通 |
35000 |
12.15 |
0.20 |
17.71 |
| 5 |
风管四通(6个) |
35000 |
12.15 |
0.20 |
17.71x6=106.26 |
| 3 |
280°排烟防火阀 |
35000 |
38.89 |
0.20 |
181.5 |
| 8 |
风管三通 |
35000 |
38.89 |
0.20 |
181.5 |
| 3 |
280°排烟防火阀 |
35000 |
38.89 |
0.20 |
181.5 |
| 9 |
百叶排烟口 |
35000 |
18.99 |
1.95 |
173.9 |
沿程阻力
| 编号 |
风管长度(m) |
风量(m3/h) |
风速(m/s) |
比摩阻Ri (Pa/m) |
沿程阻力(Pa) |
| 2 |
1.7 |
35000 |
12.38 |
1.5 |
2.55 |
| 6 |
20 |
35000 |
12.38 |
1.5 |
30 |
| 7 |
9.2 |
35000 |
38.89 |
36.9 |
339.48 |
| 合计 |
|
|
|
|
1255.11 |
采用同样计算方法，排烟支管尺寸调整为1000x500、1000x400、1000x320，排烟风管系统阻力情况见表3。
表3 不同排烟支管尺寸条件下排烟系统阻力
| 排烟支风管尺寸 |
排烟系统阻力 (Pa) |
占比 (%) |
| 1000x250 |
1255.11 |
100% |
| 1000x320 |
1042.86 |
83.09% |
| 1000x400 |
923.37 |
73.57% |
| 1000x500 |
846.66 |
67.46% |
防烟分区三（PY-W-3）排烟系统中排烟风机设计采用HTF（A）-Ⅰ型10#，风量35000m3/h，风压770Pa，排烟支风管尺寸采用1000x250时，实际最不利管路阻力为1255.11 Pa，系统最大阻力为风机风压值的1.63倍，防烟分区三设计需要排烟量为13000m3/h，排烟风机运行时随着系统阻力的增加风量随之降低，通过风机性能曲线分析，防烟分区三内的排烟量基本满足13000m3/h要求。
不同阻力情况下风机性能曲线分析
HTF（A）-Ⅰ型10#排烟风机为轴流风机，电动机传动为直联方式，图5黑色方框曲线为10#排烟风机的性能曲线图，A点为设计工况（排烟量35000m3/h，阻力770Pa）下排烟系统的工作状态点，而实际运行中，排烟系统阻力大大上升，以本案例为例，阻力上升至1255.11Pa，此时，管网特性曲线与风机特性曲线的交点从A点变为B点，从图中求得实际工况下B点风量为17360.3m3/h，满足13000m3/h要求。
通过排烟系统水力计算，排烟风机在克服排烟系统阻力情况下还要能正常运行时，风机风量大大降低，可以看出，需要克服的排烟系统阻力越大，风量降低的幅度越大。
排烟支风管风速对风机性能的影响
表3中可以比较得出，排烟支风管不同尺寸时风速不同，对风机风量、压力影响也不同。排烟支风管横截面积越小，风速越大，阻力越大，对风机风量、压力影响也越大。由图5可推断出，当排烟系统阻力更大时，实际工况下风管管网特性曲线会变得更陡，可能存在排烟系统风量不满足设计要求的可能。为保证排烟风机正常运行，排烟支风管风速计算时应尽可能选小，加大排烟支风管尺寸，降低系统阻力。
文章来源：
作者 | 浙江工业大学工程设计集团 郭超月 虞 杰
来源 | 2022年浙江省暨杭州市暖通空调动力学术年会论文集
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