【暖通学院】风道设计计算的方法与步骤(带例题)

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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。

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)

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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。


3.png

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


[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

5.png


来源:易筑暖通

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