风路系统水力计算

风路系统水力计算
1 水力计算方法简述
目前，风管常用的的水力计算方法有压损平均法、假定流速法、静压复得法等几种。

1.压损平均法（又称等摩阻法）是以单位长度风管具有相等的摩擦压力损失
m
p ∆为前提
的，其特点是，将已知总的作用压力按干管长度平均分配给每一管段，再根据每一管段的风量和分配到的作用压力，确定风管的尺寸，并结合各环路间压力损失的平衡进行调整，以保证各环路间的压力损失的差额小于设计规范的规定值。

这种方法对于系统所用的风机压头已定，或对分支管路进行压力损失平衡时，使用起来比较方便。

2.假定流速法
是以风管内空气流速作为控制指标，这个空气流速应按照噪声控制、风管本身的强度，并考虑运行费用等因素来进行设定。

根据风管的风量和选定的流速，确定风管的断面尺寸，进而计算压力损失，再按各环路的压力损失进行调整，以达到平衡。

各并联环路压力损失的相对差额，不宜超过15%。

当通过调整管径仍无法达到要求时，应设置调节装置。

3.静压复得法（略，具体详见《实用供热空调设计手册》之11.6.3）
对于低速机械送（排）风系统和空调风系统的水力计算，大多采用假定流速法和压损平均法；对于高速送风系统或变风量空调系统风管的水力计算宜采用静压复得法。

工程上为了计算方便，在将管段的沿程（摩擦）阻力损失m
P ∆和局部阻力损失
j
P ∆这两项进行叠加时，
可归纳为下表的3种方法。

将m
P ∆与
j
P ∆进行叠加时所采用的计算方法
2 通风、防排烟、空调系统风管内的空气流速
2.1 通风与空调系统风管内的空气流速宜按表2-1采用
风管内的空气流速（低速风管）表2-1
2.2 有消声要求的通风与空调系统，其风管内的空气流速宜按表2-2选用
风管内的空气流速（m/s）表2-2
2.3 机械通风系统的进排风口风速宜按表2-3
机械通风系统的进排风口空气流速（m/s）表2-3
暖通空调部件的典型设计风速（m/s）表2-4
2.5送风口的出口风速，应根据建筑物的使用性质、对噪声的要求、送风口形式及安装高度和位置等确定，可参照表2-5及表2-6的数值。

2.6 回风口的风速，可按表2-7选用；当房间内噪声标准要求较高时，回风口风速应适当降低。

2.7高速送风系统中风管内的最大允许风速，按表2-5采用。

2.8 机械加压送风系统、机械排烟系统及机械补风系统采用金属管道时，风速不宜大于20m/s；采用非金属管道时，风速不宜大于15m/s；机械排烟口风速不宜大于10m/s；机械加压送风系统送风口风速不宜大于7m/s。

2.9 自然通风的进排风口风速宜按表2-6采用。

自然通风的风道风速宜按表2-7采用。

自然通风系统的进排风口空气流速（m/s）表2-9
自然进排风系统的风道空气流速（m/s ） 表2-10
3 风管管网总压力损失的估算法
3.1 通风空调系统的压力损失（包括摩擦损失和局部阻力损失）应通过计算确定。

一般的通风和空调系统，管网总压力损失)(Pa P ∆，可按下式进行估算：
)
1(k l p P m +⨯∆=∆ （3-1）
式中
m
p ∆——单位长度风管沿程压力损失，当系统风量L ＜10000m3/h 时，
5
.1~0.1=∆m p Pa/m ；风量≥10000m3/h 时，
m
p ∆按照选定的风速查风
管计算表确定。

l ——风管总长度，是指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 ——整个管网局部压力损失与沿程压力损失的比值。

弯头、三通等配件较少时，k=1.0~2.0； 弯头、三通等配件较多时，k=3.0~5.0。

3.2.通风、空调系统送风机静压的估算
送风机的静压应等于管网的总压力损失加上空气通过过滤器、喷水室（或表冷器）、加热器等空气处理设备的压力损失之和，可按表3-1给出的推荐值采用。

3.3 机械加压送风系统管网的总阻力损失应包括防烟楼梯间、前室、消防前室、合用前室、封闭避难层的正压值。

其中防烟楼梯间正压值为40~50Pa ；前室、消防前室、合用前室、封闭避难层的正压值为25~30 Pa 。

4 沿程压力损失的计算
4.1 通过公式计算沿程压力损失 4.1.1 风量
4.1.1.1通过圆形风管的风量
通过圆形风管的风量L （m3/h ）按下式计算：
L=900πd2V （4-1）
式中d ——风管内径，m ；
V ——管内风速，m/s 。

4.1.1.2通过矩形风管的风量
通过矩形风管的风量L （m3/h ）按下式计算：
L=3600abV （4-2）
式中 a ，b ——风管断面的净宽和净高，m 。

4.1. 2 风管沿程压力损失 风管沿程摩擦损失
m
P ∆（Pa ），可按下式计算：
l
p P m m ∆=∆ （4-3）
式中
m
p ∆——单位管长沿程摩擦阻力，Pa/m ；
l ——风管长度，m 。

4.1.3 单位管长沿程摩擦阻力 单位管长沿程摩擦阻力
m
p ∆，可按下式计算：
22ρ
λV d p e
m =
∆ （4-4）
式中
λ——摩擦阻力系数；
ρ——空气密度，kg/m3；
e
d ——风管当量直径，m ；
对于圆形风管：
d
d e =
对于非圆形风管：
P F
d e 4=
(4-5)
例如，对于矩形风管：
b a ab d e +=
2
对于扁圆风管：
)
(4
2
A B A A F -+=
π
)(2A B A F -+=π
F ——风管的净断面积，m2； P ——风管断面的湿周，m ； a ——矩形风管的一边，m ； b ——矩形风管的另一边，m ； A ——扁圆风管的短轴，m ； B ——扁圆风管的长轴，m 。

4.1.4摩擦阻力系数
摩擦阻力系数λ，可按下式计算：
)51
.271.3log(
21
λ
λ
e e R d K +-= （4-6）
式中 K ——风管内壁的绝对粗糙度，m ；
e R ——雷诺数：
νe
e Vd R =
（4-7）
ν——运动粘度，s m /2。

4.2 通过查表计算沿程压力损失
查表计算：可以按规定的制表条件事先算就单位管长沿程摩擦阻力
)
/(m Pa p m ∆，并编
成表格供随时查用，当已知风管的计算长度为)(m l 时，即可使用式（4-3）算出该段风管的沿程压力损失
m
P ∆（Pa ）了。

下面介绍与计算表有关的内容。

4.2.1制表条件
4.2.1.1风管断面尺寸
风管规格取自国家标准《通风与空调工程施工质量验收规范》（GB 50243-2002) 。

注：矩形风管的长、短边之比不宜大于4，最大不应超过10。

4.2.1.2空气参数
设空气处于标准状态，即大气压力为101.325kPa ，温度为20℃，密度3
/2.1m kg =ρ，运动粘度s m /1006.152
6-⨯=ν。

4.2.1.3风管内壁的绝对粗糙度
以m K 3
1015.0-⨯=作为钢板风管内壁绝对粗糙度的标准。

其他风管的内壁绝对粗糙
度见表4-1。

风管内壁的绝对粗糙度 4-1
4.2.2单位长度沿程压力损失的标准计算表详见《实用供热空调设计手册》表11.2-2、11.2-3。

4.2.3.标准计算表的套用 4.2.3.1异形断面风管的套用
非标准断面的金属风管，使用标准计算表的步骤如下： 4.2.3.1.1.算出风管的净断面积F （m2）；
4.2.3.1.2根据风管的净断面积F 和风管的计算风量，算出风速V （m/s ）； 4.2.3.1.3按公式（4-5）求出风管当量直径de （m ）；
4.2.3.1.4最后，根据风速V 和当量直径de 查圆形风管标准计算表，得出该非标准断面风管的单位长度摩擦阻力。

4.2.3.2绝对粗糙度的修正
对于内壁的当量绝对粗糙度m K 3
1015.0-⨯≠的风管，其单位长度摩擦阻力值，可以先
查风管标准计算表，之后乘以表4-2给出的修正系数。

绝对粗糙度的修正系数 表4-2
4.2.3.3空气状态的修正
当风管内的空气处于非标准状态时，风管单位长度摩擦阻力实际值的确定方法是：先由计算表查出的风管单位长度摩擦阻力的标准值，然后再乘以2.1/ρ的修正系数，其中
)/(3m kg ρ为实际状态下的空气密度，可近似按下式确定：
t P b
+=27347
.3ρ （4-8）
式中Pb——实际大气压，kPa；
t——风管内的空气温度，℃。

5 风管的局部压力损失计算
5.1 局部压力损失
当空气流经风管系统的配件及设备时，由于气流流动方向的改变，流过断面的变化和流量的变化而出现涡流时产生了局部阻力，为克服局部阻力而引起的能量损失，成为局部阻力
损失
)
(Pa
P
j
∆
，并按下式计算：
2
2ρ
ζ
V
P
j
=
∆
（5-1）
式中
ζ——局部阻力系数；
V——风管内部局部压力损失发生处的空气流速，m/s；
ρ——空气密度，kg/m3。

通风、空调风管系统中产生局部阻力的配件，主要包括空气进口、弯管、变径管、三（四）通管、风量调节阀和空气出口等。

大多数配件的局部阻力系数
ζ值是通过实验确定的。

选
用局部阻力系数计算局部压力损失时，必须采用实验时所对应的流速和动压（
2/
2ρV）。

需要说明的是，局部压力损失沿着风管长度上产生，不能将它从摩擦损失中分离出来。

为了简化计算，假定局部压力损失集中在配件的一个断面上，不考虑摩擦损失。

只有对长度相当长的配件才必须考虑摩擦损失。

通常，利用在丈量风管长度时从一个配件的中心线量到下一个配件的中心线的办法，来计算配件的摩擦损失。

对于那些靠得很近的（间距小于6倍水力直径）成对配件，进入后面一个配件的气流流型与用来确定局部压力损失的气流流型的条件有所不同。

出现这种情况时，就无法利用这个阻力系数数据。

5.2 局部阻力系数
5.2.1通风空调风管系统常用配件的局部阻力系数见《实用供热空调设计手册》之11.3.2节。

5.2.2 各类风口阻力损失详见国标图集《风口选用与安装》（10K121）。

5.2.3各类风阀阻力损失详见国标图集《风阀选用与安装》（07K120）。