通风系统风管水力计算探讨

通风系统风管水力计算探讨汉宸国际工程设计集团有限公司2
山东济南 250101
摘要：本文简要介绍了通风系统风管水力计算概念及方法，分析了风机
静压选取不当的影响。

结合实际工程案例，编写了风管水力计算，旨在对通风系
统的风机选型提供有价值的参考信息。

关键词：机外余压局部阻力系数静压计算
引言
通风管道是通风和空调系统的重要组成部分。

通风系统的设计直接影响到通
风空调系统的使用效果和技术经济性能。

在保证风量分配要求的前提下，合理确
定风管尺寸及布置方式，对通风系统进行水力计算，确定合理的系统阻力损失，
为选择合适的风机提供准确的数据支撑，使系统的初投资和运行费用综合最优。

目前，风管常用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。

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。

本文以风管水力计算在某车库通风系统中的应用为例，采用假定流
速法，先按技术、经济要求选定风管的流速，再根据风管的风量确定风管的断面
尺寸和阻力，并探讨水力计算方法在实际工程中的应用。

1通风系统阻力分析
以车库某一机房通风系统为例研究分析。

1.1 沿程阻力PL
空气在风道中流动时，由于其本身具有黏滞性及管道内表面的粗糙性等原因，在空气内部及空气与管壁之间由于摩擦而产生的能量损失，称为沿程阻力或摩擦
阻力。

管壁材料不同，其内表面粗糙度是不同的。

沿程阻力的主要影响因素有为摩擦阻力系数、风管内平均风速v，风管长度L。

1.2 局部阻力Pj
当空气流经风管中的管件(如:弯头、三通、变径等)和设备(如:静压箱、风阀、滤网等)时，由于气流的方向、速度、流量发生变化以及产生涡流等原因，造成比较集中的能量损失，称为局部阻力。

局部阻力可通过查取局部阻力系数ξ计算。

1.3 机外余压
通风机的全压在经过风机内部叶轮、附件、箱体等处的阻力损失后在风机出风口处剩余的全压即为机外余压，包括两部分:机外静压和动压。

1.4 机外静压
在风机出风口处的机外余压扣除动压后剩余的压力即为机外静压，动压可以按照设备出风口处的风速进行计算，风管水力计算的沿程阻力与局部阻力均属于静压值。

式中，为设备出风口处的机外静压（Pa），铭牌标注的数值；为风管系统最不利管段总的沿程阻力（Pa）；为风管系统最不利管段总的沿程阻力（Pa）；为风管系统最不利管段总的局部阻力（Pa）；为风管系统最远送风口的动压（Pa）；为设备出风口处的动压（Pa），；为设备出风口处的风速（m/s），可按照送风口尺寸和风量计算得出。

2 风机静压选取不当的影响
2.1 当机外余压(静压)选取值大于风管系统在设计工况下实际值，其影响主要有：
（1）风机的风量大于设计风量，电机可能过载(严重的可能烧电机)；
（2）风速大于设计风速，运行噪音偏大。

2.2当机外余压(静压)选取值小于风管系统在设计工况下所实际需要的值，其影响主要有:风机的风量小于设计风量，通风效果变差。

3具体案例计算
3.1 排风系统
以车库内某一机房排风系统为例，风机选用离心风机箱，系统总风量为3000m³/h，风管采用镀锌薄钢板制作。

各风管尺寸及末端风量均如图1所示。

图1 某机房排风系统平面图
3.2计算结果
对排风系统最不利环路进行水力计算，计算结果如表1所示，该管路系统总阻力损失：△P=334.757Pa。

表1 排风系统水力计算表
3.3分析小结
计算排风管路总长为40.25m，风管风速均小于8m/s，满足相关规范要求，总阻力损失为334.757Pa，平均阻力损失为8.31Pa/m，远大于常规估算值（通常按5Pa/m估算系统阻力）。

该结果尚未计算最不利风口阻力、土建风道和室外防雨百叶的阻力（可参考10K121：最不利风口可按30Pa取值，土建风道可按
5Pa/m计算，室外防雨百叶阻力可按50Pa取值）。

从上述计算可看出，风管实际阻力远超常规估算值，如按经验值进行风机选型，可能会导致实际风量小于计算值，风机运行状态点左移。

经与阀门厂家沟通，通风系统中局部阻力系数较大的阀门主要是电动风量调节阀和止回阀。

根据厂家提供的阀门特性及参数可知：电动风量调节阀随着角度调小，局部阻力系数指数增长；止回阀随着风速降低，局部阻力系数增加。

当阀门所处的管段较长时，会导致系统阻力增加很多。

比如上述案例，管段6局部阻力为135Pa，占整个系统阻力的40%。

为尽量降低系统阻力，建议设有调节阀或止回阀的管段风速，控制在5m/s左右。

结束语：
常规设计通常按5Pa/m计算系统阻力并进行风机选型，结合上述案例可知，该估算方法可能存在选用风机风压满足不了实际需求的情况，导致风机偏离设计工况点，小风量运行，不满足设计要求。

风机风压选型不当，不仅影响通风系统的使用效果，而且还会影响系统初投资，且在系统运行中造成运行费用的增加。

因此，实际工程设计中，选用风机时应校核计算该系统的阻力损失，以便合理的匹配风机，使系统达到经济效果和使用效果综合最优。

参考文献：
[1]GB50736-2012 民用建筑供暖通风与空气调节设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2012
[2]GB50243-2016 通风与空调工程施工质量验收规范[S].北京：中国计划出版社，2017
[3]陆耀庆，实用供热空调设计手册（第二版）[M].北京：中国建筑工业出版社，2008。