风道系统计算

1 前言

风系统设计是暖通设计的重要组成部分，而风道计算又是风系统设计的重要内容。风道计算主要包括在满足风量分配的前提下，确定风道截面尺寸及系统阻力，并选择设备。在进行风道计算时应考虑以下因素：

（1）建筑空间

（2）空间气流组织

（3）噪声要求

（4）风道允许漏风量

（5）风道的保温性能

（6）各支路的平衡

（7）防排烟控制

（8）系统初投资

（9）运行费用等等。

应此可以见得风道计算也是个多目标函数，只有综合考虑，才有可能获得最优的方案。在众多风道尺寸设计法中，常见的有以下几种：假定流速法等，等比摩阻法（Equal Friction Method），静压复得法(Static Regain Method) ，以及ASHRAE在推荐使用的T方法（(T-Method)。本文将对风道设计方法做一综述，并比较其优缺点及适用性。

2 风道计算方法

2.1假定流速法假定流速法为目前国内设计师最经常使用的方法。该方法为参照推荐的风道流速，根据已定的流量计算出风道截面积，风道的尺寸根据国内的通风管道统一规格选用，然后校核实际流速并计算阻力。风道空气流速是风道计算的一个重要参数，选择较大的流速，风道的截面减小，风道投资成本降低，但系统阻力相应增大，噪声也随之增加，动力消耗增大，运行费用增加。反之流速低，风道截面大，占用建筑空间增大，投资增加，但噪声减少，动力消耗减小，运行成本降低。因此流速的选取是平衡各种因素的一个结果，必须通过综合的技术经济比较才能确定。《全国民用建筑工程设计技术措施》给出了机械送排风系统和空调系统建议的空气流速。

机械送排风系统和空调系统内的空气流速（m/s）

住宅教室剧院及其他公共建筑站房、库房

部位

适宜流速最大流速适宜流速最大流速适宜流速

最大流速

新风入口3.5 4.0 4.0 4.5 4.5 5.0

主风管3.5～4.5 4.0～6.0 5.0～6.0 6.0～7.0 6.0～8.0 7.0～10.0

支风管3.0 3.5～6.0 3.0～4.5 4.0～6.0 4.0～5.0 5.0～7.0

假定流速法因为流速的选取具有一定的任意性，因此不同的设计师会设计出不同的方案，在设计过程中一般对系统的阻力平衡考虑较少，完全依靠阀门的调节，必然会增加系统的阻力，而且会使系统调试工作量增加，甚至不能达到设计意图。该法适用于较为简单的通风空调系统。

多分支风道系统静压复得计算法的新算法

提要：分析了传统的静压复得法的几种不同算法，指出了现行的静压复得计算法存在的问题，提出了静压复得计算法的新算法，经工程实践验证，解决了多分支风道无风量调节阀均匀送风的难题，提高了计算速度，改善了风道系统的平衡性。

关键词：风道系统静压复得计算法改进

在1988年的ASHRAE年会上，由美国著名的风道计算法专家、T法创始人Tsal宣读的一篇题为《静压复得风道计算法的谬误》的论文[1]，

引起了轩然大波，其辩论之激烈在美国暖通空调历史上也是十分罕见的，以至当年出版的ASHRAETransactions不得不用5页的篇幅刊登了这场辩论的问与答。Tsal对静压复得计算法基本上是持否定的态度，他的基本论点是：①静压复得系数不可预测，因为它与很多参数有关，因此采用静压复得系数为基础的传统的静压复得计算法根本无法实现静压复得计算法的最初的目的；②动压转换为静压是不可能节能的；③尽管采用静压复得计算法可以使三通处的静压相等，但是由于全压不等，因此不可能获得希望的风量平衡；④伯努利方程是静压复得计算法的基础，而伯努利方程只适用于单风道，而不适用于多分支风道，因为后者存在一个空气质量分配的问题。

10多年过去了，这场辩论至今尚无定论，Tsal的观点并没有被ASHRAE全盘接受，文献[2]在介绍文献[1]时，只简单地介绍了作者的部分观点，即，由于静压复得系数不可预测，因此传统的静压复得计算法不应该使用静压复得系数。

静压复得计算法是目前国际通用的4种风道计算法之一（其他3种风道计算法为：假定速度法、等摩阻法和T计算法）[2]，广泛应用于通风空调风道设计计算中，尤其是在变风量系统设计中，该法被公认为最合理的风道计算法。

因此静压复得计算法再度引起了最近几年从事变风量系统设计和研究的我国暖通空调专业人士的关注。

其实静压复得计算法的原理简单、易懂，最初提出静压复得计算法的目的是：通过改变下游处风管的截面积，使风管三通处的静压相等。

因此传统的理论是：当主风道静压保持相等，而各支风管的长度相等、风管截面尺寸相等、支风管阻力相同时，各支风管风量则会相等[3]。如图1所示，根据伯努利方程，以下关系式成立

当ps1=ps2，则Δpt，1-2=ρv12/2-ρv22/2（2）

式中：ps1，ps2——1-1和2-2断面处静压，Pa；

v1，v2——1-1和2-2断面处风速，m/s；

Δpt，1-2——1-1和2-2断面之间的全压损失，Pa。

因此静压复得计算法实际上就是如何利用式（2）确定风道的速度，从而确定风道尺寸。

1 算法

静压复得计算法的提出已经整整60年，而作为一种风道计算法，被设计手册正式采用也有整整50年的历史[1]。

由于采用静压复得计算法设计的风道，末端风速较低，因此这种方法最初主要用于高速风道系统，以后，在低、中速风道系统也得到广泛的应用。由于利用式（2）进行计算时是先假设一个速度，然后再求另一个速度，但计算1-1和2-2断面之间的全压损失时，需要使用被求的速度值，因此在计算手段受限的当时，计算相当麻烦。为了简化计算，静压复得计算法刚刚被用到风道设计计算时，在计算方法上就采取了一系列近似措施。在以后的若干年中，虽经多次改进，但至今仍然存在不少问题影响到这种风道计算法的精度和使用，因此值得进一步深入研究。