空调工程:风道设计计算方法及步骤(含例题)

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)

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=3600ab (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=900d2 (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,查阅附录14或有关设计手册中《局部阻力系数计算表》取得局部阻力系数值,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。

图中:A.孔板送风口600600;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123456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12: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/(36004)=0.104m2

取矩形断面为320320mm的标准风管,则实际断面积F=0.102m2,实际流速

=1500/(36000.102)=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12的沿程阻力:

△Py=△pyl=0.79=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600600mm,开孔率(即净孔面积比)为0.3,则孔板面风速为

=1500/(36000.60.6)=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=13,故孔板的局部阻力

△pj1=13(1.21.162)/2=10.5Pa渐扩管:渐扩管的扩张角=22.5,查附录14序号4,得=0.6,渐扩管的局部阻力

△pj2=0.9(1.24.082)/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=0.25,多叶调节阀的局部阻力

△pj3=0.25(1.24.082)/2=2.5Pa弯头:根据=90,R/b=1.0,查附录14序号9,得=0.23,弯头的局部阻力

△pj4=0.23(1.24.082)/2=2.3Pa渐缩管:渐缩管的扩张角=3045,查附录14序号7,得=0.1,渐缩管的局部阻力

△pj5=0.1(1.24.082)/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=0.1,则直三通管的局部阻力

△Pj6=0.1(1.25.22)/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23: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320500mm,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23的沿程阻力

△Py=△pyl=0.85=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=0.28,则分叉三通管的局部阻力

△Pj =0.28(1.26.252)/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34: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400500mm,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34的沿程阻力

△Py=△pyl=0.969=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=90,R/b=1.0,a/b=0.8,查附录14序号10,得=0.2,弯头的局部阻力

△pj2=0.2(1.26.252)/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=0.25,风量调节阀的局部阻力

△pj3=0.25(1.26.252)/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47211NO4.5A,出口断面尺寸为315360mm,故渐扩管为315360mm~400500mm,长度取为360mm,渐扩管的中心角=22,大小头断面之比为1.76查附录14序号3,得=0.15,对应小头流速

=4500/(36000.3150.36)=11m/s

渐扩管的局部阻力△pj4=0.15(1.2112)/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45:

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56: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400500mm,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56的沿程阻力

△Py=△pyl=0.966=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=0.64,突然扩大的局部阻力

△pj1=0.64(1.26.252)/2=15.1Pa弯头(两个):

根据=90,R/b=1.0,a/b=0.8,查附录14序号10,得=0.20,弯头的局部阻力

△pj2=0.2(1.26.252)/2=4.7Pa

2△pj2=4.72=9.4 Pa

渐缩管:断面从630500mm单面收缩至400500mm,取=45,查附录14序号7,得=0.1,对应小头流速

=6.25m/s 渐缩管的局部阻力

△pj3=0.1(1.26.252)/2=2.36Pa

进风格栅:进风格栅为固定百叶格栅,外形尺寸为630500mm,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

0.630.50.8=0.252m2

其迎面风速为 4500/(36000.252)=5 m/s

查附录14序号30,得=0.9,对应面风速,固定百叶格栅的局部阻力

△p4=0.9(1.252)/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73、82的水力计算,并将结果列入表8-4中。

管段73:

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82: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12的总阻力△P1-2=30.19Pa

管段82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123的总阻力△P1-2-3=△P1-2+△P2-3=30.19+10.6=40.79 Pa

管段73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

空调工程,风道设计,计算方法