风道系统计算.docx

V 、几一^一1刖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Tsai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白努利方程是静压 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 Apt，1-2=pvl2/2-pv22/2 （2） 式中：psi，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；Apt，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，因此值得进步深入研究下面分别介绍静压复得计算法的几种主要算法，并对其中存在的主要 问题进行讨论1.1算法一——静压复得系数法1940年美国人开利（W.H.Carrier）第一个将静压复得原理用于风道计 算，形成了静压复得计算法，并引进了静压复得系数的概念［4］，所 谓静压复得系数即是空气通过1-1和2-2断面时，由于全压损失的存 在，动压的减少不可能完全转化为静压的增加，两个三通之间复得的 静压为式中：Apr 1-1和2-2断面之间的静压复得值，PaR—静压复得系数正如文献［1］指出：对于传统的静压复得计算法，全压损失Apt, 1-2, 静压损失Aps，1-2和静压复得值Apr在节点2被认为是相等的，因 此利用式（4）进行风道计算时，首先需要确定静压复得系数R，R究 竟取多少，争论了 40年，至今未有定论。

开利最初是假设理想状态 下的静压复得系数R=0.7〜0.8,实际设计时，R=0.5［4］以后的40 年，静压复得系数在各种设计手册、著作和论文中不断变化，直到 1997年文献［2］将该值的范围扩大到R=0.5〜0.95正如前所述，由于静压复得系数是一个不可预测的参数，因此将静压 复得系数设定为一个常数，将导致明显的误差在利用式（4）进行计算时，另一个值得注意的是1-1和2-2断面之 间的全压损失Apt, 1-2应该包括哪些内容由于引进静压复得系数的初衷，就是考虑到，三通本身的局部阻力消 耗了一部分静压，动压的减少才不可能全部转化为静压的增加，因此 将这一部分阻力损失使用静压复得系数来表示，当1-1和2-2断面之 间除了三通（包括三通后面的渐缩管）这一部分局部阻力外，没有其 他的局部阻力时，1-1和2-2断面之间的全压损失Apt，1-2就只应包 括1-1和2-2断面之间的沿程阻力但需要指出的是，不久前出版的、专门阐述风道计算法的文献［7］在 介绍静压复得计算法时，除引进了静压复得系数外，在计算1-1和2-2 断面之间的全压损失Apt，1-2时，又同时考虑了：①三通的直通阻力； ②三通后面的渐缩管阻力;@1-1和2-2断面之间的沿程阻力。

事实上， 在这种情况下，计算中已不需要再考虑静压复得系数了，否则使得本 来误差已很大的这种计算方法的计算误差将变得更大在使用静压复 得计算法进行计算时，这点应特别注意采用静压复得系数的静压复得计算法的计算例题可以参考文献［5］和⑹1.2算法二——全压损失直接计算法笔者1983年提出了静压复得计算法的一种新算法，去除了传统的静 压复得系数，直接计算1-1和2-2断面之间的全压损失Apt，1-2，这 种计算方法后被文献［3］采用笔者在直接计算1-1和2-2断面之间的的全压损失Apt，1-2时，考虑了三种阻力：① 1-1和2-2断面之间的沿程阻力由于当时计算工具的限制，为解 决使用Colebrook方程计算时存在的困难，使用了笔者提出的钢板风 道单位长度摩擦损失简化公式［9］，该公式亦被文献［3］采用Pm=0.0105D-1.21v1.925 （5）式中：Pm 单位长度摩擦损失，Pa/m；D——风速当量直径，m；v 风速，m/s；② 圆管三通的直通阻力，采用了以下计算公式Zcs=0.4Qb/Qc （6）三通后面的渐缩管的局部阻力，采用了使用最广泛的30°渐缩管的局 部阻力系数Z=0.02 （7）将式（5）〜（7）代入式（2）后，即可进行风道设计计算，预先假 定v1，然后确定v2值，使式（2）成立。

米用算法二的计算例题可参见文献［3，8］1.3算法三——考虑质量关系的静压复得系数法文献⑴作者将式（2）改写为式中：me，ms，mb 三通上游、下游和支管的质量流量，kg/s；vc， vs， vb 三通上游、下游和支管处风速，m/s根据静压复得原理，ps1=ps2，me=ms+mb，可以得到以下表示式式中：Qc, Qs, Qb——三通上游、下游和支管处风量，m3/s当静压复得系数相同时，利用式（3）和式（9）计算静压复得值时， 其结果显然是不同的目前这种算法在国际上尚未被接受，未发现有 应用实例2特点笔者自1983年提出采用全压损失直接计算法进行静压复得风道计算 后，十几年来，在数十项空调工程中采用了这种计算方法进行风道设 计，并对其中部分工程的风道系统进行了测定，近年在进行变风量系 统课题研究中又进行了风道压力分布的1 ：1足尺试验结果表明， 静压复得计算法除了送风均匀性优于假定速度法外，采用这种设计方 法设计的风道系统还存在一些鲜为人知的现象：①当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， 即使是采用静压复得计算法使主风道静压相等，各支风管风量也不会 如传统的观点所认为的那样完全相等，以下采用静压复得计算法设计 的一根“均匀送风风道”（见图2）的计算结果可以清楚地说明这一点。

表1例题是采用算法二设计计算的由表1可知，由于各支风管入口 处全压不等，三通的旁通阻力也不相等，因此各支风管的可资用压力（余压）不等，风量也不相等正如文献［3, 8］所述，目前国内使用 的圆风管和矩形风管三通局部阻力系数在常规风道计算时极小，一般 可以忽略不计，这点由表1可以清楚地看出1994年ASHRAE根据美国最新的风道系统局部构件试验结果，重新 公布了最新的风道局部构件局部阻力系数数据资料［10］由于科学技 术的进步，这次公布的数据较旧数据更加准确，部件更多，内容更翔 实表2例题是采用最新的ASHRAE公布的圆管三通局部阻力系数、采 用算法二计算所得的结果可以看出，由于新的阻力系数大于旧的阻 力系数，因此系统不平衡性明显增加② 风道最不利环路一般出现在离风机最远的支风道的倒。