風(fēng)道的水力計算是在系統(tǒng)和設(shè)備布置、風(fēng)管材料、各送、回風(fēng)點的位置和風(fēng)量均已確定的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。
風(fēng)道水力計算方法比較多，如假定流速法、壓損平均法、靜壓復(fù)得法等。對于低速送風(fēng)系統(tǒng)大多采用假定流速法和壓損平均法，而高速送風(fēng)系統(tǒng)則采用靜壓復(fù)得法。
1．假定流速法
假定流速法也稱為比摩阻法。這種方法是以風(fēng)道內(nèi)空氣流速作為控制因素，先按技術(shù)經(jīng)濟(jì)要求選定風(fēng)管的風(fēng)速，再根據(jù)風(fēng)管的風(fēng)量確定風(fēng)管的斷面尺寸和阻力。這是低速送風(fēng)系統(tǒng)目前最常用的一種計算方法。
2．壓損平均法
壓損平均法也稱為當(dāng)量阻力法。這種方法以單位管長壓力損失相等為前提。在已知總作用壓力的情況下，取最長的環(huán)路或壓力損失最大的環(huán)路，將總的作用壓力值按干管長度平均分配給環(huán)路的各個部分，再根據(jù)各部分的風(fēng)量和所分配的壓力損失值，確定風(fēng)管的尺寸，并結(jié)合各環(huán)路間的壓力損失的平衡進(jìn)行調(diào)節(jié)，以保證各環(huán)路間壓力損失的差值小于15%。一般建議的單位長度風(fēng)管的摩擦壓力損失值為0.8~1.5Pa/m。該方法適用于風(fēng)機壓頭已定，以及進(jìn)行分支管路壓損平衡等場合。
3．靜壓復(fù)得法
靜壓復(fù)得法的含義是，由于風(fēng)管分支處風(fēng)量的出流，使分支前后總風(fēng)量有所減少，如果分支前后主風(fēng)道斷面變化不大，則風(fēng)速必然下降。風(fēng)速降低，則靜壓增加，利用這部分“復(fù)得”的靜壓來克服下一段主干管道的阻力，以確定管道尺寸，從而保持各分支前的靜壓都相等，這就是靜壓復(fù)得法。此方法適用于高速空調(diào)系統(tǒng)的水力計算。
二．風(fēng)道水力計算步驟
以假定流速法為例：
1．確定空調(diào)系統(tǒng)風(fēng)道形式，合理布置風(fēng)道，并繪制風(fēng)道系統(tǒng)軸測圖，作為水力計算草圖。
2．在計算草圖上進(jìn)行管段編號，并標(biāo)注管段的長度和風(fēng)量。
管段長度一般按兩管件中心線長度計算，不扣除管件（如三通、彎頭）本身的長度。
3．選定系統(tǒng)最不利環(huán)路，一般指最遠(yuǎn)或局部阻力最多的環(huán)路。
4．選擇合理的空氣流速。
風(fēng)管內(nèi)的空氣流速可按下表確定。
表8-3空調(diào)系統(tǒng)中的空氣流速（m/s）
5．根據(jù)給定風(fēng)量和選定流速，逐段計算管道斷面尺寸，然后根據(jù)選定了的風(fēng)管斷面尺寸和風(fēng)量，計算出風(fēng)道內(nèi)實際流速。
通過矩形風(fēng)管的風(fēng)量：G=3600abυ (m3/h)
式中：a，b—分別為風(fēng)管斷面凈寬和凈高，m。
通過園形風(fēng)管的風(fēng)量：G=900πd2υ (m3/h)
式中：d—為圓形風(fēng)管內(nèi)徑，m。
6．計算風(fēng)管的沿程阻力
根據(jù)風(fēng)管的斷面尺寸和實際流速，查閱查閱附錄13或有關(guān)設(shè)計手冊中《風(fēng)管單位長度沿程壓力損失計算表》求出單位長度摩擦阻力損失△py，再根據(jù)管長l，進(jìn)一步求出管段的摩擦阻力損失。
7．計算各管段局部阻力
按系統(tǒng)中的局部構(gòu)件形式和實際流速υ，查閱附錄14或有關(guān)設(shè)計手冊中《局部阻力系數(shù)ζ計算表》取得局部阻力系數(shù)ζ值，再求出局部阻力損失。
8．計算系統(tǒng)的總阻力，△P=∑（△pyl +△Pj）。
9．檢查并聯(lián)管路的阻力平衡情況。
10．根據(jù)系統(tǒng)的總風(fēng)量、總阻力選擇風(fēng)機。、
三．風(fēng)道設(shè)計計算實例
某公共建筑直流式空調(diào)系統(tǒng)，如圖所示。風(fēng)道全部用鍍鋅鋼板制作，表面粗糙度K=0.15mm。已知消聲器阻力為50Pa，空調(diào)箱阻力為290 Pa，試確定該系統(tǒng)的風(fēng)道斷面尺寸及所需風(fēng)機壓頭。
圖中：A.孔板送風(fēng)口600×600；B.風(fēng)量調(diào)節(jié)閥；C.消聲器；D.防火調(diào)節(jié)法；E.空調(diào)器；F.進(jìn)風(fēng)格柵
[解
1．繪制系統(tǒng)軸測圖，并對各管段進(jìn)行編號，標(biāo)注管段長度和風(fēng)量。
2．選定最不利環(huán)路，逐段計算沿程壓力損失和局部壓力損失。本系統(tǒng)選定管段1—2—3—4—5—6為最不利環(huán)路。
3．列出管道水力計算表8-4，并將各管段流量和長度按編號順序填入計算表中。
4．分段進(jìn)行管道水力計算,并將結(jié)果均列入計算表8-4中。
管段1—2：風(fēng)量1500m3/h，管段長l=9m
沿程壓力損失計算：初選水平支管空氣流速為4m/s，風(fēng)道斷面面積為：
F’=1500/(3600×4)=0.104m2
取矩形斷面為320×320mm的標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)管，則實際斷面積F=0.102m2，實際流速
υ=1500/（3600×0.102）=4.08m/s根據(jù)流速4.08m/s，查附錄13，得到單位長度摩擦阻力△py=0.7Pa/m,則管段1—2的沿程阻力：
△Py=△py×l=0.7×9=6.3Pa
局部壓力損失計算：該管段存在局部阻力的部件有孔板送風(fēng)口、連接孔板的漸擴管、多葉調(diào)節(jié)閥、彎頭、漸縮管及直三通管。
孔板送風(fēng)口：已知孔板面積為600×600mm，開孔率（即凈孔面積比）為0.3，則孔板面風(fēng)速為
υ=1500/（3600×0.6×0.6）=1.16m/s根據(jù)面風(fēng)速1.16m/s和開孔率0.3，查附錄14序號35，得孔板局部阻力系數(shù)ζ=13，故孔板的局部阻力
△pj1=13×(1.2×1.162)/2=10.5Pa漸擴管：漸擴管的擴張角α=22.5°，查附錄14序號4，得ζ=0.6，漸擴管的局部阻力
△pj2=0.9×(1.2×4.082)/2=5.99Pa多葉調(diào)節(jié)閥：根據(jù)三葉片及全開度，查附錄14序號34，得ζ=0.25，多葉調(diào)節(jié)閥的局部阻力
△pj3=0.25×(1.2×4.082)/2=2.5Pa彎頭：根據(jù)α=90°，R/b=1.0，查附錄14序號9，得ζ=0.23，彎頭的局部阻力
△pj4=0.23×(1.2×4.082)/2=2.3Pa漸縮管：漸縮管的擴張角α=30°<45°,查附錄14序號7，得ζ=0.1，漸縮管的局部阻力
△pj5=0.1×(1.2×4.082)/2=1Pa直三通管：根據(jù)直三通管的支管斷面與干管斷面之比為0.64，支管風(fēng)量與總風(fēng)量之比為0.5，查附錄14序號19，得ζ=0.1，則直三通管的局部阻力
△Pj6=0.1×(1.2×5.22)/2=1.6Pa （取三通入口處流速）
該管段局部阻力：△Pj=△pj1+△pj2+△pj3+△pj4+△pj5 +△Pj6
=10.5+5.99+2.5+2.3+1+1.6
=23.89Pa該管段總阻力
△P1-2=△Py+△Pj=6.3+23.89=30.19Pa
管段2—3：風(fēng)量3000m3/h，管段長l=5m，初選風(fēng)速為5m/s。 沿程壓力損失計算：
根據(jù)假定流速法及標(biāo)準(zhǔn)化管徑，求得風(fēng)管斷面尺寸為320×500mm，實際流速為5.2m/s，查得單位長度摩擦阻力△py=0.8Pa/m,則管段2—3的沿程阻力
△Py=△py×l=0.8×5=4.0Pa
局部壓力損失計算：
分叉三通：根據(jù)支管斷面與總管斷面之比為0.8，查附錄14序號21，得ζ=0.28，則分叉三通管的局部阻力
△Pj =0.28×(1.2×6.252)/2= 6.6Pa. （取總流流速）
該管段總阻力 △P2-3=△Py+△Pj=4.0+6.6=10.6Pa
管段3—4：風(fēng)量4500m3/h，管段長l=9m，初選風(fēng)速為6m/s。 沿程壓力損失計算：
根據(jù)假定流速法及標(biāo)準(zhǔn)化管徑，求得風(fēng)管斷面尺寸為400×500mm，實際流速為6.25m/s，查得單位長度摩擦阻力△py=0.96Pa/m,則管段3—4的沿程阻力
△Py=△py×l=0.96×9=8.64Pa局部壓力損失計算：該管段存在局部阻力的部件有消聲器、彎頭、風(fēng)量調(diào)節(jié)閥、軟接頭以及漸擴管。
消聲器：消聲器的局部阻力給定為50Pa，即
△pj1= 50.0Pa
彎頭：根據(jù)α=90°，R/b=1.0，a/b=0.8,查附錄14序號10，得ζ=0.2，彎頭的局部阻力
△pj2=0.2×(1.2×6.252)/2=4.7Pa
風(fēng)量調(diào)節(jié)閥：根據(jù)三葉片及全開度，查附錄14序號34，得ζ=0.25，風(fēng)量調(diào)節(jié)閥的局部阻力
△pj3=0.25×(1.2×6.252)/2=5.9Pa軟接頭：因管徑不變且很短，局部阻力忽略不計。
漸擴管：初選風(fēng)機4—72—11NO4.5A，出口斷面尺寸為315×360mm，故漸擴管為315×360mm~400×500mm，長度取為360mm，漸擴管的中心角α=22°，大小頭斷面之比為1.76查附錄14序號3，得ζ=0.15，對應(yīng)小頭流速
υ=4500/（3600×0.315×0.36）=11m/s
漸擴管的局部阻力 △pj4=0.15×(1.2×112)/2=10.9Pa
該管段局部阻力
△Pj=△pj1+△pj2+△pj3+△pj4
=50.0+4.7+5.9+10.9=71.5Pa
該管段總阻力
△P3-4=△Py+△Pj=8.64+71.5=80.14Pa管段4—5：
空調(diào)箱及其出口漸縮管合為一個局部阻力考慮，△Pj=290 Pa
該管段總阻力
△P4-5=△Pj=290Pa
管段5—6：風(fēng)量4500m3/h，管段長l=6m，初選風(fēng)速為6m/s。 沿程壓力損失計算：
根據(jù)假定流速法及標(biāo)準(zhǔn)化管徑，求得風(fēng)管斷面尺寸為400×500mm，實際流速為6.25m/s，查得單位長度摩擦阻力△py=0.96Pa/m,則管段5—6的沿程阻力
△Py=△py×l=0.96×6=5.76Pa
局部壓力損失計算：該管段存在局部阻力的部件有突然擴大、彎頭（兩個）、漸縮管以及進(jìn)風(fēng)格柵。
突然擴大：新風(fēng)管入口與空調(diào)箱面積之比取為0.2，查附錄14序號5，，得ζ=0.64，突然擴大的局部阻力
△pj1=0.64×(1.2×6.252)/2=15.1Pa彎頭(兩個)：
根據(jù)α=90°，R/b=1.0，a/b=0.8,查附錄14序號10，得ζ=0.20，彎頭的局部阻力
△pj2=0.2×(1.2×6.252)/2=4.7Pa
2△pj2=4.7×2=9.4 Pa
漸縮管：斷面從630×500mm單面收縮至400×500mm，取α=<45°,查附錄14序號7，得ζ=0.1，對應(yīng)小頭流速
υ=6.25m/s 漸縮管的局部阻力
△pj3=0.1×(1.2×6.252)/2=2.36Pa
進(jìn)風(fēng)格柵：進(jìn)風(fēng)格柵為固定百葉格柵，外形尺寸為630×500mm，有效通風(fēng)面積系數(shù)為0.8，則固定百葉格柵有效通風(fēng)面積為
0.63×0.5×0.8=0.252m2
其迎面風(fēng)速為 4500/（3600×0.252）=5 m/s
查附錄14序號30，得ζ=0.9，對應(yīng)面風(fēng)速，固定百葉格柵的局部阻力
△p4=0.9×(1.2×52)/2=13.5Pa
該管段局部阻力
△Pj=△pj1+2△pj2+△pj3+△pj4
=15.1+9.4+2.36+13.5 =40.36Pa
該管段總阻力
△P5-6=△Py+△Pj=5.76+40.36=46.12Pa5．檢查并聯(lián)管路的阻力平衡
用同樣的方法，進(jìn)行并聯(lián)管段7—3、8—2的水力計算，并將結(jié)果列入表8-4中。
管段7—3：
沿程壓力損失 △Py=9.1 Pa
局部壓力損失 △Pj=28.9 Pa
該管段總阻力 △P7-3=△Py+△Pj=9.1+28.9=38Pa
管段8—2：沿程壓力損失 △Py=1.4 Pa
局部壓力損失 △Pj=25.8 Pa
該管段總阻力
△P8-2=△Py+△Pj=1.4+25.8=27.2Pa檢查并聯(lián)管路的阻力平衡：
管段1—2的總阻力△P1-2=30.19Pa
管段8—2的總阻力△P8-2=27.2Pa
（△P1-2-△P8-2）/△P1-2=（30.19-27.2）/30.19=9.9%<15%
管段1—2—3的總阻力△P1-2-3=△P1-2+△P2-3=30.19+10.6=40.79 Pa
管段7—3的總阻力△P7-3=38Pa
（△P1-2-3-△P7-3）/△P1-2-3=（40.79-38）/40.79=6.8%<15%
檢查結(jié)果表明，兩個并聯(lián)管路的阻力平衡都滿足設(shè)計要求。如果不滿足要求的話，可以通過調(diào)整管徑的方法使之達(dá)到平衡要求。 5．計算最不利環(huán)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
本系統(tǒng)所需風(fēng)機的壓頭應(yīng)能克服457.05Pa阻力。8-4管道水力計算表
四．風(fēng)道壓力損失估算法
對于一般的空調(diào)系統(tǒng)，風(fēng)道壓力損失值可按下式估算
△P=△pyl（1+k）+∑△ps (Pa)
式中 △py—單位管長沿程壓力損失，即單位管長摩擦阻力損失，Pa/ m。
l—最不利環(huán)路總長度，即到最遠(yuǎn)送風(fēng)口的送風(fēng)管總長度加上到最遠(yuǎn)回風(fēng)口的回風(fēng)管總長度，m。
k—局部壓力損失與沿程壓力損失之比值：
彎頭、三通等局部管件比較少時，取k =1.0~1.2；
彎頭、三通等局部管件比較多時，可取到k =3.0~5.0。
∑△ps—考慮到空氣通過過濾器、噴水室（或表冷器）、加熱器等空調(diào)裝置的壓力損失之和。
表8-5給出了為空調(diào)系統(tǒng)推薦的送風(fēng)機靜壓值，可供估算時參考：8-5送風(fēng)機靜壓
