暖通设计|中央空调风道、冷冻水管道水力计算方法

1．假定流速法

其特点是先按技术经济要求选定风管流速，然后再根据风道内的风量确定风管断面尺寸和系统阻力。假定流速法的计算步骤和方法如下。

① 绘制空调系统轴侧图，并对各段风道进行编号、标注长度和风量 管段长度一般按两个管件的中心线长度计算，不扣除管件本身的长度。

②确定风道内的合理流速 在输送空气量一定是情况下，增大流速可使风管断面积减小，制作风管缩消耗的材料、建设费用等降低，但同时也会增加空气流经风管的流动阻力和气流噪声，增大空调系统的运行费用；减小风速则可降低输送空气的动力消耗，节省空调系统的运行费用，降低气流噪声，但却增加风管制作的材料及建设费用。因此必须根据风管系统的建设费用、运行费用和气流噪声等因素进行技术经济比较，确定合理的经济流速。民用建筑空调系统风速的选用见下图（图6—3（表））。

考虑不同噪声要求下风管推荐风速见下表。

不同噪声要求下风管推荐风速

室内允许噪声

dB（A）

主管风速

m/s

支管风速

m/s

新风入口风速

m/s

25～35

35～50

50～65

65～85

3～4

4～6

6～8

8～10

≤2

2～3

3～5

5～8

3.5

4～4.5

③根据各风道的风量和选择的流速确定各管段的断面尺寸，计算沿程阻力和局部阻力。

根据初选的流速确定断面尺寸时，应按前面图6—1（表）和表6—1的通风管道统一规格选取，然后按照实际流速计算沿程阻力和局部阻力。注意阻力计算应选择最不利环路（即阻力最大的环路）进行。

假定风速法风道水力计算应将计算过程简要举例说明后，列表计算。计算表格式见下表。

④ 与最不利环路并联的管路的阻力平衡计算。

为保证各送、排风点达到预期的风量，必须进行阻力平衡计算。一般的空调系统要求并联管路之间的不平衡率应不超过15%。若超出上述规定，则应采取下面几种方法使其阻力平衡。

a．在风量不变的情况下，调整支管管径。

由于受风管的经济流速范围的限制，该法只能在一定范围内进行调整，若仍不满足平衡要求，则应辅以阀门调节。

b．在支管断面尺寸不变情况下，适当调整支管风量。

风管的增加不是无条件的，受多种因素的制约，因此该法也只能在一定范围内进行调整。此外，应注意道调整支管风量后，会引起干管风量、阻力发生变化，同时风机的风量、风压也会相应增加。

c．阀门调节 通过改变阀门开度，调整管道阻力，理论上最为简单；但实际运行时，应进行调试，但调试工作复杂，否则难以达到预期的流量分配。

总之，两种方法（方法a和方法b）在设计阶段即可完成并联管段阻力平衡，但只能在一定范围内调整管路阻力，如不满足平衡要求，则需辅以阀门调节。方法c具有设计过程简单，调整范围大的优点，但实际运行调试工作量较大。

⑤ 计算系统总阻力 系统总阻力为最不利环路阻力加上空气处理设备阻力。

⑥ 进行风管阻力平衡

选择风机及其配用电机。

▲ 风管局部阻力系数表查《实用中央空调设计指南》P50～55页，区正源主编，建筑工业出版社出版，2007年7月

★冷冻水系统管道水力计算方法

对冷冻水系统的水泵、膨胀水箱、集气罐、平衡阀、过滤器、电子除污器等进行选择计算，并布置水系统及进行水管的水力计算，以及阻力平衡计算。

要求附两张表：一张是水路系统管径确定表；另一张表是水路系统水力计算表。

A、冷（热）水系统水管管径的确定

1．连接各空调末端装置的供回水支管的管径，宜与设备的进出水接管管径一致，可查产品样本获知。

2．供回水干管的内径di（单位为mm），可根据各管段中水的体积流量qv（L/s）和选定的流速v（m/s），通过计算确定，

式中计算管段的水流量qv，由该管段所承担的各空调末端装置的总设计水量决定；水流速v可参照下表（图4—9（表））所列的不同公称直径下的最大允许速度选定。算出di后，对照前面（图4—6（表））查取适合的公称直径DN即可（注意查4—6（表）时，管内径为管外径与两倍壁厚之差）。为节省管材，选择管径时，沿水流方向，供水干管的管径是逐段减小的；同程式回水干管的管径是逐段增大的。但为了施工方便，变径也不宜太多。

说明：括弧内的值是另一种建议值，供参考。

下面举例说明确定管径的方法。

例4—1 下图（图4—10（例题））为风机盘管系统某一分区的供水管示意图（回水管未画出）。图中上侧6个风机盘管每一个的设计水量都是0.1L/s；下侧5个每一个为0.14L/s。所有风机盘管的进、出水管管径都为DN20。试确定各管段的管径。

解

（1）连接各风机盘管的所有供水支管，管径都与接管管径一致，即皆为DN20。

（2）计算和选择各段干管管径（选用镀锌钢管）。

1—2段 M=（0.1＋0.14）L/s=0.24L/s。干管管径应不小于支管管径，取DN25试算。查上表（图4—9（表）），DN25允许的最大流速v=0.80m/s。将M=0.24L/s、v=0.80m/s代入★式，算得di=19.54mm。查表（图4—6（表）），算得DN25的内径di=（33.5－2×3.25）mm=27mm＞19.54mm，因此，实际流速＜0.8m/s，故选DN25合适。

2—3段 M=（0.24＋0.1＋0.14）L/s=0.48L/s，取v=0.8m/s（先考虑仍然用DN25的管径）代入★式算得di=27.65mm，略大于27mm，若选DN25，实际流速将为0.84m/s，较允许的0.8m/s略大。由于大得不多，为节省钢材和减少变径困难，仍选DN25。

3—4段 M=（0.48＋0.1＋0.14）L/s=0.72L/s，（前面用DN25已很勉强了，这一段肯定要放大管径，用DN32）取v=1.0m/s代入★式算得di=30.28mm。查表（图4—6（表）），DN32的内径di=（42.25－2×3.25）mm=35.75mm＞30.28mm。可选DN32，实际流速＜1.0m/s，符合要求。

4—5段 M=（0.72＋0.1＋0.14）L/s=0.96L/s，（∵上面计算有余量，∴仍选DN32的管子）取v=1.0m/s，代入★式算得di=34.97mm＜35.75mm。故可选DN32，实际流速必＜1.0m/s，符合要求。

5—6段 M=（0.96＋0.1＋0.14）L/s=1.2L/s，（上面计算的管径已接近最大流速的管径了，∴这一段必须放大管径，用DN40）取v=1.5m/s代入★式算得di=31.92mm，似乎可选DN32，但实际流速将为1.195 m/s＞允许流速1.0m/s，故不可取。改选DN40，查表（图4—6（表）），其内径di=（48－2×3.5）mm=41mm＞31.92mm，实际流速小于1.5m/s，符合要求。

6—7段 M=（1.2＋0.1）L/s=1.3L/s，（前面余量很大，∴仍用DN40的管子）取v=1.5m/s，代入★式算得di=33.23mm＜41mm，选DN40，实际流速小于1.5m/s，符合要求。

B、冷（热）水系统最不利环路阻力损失计算

水系统的各段水管的管径确定了以后，各管段的流速也就确定了。那么按照前面所讲确定最不利环路的原则，确定出最不利环路，然后根据流量M、管径di和流速v查《空调与制冷技术手册》P324～329页的表7.3，即（图4—11），即可确定各管段的沿程阻力损失和各管段的动压Pd；再查《空调与制冷技术手册》P334～335页的表7.4，即（图4—12），得到水管系统配件的局部阻力系数ξ值，由动压Pd值和ξ值即可计算出各管段的局部阻力损失。则

管段阻力损失=沿程阻力损失＋局部阻力损失

最不利环路的管段阻力损失就是各管段的阻力损失之和。将计算值列于上表（图4—13），就是空调水系统的阻力损失计算表。

将最不利环路各管段的总阻力相加，再加上最不利环路末端设备的阻力损失，以及冷水机组、过滤器、除污器、电子除垢仪（高频电子水垢处理器）、热交换器、集分水器等的阻力损失，其总和值∑△H即为该区闭式空调水系统的循环水泵所应提供的循环作用压头值，因此，该值是选择循环水泵扬程的基数，考虑20%的储备量（或称富裕量），即循环水泵的扬程为1.2∑△H。

此外，还应对该区各环路进行阻力平衡计算，力求使同程式系统的不平衡率在5%以内，异程式系统的不平衡率在10%以内。若超过该值，应采取相应措施加以解决，如在支路干管上加一阀门，或调整管径。

附表：

（图4—6（表））、（图4—7（表））