張景軍

三和工程設(shè)備（蘇州）有限公司

0 引言

筆者近期在某潔凈廠房改造工程中遇到風(fēng)管系統(tǒng)風(fēng)量達(dá)不到設(shè)計(jì)值的問(wèn)題。為了查明原因，決定對(duì)風(fēng)管系統(tǒng)進(jìn)行局部阻力測(cè)定。在各管件（三通、彎頭、靜壓箱、風(fēng)口等）或者管段兩端開(kāi)風(fēng)量測(cè)定孔，通過(guò)對(duì)其前后兩個(gè)測(cè)定點(diǎn)的靜壓差實(shí)測(cè)值與設(shè)計(jì)值進(jìn)行比較，明確問(wèn)題所在。這也恰好提供了一次難得的檢討風(fēng)管系統(tǒng)靜壓計(jì)算方法的機(jī)會(huì)。靜壓箱作為風(fēng)管系統(tǒng)中的重要配件，局部阻力系數(shù)大，其阻力值大小直接影響整個(gè)風(fēng)管系統(tǒng)的阻力取值。因此，靜壓箱的局部阻力計(jì)算必須引起足夠的重視。

1 靜壓箱局部阻力分析與計(jì)算

根據(jù)靜壓箱的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，影響阻力的因素主要有兩個(gè)方面：一是通風(fēng)管道急擴(kuò)大或急縮小引起的局部阻力；二是靜壓箱內(nèi)風(fēng)流方向改變引起的局部阻力。據(jù)此可以把它分解為急擴(kuò)大+變截面直角彎頭+急縮小進(jìn)行局部阻力計(jì)算。

圖1 靜壓箱結(jié)構(gòu)示意圖

筆者舉實(shí)際工程中所用靜壓箱尺寸為3000mm（長(zhǎng)）×2000mm（寬）×1000mm（高），進(jìn)出風(fēng)管的尺寸分別為1000mm×1000mm和1200mm×1000mm，如圖1。

局部阻力的計(jì)算公式：

式中：△P為局部阻力（局部壓力損失），Pa；ζ為局部阻力系數(shù)；V為空氣流速，m/s，采用小斷面之風(fēng)速；ρ為空氣密度，1.204kg/m3。

由局部阻力計(jì)算公式可知，風(fēng)量及風(fēng)管尺寸確定的情況下，風(fēng)速為定值。局部阻力計(jì)算的關(guān)鍵在于局部阻力系數(shù)的取值。

1.1 急擴(kuò)大的局部阻力系數(shù)

對(duì)于①和②之間的急擴(kuò)大，根據(jù)《實(shí)用供熱與空調(diào)設(shè)計(jì)手冊(cè)》[1]關(guān)于矩形風(fēng)管金字塔型擴(kuò)散管（圖2）的阻力系數(shù)取值（表 1），當(dāng) θ(°)=180°時(shí)即是急擴(kuò)大的情景，由于 A1/A0=(3000×2000)/(1000×1000)=6，則 A1/A0=6條件下 ζ=0.75。

圖2 矩形風(fēng)管金字塔型擴(kuò)散管

表1矩形風(fēng)管金字塔型擴(kuò)散管的阻力系數(shù)

1.2 變截面直角彎頭的局部阻力系數(shù)

對(duì)于①和③之間的變截面直角彎頭，根據(jù)《實(shí)用供熱與空調(diào)設(shè)計(jì)手冊(cè)》第二版[2]關(guān)于進(jìn)口/出口變斷面的90°矩形彎管（送風(fēng)系統(tǒng)）（圖3）的阻力系數(shù)取值（表2），由于 W0/W1=1000/2000=0.5，H/W1=3000/2000=1.5，則可近似值W0/W1=0.6，H/W1=1時(shí)的局部阻力系數(shù)ζ=0.60或者計(jì)算插值。

圖3 進(jìn)口/出口變斷面的90°矩形彎管（送風(fēng)系統(tǒng)）

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1.3 急縮小的局部阻力系數(shù)

對(duì)于②和③之間的急縮小，根據(jù)《實(shí)用供熱與空調(diào)設(shè)計(jì)手冊(cè)》第二版[2]關(guān)于靜壓箱與帶有突然收縮的矩形風(fēng)管連接（送風(fēng)系統(tǒng)）（圖4）的阻力系數(shù)取值（表3），當(dāng) θ(°)=180°時(shí)即是急縮小的情景，由于 F0/F1=(1200×1000)/(3000×1000)=0.4，則 ζ=0.34。

圖4 靜壓箱與帶有突然收縮的矩形風(fēng)管連接（送風(fēng)系統(tǒng)）

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1.4 實(shí)測(cè)過(guò)程及相關(guān)儀器

風(fēng)量的測(cè)定：風(fēng)管內(nèi)的風(fēng)速用北京檢測(cè)儀表有限公司生產(chǎn)的ZRQF-F30J型智能熱球式風(fēng)速計(jì)進(jìn)行測(cè)定。如圖5所示，在靜壓箱出風(fēng)接管1200mm×1000mm的上端面、長(zhǎng)邊1200mm處按邊長(zhǎng)200mm橫向均勻開(kāi)風(fēng)量測(cè)定孔6個(gè)，根據(jù)探桿每次伸入的長(zhǎng)度，將測(cè)定截面分成30個(gè)邊長(zhǎng)為200mm的正方形小截面，測(cè)試點(diǎn)位于小截面中心，共30個(gè)點(diǎn)。則風(fēng)量為各小截面風(fēng)速與面積的乘積之和。

圖5 測(cè)點(diǎn)布置圖

靜壓差的測(cè)定：如圖1所示，在①、②、③處分別開(kāi)風(fēng)量測(cè)定孔，用量程為0～±60Pa的Dwyer壓差表連接橡皮管分別測(cè)圖1中①和②、②和③之間的靜壓差，得出急擴(kuò)大和急縮小的局部阻力值。

理論計(jì)算值及實(shí)測(cè)值如表4所示。

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筆者引用日本研究人員就有關(guān)的阻力系數(shù)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)[4]，見(jiàn)圖6與表5。

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由表4可見(jiàn)，實(shí)測(cè)值接近于理論計(jì)算值，證明這種計(jì)算方法經(jīng)得住實(shí)踐的檢驗(yàn)。

2 關(guān)于靜壓箱內(nèi)急擴(kuò)大的阻力系數(shù)值

在《實(shí)用供熱與空調(diào)設(shè)計(jì)手冊(cè)》第二版中，詳盡地給出了靜壓箱內(nèi)急縮小的局部阻力系數(shù)表，而靜壓箱內(nèi)急擴(kuò)大的局部阻力系數(shù)數(shù)據(jù)不足。對(duì)于這種情況，筆者引用日本研究人員就有關(guān)的阻力系數(shù)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)[4]，見(jiàn)圖6與表5。

圖6 靜壓箱連接示意圖

表5實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可見(jiàn)，靜壓箱急擴(kuò)大的局部阻力系數(shù)與入口風(fēng)管接管方式也有關(guān)。對(duì)于工程項(xiàng)目中最普遍的入口只有一根接入風(fēng)管、進(jìn)風(fēng)風(fēng)向和出風(fēng)方向呈90°的情景，可以參考圖6中實(shí)例5的情景，取阻力系數(shù)為0.75比較合適。

3 國(guó)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

對(duì)于靜壓箱的局部阻力計(jì)算，日本一般根據(jù)“公共建筑協(xié)會(huì)”頒布的《建筑設(shè)備設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū)作成指導(dǎo)手冊(cè)》[3]為依據(jù)，把靜壓箱的局部阻力分解為（入口）急擴(kuò)大+（出口）急縮小進(jìn)行計(jì)算（因?yàn)殪o壓箱內(nèi)的風(fēng)速很小，其風(fēng)流方向改變所引起的沿程阻力可忽略不計(jì)）。對(duì)于內(nèi)貼消聲保溫材料的消聲靜壓箱和普通靜壓箱局部阻力值的差異不做區(qū)分，在最終的風(fēng)系統(tǒng)壓力損失計(jì)算總值乘以一定的安全系數(shù)中予以考慮。

4 結(jié)論

風(fēng)管系統(tǒng)的阻力計(jì)算是風(fēng)機(jī)選型的基礎(chǔ)性工作。風(fēng)機(jī)選型不當(dāng)，會(huì)使風(fēng)機(jī)運(yùn)行工況嚴(yán)重偏離高效區(qū)，導(dǎo)致風(fēng)機(jī)效率降低，能耗增大。為了準(zhǔn)確計(jì)算風(fēng)機(jī)壓頭，就必須對(duì)風(fēng)管系統(tǒng)中各部件的局部阻力計(jì)算有詳細(xì)和深入的了解，這樣才能為風(fēng)機(jī)選型提供準(zhǔn)確的依據(jù)。靜壓箱的局部阻力計(jì)算作為風(fēng)機(jī)選型靜壓計(jì)算過(guò)程中必不可缺的一環(huán)，應(yīng)該得到大家的重視。

[1] 陸耀慶.實(shí)用供熱與空調(diào)設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2006

[2] 陸耀慶.實(shí)用供熱與空調(diào)設(shè)計(jì)手冊(cè)（第二版）[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2008

[3] 日本公共建築協(xié)會(huì).建築設(shè)備設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū)作成の手引[M].2009

[4] 柳原茂,橋本幸博.混合チャンバーの空気力學(xué)的特性（その2）抵抗係數(shù)の評(píng)価と総合評(píng)価[J].日本建築學(xué)會(huì)大會(huì)學(xué)術(shù)講演梗概集,2001,(9):615-616