暖通设计|中央空调风道、冷冻水管道水力计算方法

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  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

  3.5

  4~4.5

  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))

  

  

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