风管系统静压箱局部阻力分析与计算

张景军

三和工程设备（苏州）有限公司

0 引言

笔者近期在某洁净厂房改造工程中遇到风管系统风量达不到设计值的问题。为了查明原因，决定对风管系统进行局部阻力测定。在各管件（三通、弯头、静压箱、风口等）或者管段两端开风量测定孔，通过对其前后两个测定点的静压差实测值与设计值进行比较，明确问题所在。这也恰好提供了一次难得的检讨风管系统静压计算方法的机会。静压箱作为风管系统中的重要配件，局部阻力系数大，其阻力值大小直接影响整个风管系统的阻力取值。因此，静压箱的局部阻力计算必须引起足够的重视。

1 静压箱局部阻力分析与计算

根据静压箱的结构特点，影响阻力的因素主要有两个方面：一是通风管道急扩大或急缩小引起的局部阻力；二是静压箱内风流方向改变引起的局部阻力。据此可以把它分解为急扩大+变截面直角弯头+急缩小进行局部阻力计算。

图1 静压箱结构示意图

笔者举实际工程中所用静压箱尺寸为3000mm（长）×2000mm（宽）×1000mm（高），进出风管的尺寸分别为1000mm×1000mm和1200mm×1000mm，如图1。

局部阻力的计算公式：

式中：△P为局部阻力（局部压力损失），Pa；ζ为局部阻力系数；V为空气流速，m/s，采用小断面之风速；ρ为空气密度，1.204kg/m3。

由局部阻力计算公式可知，风量及风管尺寸确定的情况下，风速为定值。局部阻力计算的关键在于局部阻力系数的取值。

1.1 急扩大的局部阻力系数

对于①和②之间的急扩大，根据《实用供热与空调设计手册》[1]关于矩形风管金字塔型扩散管（图2）的阻力系数取值（表 1），当 θ(°)=180°时即是急扩大的情景，由于 A1/A0=(3000×2000)/(1000×1000)=6，则 A1/A0=6条件下 ζ=0.75。

图2 矩形风管金字塔型扩散管

表1矩形风管金字塔型扩散管的阻力系数

1.2 变截面直角弯头的局部阻力系数

对于①和③之间的变截面直角弯头，根据《实用供热与空调设计手册》第二版[2]关于进口/出口变断面的90°矩形弯管（送风系统）（图3）的阻力系数取值（表2），由于 W0/W1=1000/2000=0.5，H/W1=3000/2000=1.5，则可近似值W0/W1=0.6，H/W1=1时的局部阻力系数ζ=0.60或者计算插值。

图3 进口/出口变断面的90°矩形弯管（送风系统）

?

1.3 急缩小的局部阻力系数

对于②和③之间的急缩小，根据《实用供热与空调设计手册》第二版[2]关于静压箱与带有突然收缩的矩形风管连接（送风系统）（图4）的阻力系数取值（表3），当 θ(°)=180°时即是急缩小的情景，由于 F0/F1=(1200×1000)/(3000×1000)=0.4，则 ζ=0.34。

图4 静压箱与带有突然收缩的矩形风管连接（送风系统）

?

1.4 实测过程及相关仪器

风量的测定：风管内的风速用北京检测仪表有限公司生产的ZRQF-F30J型智能热球式风速计进行测定。如图5所示，在静压箱出风接管1200mm×1000mm的上端面、长边1200mm处按边长200mm横向均匀开风量测定孔6个，根据探杆每次伸入的长度，将测定截面分成30个边长为200mm的正方形小截面，测试点位于小截面中心，共30个点。则风量为各小截面风速与面积的乘积之和。

图5 测点布置图

静压差的测定：如图1所示，在①、②、③处分别开风量测定孔，用量程为0～±60Pa的Dwyer压差表连接橡皮管分别测图1中①和②、②和③之间的静压差，得出急扩大和急缩小的局部阻力值。

理论计算值及实测值如表4所示。

?

笔者引用日本研究人员就有关的阻力系数的实验数据[4]，见图6与表5。

?

由表4可见，实测值接近于理论计算值，证明这种计算方法经得住实践的检验。

2 关于静压箱内急扩大的阻力系数值

在《实用供热与空调设计手册》第二版中，详尽地给出了静压箱内急缩小的局部阻力系数表，而静压箱内急扩大的局部阻力系数数据不足。对于这种情况，笔者引用日本研究人员就有关的阻力系数的实验数据[4]，见图6与表5。

图6 静压箱连接示意图

表5实验数据

从实验数据可见，静压箱急扩大的局部阻力系数与入口风管接管方式也有关。对于工程项目中最普遍的入口只有一根接入风管、进风风向和出风方向呈90°的情景，可以参考图6中实例5的情景，取阻力系数为0.75比较合适。

3 国外相关标准

对于静压箱的局部阻力计算，日本一般根据“公共建筑协会”颁布的《建筑设备设计计算书作成指导手册》[3]为依据，把静压箱的局部阻力分解为（入口）急扩大+（出口）急缩小进行计算（因为静压箱内的风速很小，其风流方向改变所引起的沿程阻力可忽略不计）。对于内贴消声保温材料的消声静压箱和普通静压箱局部阻力值的差异不做区分，在最终的风系统压力损失计算总值乘以一定的安全系数中予以考虑。

4 结论

风管系统的阻力计算是风机选型的基础性工作。风机选型不当，会使风机运行工况严重偏离高效区，导致风机效率降低，能耗增大。为了准确计算风机压头，就必须对风管系统中各部件的局部阻力计算有详细和深入的了解，这样才能为风机选型提供准确的依据。静压箱的局部阻力计算作为风机选型静压计算过程中必不可缺的一环，应该得到大家的重视。

[1] 陆耀庆.实用供热与空调设计手册[M].北京:中国建筑工业出版社,2006

[2] 陆耀庆.实用供热与空调设计手册（第二版）[M].北京:中国建筑工业出版社,2008

[3] 日本公共建築協会.建築設備設計計算書作成の手引[M].2009

[4] 柳原茂,桥本幸博.混合チャンバーの空気力学的特性（その2）抵抗係数の評価と総合評価[J].日本建築学会大会学術講演梗概集,2001,(9):615-616