風道系統單位風量的耗功率分析

文_張長宏 浙江綠城利普建筑設計有限公司

《公共建筑節能設計標準》GB50189-2015，提出了風量大于10000m3/h風系統單位風量的耗功率Ws有最大值的限制，Ws是風輸配系統的主要節能指標，也是綠色建筑、節能評審中的必查項目。設計中往往是先根據適應場景、風速和經驗進行道設計、水力計算、選定風機或空調機組，再復核Ws是否滿足，不滿足則再進行優化調整，有時反復多次，延長了設計周期。因此需進一步具體分析Ws構成要素，探求更方便的計算式和分析方法。

1 風道單位風量耗功率Ws

《公共建筑節能設計標準》第4.3.22條提出了

式中 Ws—風道系統單位風量的耗功率，W/(m3/h) ； P—空調機組余壓或通風系統風機風壓，Pa；ηCD—電機傳動效率（%），取0.855；ηF—風機效率（%），按設計圖標注的效率選擇。

如果風機的風壓根據計算系統壓力損失上附加10%，式（1）可變為：

2 風道單位風量單位局部阻力系數耗功率為Wsζ

式中 ρ—空氣密度，kg/m3；ζ—局部阻力系數；ν—風速，m/s； Pd—風道動壓，Pa； Wsζ取決于空氣密度、風機效率和風速，或者是動壓和風機效率；Wsζ能直觀的表征局部阻力系數對Ws的影響程度，即局部阻力系數每變化一個單位對Ws影響多少。

3 風道單位風量沿程阻力耗功率Wsm

定義單位風量沿程阻力耗功率為

式中 pm—風道比摩阻，Pa/m；L—風道長度，m；Wsm取決于風機效率、風道長度、風道斷面尺寸、風道內壁粗糙度、風速。

4 風道系統單位風量的耗功率Ws表達式

這樣Ws就分拆為沿程阻力部分和局部阻力兩部分，方便判斷如何達到Ws規定值。

5 Ws表達式的應用

根據式（3）～（6）可以在給定的常用暖通風道進行計算、分析和探討。

計算條件：①風速：文獻表6.6.3規定常用的合理風速；②風道長度L=100m；③WS=0.27W/(m3/h) 能滿足GB50189-2015中除新風系統外的規定值；④其余同式（5）。

計算目的：①分析符合節能要求常見的通風空調系統中，WS的摩擦阻力部分Wsm與局部阻力部分ζWsζ的占比；②在給定系統中，分析符合節能要求的最大局部阻力系數ζmax便于提前系統規劃，避免再系統設計、計算、風機選型完成后再計算WS，以防止反復調整，以加快設計進度；③探討系統阻力損失的規律，尋求系統設計的方法。常用風道WS分析詳見表1。

6 分析與討論

單位風量沿程阻力耗功率Wsm=0.012～0.104W/(m3/h)，在Ws的占比不大（4%～38%）時，同比摩阻pm規律相同，風速越大，斷面越小，管道越長，Wsm占比越大。

單位風量單位局部阻力系數耗功率為Wsζ=0.005～0.033W/(m3/h)，Wsζ只是風速v或動壓Pd正相關，與風道斷面無關。

ζWsζ是Ws的局部阻力部分，為ζWsζ=0.166～0.258W/(m3/h)，Wsζ是風速v或動壓Pd、及局部阻力系數ζ的乘積；在Ws的占比大（62%～96%）時，與Wsm為相反的關系，即風速越大，斷面越小，允許的ζWsζ占比越小。

在滿足Ws的前提下，ζmax=5.0～48.8，其變化規律與ζWsζ相同，即風速越大，斷面越小，ζmax越小。所以高風速、小斷面、長距離的系統中要特別減小ζ，才能滿足Ws；即使滿足節能，也應合理減少局部阻力系數。

風道系統的設計可按下列步驟：①規劃最不利風道路徑；②根據適用場景選取風速；③根據風速、風量概算風道斷面；④根據步驟③查比摩阻求總沿程阻力損失；⑤根據表1查取最大局部阻力系數ζmax；⑥根據ζmax優化局部阻力構件。

表1 常用風道WS分析表

因為局部阻力占比大，且調整更容易。例如，增大彎頭彎曲半徑或增加導流葉片、采用阻力更小的消聲器等減小局部阻力，比增大管段的斷面尺寸減小其沿程阻力更經濟有效。

7 結語

Ws有三個基本要素組成：沿程阻力、局部阻力和風機效率；其沿程阻力部分為；其局部阻力部分為。

常用的風道系統中，局部阻力占比較沿程阻力大；風速越大，局部阻力占比越大；優化局部阻力部件，減小局部阻力來減小系統的阻力損失更加經濟有效；但是要關注長距離、小斷面、粗糙內壁風道系統的沿程阻力。

按本文設計方法，可以加快設計進度，減少反復。