风道系统单位风量的耗功率分析

文_张长宏 浙江绿城利普建筑设计有限公司

《公共建筑节能设计标准》GB50189-2015，提出了风量大于10000m3/h风系统单位风量的耗功率Ws有最大值的限制，Ws是风输配系统的主要节能指标，也是绿色建筑、节能评审中的必查项目。设计中往往是先根据适应场景、风速和经验进行道设计、水力计算、选定风机或空调机组，再复核Ws是否满足，不满足则再进行优化调整，有时反复多次，延长了设计周期。因此需进一步具体分析Ws构成要素，探求更方便的计算式和分析方法。

1 风道单位风量耗功率Ws

《公共建筑节能设计标准》第4.3.22条提出了

式中 Ws—风道系统单位风量的耗功率，W/(m3/h) ； P—空调机组余压或通风系统风机风压，Pa；ηCD—电机传动效率（%），取0.855；ηF—风机效率（%），按设计图标注的效率选择。

如果风机的风压根据计算系统压力损失上附加10%，式（1）可变为：

2 风道单位风量单位局部阻力系数耗功率为Wsζ

式中 ρ—空气密度，kg/m3；ζ—局部阻力系数；ν—风速，m/s； Pd—风道动压，Pa； Wsζ取决于空气密度、风机效率和风速，或者是动压和风机效率；Wsζ能直观的表征局部阻力系数对Ws的影响程度，即局部阻力系数每变化一个单位对Ws影响多少。

3 风道单位风量沿程阻力耗功率Wsm

定义单位风量沿程阻力耗功率为

式中 pm—风道比摩阻，Pa/m；L—风道长度，m；Wsm取决于风机效率、风道长度、风道断面尺寸、风道内壁粗糙度、风速。

4 风道系统单位风量的耗功率Ws表达式

这样Ws就分拆为沿程阻力部分和局部阻力两部分，方便判断如何达到Ws规定值。

5 Ws表达式的应用

根据式（3）～（6）可以在给定的常用暖通风道进行计算、分析和探讨。

计算条件：①风速：文献表6.6.3规定常用的合理风速；②风道长度L=100m；③WS=0.27W/(m3/h) 能满足GB50189-2015中除新风系统外的规定值；④其余同式（5）。

计算目的：①分析符合节能要求常见的通风空调系统中，WS的摩擦阻力部分Wsm与局部阻力部分ζWsζ的占比；②在给定系统中，分析符合节能要求的最大局部阻力系数ζmax便于提前系统规划，避免再系统设计、计算、风机选型完成后再计算WS，以防止反复调整，以加快设计进度；③探讨系统阻力损失的规律，寻求系统设计的方法。常用风道WS分析详见表1。

6 分析与讨论

单位风量沿程阻力耗功率Wsm=0.012～0.104W/(m3/h)，在Ws的占比不大（4%～38%）时，同比摩阻pm规律相同，风速越大，断面越小，管道越长，Wsm占比越大。

单位风量单位局部阻力系数耗功率为Wsζ=0.005～0.033W/(m3/h)，Wsζ只是风速v或动压Pd正相关，与风道断面无关。

ζWsζ是Ws的局部阻力部分，为ζWsζ=0.166～0.258W/(m3/h)，Wsζ是风速v或动压Pd、及局部阻力系数ζ的乘积；在Ws的占比大（62%～96%）时，与Wsm为相反的关系，即风速越大，断面越小，允许的ζWsζ占比越小。

在满足Ws的前提下，ζmax=5.0～48.8，其变化规律与ζWsζ相同，即风速越大，断面越小，ζmax越小。所以高风速、小断面、长距离的系统中要特别减小ζ，才能满足Ws；即使满足节能，也应合理减少局部阻力系数。

风道系统的设计可按下列步骤：①规划最不利风道路径；②根据适用场景选取风速；③根据风速、风量概算风道断面；④根据步骤③查比摩阻求总沿程阻力损失；⑤根据表1查取最大局部阻力系数ζmax；⑥根据ζmax优化局部阻力构件。

表1 常用风道WS分析表

因为局部阻力占比大，且调整更容易。例如，增大弯头弯曲半径或增加导流叶片、采用阻力更小的消声器等减小局部阻力，比增大管段的断面尺寸减小其沿程阻力更经济有效。

7 结语

Ws有三个基本要素组成：沿程阻力、局部阻力和风机效率；其沿程阻力部分为；其局部阻力部分为。

常用的风道系统中，局部阻力占比较沿程阻力大；风速越大，局部阻力占比越大；优化局部阻力部件，减小局部阻力来减小系统的阻力损失更加经济有效；但是要关注长距离、小断面、粗糙内壁风道系统的沿程阻力。

按本文设计方法，可以加快设计进度，减少反复。