文_張長(zhǎng)宏 浙江綠城利普建筑設(shè)計(jì)有限公司

《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB50189-2015，提出了風(fēng)量大于10000m3/h風(fēng)系統(tǒng)單位風(fēng)量的耗功率Ws有最大值的限制，Ws是風(fēng)輸配系統(tǒng)的主要節(jié)能指標(biāo)，也是綠色建筑、節(jié)能評(píng)審中的必查項(xiàng)目。設(shè)計(jì)中往往是先根據(jù)適應(yīng)場(chǎng)景、風(fēng)速和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行道設(shè)計(jì)、水力計(jì)算、選定風(fēng)機(jī)或空調(diào)機(jī)組，再?gòu)?fù)核Ws是否滿足，不滿足則再進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，有時(shí)反復(fù)多次，延長(zhǎng)了設(shè)計(jì)周期。因此需進(jìn)一步具體分析Ws構(gòu)成要素，探求更方便的計(jì)算式和分析方法。

1 風(fēng)道單位風(fēng)量耗功率Ws

《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》第4.3.22條提出了

式中 Ws—風(fēng)道系統(tǒng)單位風(fēng)量的耗功率，W/(m3/h) ； P—空調(diào)機(jī)組余壓或通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)機(jī)風(fēng)壓，Pa；ηCD—電機(jī)傳動(dòng)效率（%），取0.855；ηF—風(fēng)機(jī)效率（%），按設(shè)計(jì)圖標(biāo)注的效率選擇。

如果風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓根據(jù)計(jì)算系統(tǒng)壓力損失上附加10%，式（1）可變?yōu)椋?/p>

2 風(fēng)道單位風(fēng)量單位局部阻力系數(shù)耗功率為Wsζ

式中 ρ—空氣密度，kg/m3；ζ—局部阻力系數(shù)；ν—風(fēng)速，m/s； Pd—風(fēng)道動(dòng)壓，Pa； Wsζ取決于空氣密度、風(fēng)機(jī)效率和風(fēng)速，或者是動(dòng)壓和風(fēng)機(jī)效率；Wsζ能直觀的表征局部阻力系數(shù)對(duì)Ws的影響程度，即局部阻力系數(shù)每變化一個(gè)單位對(duì)Ws影響多少。

3 風(fēng)道單位風(fēng)量沿程阻力耗功率Wsm

定義單位風(fēng)量沿程阻力耗功率為

式中 pm—風(fēng)道比摩阻，Pa/m；L—風(fēng)道長(zhǎng)度，m；Wsm取決于風(fēng)機(jī)效率、風(fēng)道長(zhǎng)度、風(fēng)道斷面尺寸、風(fēng)道內(nèi)壁粗糙度、風(fēng)速。

4 風(fēng)道系統(tǒng)單位風(fēng)量的耗功率Ws表達(dá)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(dá)到Ws規(guī)定值。

5 Ws表達(dá)式的應(yīng)用

根據(jù)式（3）～（6）可以在給定的常用暖通風(fēng)道進(jìn)行計(jì)算、分析和探討。

計(jì)算條件：①風(fēng)速：文獻(xiàn)表6.6.3規(guī)定常用的合理風(fēng)速；②風(fēng)道長(zhǎng)度L=100m；③WS=0.27W/(m3/h) 能滿足GB50189-2015中除新風(fēng)系統(tǒng)外的規(guī)定值；④其余同式（5）。

計(jì)算目的：①分析符合節(jié)能要求常見的通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)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(tǒng)中，分析符合節(jié)能要求的最大局部阻力系數(shù)ζmax便于提前系統(tǒng)規(guī)劃，避免再系統(tǒng)設(shè)計(jì)、計(jì)算、風(fēng)機(jī)選型完成后再計(jì)算WS，以防止反復(fù)調(diào)整，以加快設(shè)計(jì)進(jìn)度；③探討系統(tǒng)阻力損失的規(guī)律，尋求系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方法。常用風(fēng)道WS分析詳見表1。

6 分析與討論

單位風(fēng)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(shí)，同比摩阻pm規(guī)律相同，風(fēng)速越大，斷面越小，管道越長(zhǎng)，Wsm占比越大。

單位風(fēng)量單位局部阻力系數(shù)耗功率為Wsζ=0.005～0.033W/(m3/h)，Wsζ只是風(fēng)速v或動(dòng)壓Pd正相關(guān)，與風(fēng)道斷面無關(guān)。

ζWsζ是Ws的局部阻力部分，為ζWsζ=0.166～0.258W/(m3/h)，Wsζ是風(fēng)速v或動(dòng)壓Pd、及局部阻力系數(shù)ζ的乘積；在Ws的占比大（62%～96%）時(shí)，與Wsm為相反的關(guān)系，即風(fēng)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(guī)律與ζWsζ相同，即風(fēng)速越大，斷面越小，ζmax越小。所以高風(fēng)速、小斷面、長(zhǎng)距離的系統(tǒng)中要特別減小ζ，才能滿足Ws；即使?jié)M足節(jié)能，也應(yīng)合理減少局部阻力系數(shù)。

風(fēng)道系統(tǒng)的設(shè)計(jì)可按下列步驟：①規(guī)劃最不利風(fēng)道路徑；②根據(jù)適用場(chǎng)景選取風(fēng)速；③根據(jù)風(fēng)速、風(fēng)量概算風(fēng)道斷面；④根據(jù)步驟③查比摩阻求總沿程阻力損失；⑤根據(jù)表1查取最大局部阻力系數(shù)ζmax；⑥根據(jù)ζmax優(yōu)化局部阻力構(gòu)件。

表1 常用風(fēng)道WS分析表

因?yàn)榫植孔枇φ急却?，且調(diào)整更容易。例如，增大彎頭彎曲半徑或增加導(dǎo)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(jīng)濟(jì)有效。

7 結(jié)語

Ws有三個(gè)基本要素組成：沿程阻力、局部阻力和風(fēng)機(jī)效率；其沿程阻力部分為；其局部阻力部分為。

常用的風(fēng)道系統(tǒng)中，局部阻力占比較沿程阻力大；風(fēng)速越大，局部阻力占比越大；優(yōu)化局部阻力部件，減小局部阻力來減小系統(tǒng)的阻力損失更加經(jīng)濟(jì)有效；但是要關(guān)注長(zhǎng)距離、小斷面、粗糙內(nèi)壁風(fēng)道系統(tǒng)的沿程阻力。

按本文設(shè)計(jì)方法，可以加快設(shè)計(jì)進(jìn)度，減少反復(fù)。