空調(diào)系統(tǒng)阻力的構(gòu)成與計(jì)算

空調(diào)系統(tǒng)中空氣流動(dòng)的動(dòng)力來自風(fēng)機(jī)。風(fēng)機(jī)不僅要提供必要的通風(fēng)量，還要提供足夠的全壓以克服系統(tǒng)的空氣流動(dòng)阻力。所以在選擇風(fēng)機(jī)的時(shí)候必須先計(jì)算出系統(tǒng)在一定空氣流量下的空氣流動(dòng)阻力。
1、系統(tǒng)阻力的構(gòu)成、分類與計(jì)算
風(fēng)機(jī)必須克服的空氣流動(dòng)阻力項(xiàng)包括：風(fēng)機(jī)出口及軟接頭、主送風(fēng)管、送風(fēng)口、回風(fēng)口、回風(fēng)管、空調(diào)箱入口、空調(diào)箱內(nèi)的構(gòu)件（空氣過濾器、冷卻盤管、加熱盤管、空氣加濕器、擋水板等）及空調(diào)箱出口與風(fēng)機(jī)入口等。
上述阻力項(xiàng)可以分成管段摩擦阻力及局部阻力兩類：
（1）管段摩擦阻力
摩擦阻力是由于空氣本身的黏滯性及空氣與管壁間的的摩擦而造成的能量損失，也可稱為沿程阻力。通常只發(fā)生于管道斷面形狀與尺寸不變的直管段內(nèi)，如送、回風(fēng)管道（不包括管道上的彎頭及閥門等構(gòu)件）
管段摩擦阻力與管道的長度成正比。工程計(jì)算方法如下：

式中，為管段摩擦阻力，Pa
    為比摩阻（即單位長度管段的摩擦阻力），Pa/m
    為管段長度，m
當(dāng)管段尺寸與長度確定后，只要獲得對應(yīng)的比摩阻，就可計(jì)算得出管段摩擦阻力。比摩阻通常可以查圖或表獲得。下圖是工程計(jì)算中常用的線算圖：

上圖中縱坐標(biāo)為空氣流量，橫坐標(biāo)為比摩阻。由左上向右下傾斜的一組平行線為空氣流速，由左下向右上傾斜的一組平行線為圓形管道直徑。在上述四個(gè)參數(shù)中只要已知兩個(gè)，就可以查到其它兩個(gè)。制表?xiàng)l件為：大氣壓p_B=101 325Pa、溫度t=20℃、管壁粗糙度K=0.15mm。如果使用條件不同，對查得的結(jié)果需要進(jìn)行修正。
（2）局部阻力
局部阻力是空氣流過斷面形狀、尺寸、流向、流量發(fā)生變化的管道和構(gòu)件時(shí)的能量損失，例如三通、彎頭、變徑管、閥門、風(fēng)口等。
工程設(shè)計(jì)計(jì)算中通常采用局部阻力系數(shù)法計(jì)算構(gòu)件的局部阻力：

式中，為局部阻力，Pa
    為局部阻力系數(shù)，通常由實(shí)驗(yàn)測定
    對應(yīng)計(jì)算斷面的空氣平均流速，m/s
式中的為對應(yīng)斷面的空氣動(dòng)壓，當(dāng)從相關(guān)表格中查到構(gòu)件的局部阻力系數(shù)后，乘以對應(yīng)空氣動(dòng)壓，即求得局部阻力。在空調(diào)風(fēng)管系統(tǒng)中，與摩擦阻力相比，局部阻力占主要比例。
不同局部構(gòu)件的局部阻力系數(shù)可以從有關(guān)設(shè)計(jì)手冊與資料中查到。下表為漸擴(kuò)管的局部阻力系數(shù)：

2、不利環(huán)路及系統(tǒng)總阻力
空氣從通風(fēng)機(jī)的出口開始，流經(jīng)管道，局部構(gòu)件等后由送風(fēng)口送入空調(diào)室內(nèi)，然后經(jīng)回風(fēng)口、管道、局部構(gòu)件等回到通風(fēng)機(jī)的進(jìn)口，稱為一個(gè)空氣流動(dòng)環(huán)路。空調(diào)風(fēng)管系統(tǒng)通常會(huì)有許多并聯(lián)環(huán)路，其中空氣流動(dòng)阻力大的環(huán)路稱為不利環(huán)路。
風(fēng)管系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)以不利環(huán)路為基準(zhǔn)，計(jì)算其空氣流動(dòng)阻力，并作為系統(tǒng)總阻力。通風(fēng)機(jī)必須同時(shí)滿足系統(tǒng)總風(fēng)量與總阻力的要求，通風(fēng)機(jī)提供的全壓應(yīng)等于系統(tǒng)總阻力。在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中通常再考慮一定安全系數(shù)后選擇通風(fēng)機(jī)。只要不利環(huán)路所需的風(fēng)機(jī)全壓得到滿足，其它并聯(lián)環(huán)路所需的全壓也一定得到滿足。
如果各并聯(lián)環(huán)路上的局部構(gòu)件基本相同，則通常管路長度（包括送、回風(fēng)管）大的就是不利環(huán)路。如果某些環(huán)路雖然長度不大，但管路中有局部阻力較大的構(gòu)件或設(shè)備，那它也可能作為不利環(huán)路。
在系統(tǒng)進(jìn)行管路設(shè)計(jì)時(shí)，通常以不利環(huán)路為基準(zhǔn)。
一般情況下，空調(diào)箱生產(chǎn)廠商可以根據(jù)風(fēng)管系統(tǒng)所需風(fēng)量、全壓等參數(shù)配置通風(fēng)機(jī)。空調(diào)箱本身的空氣流動(dòng)阻力（風(fēng)口、過濾器、盤管等）也已經(jīng)考慮在內(nèi)了。如果需要設(shè)計(jì)人員自己選擇風(fēng)機(jī)，那么除了不利環(huán)路中風(fēng)管系統(tǒng)的阻力外，空調(diào)箱本身的阻力不能忽略。
3、并聯(lián)環(huán)路的阻力平衡
在風(fēng)管系統(tǒng)中凡有共同起訖點(diǎn)的環(huán)路稱為并聯(lián)環(huán)路。如下圖所示。空調(diào)箱服務(wù)于A,B,C三個(gè)房間，故1-A-6與1-2-B-5-6以及1-2-3-C-4-5-6是并聯(lián)環(huán)路。由于在共同起訖點(diǎn)上的空氣壓力狀態(tài)相同，因此所有并聯(lián)環(huán)路得到的有效作用全壓必須是相等的，這就要求在系統(tǒng)管路設(shè)計(jì)的同時(shí)考慮在設(shè)計(jì)流量下各并聯(lián)環(huán)路的空氣流動(dòng)阻力相等，即考慮并聯(lián)環(huán)路的阻力平衡。

如果設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果使得并聯(lián)環(huán)路的阻力不平衡，那么系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行時(shí)由于并聯(lián)環(huán)路獲得的全壓是一致的，所以設(shè)計(jì)流動(dòng)阻力小的環(huán)路流量會(huì)偏大，而設(shè)計(jì)阻力大的環(huán)路流量會(huì)偏小，工程上稱為水力失調(diào)，空調(diào)房間的溫濕度等參數(shù)就達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。
實(shí)際設(shè)計(jì)過程中要求并聯(lián)環(huán)路的阻力*相等也是不可能的，所以用允許不平衡率來加以控制，對一般空調(diào)系統(tǒng)，兩并聯(lián)環(huán)路的阻力差值不應(yīng)超過15%，對于除塵系統(tǒng)不應(yīng)超過10%。
上圖中，設(shè)0-1-2-3-C-4-5-6-7為不利環(huán)路，則要求其中并聯(lián)環(huán)路的阻力有：

如果設(shè)計(jì)結(jié)果達(dá)不到上述要求，就應(yīng)修改設(shè)計(jì)，通常采用以下方法來實(shí)現(xiàn)：
（1）調(diào)整風(fēng)管管徑。縮小阻力偏小環(huán)路的風(fēng)管管徑，使管內(nèi)空氣流速上升，進(jìn)而流動(dòng)阻力也上升。調(diào)整后的管徑可用下式計(jì)算：

式中，D為原設(shè)計(jì)管徑，mm
   D′為調(diào)整后管徑，mm
   Δp為原計(jì)算的環(huán)路阻力，Pa
   Δp′為阻力平衡要求達(dá)到的環(huán)路阻力，Pa
上式是工程計(jì)算用的近似公式，按此式的計(jì)算結(jié)果調(diào)整后的環(huán)路阻力仍可能不平衡。
（2）增加風(fēng)量。調(diào)整風(fēng)管管徑有時(shí)仍無法滿足阻力平衡的要求，或者受到其它條件的限制，管徑無法縮小，此時(shí)也可以采用增加阻力偏小環(huán)路的空氣流量來實(shí)現(xiàn)阻力平衡，調(diào)整流量的計(jì)算方法如下：

式中，L為原設(shè)計(jì)流量，m³/h
   L′為調(diào)整后流量，m³/h
采用這種方法可以使阻力偏小的環(huán)路實(shí)現(xiàn)阻力平衡，但卻使系統(tǒng)的總流量增加，這是為了保證不利環(huán)路的設(shè)計(jì)流量，不得已采取的辦法。
（3）調(diào)節(jié)閥門。在并聯(lián)環(huán)路上安裝調(diào)節(jié)閥門，通過關(guān)小阻力偏小環(huán)路上閥門的開度來增加空氣流動(dòng)阻力，實(shí)現(xiàn)阻力平衡。從調(diào)節(jié)角度來看，這種方法較方便，但如果并聯(lián)環(huán)路的設(shè)計(jì)阻力不平衡率很大，*依靠閥門調(diào)節(jié)并不能實(shí)現(xiàn)阻力平衡，同時(shí)可能帶來過大的空氣流動(dòng)噪聲。所以在設(shè)計(jì)計(jì)算過程中應(yīng)當(dāng)采用合理布置風(fēng)管走向及上述調(diào)整風(fēng)管管徑、增加風(fēng)量等措施。