风道系统压力分布与风机关系的探讨[1]

铁路节能环保与安全卫生２０１１年第１卷第６期

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文章编号：２０９５—１６７１（２０１１）０６—０２７９—０４

风道系统压力分布与风机关系的探讨

杜雅兰（中国铁道科学研究院节能环保劳卫研究所，北京１０００８１）

摘要：通过对常用的几种通风管道内的压力分布情况进行分析，可以在进行通风系统设计应用时，根据不同的通风管道布局，更加直观地判断风机选择的合理性。使通风管道的设计在保证使用效果的前提下，其初投资和运行费用降为最低。关键词：风机；全压；阻力；压力分布中图分类号：ＴＫ０１＋８文献标识码：Ｂ

节能技术在风道系统的应用，改变了以往通

风系统的低效、高耗能状态，大大节省了能源，特别是电力消耗。在风道系统设计上需要建筑专业

在方案设计阶段就予以充分的考虑。设计时，首先合理化分通风系统，选择合理的气流组织形式，

确定有效的风道系统设计方案，减少风道系统的

阻力；其次，进行准确的风量平衡计算，选择适当的系统设备，以能设计出高效节能的风道系统。

１风道系统

风道系统用于输送空气，是通风系统的重要

组成部分。在用于排风（或送风）、排毒、排尘等不同用途时，有着不同的设计要求，但其共同点都

需要把一定量的空气按设计要求的速度通过风道输送到指定地点。一般风道的形状有圆形、矩形

及配合建筑空间要求而确定的其它异型管件。由于流动的空气本身有粘滞性并与通风管壁

有摩擦，因而产生摩擦阻力，克服摩擦阻力引起的

能量损失称为摩擦阻力损失或摩擦压力损失；当空气流经风道中的管件及设备时，由于在边界急剧改变的区域将出现涡流区和速度的分布，从而

使流动阻力大大增加，这种阻力称为局部阻力；克服局部阻力而引起的能量损失，简称为局部压力损失。

空气在风道中流动时，沿途会遇到各种阻力，必须加以克服，这就是通常所说的风道系统的阻力，也就是空气在风道中流动时的压力损失，它等于摩擦阻力和局部阻力之和。风道的阻力，是供风机选择的主要技术参数，也是影响初投资和运

行成本的主要因素之一。因此，在设计不同形式的通风系统时，不仅要重点考虑空气作用于管道壁面方向的压力（静压），还要充分考虑由于空气产生流动速度而产生的压力（动压），尽量达到上述目的。

空气垂直作用于管道壁面的压力，以绝对真空为零点计算的静压，通常称为绝对静压，以大气压力为零点计算的静压为相对静压。在通风管道

中所说的空气静压均指相对静压（Ｐ；），静压高于大气压力的（在风机的压出管段中）为正值；低于大气压力的（在风机的吸入管段中）为负值。气体在风道内流动中，同气流运动方向成任何角度的平面，均受到静压的作用；空气产生流动速度的

压力，称为动压（Ｐ。），是空气流动时所具有的动能，其值永远是正值；静压和动压的代数和称为全

压…（Ｐ。），其代表气体流动时所具有的总能量。通风中全压值也以大气压为零点，因此全压可以为正值也可以为负值。收稿日期：２０１１－０９－２０；修订日期：２０１１．１１－０１作者简介：杜雅兰（１９６４一），女，北京人。副研究员．主要从事２几种不同形式的风道系统压力分布情况

安全工程、节能环保方面的工作。２．１单风机的风道系统

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图１表示一个单风机的风道系统，包括一个

轴流风机、送风道和回风道，以及该系统风道内的

压力变化，画出了动压值Ｐａ和静压值Ｐｊ相对于室外大气压的变化斜率。

罔１风道内的压力变化

从图１分析可以得出：对于断面积不变的风

道和弯头，全压和静压的损失是相等的。在断面

不变的风道中，压力的损失完全是由于摩擦阻力

所致。对于断面不变的管件和弯头，其压力损失

则为摩擦阻力和局部阻力之和。从扩张段③和⑦

看，动压值Ｐ。减小了，而静压可能增大，在这些管

段上所表示的静压值增加就是一般所说的静压复

得。在收缩段②和⑥，沿着空气的流动方向，动压

值加大，而全压值和静压值都减少了，但减少值是不等的。

在出风口处⑧，全压的损失取决于出风口的形状和流动特性，从图１中所给出的的局部阻力

系数可知，其值可大于ｌ、小于ｌ或等于ｌ。对于

局部阻力系数的这几种可能性，其全压和静压值

的变化均在图１中表示出了。当局部阻力系数小

于ｌ时，要在离开出风口前，其静压值小于大气压

（即为负值）。该处的静压值可按其总压值减去

动压值而计算得出。

在出风口①处，压力损失取决于进风口的形

状。刚离开进风口处，其全压值为气流上方即进口处的大气压力（此处设定为零）和局部阻力之

差。在进风口的进口处，静压值为零，刚离开进口

处其静压为负值，其代数和等于全压值（此处为

负值）和动压值之差。

从图ｌ中可以看出，不论在风道的哪个断面

上，全压值总是等于静压和动压之和（动压总是

２８０正值）。

从图１可知，系统的全压损失５ｐ，＝ｐ。，－ｐ一，系统的静压损失Ｐｉ＝Ｐｊ５一ｐ。。但对于风机来说，

其全压值应为Ｐ。＝Ｐ庐一Ｐ一，其静压值应为Ｐｊ＝Ｐ。

－ｐｄ＝Ｐ庐一ｐ一一Ｐ拼。当风机的进口和出ＩＩ的风速相等或相近时，则整个系统的全压损失和静压损失基本相等。

２．２双风机的风道系统

图２表示一个双风机的风道系统。一个热风

采暖系统。冬天需要加热送热风，为了节约能源，除满足必要的新风量外，尽量使用回风。在过渡

季节，为了加大新风量而减少直至不用回风时，回

风就通过排风阀排出。

媾风新风加热嚣斟荆④厅＠①彳＼似ｊ丰休一－＼出／弄＾飞＝∥ｌ回风机ｉ送风机

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图２双风机系统风道内的压力变化

从图２可以看出，在风道②一③处，由于回风

机的加压，该处风道处于正压区，回风可以通过排

风阀排出。③为零位阀，通过该阀后的风压应为

零。而在风道③一④处，由于送风机的抽吸作用，处于负压区，新风和回风均可进来。

２．３吸风风道的压力分布

图３为一个简单的吸风风道压力分布图。绘制该图时，可采用两种不同的基准。

若以大气压作为基准时，其静压称为相对静

压，大于大气压力者为正，小于大气压力者为负。显然，对于吸风道来说，其全压和静压均为负值。

若以绝对真空作为基准时，其静压称为绝对静压。从压力分布图上可以看出，不论吸风风道

或压送风道，都是从绝对真空线向上截取绝对静

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压的数值，画出绝对静压线沿风道长度的变化；然

后从绝对静压线再向上截取动压的数值，就可画出绝对全压线沿风道长度的变化。可见，以绝对

真空线作为画压力分布图的起点，无论对吸风风

道还是压风风道，绝对静压和绝对全压只有大小之分，而没有正负之别。绝对全压和绝对静压之

差等于动压。

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大气压线。ｌ螋物

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薹撕蚕麓蜘绝对真空线

图３简单吸风风道的压力分布网Ｏ

从图３可以看出，绝对全压值（即总阻力）向

着通风机方向沿途下降，在风机吸入口处达到最

大值。由工程热力学可知，大气压力与风机入口

绝对静压力之差称为真空度，并用Ｐ：。表示。显然，风机吸入口的真空度应等于吸入口的总阻力

加上吸入口的动压，即

Ｐ吐＝（△ｐｍ＋Ａｐｊ）＋秽‘木ｐ／２式中：ｐ止——真空度；秽——风道内风速；

ｐ——空气的密度。

同理，吸风风道任意截面上的真空度应等于

该截面上的总阻力加上该截面上的动压。利用真

空度（或称为负静压）的概念进行吸风风道的计

算是比较方便的。若将真空度值还原为总阻力，只需要减去相应截面上的动压即可。

３风机和风道系统压力的关系

风机叶片将动或静的能量给予空气，这个能

量表示为总压力的增加，它可转换为静压和动压。

这两个值是相互影响可互换的，即可由动压变为

静压。但不管任何时候，全压总是等于动压和静压之和。此处就显得静压的定义非常重要，如下式所表示：

ｐｉ。Ｐｑ—Ｐａ风机的全压值Ｐ。是风机加到空气流的能量的真实表示。风道系统的压力损失为所有部件的

全压损失之和，即从风机人口侧至出口侧所有风

道系统的风道和部件的全压损失之和，则风道系统的能量损失就是风道系统全压损失，也就是所

需要的风机全压值。仅仅在特殊的情况下，风道

的速度在风道的入口侧和出口侧各个部位处均相等时，风道的静压损失才等于全压损失。因而在

进行风机选择和风道系统设计时，利用风道的全

压损失则更为合适。设计时，要特别注意，一个风道系统在风机段

前后的全压差值等于风机的全压值，但其静压差

值不一定等于风机的静压值。下面通过３个例子来分析说明。

（１）图４为仅有出风道的风道系统的风机压

力关系图。

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圈４风机压力关系图（仅有出风风道）

从图４可以看出：

风机的全压：ｐ矿＝ｐ社一Ｐ。Ｉ＝ｐ口２，风机的静压：以＝ｐ矿一Ｐ矿＝跏这时，对于风道系统来说，通过风机段的全压差值：

△ｐｇ２ｐ社一ＰｑＩ２Ｐｑ２一ＰＣ其静压差值：

△ｐｉ２ｐ口一ｐｎ＝Ｐ／ｚ—Ｐｊｒ（２）图５为仅有进风道的风道系统的风机压力关系图。

从图５可以看出：

风机的全压：ｐ矿＝ｐ，２一Ｐ。Ｉ

风机的静压：鼢＝Ｐ矿一Ｐ∥＝跏一ｐ矿

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儿７毒大气压：忒沪

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图５风机压力关系图（仅有进风道）

其静压差值：缸＝ｐ，２一野＝乃＋ｐ。。≠盼

（３）图６为带进风道和出风道的风道系统的风机压力关系图。

从图６可以看出：

风机全压：ｐ矿＝ｐ９２一ｐ。ｌ

风机静压鼢＝ｐ矿一Ｐ盯＝跏一ｐ们对于风道系统来说，通过风机段的全压差值△Ｐ２ｐ口２一ｐｆＩ２ｐ矿其静压差值她＝如一勘＝鼢＋ｐ以≠鼢

４结论

在风道系统中运转的风机，即使在转速相同图６风机压力关系图（带进出风道）

时，它所输送的风量也可能各不相同，随系统压力

变化而变化；即系统中的压力损失小时，要求风机

的风压就小，输送的流量就大；反之，系统的压力

损失大时，要求风机的风压就大，输送的流量就小。因此，在进行通风系统设计时，根据不同的通

风系统布局和管道内的压力分布情况，合理地选

择风机，使风道系统的设计在保证使用效果的前提下，其初投资和运行费用降为最低。

参考文献：

［１］陆耀庆．实用供热空调设计手册［Ｍ］．北京：中国建筑工业出版社．１９９３．７６２—７６３．

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Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｆａｎｓ；ｔｏｔａｌｐｒｅｓｓｕｒｅ；ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ；ｐｒｅｓｓｕｒｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ