环状风道系统的模拟计算分析研究.pdf

环状风道系统的模拟计算分析 清华大学 夏春海朱颖心 日本株式会社山武徐国海 摘要：本文提出利用网络法求解变风量系统中环状风道的水力特性，构造三通关联矩阵解决模拟计算中 三通局部阻力系数的计算问题，并将之应用于实例分析。在网络计算模型和算例分析的基础上，作者比 较了环状风道和枝状风道在风量分配和阻力损失方面的区别，指出环状风道能通过调整分支风道风量分 配自动实现不同支路的阻力平衡，从而降低整个风道系统的阻力损失，提高变风量系统的调节性能。本 文研究成果为变风量系统的环状风道设计提供了工程指导。 关键词：环状风道枝状风道变风量系统网络法 1、引言 变风量系统根据房间分区温度信号调节该区的送风量，根据各末端的要求风量或送风管道固定点静 压值改变送风机转速，在满足房间温度和室内空气品质需求的同时，随室内负荷改变送风量，实现节能 目的。变风量系统要实现预期节能目标不仅需要有效的控制方法，而且还得有合理的系统设计和良好的 现场调试。以风阀型末端为例，现有的各种控制方法(例如，风机总风量控制方法¨j、VPT控制方法【21) 的实质都是在满足房间风量需求的前提下，尽量使末端风阀处于较大的开度，以保证送风系统的阻力最 小。事实上，对多分支风道系统，由于不同房间分区的负荷分布和变化往往不一致，各分支风道的需求 风量差异较大，如果风道设计不合理，即便理想的控制方法也很难保证多数末端风阀均处于较大的开度， 势必增大风系统阻力损失，影响节能潜力。以图0所示两种风道布置形式为例，夏季由于太阳辐射的影 响，西向房间冷负荷的最大值出现在下午，东向房间则出现在上午，负荷的不同导致不同朝向末端在一 天内不同时刻的需求风量差异较大。如果采用图0(a)所示的枝状风道布置方式，东西分支总需求风 量不同，导致A、B两点的最小需求静压值不同，于是需求静压小的分支只能通过减小末端风阀开度来 平衡阻力。而图0(b)由于分支风道最远端连通，风系统会通过连通处自动调整两条分支的风量分配， 从而保证两条分支需求静压相近，避免出现部分末端风阀开度过小的现象。由此可见，变风量系统的节 能潜力除了与控制方法有关外，还与风系统本身的水力特性相关。相对于枝状风道形式，环状风道相当 于增加了调节手段，从而改善了风系统的水力特性。 尽管环状风道在变风量系统中已有应用p≈J，但却缺少深入研究和分析，因此有必要研究环状风道 系统计算的新方法，以便明确环状风道的水力特性，为环状风道系统的工程设计提供参考。 北 t a枝状风道布置 b环形风道布置 图0风道布置形式示意图 2、风管系统的水力计算方法 通风系统的水力计算方法主要有静压复得法、等压损失法、假定流速法、T-Method方法等。静压 复得法利用风管分支处复得的静压克服该管段阻力，从而确定风道截面尺寸【6J；等压损失法以单位长度 风管的压力损失相等为前提，将已知总作用压力分配到各管段，根据阻力损失和风量确定各管段尺寸 嘲FJ；假定流速法先按技术经济要求选定风管流速，再根据风管风量确定截面尺寸，并计算阻力损失佟。J； T-Method方法采用简化通风系统的方法，将复杂的多管段通风系统最终简化为～条管段，并在此基础 上进行计算喁J。此外，殷平对传统的静压复得计算方法进行了改进，并用于分析多分支风道系统【91；Tsal 详细研究了利用T-Method优化设计风道系统的优点【1 程中的不足【l¨。尽管以上方法在实际工程中都有所应用，但都是已知管段风量确定管段尺寸，主要用 于定风量系统的设计计算，当然也可以用于枝状风道的模拟计算。 变风量环状风道系统各末端风量和最不利工况点是随室内负荷变化，需要采用全工况模拟的设计方 法，而不同分支汇合点又是随负荷状况移动的，所以部分管段的流动方向也是变化的【12】。环状风道各 节点的压力不仅取决于上游节点的压力，还取决于下游节点的压力，以上水力计算方法并不适用。因此， 有必要研究能解决变风量环状风道系统模拟计算方法，从而为工程设计和分析提供基本工具。 3、求解环状风道的网络法 3．1网络模型 根据流体网络相关理论‘1