空調系統阻力的構成與計算

空調系統中空氣流動的動力來自風機。風機不僅要提供必要的通風量，還要提供足夠的全壓以克服系統的空氣流動阻力。所以在選擇風機的時候必須先計算出系統在一定空氣流量下的空氣流動阻力。
1、系統阻力的構成、分類與計算
風機必須克服的空氣流動阻力項包括：風機出口及軟接頭、主送風管、送風口、回風口、回風管、空調箱入口、空調箱內的構件（空氣過濾器、冷卻盤管、加熱盤管、空氣加濕器、擋水板等）及空調箱出口與風機入口等。
上述阻力項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。通常只發生于管道斷面形狀與尺寸不變的直管段內，如送、回風管道（不包括管道上的彎頭及閥門等構件）
管段摩擦阻力與管道的長度成正比。工程計算方法如下：

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
當管段尺寸與長度確定后，只要獲得對應的比摩阻，就可計算得出管段摩擦阻力。比摩阻通常可以查圖或表獲得。下圖是工程計算中常用的線算圖：

上圖中縱坐標為空氣流量，橫坐標為比摩阻。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。在上述四個參數中只要已知兩個，就可以查到其它兩個。制表條件為：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，對查得的結果需要進行修正。
（2）局部阻力
局部阻力是空氣流過斷面形狀、尺寸、流向、流量發生變化的管道和構件時的能量損失，例如三通、彎頭、變徑管、閥門、風口等。
工程設計計算中通常采用局部阻力系數法計算構件的局部阻力：

式中，為局部阻力，Pa
    為局部阻力系數，通常由實驗測定
    對應計算斷面的空氣平均流速，m/s
式中的為對應斷面的空氣動壓，當從相關表格中查到構件的局部阻力系數后，乘以對應空氣動壓，即求得局部阻力。在空調風管系統中，與摩擦阻力相比，局部阻力占主要比例。
不同局部構件的局部阻力系數可以從有關設計手冊與資料中查到。下表為漸擴管的局部阻力系數：

2、不利環路及系統總阻力
空氣從通風機的出口開始，流經管道，局部構件等后由送風口送入空調室內，然后經回風口、管道、局部構件等回到通風機的進口，稱為一個空氣流動環路。空調風管系統通常會有許多并聯環路，其中空氣流動阻力大的環路稱為不利環路。
風管系統設計時應以不利環路為基準，計算其空氣流動阻力，并作為系統總阻力。通風機必須同時滿足系統總風量與總阻力的要求，通風機提供的全壓應等于系統總阻力。在實際工程設計中通常再考慮一定安全系數后選擇通風機。只要不利環路所需的風機全壓得到滿足，其它并聯環路所需的全壓也一定得到滿足。
如果各并聯環路上的局部構件基本相同，則通常管路長度（包括送、回風管）大的就是不利環路。如果某些環路雖然長度不大，但管路中有局部阻力較大的構件或設備，那它也可能作為不利環路。
在系統進行管路設計時，通常以不利環路為基準。
一般情況下，空調箱生產廠商可以根據風管系統所需風量、全壓等參數配置通風機。空調箱本身的空氣流動阻力（風口、過濾器、盤管等）也已經考慮在內了。如果需要設計人員自己選擇風機，那么除了不利環路中風管系統的阻力外，空調箱本身的阻力不能忽略。
3、并聯環路的阻力平衡
在風管系統中凡有共同起訖點的環路稱為并聯環路。如下圖所示。空調箱服務于A,B,C三個房間，故1-A-6與1-2-B-5-6以及1-2-3-C-4-5-6是并聯環路。由于在共同起訖點上的空氣壓力狀態相同，因此所有并聯環路得到的有效作用全壓必須是相等的，這就要求在系統管路設計的同時考慮在設計流量下各并聯環路的空氣流動阻力相等，即考慮并聯環路的阻力平衡。

如果設計計算結果使得并聯環路的阻力不平衡，那么系統實際運行時由于并聯環路獲得的全壓是一致的，所以設計流動阻力小的環路流量會偏大，而設計阻力大的環路流量會偏小，工程上稱為水力失調，空調房間的溫濕度等參數就達不到設計要求。
實際設計過程中要求并聯環路的阻力*相等也是不可能的，所以用允許不平衡率來加以控制，對一般空調系統，兩并聯環路的阻力差值不應超過15%，對于除塵系統不應超過10%。
上圖中，設0-1-2-3-C-4-5-6-7為不利環路，則要求其中并聯環路的阻力有：

如果設計結果達不到上述要求，就應修改設計，通常采用以下方法來實現：
（1）調整風管管徑。縮小阻力偏小環路的風管管徑，使管內空氣流速上升，進而流動阻力也上升。調整后的管徑可用下式計算：

式中，D為原設計管徑，mm
   D′為調整后管徑，mm
   Δp為原計算的環路阻力，Pa
   Δp′為阻力平衡要求達到的環路阻力，Pa
上式是工程計算用的近似公式，按此式的計算結果調整后的環路阻力仍可能不平衡。
（2）增加風量。調整風管管徑有時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，此時也可以采用增加阻力偏小環路的空氣流量來實現阻力平衡，調整流量的計算方法如下：

式中，L為原設計流量，m³/h
   L′為調整后流量，m³/h
采用這種方法可以使阻力偏小的環路實現阻力平衡，但卻使系統的總流量增加，這是為了保證不利環路的設計流量，不得已采取的辦法。
（3）調節閥門。在并聯環路上安裝調節閥門，通過關小阻力偏小環路上閥門的開度來增加空氣流動阻力，實現阻力平衡。從調節角度來看，這種方法較方便，但如果并聯環路的設計阻力不平衡率很大，*依靠閥門調節并不能實現阻力平衡，同時可能帶來過大的空氣流動噪聲。所以在設計計算過程中應當采用合理布置風管走向及上述調整風管管徑、增加風量等措施。