排烟支管风速对排烟风机影响

来源：机电人脉

作者郭超月虞杰排油风机选型前校核风系统水力计算是很重要的一步，不然很可能出现设计压力不足，选型也不满足实际需求的情况，特别是在为了满足净高要求，一味压缩风管尺寸、增加风管转弯的情况下。本文分析了不同尺寸排烟支管对排烟系统阻力情况的影响，计算了不同阻力情况下对排烟风机实际运行时排烟量的影响。不一味压缩排烟风管，适当加大排烟支管尺寸，降低排烟支管排烟风速，可以尽量满足排烟口实际排烟量需求，有利排烟风机选型。

作者郭超月虞杰

排油风机选型前校核风系统水力计算是很重要的一步，不然很可能出现设计压力不足，选型也不满足实际需求的情况，特别是在为了满足净高要求，一味压缩风管尺寸、增加风管转弯的情况下。

本文分析了不同尺寸排烟支管对排烟系统阻力情况的影响，计算了不同阻力情况下对排烟风机实际运行时排烟量的影响。不一味压缩排烟风管，适当加大排烟支管尺寸，降低排烟支管排烟风速，可以尽量满足排烟口实际排烟量需求，有利排烟风机选型。

防烟分区一（PY-W-1）：防烟分区最长32.3米，面积81㎡，2~7层为一个排烟系统，设置独立的排烟竖井，内设金属风管，排烟风机设置在屋面，排烟风机风量考虑风道漏风系数及风机选择安全系数后按20000 m3/h选定。

防烟分区二（PY-W-2）：防烟分区最长22.5米，面积80㎡，2~7层为一个排烟系统，

防烟分区三（PY-W-3）防烟分区最41.9米，面积112㎡，2~7层为一个排烟系统；

防烟分区二、防烟分区三合用排烟竖井，内设金属风管，排烟风机设置在屋面，该排烟风机每层带2个防烟分区，2个防烟分区排烟量应叠加计算，排烟风机风量考虑风道漏风系数及风机选择安全系数后按35000 m3/h选定，图3为PY-W-1~3排烟系统图。

PY-W-1~3排烟系统排烟风管设计

PY-W-1~3排烟系统中，PY-W-2、3排烟系统主风管每层带2个防烟分区，以PY-W-2、3排烟系统为例，分析每层支风管尺寸、风速对PY-W-4排烟系统排烟风机的影响。

PY-W-2、3排烟系统排烟风机参数：HTF（A）-Ⅰ型10# 35000m3/h，770Pa，1450rpm，11KW，吸风段主风管尺寸为1000X800的金属风管，主风管风速v=12.16m/s。

其中防烟分区二（PY-W-2）：计算排烟量13000m3/h，排烟风管支管1000x250，排烟风管支管排烟风速14.44 m/s，排烟口采用800x800单层百叶，排烟口风速7.1 m/s（已按百叶有效面积0.8计算）。

防烟分区三（PY-W-3）：计算排烟量13000m3/h，排烟风管支管1000x250，排烟风管支管排烟风速14.44 m/s，排烟口采用800x800单层百叶，排烟口风速7.1 m/s（已按百叶有效面积0.8计算）；

排烟系统风管内流速大，产生的动压大，系统阻力计算采用文献[1]中沿程阻力与局部阻力之和方式计算，即排烟系统管路阻力采用式（1）进行各种风速情况下的比较。

排烟系统管路阻力计算

排烟系统管路阻力计算公式为：

其中：

为排烟系统管路阻力，单位为帕斯卡（Pa）；
为沿程阻力，单位为帕斯卡（Pa）；
为局部阻力，单位为帕斯卡（Pa）。

沿程阻力计算公式为：

其中：

为各段风管比摩阻，单位为帕斯卡每米（Pa/m），数据来源于“鸿业计算软件获取”；
为各段风管长度，单位为米（m）。

排烟风管系统，特别是带多个防烟分区的排烟系统，各段风管尺寸差异较大，造成各段风管内风速差异大，各段风管分开计算沿程阻力相对合理；根据《建筑防烟排烟系统技术标准》GB51251-2017第4.4.7条要求“机械排烟系统应采用管道排烟”，设计时采用钢板风管或内表面为金属材质的复合风管居多，当量绝对粗糙度采用0.15mm时的比摩阻；排烟系统测试时温度按20℃考虑，即使实际排烟时烟气温度较高，但比摩阻温度修正系数小于且接近1，计算时不考虑温度变化对系统阻力的影响。

局部阻力计算公式

局部阻力的计算公式为：

其中：

为管件的局部阻力因数；
为空气密度，单位为千克每立方米（kg/m3），空气参数取标准状态时为 1.2 kg/m3；
为该压力发生处的空气流速，单位为米每秒（m/s）。

查阅文献，排烟风管管件的局部阻力因数如表1所示。

表1 排烟风管管件的局部阻力因数

序号	管件名称	局部阻力因数	说明
1	室内排烟口板式排烟口	1.10	排烟口局阻系数包括风管开口和风口两部分损失之和；百叶风口有效面积为80%
1	室内排烟口百叶风口	1.95	排烟口局阻系数包括风管开口和风口两部分损失之和；百叶风口有效面积为80%
1	室内排烟口渐扩管+钢丝网	0.25	排烟口局阻系数包括风管开口和风口两部分损失之和；百叶风口有效面积为80%
2	防火阀	0.52	按多叶阀或蝶阀全开时局部阻力系数取值
3	弯头绕短边转弯	0.19	弯头转弯半径取1/2边长；矩形风管长宽比小于4
3	弯头绕长边转弯	0.27	弯头转弯半径取1/2边长；矩形风管长宽比小于4
4	三通	0.53	按45°合流T形三通近似取大值
5	风机入口变径管	0.31	查表取大值
6	风机出口变径管	0.25
7	室外排出口固定百叶	1.08	百叶有效面积为80%
7	室外排出口渐扩管+钢丝网	0.25	百叶有效面积为80%

根据《建筑防烟排烟系统技术标准》GB51251-2017中第4.2.4、5.2.3、5.2.4条等要求；PY-W-2、3排烟系统排烟风机运行时，启动防烟分区二或防烟分区三内任一个防烟分区内排烟口、排烟阀，此时，PY-W-2、3排烟系统排烟风机35000m3/h排烟量全部加载到该层1000x250排烟支管中，排烟支管排烟风速理论值达38.89 m/s，排烟口风速理论值达18.99 m/s（已按百叶有效面积0.8计算）。该边界情况下，计算防烟分区三最不利支路的系统阻力，即二层排烟口至屋顶排烟风机出口处的系统阻力，见图4 PY-W-3排烟系统阻力计算图，根据计算系统阻力为1255.11Pa，见表2 PY-W-3排烟系统最不利管路阻力计算表。

表2 PY-W-3排烟系统最不利管路阻力计算表（水平支风管1000x250）

局部阻力

编号	部件名称	风量 (m3/h)	风速 (m/s)	局部阻力因数 ξ	局部阻力 (Pa)
1	45°弯头设不锈钢防虫网	35000	12.38	0.25	23
3	280°排烟防火阀	35000	12.15	0.20	17.71
4	风管三通	35000	12.15	0.20	17.71
5	风管四通(6个)	35000	12.15	0.20	17.71x6=106.26
3	280°排烟防火阀	35000	38.89	0.20	181.5
8	风管三通	35000	38.89	0.20	181.5
3	280°排烟防火阀	35000	38.89	0.20	181.5
9	百叶排烟口	35000	18.99	1.95	173.9

沿程阻力

编号	风管长度(m)	风量(m3/h)	风速(m/s)	比摩阻Ri (Pa/m)	沿程阻力(Pa)
2	1.7	35000	12.38	1.5	2.55
6	20	35000	12.38	1.5	30
7	9.2	35000	38.89	36.9	339.48
合计					1255.11

采用同样计算方法，排烟支管尺寸调整为1000x500、1000x400、1000x320，排烟风管系统阻力情况见表3。

表3 不同排烟支管尺寸条件下排烟系统阻力

排烟支风管尺寸	排烟系统阻力 (Pa)	占比 (%)
1000x250	1255.11	100%
1000x320	1042.86	83.09%
1000x400	923.37	73.57%
1000x500	846.66	67.46%

防烟分区三（PY-W-3）排烟系统中排烟风机设计采用HTF（A）-Ⅰ型10#，风量35000m3/h，风压770Pa，排烟支风管尺寸采用1000x250时，实际最不利管路阻力为1255.11 Pa，系统最大阻力为风机风压值的1.63倍，防烟分区三设计需要排烟量为13000m3/h，排烟风机运行时随着系统阻力的增加风量随之降低，通过风机性能曲线分析，防烟分区三内的排烟量基本满足13000m3/h要求。

不同阻力情况下风机性能曲线分析

HTF（A）-Ⅰ型10#排烟风机为轴流风机，电动机传动为直联方式，图5黑色方框曲线为10#排烟风机的性能曲线图，A点为设计工况（排烟量35000m3/h，阻力770Pa）下排烟系统的工作状态点，而实际运行中，排烟系统阻力大大上升，以本案例为例，阻力上升至1255.11Pa，此时，管网特性曲线与风机特性曲线的交点从A点变为B点，从图中求得实际工况下B点风量为17360.3m3/h，满足13000m3/h要求。

通过排烟系统水力计算，排烟风机在克服排烟系统阻力情况下还要能正常运行时，风机风量大大降低，可以看出，需要克服的排烟系统阻力越大，风量降低的幅度越大。

排烟支风管风速对风机性能的影响

表3中可以比较得出，排烟支风管不同尺寸时风速不同，对风机风量、压力影响也不同。排烟支风管横截面积越小，风速越大，阻力越大，对风机风量、压力影响也越大。由图5可推断出，当排烟系统阻力更大时，实际工况下风管管网特性曲线会变得更陡，可能存在排烟系统风量不满足设计要求的可能。为保证排烟风机正常运行，排烟支风管风速计算时应尽可能选小，加大排烟支风管尺寸，降低系统阻力。

文章来源：

作者 | 浙江工业大学工程设计集团郭超月虞杰

来源 | 2022年浙江省暨杭州市暖通空调动力学术年会论文集