用Excel进行空调通风管道阻力计算.pdf

3 9 制冷空调 与电力机械 N o . 4 / 2 0 0 2 总第8 8 期 第2 3 卷 用 E x c e l 进行空调通风管道阻力计算 中图分类号: T U 8 3 文献标识码: B 文章编号: 1 0 0 6 - 8 4 4 9 ( 2 0 0 2 ) 0 4 - 0 0 3 9 - 0 5 摘要 ： 介绍用E x c e l 软件编制钢板通风管道计算表的步骤和要点， 在此基础上说明编制空调管路阻力 计算表、建立风（水）系统阻力计算书的方法，演示了风管阻力计算、阻力平衡的实例。 关键词 ： E x c e l 软件 ； 空调 ； 管道阻力计算 ； 阻力平衡 ； 数据库 肖光兴 （江西省建筑设计研究总院， 江西 南昌 3 3 0 0 4 6 ） 表1 圆形风管阻力计算表 1 = - 2 L g ( + ) 2 . 5 1 Re K 3 . 7 1 D 引言 风（水）系统管道设计，是空调工程设计的重要组成部 分。 其工作量占整个设计工作很大比重。 国内已有多种二次 开发的C A D 软件中集成了此项计算功能，但由于诸多原因， 目前空调管路的阻力计算方式， 相当多的设计人员仍采用套 指标估算或查图表手算， 费时费力， 重复计算， 很不方便。 笔 者近年来尝试将A u t o C A D 和O f f i c e 下的集成软件E x c e l 搭配使 用， 感到用E x c e l 进行工程计算， 仅在建立电子表格的过程中 比平时计算要多耗费一些时间和精力，电子表格一旦建成， 设计者只要输入一些条件数据， 进行少量的人工干预， 一切 计算都是自动进行的。在设计过程中，同时运行A u t o C A D 和 E x c e l 软件， 通过A l t + T a b 键， 两种软件自动切换， 进退自如， 使在设计中作多方案比较、 多工况分析和优化成为可能。 随 着计算结果精确度的提高， 使设计工作带来的社会效益和经 济效益也得到提高。 计算结果以表格形式表示， 符合手算习 惯，也满足了校审、归档管理的要求。 管路设计过程中， 设计人员工作步骤为 ： a ） 根据管内流 量， 定流速，查表选管径；b ） 在绘制管路完毕后， 平衡各支 路管道阻力，调整管道截面。因此本文主要介绍：建立根据 现行设计手册的风管、 水管计算表的电子表格；建立实用的 阻力计算电子表格。不当之处，请批评指正。 2 用E x c e l 编制钢板通风管道计算表 2 . 1 编制数据取值 为了便于与文献 2 对比数据， 用E x c e l 编制的通风管道计 算表采用国家法定计量单位， 按文献 2 制表条件取值 ： a ）空气参数大气压力P = 1 0 1 3 2 5 P a ，温度t = 2 0 ，密度 = 1 . 2 0 4 k g / m 3， 运动粘度 = 1 5 . 0 6 1 0- 6 m2/ s ； b ） 风道内表面的平均绝对粗糙度， 钢板取 K = 0 . 1 5 m m； c ） 风道断面尺寸和壁厚， 采用文献 1 的标准尺寸， 制表 时风管壁厚的取舍， 按文献 2 的规定， 风道的外边长减去外 边长允许偏差的一半再减去壁厚值。 2 . 2制表公式（圆管） a ） 动压 ： PV 2/ 2 b ） 风量 ： L = ( D 2/ 4 ) . ( 3 6 0 0 V ) 式中/ 4 取0 . 7 8 5 4 , D指圆管内径。 c ） 比摩阻 ： Pm= ( / D) . ( V 2/ 2 ) d ） 雷诺数 ： R e = V. d / e ） 采用C o l e b r o o k - W h i t e 公式 ： 式中D为 ( 当量) 直径， 圆管指内径。 该公式表达为Re 和相对粗糙度K / D的隐函数， 采用迭代法计算。 计算机应用与信息技术 4 0 制冷空调 与电力机械 N o . 4 / 2 0 0 2 总第8 8 期 第2 3 卷 2 . 3 编制步骤 在E x c e l 中建立仿文献 2 表1 8 - 1 2 的电子表格见表1 。 从 表1 可看出，打开的是圆形风管计算表，编制步骤如下： a ）在第1 ，2 行A ，B ， . . . H 列输入表头名称、单位； b ）在A 3 单元格输入动压算式： B 3 2*1 . 2 0 4 / 2 c ） 由于风量、 比摩阻、 雷诺数、 摩擦阻力系数等计算式 中D均为内径， 在D 3 单元格按文献 1 圆形通风管道规格输入 圆管外径转内径计算式： I F ( C 3 = 1 2 5 0 , （C 3 - 2 . 5 0 ） ， I F ( C 3 = 5 6 0 , ( C 3 - 2 ) , I F ( C 3 = 2 2 0 , ( C 3 - 1 . 5 ) , ( C 3 - 1 ) ) ) ) d ）在E 3 单元格输入风量计算式： 3 6 0 0*0 . 7 8 5 4 *( D 3*0 . 0 0 1 ) 2 *B 3 e ） 在F 3 单元格输入比摩阻计算式： I 3 / ( D 3*0 . 0 0 1 )*A 3 f ）在G 3 单元格输入雷诺数计算式： B 3*D 3*0 . 0 0 1 / ( 1 5 . 0 6 *1 0 ( - 6 ) ) g ） 在H 3 单元格输入 计算式 ： L O G 1 0 ( ( 0 . 1 5 / ( 3 . 7 1*D 3 ) + 2 . 5 1 / G 3*H 3 ) ( - 2 ) ) h ） 在I 3 单元格输入通过 求算式 ： H 3 ( - 2 ) 至此， 仿文献 2 的电子表格算式已输入完毕。 用户在B 3 单元格输入风速（可打开表1 下方的风管风速表查询推荐风 速） ， 在C 3 单元格输入管径， 就可以自动生成动压、 风量、 比 摩阻等数据。 改变管径或风速，其他数据可自动相应改变。 2 . 4 几点说明 2 . 4 . 1 D 3 单元格相对引用了多层嵌套I F 函数， 是由于D ( 当量) 系指管内径， 它是由不同系列的外径减去不同的壁厚得到的。 2 . 4 . 2 H 3 单元格输入的C o l e b r o o k - W h i t e 公式， 引用了自身所 在的单元格，即公式的循环引用。公式输入之后，屏幕上可 能出现如图1 所示的提示信息 ：“M i c r o s o f t E x c e l 不能计算此公 式” 。 如果出现了上述信息， 可以通过对E x c e l 的 “重新计算” 功能进行设定，步骤如下： a ）单击“工具”菜单的选项命令，出现如图2 所示“选 图1 迭代报错信息 图1 迭代选项对话框 表2 空调水管阻力计算表表2 空调水管阻力计算表 表3 空调水管阻力计算对照表 表4 圆形风管阻力计算对照表 表5 矩形风管阻力计算对照表 计算机应用与信息技术 4 1 制冷空调 与电力机械 N o . 4 / 2 0 0 2 总第8 8 期 第2 3 卷 项”对话框； b ）单击“重新计算“ 选项卡； c ）勾选“反复操作”选项； d ）设定“最多迭代次数”和 “最大误差值” ；单击确定。 设置好的 “重新计算“ 应能满足我们的计算精度要求。 2 . 4 . 3 在A 3 ，D 3 ，E 3 ，F 3 ，G 3 ，H 3 ，I 3 单元格定义好算式 后，通过拖曳填充柄方式， 可以复制任意行数的计算表格。 2 . 4 . 4 将风速 （B 列） 和外径 （C 列） 数据输入后， 自动生成 圆形风管计算表。 2 . 4 . 5 矩形风管阻力计算表、 空调水管阻力计算表的编制方 法与圆形风管阻力计算表大致相同， 矩形风管采用流速当量 直径D = 2 ab / ( a + b) 计算比摩阻。表2 计算条件：计算水温 2 0 ， 闭式系统水管K值取0 . 2 m m , 开式系统水管K值取0 . 5 m m , 值采用C o l e b r o o k - W h i t e 公式， 式中Re数的运动粘滞系数与 水温有关 = 1 . 0 0 4 1 0 6 m2/ s ， 其他步骤不赘述。 2 . 4 . 6 不同风管材的K值， 可以在表1 中当量绝对粗糙度K 值表中选取， 据此可以编制不同材质的风管计算表。 2 . 4 . 7 水管计算数据和查表数据对比见表2 、 表3 。 水管查表 数据摘自文献 3 。 表4 圆形风管计算数据和查表数据基本一致，仅D 1 1 单 元格风量查表值8 6 7 8 m 3/ h ， 计算值8 6 7 9 m3/ h ； D 1 5 单元格风量 查表值3 0 0 4 0 m 3/ h ， 计算值3 0 0 3 9 m3/ h 。 表5 矩形风管计算数据和查表数据完全一致， 风管查表 数据均摘自文献 2 表1 8 - 1 2 ， 1 8 - 1 3 。 产生水管数据误差的原因： a ） 由于流速小数点后保留位数不同， 取近似值的舍入误差 ； b ） 水管的壁厚与文献 3 取值 （小数点后保留位数） 不尽 一致。 若计算误差不大于3 . 1 , 数据精度能满足工程使用。 3 建立实用的阻力计算表 3 . 1 例题一 采用E x c e l 进行风管阻力计 算， 其步骤和手算过程相似。 3 . 1 . 1计算步骤 a ） 布置送回风口， 确定 其必要风量； b ） 划分空调区域， 布置 管线， 画出计算草图， 在管线 图3 风管阻力平衡计算图 上标示风量、管长（括号内数字） ，如图3 ； c ） 根据各管段风量， 试选风管断面尺寸， 以保证流速在 推荐流速范围内， 并在此基础上计算最不利环路各管段阻力， 计算其他分支管路各管段阻力，如表6 ； 表6 风管阻力平衡计算表 （一） 表7 风管阻力平衡计算表 （二） d ） 进行各并联支路间阻力平衡计算， 调整各并联管段截 面尺寸，保证其不平衡率小于1 5 % ，如表7 。 3 . 1 . 2 注意事项 3 . 1 . 2 . 1 为保证风管阻力计算按预设定条件顺利进行， 画计 算草图时， 对管段编号规则约定：编号从最不利环路末端开 始。编完最不利环路后，再编并联支路号。 3 . 1 . 2 . 2 表6 风系统计算局部阻力采用了简略算法， 据文献 7 ， 风管压力损失由下式确定 ： P = Pm L ( 1 + K ) 式中Pm比摩阻， P a / m ； L 最不利环路总长， m ; K 局阻/ 摩阻。三通、弯头少，K = 1 2 ；三通、弯头 多, K = 3 5 （本例题采用K = 3 ） 。 3 . 1 . 2 . 3 若局部阻力采用详细算法 （见例题二） ， 应叠加各部 件的局部阻力值。为了便于查表，可将局阻当量长度表（或 局部阻力系数表） 编制在同一工作簿中， 采用E x c e l 的数据库 计算机应用与信息技术 4 2 制冷空调 与电力机械 N o . 4 / 2 0 0 2 总第8 8 期 第2 3 卷 清单方法处理。 3 . 1 . 2 . 4 表6 中管段编号分A ， B ， C 三列 处理， O 3 ， O 4 单元格 设定了不同的算式， 以保证风管的串联计算按此要求顺利进行。 3 . 1 . 2 . 5 表6 中并联支路阻力计算应分别进行 （表中第1 0 1 2 行、第1 4 1 6 行、 第1 8 2 0 行、第2 2 2 3 行等） ，其计算 结果“累计总阻力” （图中N 1 2 ，N 1 6 ，N 2 0 ，N 2 3 单元格）用 F 4 键将相对引用转换为绝对引用。 3 . 1 . 2 . 6 表7 中， 在最不利管路各平衡阻力管段后插入新行 （表 7 中第6 ，8 ，1 0 ，1 1 行） ，把各并联支路的计算结果（表6 中 第1 2 ，1 6 ，2 0 ，2 3 行）复制至表7 对应的新行中，参与最不 利管路系统的平衡阻力计算。 此时表7 中不平衡率单元格P 6 ， P 8 ，P 1 0 ，P 1 1 自动计算，显示其不平衡数值。若不平衡率 大于或等于1 5 % ， 可人为调整各并联支路管段截面尺寸。 电 子表格自动计算各并联支路阻力值和不平衡率， 直到各并联 支路单元格数值相应自动调整到不平衡率 小于1 5 % 止。 表 7 显示了不平衡率 小于1 5 % 的调整结果。 3 . 1 . 3编制步骤 a ）在A 3 、B 3 、C 3 单元格填入管段编号，在D 3 单元格填 入风量值，在E 3 、F 3 单元格填入风管截面宽和高。 b ）在G 3 单元格填入风速算式： I F ( T 3 “ “ , D 3 / ( 3 6 0 0 * T 3 * 0 . 0 0 1* U 3 * 0 . 0 0 1 ) , “ “ ) ； 在H 3 单 元格键入比摩阻算式 ： S 3 / ( V 3 * 0 . 0 0 1 ) * J 3（表6 、 表7 Q V 列 未展开） 。 c ） 在I 3 单元格键入风管实长， 在J 3 单元格键入动压算式 ： G 3 2 * 1 . 2 0 4 / 2 ； 在K 3 单元格键入摩阻算式 ： H 3* I 3 。 d ） 局阻系数在概略计算时采用局阻与摩阻的比值K , 本 例题取K = 3 ， 据文献 3 。 在L 3 单元格中填入3 。 在M 3 单元格键入局部阻力算式： K 3 * L 3 ；在N 3 单元格 键入总阻力算式：K 3 + M 3 ；在O 3 单元格键入累计总阻力算 式： N 3 ；在O 4 单元格键入累计总阻力算式: N 4 + O 3 e ）在P 3 单元格键入计算各并联支路管道全程阻力不平 衡率计算式： I F ( C 1 = C 3 , ( ( O 3 - O 1 ) / O 1 )*1 0 0 , I F ( C 2 = C 3 , ( ( O 3 - O 2 ) / O 2 ) * 1 0 0 , “ “ ) ) 在Q 3 单元格键入雷诺数计算式： G 3 * V 3 * 0 . 0 0 1 / ( 1 5 . 0 6 * 1 0 ) ( - 6 ) ) 在R 3 单元格键入 计算式 ： L O G 1 0 ( ( 0 . 1 5 /（3 . 7 1 * V 3 ) + 2 . 5 1 / Q 3 * R 3 ) ( - 2 ) ) 在S 3 单元格键入通过 求算式 ： R 3 ( - 2 ) f ） 在T 3 单元格键入矩形风管内宽算式根据文献 2 风管 内宽尺寸编制： I F ( E 3 = 1 2 5 0 , ( E 3 - 2 . 4 - 1 ) , I F ( E 3 = 6 3 0 , ( E 3 - 2 - 1 ) , I F ( E 3 = 2 5 0 , ( E 3 - 1 . 5 - 1 ) , I F ( E 3 = 5 0 , ( E 3 - 1 - 1 ) , “ “ ) ) ) ) 在U 3 单元格键入矩形风管内高算式 ： I F ( E 3 = 1 2 5 0 ， ( F 3 - 2 . 4 - 1 ) , I F ( E 3 = 6 3 0 , ( F 3 - 2 - 1 ) , I F ( E 3 = 2 5 0 , ( F 3 - 1 . 5 - 1 ) , I F ( E 3 = 5 0 , ( F 3 - 1 - 1 ) , “ “ ) ) ) ) 在V 3 单元格键入矩形风管当量直径算式： 2 * T 3 * U 3 / ( T 3 + U 3 0 ) g ） 定义了第三行各单元格算式后， 可通过拖曳填充柄的 方式，复制任何行数的计算表格（O 列采用O 4 单元格复制） 。 3 . 2 例题二 已知各空调器的冷水量为2 5 0 L / m i n ， 风冷热泵机组的冷水 量为1 5 0 0 L / m i n ， 求配管管径和循环水泵扬程， 见图4 。 在同一工作簿中可建 立开式水系统、闭式水系 统、 概略计算、 详尽计算等 多种工作表。 还可建立局部 阻力当量长度表、 设备阻力 表等备查的数据表以满足在 不同设计阶段的计算需要。 限于篇幅， 本算例仅介绍利 用E x c e l 的数据库技术建立局部阻力当量长度的数据库清单。 图4 水管阻力平衡计算图 表8 局部阻力当量长度表 和例题一不同， 本算例局部阻力系查表逐项计算， 可利用 文献 7 在工作簿内建立局部阻力当量长度表， 如表8 。 在计算 过程中， 欲查询数据， 打开局部阻力当量长度表， 选定该表所 有单元格， 点击数据 纪录单， 出现如表9 的数据清单， 可方 便地进行查询。 水管阻力平衡计算样式表见表1 0 。 计算机应用与信息技术 4 3 制冷空调 与电力机械 N o . 4 / 2 0 0 2 总第8 8 期 第2 3 卷 参考文献: 1 全国通用管道计算表 M . 北京：中国建筑工业出 版社， 1 9 7 7 . 2 陆耀庆， 等. 供暖通风设 计手册 M . 北京 ： 中国建 筑工业出版社， 1 9 8 7 . 3 赵荣义， 等. 简明空调设 计手册 M . 北京 ： 中国建 筑工业出版社， 1 9 9 8 . 4 冯永芳. 实用通风空调风 道计算法 M . 北京 ： 中国 建筑工业出版社， 1 9 9 5 . 表1 0 水管阻力平衡计算表表9 局部阻力当量长度数据库清单 5 陈在康， 等. 暖通计算机方法 M . 北京 ： 中国建筑工业出版社， 1 9 8 5 . 6 谭良才， 等. 空调通风风道系统的自动设计 J . 暖通空调， 2 0 0 0 ( 4 ) . 7 北京市建筑设计研究院. 建筑设备专业设计技术措施 M . 北京 ： 中 国建筑工业出版社， 1 9 9 7 . 收稿日期 ： 2 0 0 2 - 0 7 - 1 8 修回日期 ： 2 0 0 2 - 0 8 - 2 6 作者简介： 肖光兴 （1 9 5 1 ） ， 男, 江西人， 高级工程师， 主任工程师， 从事暖通设计工作。 作者简介： 王志毅 （1 9 7 0 ） ， 男, 山东潍坊人， 上海交通大学制冷研究所在读博士生。 Application of Fuzzy Mathematics in the Expert System of Refrigeration Fault Diagnosis WANG Zhiyi, GU Bo, ZHENG Gang (Refrigration Institute, Shanghai Jiaotong University, Shanghai 200030, China) Abstract: Expert system is the most promising research direction in the area of fault diagnosis. Whether the obtain of phenomena, or inference from phenomena to fault and even the basic principle of fault diagnosis exists a certain of fuzziness. In this paper, fuzzy mathematics is introduced in the expert syste