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「風管壓損計算軟體(eDUCT)之開發及應用」
2024-07-29

進行空調或消防排煙風管設計時,除了基本的已知風量外,尚要先計算風管的壓力損失(摩擦損失),再決定圓形風管直徑,風管的壓損計算,需回顧流體力學中的三條公式,(E1)Darcy公式、(E2)Colebrook公式和(E3)Reynolds公式:



事實上,公式(E1)~(E3)並不適合實務上的風管設計,因為在設計時多僅知風量及風速,尚未知道風管的直徑(D),故較適合做學術上的研究;此外,由於公式(E2)中的摩擦係數(f)存在於等號的兩邊,需以電腦利用迭代法(Iteration)程式來求解,沒有電腦軟體則無法計算。因此,在計算風管之壓損時,可先由Moody Chart(摩擦係數圖),讀取概略的摩擦係數(f),再代入公式(E1)計算,或者,簡化再簡化,使用僅適用某一管材及某一溫度流體的壓損-風量圖,例如,圖1是適用於絕對粗度(ε)0.09mm的鐵皮風管及20℃乾空氣(ρ=1.204kg/m3)的「壓損(Pa/m)-風量(Lps)圖」,長久以來,被風管設計者廣泛用來決定風管的直徑(D)。

圖1若用於空調風管設計,誤差不大,大致"尚可",但是,當發生火災,火煙溫度在100℃以上時,可知排煙風管壓損值(Pa/m)之誤差將達50%以上。若為避免使用圖1的誤差,可採用公式E4;公式E4是E1、E2及E3的整合公式:


此公式之英文論文「An Integrated One-Step Equation for Solving Duct/Pipe Friction Loss by Hand Calculator」 ,是2019年9月發表於「American Journal of Mechanical and Industrial Engineering」(Vol.4, No.2, 2019, pp28-34)的創新公式,公式E4不需使用迭代法,僅用一般計算機即可計算出與公式(E1)相同的結果(Pa/m),並且適用於計算各種不同流體及管材之風管、水管的壓力損失值(Pa/m)。   

圖1是以20℃標準空氣條件(ρ=1.204kg/m3,ν=1.506*10-5m2/s),且風管鍍鋅鐵皮ε=0.09mm為基準,將 (Q,Lps)及(V,m/s)代入公式E4,即可求得每米長之圓型風管的摩擦損失ΔPL(Pa/m)。以風量7,000 Lps (420CMM),風速14.0 m/s為例,帶入公式E4計算,得ΔPL = 2.06 Pa/m,若改查圖1,則ΔPL約2.05 Pa/m,足見公式E4的準確性。
   

圖1. 壓損(Pa/m)-風量(L/s)對照圖(ASHRAE 2017)

 

圖1僅能以等摩擦損失法(空調約1.0~1.5 Pa/m)等速度法(消防約14~16 m/s),速求圓形風管之直徑(Dmm),然而,受限於天花板高度,多仍需查表求得矩形風管尺寸(W×H),並計算總風管的壓力損失,最後再選用空調箱或風機的適當靜壓/全壓及額定電力(kW),有鑑於此,消防設備師何政達和空調技師何宗岳聯手,以公式E4開發出風管壓損計算軟體(eDUCT),以解決國內空調/排煙/排塵風管設計的困擾。

此軟體的特色為(1)等摩擦損失法及(等)速度法適用、(2)空調、消防防煙及排塵風管均適用、(3)A4紙彩色列印、易看易懂易查錯、(4)圓形管轉矩行管,不用再查表、(5)可計算風管總壓損及風車馬力、(6)可統計風管鐵皮數量(m2)、(7)附中文說明書。風管壓損計算軟體(eDUCT)之資料及中文使用手冊(6頁),詳見「消防排煙(風管)設計實務」第5章,或洽凱達節能科技有限公司(07)557-1755。

 

eDUCT 風管壓損計算軟體使用手冊下載:https://www.tempace.com.tw/product-106.html
免費風管壓損計算及水管壓損計算軟體試用版:https://www.hvacnr.com.tw

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