風管管件局部損失

概述

HVAC 風管系統中的局部（動態）壓力損失，發生在氣流方向、速度或截面改變的管件與元件處。局部損失不同於直風管沿程的摩擦損失，會集中出現在彎管、漸變管、風門、格柵及類似元件。每個管件都有一個無因次損失係數 ξ（有時寫作 K），並依局部空氣流速計算壓降。

在標準空氣密度（海平面、~20 °C 時為 1.2 kg/m³）下，可快速估算這些損失。若海拔、溫度或濕度條件不同，應相應調整密度。

關鍵公式

任何風管管件的局部壓力損失為：

Δp = ξ · ρ · v² / 2

此式得到以帕斯卡 (Pa) 表示的壓降。將一段風管中所有管件的損失相加後，在管段較短且管件密集的風管中，局部損失往往會超過摩擦損失。

變數

計算器

單位換算器

局部損失的成因

風管系統的局部或動態損失主要來自三種機制：

• 氣流方向改變 — 彎管、偏移管、分支管與三通會使氣流轉向，產生紊流及流動分離。
• 限縮或阻礙 — 風機、風門、濾網、加熱／冷卻盤管及消音器會阻擋或縮窄流道。
• 速度改變 — 突然或漸進的擴大與縮小會改變動能，並經由紊流將其轉換為熱。

範例 - 彎管的局部損失

局部損失係數為 1.3、空氣流速為 10 m/s 的 90o 銳角彎管，其局部損失可計算如下：

$\Delta p_{minor\_loss} = (1.3)(1.2\;kg/m^3)(10\;m/s)^2 / 2$

$\Delta p_{minor\_loss} = 78\;N/m^2 = 78\;Pa$

常見管件的局部損失係數

設計注意事項

• 圓弧彎管效益顯著。 銳角 90° 彎管（ξ = 1.3）的損失約為 R/D ≥ 1 圓弧彎管（ξ = 0.25）的五倍。加裝導流葉片是符合成本效益的折衷方案。
• 格柵自由面積很重要。 將格柵自由面積從 70 % 降至 50 %，損失係數會加倍。放大格柵尺寸是降低系統壓降最容易的方法之一。
• 加總所有管件。 一般風管段若包含數個彎管、三通與格柵，局部損失往往高於直風管的摩擦損失。選擇風機尺寸時，務必加總整條路徑的 ξ 值。
• 與速度平方成正比。 空氣流速加倍時，每個管件的局部損失會變為四倍。降低管件處流速可大幅節省風機能耗。
• 空氣密度修正。 表中係數假設密度為 1.2 kg/m³（海平面、~20 °C）。在高海拔或較高溫度下，應依實際密度等比例調整 Δp。

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風管元件 - 局部動態損失係數

原始源圖

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互動式局部損失圖

參考資料

• 原始來源 — 風管與管件的局部損失