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PKPM智能空调水力计算软件开发d

摘要：介绍了PKPM智能空调水力计算软件开发的基本情况,让用户输入尽量少的图形信息也能得出比较全面的计算结果是智能化软件的操作特点,节省操作时间提高工作效率的是软件开发目的。
关键字：水力计算；建筑智能化；功能模块；

1 引言
水泵风机消耗的电力占暖通空调系统电力消耗的比例很大,大型公共建筑这一比例甚至达到60%~70%,但是这种能耗是可以降低的,降低的主要办法是对空调系统进行严格的水力计算。但是空调系统水力计算的复杂性以与计算过程的烦琐性,使得暖通设计师不愿意花费时间和精力做水力计算。实际工程中设计师基本上是凭借工程经验或者估算选择设备以与管径,长此以往形成了暖通工程设计中管径水泵风机偏大的问题,这种行业性问题不断造成了投资的浪费和系统运行成本的提高,同时也造成了暖通设计领域的混乱。伴随着以节能为目的建筑智能化、绿色化的浪潮的兴起,这种以经验为主估算为辅的粗放型设计已经跟不上现代建筑前进的步伐,唯一能加快暖通工程师步伐的方法是借助专业的计算软件,PKPM智能空调水力计算软件就是在这种背景下立项,并研发出第一个版本(HCVAC 2009) 。
2 软件概况
目前许多设计师在估算管道阻力时候,首先是估算管道尺寸以与管道沿程阻力，然后对管道构件(阀门、过滤器、弯头、三通等)的局部阻力也估算，笼统地以管路总沿程阻力乘某一比例系数确定，显然采用这种估算方法得出的局部阻力是极不准确的，有时用这种方法估计风系统的局部阻力会产生很大的偏差。但是在当今这个计算机技术飞速发展的时代，如果让设计师按照先统计管路上各个局部阻力构件的规格和数量,再逐个查阅手册确定局部阻力系数，然后逐项叠加整个管路的局部阻力的方法是不现实的。计算机技术的日益普与为暖通设计师提供了详细计算阻力的工具。
空调水力计算软件HCVAC是PKPM设备系列集成化CAD软件的组成部分。软件采用系统原理图直接进行水力计算，计算绘图一体化，避免了建模计算的烦琐性、克服了传统的表格计算方法的不直观性。布置完设备和管道后，程序自动从图形中提取计算所需的原始数据进行水力计算,应用方便、直观、块捷。软件自动化程度高，可以自动连接盘管和干管以与风口与风管、自动标注管径、自动分析图形连接错误、自动统计阀门附、自动标记出最不利管路。计算方法灵活,水系统可根据设定流速、比摩阻或两者结合计算其管径和系统的阻力;风系统可以可根据假定流速、静压复得或等压损法计算管径，计算过程详细包括了阀门，三通，弯头等管道附件的阻力计算。对于程序的计算结果，用户可以随时修改,生成DOC计算表，软件自动把计算结果赋回图形实体。软件具有灵活方便的编辑修改功能，如平移、平移复制、动态拖动、删除等。软件开放性强，计算过程中用户可以根据实际情况，设置、修改所有管道设备计算参数。计算结果以图形和表格的形式输,校对核查方便。
2.1 软件运行模式
软件分为风-水两个独立的主要功能模块，软件研发过程中风系统和水系统是作为两个独立的模块进行开发的，用户可以根据需要通过菜单在不同的模块之间无缝切换，或者只加载其中一个模块，各个模块运行的结果互不受影响,软件运行更加灵活。所有与PKPM图形库有关的模块都采用了PKPM最新的扩展数据技术，产生的图形更加简洁,从而克服了PKPM早期软件文件过多用户管理困难的弊端。模块运行
原理见图 1。

图 1 模块运行原理

2.2 软件操作流程
软件的计算工作还是以图形为基础的,因此设计师需要交互完成下面图形输入工作:风口(盘管)布置与定位，管道布置，风口(盘管)与管道连接，阀门附件布置，管道以与设备参数设置(可以采用默认参数)，选择一种计算方法(如假定流速法、压损平均法、静压复得法(风)等)进行水力计算。输入管道和设备时可以选择组合布置(快速)也可以选择单个手动布置,连接设备和管道时利用窗口式快速操。软件整个过程简洁、快速、高效，操作流程见图 2。

图 2 软件操作流程

只要草图完成软件就可以自动提取数据进行水力计算,当设计人员需要对原设计进行修改，增加或减少风口(风机盘管)数量、改变风口风量、调节风口位置、改变风口连接关系时，软件能重新计算。计算过程中软件会自动检查管路的连接情况、并且反馈最终的计算信息,这种反馈机制有利于设计师查找图形的错误以与参数输入的错误。
3 软件智能化功能介绍
3.1 智能化的图形输入功能

水系统管道可以根据实际情况选择两管制、四管制以与同程、异程等不同形式输入，风系统则可以选择不同类别的管道。管道与设备是智能化操作,设计师指定需要连接的管道和设备围,设备和管道就能正确连接到管道上面。自动连接方式能自动处理两管制或者四管制以与同程或者异程的水系统与盘管的连接,风系统的连接能自动分析出管道类别与风口类别,当两者类别一致时风口才能与管道连接。
管道与管道的连接也采用智能化操作方法,不断省时而且高效。例如用手动方法连接水系统四管制同程立管与四管制异程序干管时,如果手动连接这种情况不断费时而且容易出错,甚至耽误工程建度。管道上容易忽略的附件也是自动添加,例如两管道自动连接之处自动添加三通, 盘管与管道连接处自动添加阀门,风管三通管道后面的变径也是自动添加。详情见图 3。
自动添加三通
设备管道连接
自动添加阀门
管道自动连接

图 3 智能化的图形输入

3.2 智能化的等效功能
暖通工程中的水系统和风系统管路设备一样的支路重复率非常高,单纯从水力计算的角度看,这些重复的管路阻力可以认为相等,如果通过某种规则在这些重复的支路之间建立联系, 这些有联系的支路就称为阻力等效支路。在进行水力计算的时候只需要绘制出一处的等效支路,其它的支路都可以用符号代替,从而提高了绘图效率。其中已经绘制出的那部分定义为“源支路”,其它部分定义为“目标支路”。“源支路”的流量信息通过建立的连接关系传递给“目标支路”参入后续的计算,这种等效替代的方法是以阻力相等为基础,在不影响整个系统阻力计算的前提下,尽量减少图形输入的工作量达到提高效率的目的。详情见图 4。

等效

流量
源支路
目标支路

图 4 支路等效示意图

在高层建筑的空调水系统水力计算过程中,等效功能的优势更为明显。根据高层建筑的特点,这种类型的建筑设计一般是由几个标准层组合而成,水力计算的时候如果所有的楼层都绘制出来,不断重复工作量大、错误排查难度大、使用效率低。使用等效功能则不需要浪费时间绘制过多的图形,有限的几个标准层图形同样可以计算出包括立管在的所有管道的阻力。
3.3 智能化的管道限值控制功能
民用建筑部空间是有限的,提供给风管的安装空间更是有限的,如何在有限的空间里布置多个专业的管道线路是每个工程项目都需要慎重考虑的问题,由于风管体积庞大、占据空间较多,因此在风管的尺寸限制显得优为重要。设计师需要在空间限制和阻力限制之间寻找平衡,对设计师而言这既是一项“浪费时间”的工作,又是一项必须要做的工作,因为忽略这个步骤风管就可能没有足够的空间安装了。工程师需要工程软件提供帮助去解决这个“浪费时间”的问题。HCVAC为工程师提供了灵活的控制方法,既可以从整体上控制整个系统的风管尺寸,也可以采用局部控制方法控制单根风管尺寸,甚至是两种方式联合使用控制整个系统。
3.4 智能化的阻力计算方法
专业理论是软件水力计算的基础,水力计算按照实际需要分为设计计算和校核计算,校核计算用于计算阻力而设计计算用于整个系统设计。由于风水系统的差别,两系统的设计计算方法也有区别。水系统按照控制参数以与控制方法计算方法分为三种:①每根管道按照自身流速或者比摩阻控制;②管道流速控制;③管道比摩阻控制;其中方法①属于局部控制,而其它方法属于整体控制,整体控制方法也根据管道类别(干管、立管、支管)不同进行了局部控制。风系统的设计计算方法也包括静压复得、流速控制、等压损法。根据风系统类别不同,计算过程中还有不同得处理。当风系统为排烟系统,计算过程除了按照一般系统计算阻力,还需要规化处理后才是最后得计算结果。当系统为除尘系统时,计算过程必须经过多次调整达到支路之间阻力平衡。
阻力计算结果是严格按照各部分阻力叠加而成得,计算过程按照先计算沿程阻力然后计算局部阻力的过程依次而成,不论哪个系统对阀门和三通的阻力计算都非常细致。软件的最终计算结果以报告书的形式提供给用户,报告书中提供了计算遵循的专业规,以表格方式罗列出系统各个部分的计算结果以与最终的汇总结果。

4 软件开发环境

本系统可以利用VC++ 6.0进行开发,全部采用模块化的开发模式。首先利用MFC（微软基础类库, Microsoft Foundation Classes）形成框架，然后进行风系统模块、水系统模块以与通用模块的开发。软件开发采用面向对象的方法，开发过程中只要保证各个模块采用统一的数据格式，各种模块由不同的开发团队甚至不同单位完成，最后进行统一测试。如果已经存在相应的程序，并且遵循了统一的文件格式，可以利用现有资源，避免从头开发，节约时间。具体的开发过程涉与到大量程序语言，这里不再赘述。

5 结语
以建筑节能为目的的建筑智能化、绿色节能化的浪潮不可泯灭，在这股浪潮中的主角暖通工程师应该在设计空调系统时应进行认真细致的水力计算，只有这样才可为系统水泵风机选型提供较为准确的依据。如果一味地采用前人推荐的经验数值估算系统管道阻力,设计师很难设计出高效节能的空调系统。计算机技术的高速发展带动了暖通软件的快速发展，也为暖通工程师提供了有力的计算工具,有了工具暖通工程师就应该去解决那些手动计算起来困难但是又必须去计算的问题,从设计工作中促进行业的计算上进步。

1. 若不给自己设限，则人生中就没有限制你发挥的藩篱。2. 若不是心宽似海，哪有人生风平浪静。在纷杂的尘世里，为自己留下一片纯静的心灵空间，不管是潮起潮落，也不管是阴晴圆缺，你都可以免去浮躁，义无反顾，勇往直前，轻松自如地走好人生路上的每一步3. 花一些时间，总会看清一些事。用一些事情，总会看清一些人。有时候觉得自己像个神经病。既纠结了自己，又打扰了别人。努力过后，才知道许多事情，坚持坚持，就过来了。4. 岁月是无情的，假如你丢给它的是一片空白，它还给你的也是一片空白。岁月是有情的，假如你奉献给她的是一些色彩，它奉献给你的也是一些色彩。你必须努力，当有一天蓦然回首时，你的回忆里才会多一些色彩斑斓，少一些苍白无力。只有你自己才能把岁月描画成一幅难以忘怀的人生画卷。

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