1、第六章空調系統的風道設計通風管道是空調系統的重要組成部分，風道的設計質量直接影響著空調系統的使用效果和技術經濟性能。風道設計計算的目的， 是在保證要求的風量分配前提下，合理確定風管布置和尺寸，使系統的初投資和運行費用綜合最優。§6.1風道設計的基本知識一. 風道的布置原則風道布置直接關系到空調系統的總體布置，它與工藝、土建、電氣、給排水等專業關 系密切，應相互配合、協調一致。1 空調系統的風道在布置時應考慮使用的靈活性。當系統服務于多個房間時，可根 據房間的用途分組，設置各個支風道，以便與調節。2 風道的布置應根據工藝和氣流組織的要求，可以采用架空明敷設，也可以暗敷設 于地板下、內墻

2、或頂棚中。3 風道的布置應力求順直，避免復雜的局部管件。彎頭、三通等管件應安排得當， 管件與風管的連接、支管與干管的連接要合理，以減少阻力和噪聲。4 風管上應設置必要的調節和測量裝置（如閥門、壓力表、溫度計、風量測定孔、 采樣孔等）或預留安裝測量裝置的接口。調節和測量裝置應設在便于操作和觀察的地方。5 風道布置應最大限度地滿足工藝需要，并且不妨礙生產操作。6 風道布置應在滿足氣流組織要求的基礎上，達到美觀、實用的原則。二. 風管材料的選擇用作風管的材料有薄鋼板、硬聚氯乙烯塑料板、玻璃鋼板、膠合板、鋁板、磚及混凝 土等。需要經常移動的風管，則大多采用柔性材料制成各種軟管，如塑料軟管、金屬軟管、

3、橡膠軟管等。薄鋼板有普通薄鋼板和鍍鋅薄鋼板兩種。鍍鋅薄鋼板是空調系統最常用的材料，其優 點是易于工業化加工制作、安裝方便、能承受較高溫度，且具有一定的防腐性能， 很適用于空調系統以及有凈化要求的空調系統。其鋼板厚度，一般采用0.51.5mm左右。對于有防腐要求的空調工程，可采用硬聚氯乙烯塑料板或玻璃鋼板制作的風管。硬聚 氯乙烯塑料板表面光滑，制作方便，但不耐高溫，也不耐寒，在熱輻射作用下容易脆裂。所 以，僅限于室內應用，且流體溫度不可超過 -10+60 C。以磚、混凝土等材料制作風管，主要用于與建筑、結構相配合的場合。它節省鋼材， 結合裝飾，經久耐用，但阻力較大。在體育館、影劇院等公共建筑和紡

4、織廠的空調工程中， 常利用建筑空間組合成送、回風管道。為了減少阻力、降低噪聲，可采用降低管內流速、在 風管內壁襯貼吸聲材料等技術措施。三. 風管斷面形狀的選擇風管斷面形狀有圓形和矩形兩種。圓形斷面的風管強度大、阻力小、消耗材料少，但 加工工藝比較復雜， 占用空間多，布置時難以與建筑、結構配合，常用于高速送風的空調系統；矩形斷面的風管易加工、好布置，能充分利用建筑空間，彎頭、三通等部件的尺寸較圓 形風管的部件小。為了節省建筑空間，布置美觀，一般民用建筑空調系統送、回風管道的斷面形狀均以矩形為宜。常用矩形風管的規格如表6 1所示。為了減少系統阻力，并考慮空調房間吊頂高度的限制，進行風道設計時，矩形

5、風管的高寬比宜小于6，最大不應超過10。矩形風管規格表6-1外邊長（長 寬）（mm）120X120320X200500 X400800X5301250 X630160X120320X250500 X500800X3001250 X300160X20320X320630 X2501000 X3201250 X1000200X160400X200630 X3201000 X4001600 X500200 X200400X250630 X4001000 X5001600 X530250X20400X320630 X5001000 X5301600 X300250X60400 X400630 X530

6、1000 X3001600 X1000250 X200500X200800 X3201000 X10001600 X1250250 X250500X250800 X4001250 X4002000 X300320X60500X320800 X5001250 X5002000 X1000§6.2風道設計的基本任務一. 一.風道設計的原則進行風道設計時應統籌考慮經濟、實用兩條基本原則。二. 二.風道設計的基本任務1 確定風管的斷面形狀，選擇風管的斷面尺寸。2 .計算風管內的壓力損失，最終確定風管的斷面尺寸，并選擇合適的通風機。風管的壓力損失？P由沿程壓力損失？Py和局部壓力損失？Pj兩部

7、分組成，即：?P=?Py+?Pj(Pa)(6 1)沿程壓力損失？Py (Pa),是由于空氣本身的粘滯性及其與管壁間的摩擦而產生的沿程 能量損失，又稱為摩擦阻力損失；局部壓力損失？Pj (Pa),是空氣流經風管中的管件及設備時，由于流速的大小和方向變化以及產生渦流而造成比較集中的能量損失。(一)沿程壓力損失的基本計算公式長度為l(m)的風管沿程壓力損失可按下式計算：?Py=?pyl(Pa)(62)式中？Py單位管長沿程壓力損失，也稱為單位管長摩擦阻力損失，Pa/ mo2?Py =入 /deX up /2(Pa)(63)式中p空氣密度，標準狀況下(大氣壓力為101325 Pa,溫度為20 C) ,

8、 p=1.2kg/m3;u風管內空氣的平均流速，m/s;de風管的當量直徑，m,圓形風管的當量直徑de=d, d為風管直徑；矩形風管的當量直徑de=2ab/(a+b), a、b分別為矩形風管的兩個邊長；入一摩擦阻力系數，入值可按下式計算：1/ 八=-2log( K/3.71 de+2.51/Re "入)(6 4)式中K風管內壁的當量絕對粗糙度，各種材料的粗糙度見表6 2;各種材料的粗糙度表6 2風管材料粗糙度(mm)薄鋼板或鍍鋅薄鋼板0.150.18塑料板0.010.05礦渣石膏板1.0礦渣混凝土板1.5膠合板1.0磚砌體36混凝土13木板0.21.0Rl雷諾數:Re=ud vv 空

9、氣的運動粘度，標準狀況下，v =15.06 X10 m/s。13以及有關設計手冊(6 5)風管的沿程壓力損失可按上述諸公式進行計算，也可查閱附錄 中風管單位長度沿程壓力損失計算表進行計算：標準尺寸的圓形斷面薄鋼板風管計算表見附錄13 1；標準尺寸的矩形斷面薄鋼板風管計算表見附錄13 2；非標準尺寸的矩形斷面薄鋼板風管計算表見附錄133。（二）局部壓力損失的基本計算公式風管的局部壓力損失計算公式如下：?Pj=ZxUp /2（Pa）式中Z局部阻力系數；）Z與之對應的斷面流速。影響局部阻力系數Z的主要因素有：管件形狀、壁面粗糙度以及雷諾數。由于空調系統的空氣流動大都處于非層流區，故可認為Z僅僅與管件

10、形狀有關。Z的數值，目前常用實驗方法確定。實驗時先測出管件前后的全壓差（即？Pj）,再除以與速度 U相應的動壓U% /2則可求得局部阻力系數 Z值。為方便起見，在附錄14以及許多文獻資料中，都載有各種各樣管件的局部阻力系數 Z計算表，可供設計時選用。§6.3風道設計計算的方法與步驟一風道水力計算方法風道的水力計算是在系統和設備布置、風管材料、各送、回風點的位置和風量均已確 定的基礎上進行的。其主要目的是，確定各管段的管徑（或斷面尺寸）和阻力，保證系統內 達到要求的風量分配，最后確定風機的型號和動力消耗。風道水力計算方法比較多，如假定流速法、壓損平均法、靜壓復得法等。對于低速送 風系統

11、大多采用假定流速法和壓損平均法，而高速送風系統則采用靜壓復得法。1 .假定流速法假定流速法也稱為比摩阻法。這種方法是以風道內空氣流速作為控制因素，先按技術 經濟要求選定風管的風速，再根據風管的風量確定風管的斷面尺寸和阻力。這是低速送風系統目前最常用的一種計算方法。2 .壓損平均法壓損平均法也稱為當量阻力法。這種方法以單位管長壓力損失相等為前提。在已知總 作用壓力的情況下，取最長的環路或壓力損失最大的環路，將總的作用壓力值按干管長度平均分配給環路的各個部分，再根據各部分的風量和所分配的壓力損失值，確定風管的尺寸， 并結合各環路間的壓力損失的平衡進行調節，以保證各環路間壓力損失的差值小于15%。一

12、般建議的單位長度風管的摩擦壓力損失值為0.81.5Pa/m。該方法適用于風機壓頭已定，以及進行分支管路壓損平衡等場合。3 .靜壓復得法靜壓復得法的含義是，由于風管分支處風量的出流，使分支前后總風量有所減少，如 果分支前后主風道斷面變化不大，則風速必然下降，眾所周知，當流體的全壓一定時，風速降低，則靜壓增加，利用這部分“復得”的靜壓來克服下一段主干管道的阻力，以確定管道 尺寸，從而保持各分支前的靜壓都相等，這就是靜壓復得法。此方法適用于高速空調系統的水力計算。二風道水力計算步驟下面以假定流速法為例，來說明風道水力計算的方法步驟：1 確定空調系統風道形式，合理布置風道，并繪制風道系統軸測圖，作為水

13、力計算 草圖。2 在計算草圖上進行管段編號，并標注管段的長度和風量。管段長度一般按兩管件中心線長度計算，不扣除管件(如三通、彎頭)本身的長度。3 .選定系統最不利環路，一般指最遠或局部阻力最多得環路。4 .選擇合理的空氣流速。風管內的空氣流速對空調系統的經濟性有較大的影響。流速高，風管斷面小，材料消 耗少，投資費用小，但是系統的阻力大，動力消耗增加，運行費用增大，而且系統噪聲比較 大。流速低，阻力小，動力消耗少，但是風管斷面大，材料和投資費用增加，風管占用的空 間也比較大。所以必須通過全面的技術經濟比較，選擇合理的空氣流速， 使系統的造價和運行費用的綜合最經濟。根據經驗總結，風管內的空氣流速可

14、按表63確定。空調系統中的空氣流速(m/s)表6 3部位低速風道高速風道推薦風速最大風速推薦風速最大風速居住公共工業居住公共工業新風入口2.52.52.54.04.56.03.05.0風機入口3.54.05.04.55.07.08.516.5風機出口586.5108128.57.5118.51412.525主風道3.54.556.569465.586.51112.530水平支風道3.03.04.5453.54.04.06.5591022.5垂直支風道2.53.03.54.03.2544.06.0581022.5送風口121.53.5342.03.03.05.0354.05 根據給定風量和選定流

15、速，逐段計算管道斷面尺寸，并使其符合表6 1所列的矩形風管統一規格(或圓形風管標準管徑)。然后根據選定了的斷面尺寸和風量，計算出風道 內實際流速。通過矩形風管的風量 G可按下式計算：(66)(67)3G=3600ab u(m /h)式中 a, b分別為風管斷面凈寬和凈高，m。通過矩形風管的風量可按下式計算：23G=900 n du(m /h)式中d為圓形風管內徑，m。6 計算風管的沿程阻力根據風管的斷面尺寸和實際流速，查閱查閱附錄13或有關設計手冊中風管單位長度沿程壓力損失計算表求出單位長度摩擦阻力損失？Py，再根據公式62以及管長I，進一步求出管段的摩擦阻力損失。7計算各管段局部阻力按系統中

16、的局部構件形式和實際流速u,查閱附錄14或有關設計手冊中局部阻力系數Z計算表取得局部阻力系數 Z值，再根據公式65求出局部阻力損失。8.計算系統的總阻力，？P=( ?pyl +?Pj )。9 檢查并聯管路的阻力平衡情況。10 根據系統的總風量、總阻力選擇風機。 三風道設計計算實例某公共建筑直流式空調系統，如圖71所示。風道全部用鍍鋅鋼板制作，表面粗糙 度K=0.15mm。已知消聲器阻力為 50Pa，空調箱阻力為290 Pa，試確定該系統的風道斷面尺 寸及所需風機壓頭。圖 7 1某直流式空調系統圖A.孔板送風口 600W00; B.風量調節閥；C.消聲器；D.防火調節法；E.空調器；F.進風格柵

17、解1 1 繪制系統軸測圖，并對各管段進行編號，標注管段長度和風量，如圖7 1 所示。22 選定最不利環路， 逐段計算沿程壓力損失和局部壓力損失。 本系統選定管段 1 2 3 4 56 為最不利環路。3 3 列出管道水力計算表 6 4，并將各管段流量和長度按編號順序填入計算表中。 4 4 分段進行管道水力計算 ,并將結果均列入計算表64 中。管段1 2：風量1500m3/h，管段長l=9m沿程壓力損失計算：由表6 3初選水平支管空氣流速為4m/s，根據公式6 6算得風道斷面面積為2F; =1500/(3600 >4)=0.104m取矩形斷面為320X320mm的標準風管，則實際斷面積F=0

18、.102m2,實際流速u =1500/(3600 >0.102) =4.08m/s?py=0.7Pa/m, 則管段 12 的根據流速4.08m/s，查附錄13，得到單位長度摩擦阻力 沿程阻力?Py=?py>l=0.7 >9=6.3Pa局部壓力損失計算：該管段存在局部阻力的部件有孔板送風口、連接孔板的漸擴管、 多葉調節閥、彎頭、漸縮管及直三通管。孔板送風口：已知孔板面積為600000mm，開孔率(即凈孔面積比)為0.3，則孔板面風速為u =1500(/ 3600>0.6 >0.6) =1.16m/s根據面風速1.16m/s和開孔率0.3，查附錄14序號35,得孔板局

19、部阻力系數Z =13,故孔板的局部阻力2?pj1=13>(1.2 1>.162)/2=10.5Pa漸擴管：漸擴管的擴張角a =22.5。，查附錄14序號4，得Z =0.6，漸擴管的局部阻力2?pj2=0.9 >(1.2 4>.082)/2=5.99Pa多葉調節閥：根據三葉片及全開度，查附錄14序號34,得Z =0.25，多葉調節閥的局部阻力2?pj3=0.25 >(1.2 4>.082)/2=2.5Pa 彎頭：根據a =90°, R/b=1.0，查附錄14序號9，得Z =0.23，彎頭的局部阻力2?pj4=0.23 >(1.2 4>.0

20、82)/2=2.3Pa漸縮管：漸縮管的擴張角a =30° <45° ,查附錄14序號7,得Z =0.1，漸縮管的局部阻力2?pj5=0.1 >(1.2 4>.082)/2=1Pa直三通管：根據直三通管的支管斷面與干管斷面之比為 0.64,支管風量與總風量之比 為0.5,查附錄14序號19,得Z =0.1，則直三通管的局部阻力2?Pj6=0.1 >(1.2 5>.22)/2=1.6Pa(取三通入口處流速)該管段局部阻力? Pj=? pj1+? pj2+? pj3+? pj4+? pj5 +?Pj6=10.5+5.99+2.5+2.3+1+1.6=

21、23.89Pa該管段總阻力?P1-2=?Py +? Pj=6.3+23.89=30.19Pa管段2 3:風量3000m3/h，管段長l=5m，初選風速為5m/s。沿程壓力損失計算：根據假定流速法及標準化管徑，求得風管斷面尺寸為 320x500mm，實際流速為5.2m/s, 查得單位長度摩擦阻力 ?py=0.8Pa/m, 則管段 2 3的沿程阻力?Py=?pyxl=0.8 x5=4.0Pa局部壓力損失計算:分叉三通：根據支管斷面與總管斷面之比為0.8，查附錄14序號21,得Z =0.28，則分叉三通管的局部阻力2?Pj =0.28 (x1.2 6x.252)/2= 6.6Pa.(取總流流速)該管

22、段總阻力?P2-3=?Py +?Pj=4.0+6.6=10.6Pa管段3 4：風量4500m3/h，管段長l=9m，初選風速為6m/s。沿程壓力損失計算：根據假定流速法及標準化管徑，求得風管斷面尺寸為400秸00mm，實際流速為6.25m/s，查得單位長度摩擦阻力？py=0.96Pa/m,貝憎段34的沿程阻力?Py=?pyxl=0.96 x9=8.64Pa局部壓力損失計算：該管段存在局部阻力的部件有消聲器、彎頭、風量調節閥、軟接 頭以及漸擴管。消聲器：消聲器的局部阻力給定為50Pa,即?pj1= 50.0Pa彎頭：根據a =90°, R/b=1.0 , a/b=0.8,查附錄14序號

23、10,得Z =0.2，彎頭的局部 阻力2?pj2=0.2 x(1.2 6x.252)/2=4.7Pa風量調節閥：根據三葉片及全開度，查附錄14序號34,得Z =0.25，風量調節閥的局部阻力2?pj3=0.25 x(1.2 x6.252)/2=5.9Pa軟接頭：因管徑不變且很短,局部阻力忽略不計。漸擴管：初選風機 4 72 11No4.5A，出口斷面尺寸為 315 >360mm，故漸擴管為 315 X360mm400 X500mm，長度取為 360mm,漸擴管的中心角 a =22°，大小頭斷面之比為 1.76查附錄14序號3,得Z =0.15，對應小頭流速U =4500/(36

24、00X0.315 X.36) =11m/s漸擴管的局部阻力2?pj4=0.15 >(1.2 >112)/2=10.9Pa該管段局部阻力?Pj=?pj1+?pj2+?pj3+?pj4=50.0+4.7+5.9+10.9=71.5Pa該管段總阻力?P3-4=?Py+?Pj=8.64+71.5=80.14Pa管段 4 5：空調箱及其出口漸縮管合為一個局部阻力考慮,?Pj=290 Pa該管段總阻力?P4-5=?Pj=290Pa管段5 6:風量4500m3/h，管段長l=6m，初選風速為6m/s。沿程壓力損失計算：根據假定流速法及標準化管徑，求得風管斷面尺寸為400秸00mm，實際流速為6.

25、25m/s，查得單位長度摩擦阻力？py=0.96Pa/m,貝憎段5 6的沿程阻力?Py=?py> l=0.96 >6=5.76Pa、漸縮管局部壓力損失計算：該管段存在局部阻力的部件有突然擴大、彎頭(兩個)以及進風格柵。突然擴大：新風管入口與空調箱面積之比取為0.2,查附錄14序號5,得Z =0.64 ,突然擴大的局部阻力2?pji=0.64 02 &25 )/2=15.1Pa彎頭(兩個)：根據a =90°, R/b=1.0 , a/b=0.8,查附錄14序號10,得Z =0.20，彎頭 的局部阻力2?pj2=0.2 魁.2 6.25 )/2=4.7Pa 2?口2=

26、4.7 忽=9.4 Pa漸縮管：斷面從630 x500mm單面收縮至400 x500mm，取a =<45° ,查附錄14序號7, 得Z =0.1，對應小頭流速u =6.25m/s漸縮管的局部阻力2?pj3=0.1 x(1.2 6.25 )/2=2.36Pa進風格柵：進風格柵為固定百葉格柵，外形尺寸為630x500mm，有效通風面積系數為0.8,則固定百葉格柵有效通風面積為0.63 0.5 0.8=0.252m2其迎面風速為4500/ (3600 >0.252) =5 m/s查附錄14序號30,得Z =0.9，對應面風速，固定百葉格柵的局部阻力2?P4=0.9 >(1

27、.2 5)/2=13.5Pa 該管段局部阻力?Pj=? pj1+2? pj2+? pj3+? pj4 =15.1+9.4+2.36+13.5 =40.36Pa該管段總阻力 ?P5-6=?Py+?Pj=5.76+40.36=46.12Pa5檢查并聯管路的阻力平衡 用同樣的方法,進行并聯管段73、82的水力計算,并將結果列入表64中。管段 7 3：沿程壓力損失?Py=9.1 Pa局部壓力損失?Pj=28.9 Pa該管段總阻力?P7-3=?Py+?Pj=9.1+28.9=38Pa管段 8 2： 沿程壓力損失?Py=1.4 Pa局部壓力損失?Pj=25.8 Pa該管段總阻力?P8-2=?Py+?Pj=

28、1.4+25.8=27.2Pa 檢查并聯管路的阻力平衡：管段 12的總阻力 ?P1-2=30.19Pa管段 82的總阻力 ?P8-2=27.2Pa(?P1-2-?P8-2) /?P1-2=() /30.19=9.9%<15%管段 123的總阻力 ?P1-2-3=?P1-2+?P2-3=30.19+10.6=40.79 Pa 管段 73的總阻力 ?P7-3=38Pa(?P1-2-3-?P7-3) /?P1-2-3=(40.79-38) /40.79=6.8%<15%檢查結果表明,兩個并聯管路的阻力平衡都滿足設計要求。如果不滿足要求的話,可 以通過調整管徑的方法使之達到平衡要求。5.

29、5.計算最不利環路阻力P=? P1-2+? P2-3+? P3-4+? P4-5 +?P5-6=30.19+10.6+80.14+290+46.12=457.05 Pa本系統所需風機的壓頭應能克服457.05 Pa阻力。管道水力計算表表64管段編號風量G3(m3/h)管長l(m)初選流速U(m/s)風管斷 面尺寸a>b(mm)實際 流速U(m/s)單位長 度摩擦 阻力?Py(Pa/m)沿程壓力 損失?Py(Pa)局部 阻力 系數 刀Z局部 壓力 損失?Pj(Pa)管段 總阻力？Py +? Pj (Pa)11 2150094320X3204.080.76.314.8223.8930.192

30、23300055320X5005.200.84.00.286.610.6334450096400 X5006.250.968.640.671.580.144454500290290556450066400 X5006.250.965.762.0440.3646.127 31500134320X3204.080.79.114.4628.88388 2150024320X3204.080.71.414.2725.827.2四風道壓力損失估算法對于一般的空調系統，風道壓力損失值可按下式估算?P=?Pyl (1 + k) +E ?ps(Pa)(6 8)式中？Py單位管長沿程壓力損失，即單位管長摩擦阻力

31、損失，Pa/ moI最不利環路總長度，即到最遠送風口的送風管總長度加上到最遠回風口的回風 管總長度，m。k局部壓力損失與沿程壓力損失之比值：彎頭、三通等局部管件比較少時，取k =1.01.2 ;彎頭、三通等局部管件比較多時，可取到k =3.05.0。刀?Ps考慮到空氣通過過濾器、噴水室(或表冷器)、加熱器等空調裝置的壓力損失之和。表65給出了為空調系統推薦的送風機靜壓值，可供估算時參考：送風機靜壓參考值表65空調系統類別風機靜壓值(Pa)小型空調系統(空調服務面積 300m2以內)400500中型空調系統(空調服務面積2000m2以內)600750大型空調系統(空調服務面積大于2000m2)6

32、501000高速送風系統(空調服務面積 2000m2以內)10001500高速送風系統(空調服務面積大于2000m2)15002500小型通風系統100250一般通風系統300400§.4風管內的壓力分布空氣在風管中流動時，由于風管阻力和流速變化，風管內的壓力是不斷變化的。研究 風管內空氣壓力的分布規律，有助于更好地解決空調系統的設計和運行管理問題。單風機系統單風機系統是指只設送風機而不設回風機，整個系統內的壓力損失全部由送風機來承 擔的空調系統，單風機空調系統風管內全壓分布示意圖如圖62所示。對于單風機系統來說，要注意到零點的位置，若系統排風位于回風的負壓區，則排風不可能通過排風閥

33、排出， 必須單設一軸流式排風機，如圖中虛線所示。雙風機系統是指既設置有送風機而且設置有回風機的空調系統，系統內的壓力損失由 送風機和回風機共同承擔。雙風機空調系統風管內全壓分布示意圖如圖63所示。對于雙風機系統來說，排風必須處于回風機的正壓段，而新風和回風必須處于送風機的負壓段。如圖中所示， 段由于回風機的加壓作用，處于正壓區，排風可以通過排風閥直接排出。 而段由于送風機的抽吸作用，處于負壓區，新風和回風均可被抽吸進來。為零位閥，通過該閥處的風壓應該為零。圖62和圖63所示曲線，是根據沿程阻力與風管長度呈直線關系，而未考慮局部 阻力的情況下，定性地畫出的全壓分布曲線圖。若以各點的全壓減去該點的動壓，便可得出靜壓分布曲線來。從圖 62和圖6 3可以看出空氣在風管內的流動規律為：1 風機的壓頭等于風機進、出口的全壓差，或者說等于該風機所負擔的風管系統沿 程壓力損失和局部壓力損失之和。2 風機吸入段的全壓和靜壓均為負值，在風機入口處負壓值最大；風機壓出段的全壓和靜壓一般情況下均為正值，在風機出口處正壓值最大。因此，風機與風管的連接必須注意嚴密性，否則，便會有空氣漏入或逸出系統，以至影響系統的風量分配。3在風機的壓出段，如果動壓值大于全壓值時