第七章 通风管道的设计计算

1、Anhui University of Technology建筑工程学院1 1第七章第七章 通风设计通风设计Anhui University of Technology建筑工程学院2 学习目标学习目标需掌握的内容需掌握的内容工业通风设计的一般步骤工业通风设计的一般步骤通风系统的水力计算通风系统的水力计算难点难点通风系统的水力计算通风系统的水力计算Anhui University of Technology建筑工程学院3第一节第一节 工业通风设计的一般要求和步骤工业通风设计的一般要求和步骤一、工业通风设计的一般要求一、工业通风设计的一般要求(1) 将足够的新鲜空气有效地输送到工作场所，保将足够的

2、新鲜空气有效地输送到工作场所，保证安全生产，创造良好的劳动条件证安全生产，创造良好的劳动条件(2) 通风系统的基建投资省，营运费用低，综合经通风系统的基建投资省，营运费用低，综合经济效益好济效益好(3) 通风系统设计简单，风流稳定、可靠，易于管通风系统设计简单，风流稳定、可靠，易于管理，具有抗灾能力理，具有抗灾能力Anhui University of Technology建筑工程学院4(4) 采用的设计方案技术上可行，经济上合理采用的设计方案技术上可行，经济上合理，便于作业环境及安全状况的监测、监控，便于作业环境及安全状况的监测、监控(5) 发生事故时，风流易于控制，易于抢灾救发生事故时，风

3、流易于控制，易于抢灾救险，便于人员撤离退到安全地带险，便于人员撤离退到安全地带二、二、工业通风设计的一般步骤工业通风设计的一般步骤(1) 根据设计任务书和提供的工艺，建筑等相根据设计任务书和提供的工艺，建筑等相关资料，明确设计要求；关资料，明确设计要求；Anhui University of Technology建筑工程学院5(2) 根据设计需要，收集工业通风设计的原始根据设计需要，收集工业通风设计的原始资料资料，如当地室外设计计算参数、工艺参，如当地室外设计计算参数、工艺参数、工作班次、冷、热、电源情况，查阅数、工作班次、冷、热、电源情况，查阅相关设计规范等，必要时还到现场或已有相关设计规范

4、等，必要时还到现场或已有类似系统处进行实地考查。类似系统处进行实地考查。(3) 制定可行性方案制定可行性方案，并通过对方案做技术、，并通过对方案做技术、经济比较，从中选择出可靠、简单、经济经济比较，从中选择出可靠、简单、经济的最佳方案的最佳方案Anhui University of Technology建筑工程学院6(4) 针对确定方案划分系统，针对确定方案划分系统，计算各系统所需风计算各系统所需风量量(5) 进行系统风量、热平衡计算进行系统风量、热平衡计算，确定送风参数，确定送风参数，设计相应的送风系统，设计相应的送风系统，选择净化设备选择净化设备，并预，并预选风机选风机(6) 布置系统风管

5、和设备布置系统风管和设备。(7) 确定风管材料，进行系统水力计算，确定管确定风管材料，进行系统水力计算，确定管径大小和风机型号径大小和风机型号Anhui University of Technology建筑工程学院7(8) 绘制施工图绘制施工图(9) 编写设计施工说明书编写设计施工说明书(10) 进行工程概、预算进行工程概、预算p 对于初步设计或方案设计，上述步骤可以对于初步设计或方案设计，上述步骤可以简化，用指标估算系统风量，用允许通风简化，用指标估算系统风量，用允许通风阻力或经济比摩阻法估算系统阻力，据此阻力或经济比摩阻法估算系统阻力，据此选择设备，绘制方案图，进行工程概算。选择设备，绘制

6、方案图，进行工程概算。Anhui University of Technology建筑工程学院8第三节第三节 通风系统风道设计通风系统风道设计一、设计计算的一般步骤一、设计计算的一般步骤(1) 确定排风罩、空气净化装置确定排风罩、空气净化装置(如除尘器如除尘器)的形式，的形式，计算各用风地点需要的风量计算各用风地点需要的风量(2) 提出多种通风系统类型，并按技术可行、经济提出多种通风系统类型，并按技术可行、经济合理的原则优选合理的原则优选(3) 布置、绘制通风系统的轴测示意图，并对各管布置、绘制通风系统的轴测示意图，并对各管段编号，标注其相应的长度。管段长度按两构段编号，标注其相应的长度。管段

7、长度按两构件间的中心线长度计算，不扣除构件件间的中心线长度计算，不扣除构件(如三通、如三通、弯头弯头)本身的长度。本身的长度。Anhui University of Technology建筑工程学院9(4) 计算各管段的需要风量，选择风管内的空气流速计算各管段的需要风量，选择风管内的空气流速(5) 根据各管段的风量和所选的气流速度，确定各管根据各管段的风量和所选的气流速度，确定各管段的断面尺寸，计算沿程阻力和局部阻力段的断面尺寸，计算沿程阻力和局部阻力(6) 对并联管路必须进行阻力平衡，这是保证流量按对并联管路必须进行阻力平衡，这是保证流量按要求分配的关鍵，若并联管路计算阻力不相等，要求分配的

8、关鍵，若并联管路计算阻力不相等，在实际运行时，管网会自动调整各并联管路流量在实际运行时，管网会自动调整各并联管路流量，使并联管路的实际流动阻力相等，这时各并联，使并联管路的实际流动阻力相等，这时各并联管路的流量不是要求的流量，然后计算系统的总管路的流量不是要求的流量，然后计算系统的总阻力。阻力。Anhui University of Technology建筑工程学院10(7) 根据系统的总阻力和总风量以及所输送流根据系统的总阻力和总风量以及所输送流体的种类、性质等诸因素确定动力设备所体的种类、性质等诸因素确定动力设备所需的参数，并绘制通风系统的正式轴测图需的参数，并绘制通风系统的正式轴测图。p

9、 风道流量分配、管网各管段管径及阻力确风道流量分配、管网各管段管径及阻力确定，确定动力设备等也称为管网定，确定动力设备等也称为管网(风道风道)水力水力计算计算Anhui University of Technology建筑工程学院11二、通风管道的水力计算二、通风管道的水力计算计算之前需先完成管网的布置，包括系统计算之前需先完成管网的布置，包括系统划分；管道布置、设备和各送排风点位置划分；管道布置、设备和各送排风点位置的确定；各送排风点要求的风量和要求各的确定；各送排风点要求的风量和要求各管段的输送的风量也得一一确定。完成上管段的输送的风量也得一一确定。完成上述前期准备工作后，方可按假定流速法

10、的述前期准备工作后，方可按假定流速法的基本步骤进行水力计算。基本步骤进行水力计算。Anhui University of Technology建筑工程学院121、管内流速和管道断面尺寸、管内流速和管道断面尺寸(1)绘制风管系统轴测图绘制风管系统轴测图 绘制风管系统轴侧图，并划分好管段，对各管段进行绘制风管系统轴侧图，并划分好管段，对各管段进行编号，标注长度和风量。编号，标注长度和风量。 通常按流量和断面变化划分管段，一条管段内流量和通常按流量和断面变化划分管段，一条管段内流量和管段断面不变，流量和断面二者之一或二者同时发生管段断面不变，流量和断面二者之一或二者同时发生变化之处是管段的起点或终点

11、。变化之处是管段的起点或终点。 管段长度按管段的中心线长度计算，不扣除管件管段长度按管段的中心线长度计算，不扣除管件(如如三通、弯头三通、弯头)本身的长度。本身的长度。Anhui University of Technology建筑工程学院13(2) 确定管内流速确定管内流速管内的流速对通风系统的经济性有较大的管内的流速对通风系统的经济性有较大的影响，对系统的技术条件也有影响。根据影响，对系统的技术条件也有影响。根据经验总结，风管内的空气流速可按表经验总结，风管内的空气流速可按表6-2、6-3、及表、及表6-4确定。确定。Anhui University of Technology建筑工程学院

12、14Anhui University of Technology建筑工程学院15Anhui University of Technology建筑工程学院16(3)确定各管段的断面尺寸，计算摩擦阻力和确定各管段的断面尺寸，计算摩擦阻力和局部阻力局部阻力根据各风管的风量和选择的流速初步确定根据各风管的风量和选择的流速初步确定风管断面尺寸，并适当调整使其符合通风风管断面尺寸，并适当调整使其符合通风管道统一规格，以利于工业化加工制作。管道统一规格，以利于工业化加工制作。风管断面尺寸调整好后，按调整好的断面风管断面尺寸调整好后，按调整好的断面尺寸计算管内实际流速。尺寸计算管内实际流速。Anhui Uni

13、versity of Technology建筑工程学院172、风管摩擦阻力计算、风管摩擦阻力计算按管内实际流速计算阻力。阻力计算应从最不利按管内实际流速计算阻力。阻力计算应从最不利环路环路(即最长、局部阻力构件最多的环路即最长、局部阻力构件最多的环路)开始。开始。通风空调管道中，气流大多属于湍流光滑区到粗通风空调管道中，气流大多属于湍流光滑区到粗糙区之间的过渡区。只有流速很高，表面粗糙的糙区之间的过渡区。只有流速很高，表面粗糙的砖混凝土风道内流动状态才属于粗糙区。砖混凝土风道内流动状态才属于粗糙区。湍流光滑区到粗糙区之间的过渡区湍流光滑区到粗糙区之间的过渡区经验公式如下经验公式如下：12.51

14、2lg()3.71ReKD Anhui University of Technology建筑工程学院18若已知流量、管径、流速、阻力四个参数中的若已知流量、管径、流速、阻力四个参数中的任意两个，可利用附录任意两个，可利用附录9求得其余的两个参数求得其余的两个参数。该图是按过渡区的。该图是按过渡区的值，在压力值，在压力P0101.33kPa、温度、温度t020、空气密度、空气密度01.204kg/m3、运动粘度、运动粘度0=15.0610-6m2/s、管壁粗糙度管壁粗糙度K=0.15mm，圆形风管、气流与管，圆形风管、气流与管壁间无热交换等条件下得出的。当实际条件与壁间无热交换等条件下得出的。当

15、实际条件与上述条件不相符时，应进行修正。上述条件不相符时，应进行修正。Anhui University of Technology建筑工程学院19p 若是矩形风管，需先把矩形风管断面尺寸若是矩形风管，需先把矩形风管断面尺寸折算成相当的圆形风管直径，即折算成当折算成相当的圆形风管直径，即折算成当量直径。再由此求得矩形风管的单位长度量直径。再由此求得矩形风管的单位长度摩擦阻力。摩擦阻力。Anhui University of Technology建筑工程学院203、风管局部阻力计算、风管局部阻力计算 首先是确定局部阻力系数和它对应的特征速度，然后代入首先是确定局部阻力系数和它对应的特征速度，然后代

16、入下式计算局部阻力。下式计算局部阻力。 各种局部阻力系数通常查设计手册等确定，各种设备的局各种局部阻力系数通常查设计手册等确定，各种设备的局部阻力或局部阻力系数，由设备生产厂商提供。部阻力或局部阻力系数，由设备生产厂商提供。p 各管段摩擦阻力和局部阻力之和即为该管段的阻力，各管各管段摩擦阻力和局部阻力之和即为该管段的阻力，各管段阻力计算完成后，应进行并联管路的阻力平衡，以保证段阻力计算完成后，应进行并联管路的阻力平衡，以保证实际流量分配满足要求。实际流量分配满足要求。212PVAnhui University of Technology建筑工程学院21 在通风除尘管网中在通风除尘管网中, ,

17、连接部件很多连接部件很多, , 因此因此局部阻力较大局部阻力较大, , 为了减少系统运行的能耗为了减少系统运行的能耗, , 在设计管网系统时在设计管网系统时, , 应尽可能降低管网的应尽可能降低管网的局部阻力。降低管网的局部阻力可采取以局部阻力。降低管网的局部阻力可采取以下措施下措施: : (1) (1) 避免风管断面的突然变化；避免风管断面的突然变化；Anhui University of Technology建筑工程学院22 (2) (2) 减少风管的转弯数量减少风管的转弯数量, , 尽可能增大转弯半径尽可能增大转弯半径; ; (3) (3) 三通汇流要防止出现引射现象三通汇流要防止出现引

18、射现象, , 尽可能做到各尽可能做到各分支管内流速相等，分支管道中心线夹角要尽可能小分支管内流速相等，分支管道中心线夹角要尽可能小, , 一般要求不大于一般要求不大于3030； (4) (4) 降低排风口的出口流速降低排风口的出口流速, , 减少出口的动压损失减少出口的动压损失; ; (5) (5) 通风系统各部件及设备之间的连接要合理通风系统各部件及设备之间的连接要合理, , 风风管布置要合理管布置要合理. .Anhui University of Technology建筑工程学院234、并联管路的阻力平衡、并联管路的阻力平衡为了保证各管路达到预期的风量，使并联为了保证各管路达到预期的风量，

19、使并联支管的计算阻力相等，称为并联管路阻力支管的计算阻力相等，称为并联管路阻力平衡。平衡。对一般的通风系统，两支管的计算阻力差对一般的通风系统，两支管的计算阻力差应不超过应不超过15%；含尘风管应不超过；含尘风管应不超过10。若超过上述规定，可采用下述方法进行阻若超过上述规定，可采用下述方法进行阻力平衡。力平衡。Anhui University of Technology建筑工程学院24(1)调整支管管径调整支管管径这种方法是通过改变支管管径来调整支管这种方法是通过改变支管管径来调整支管的阻力，达到阻力平衡。调整后的管径按的阻力，达到阻力平衡。调整后的管径按下式计算：下式计算：式中，式中，D调

20、整后的管径，调整后的管径，mm；D原设计的管径，原设计的管径，mm；P原设计原设计的支管阻力，的支管阻力，Pa； P要要求达到的支管阻力，求达到的支管阻力，Pa。0.225()PDDPAnhui University of Technology建筑工程学院25p 应当指出，采用本方法时，不宜改变三通的支管应当指出，采用本方法时，不宜改变三通的支管直径，可在三通支管上先增设一节渐扩直径，可在三通支管上先增设一节渐扩(缩缩)管，管，以免引起三通局部阻力的变化。以免引起三通局部阻力的变化。(2)阀门调节阀门调节 通过改变阀门开度，调节管道阻力，从理论上通过改变阀门开度，调节管道阻力，从理论上讲是一种

21、最简单易行的方法。但对一个多支管的讲是一种最简单易行的方法。但对一个多支管的通风管网，是一项复杂的技术工作，必须进行反通风管网，是一项复杂的技术工作，必须进行反复的调整、测试才能实现预期的流量分配。复的调整、测试才能实现预期的流量分配。Anhui University of Technology建筑工程学院265、计算系统的总阻力、计算系统的总阻力最不利环路所有串联管段阻力最不利环路所有串联管段阻力(包括设包括设备阻力备阻力)之和，即为管网系统的总阻力之和，即为管网系统的总阻力6、选择风机、选择风机（1）根据输送气体的性质、系统的风量和阻）根据输送气体的性质、系统的风量和阻力确定风机的类型，如

22、清洁空气，选用一力确定风机的类型，如清洁空气，选用一般风机，输送有爆炸性的气体或粉尘，选般风机，输送有爆炸性的气体或粉尘，选用防爆风机。用防爆风机。Anhui University of Technology建筑工程学院27（2）考虑到风管、设备的漏风及阻力计算的）考虑到风管、设备的漏风及阻力计算的不精确，应按下式的风量、风压选择风机：不精确，应按下式的风量、风压选择风机：fPPKPfLLKLPam3/h式中：式中：Pf-风机的风压，风机的风压，Pa；Lf-风机的风量，风机的风量，m3/h；Kp-风压附加系数，一般的送排风系统风压附加系数，一般的送排风系统Kp1.11.15；除尘；除尘系统系统

23、Kp=1.151.2；KL-风量附加系数，一般的送排风系统风量附加系数，一般的送排风系统KL1.1；除尘系统；除尘系统KL=1.11.15；P-系统的总阻力，系统的总阻力，Pa；L系统的总风量，系统的总风量，m3/h。Anhui University of Technology建筑工程学院28(3) 当风机在非标准状态下工作时，应对风机当风机在非标准状态下工作时，应对风机性能进行换算，再以此参数从样本上选择性能进行换算，再以此参数从样本上选择风机。风机。Anhui University of Technology建筑工程学院29三、计算实例三、计算实例如下图所示的通风除尘系统。风管用如下图所示

24、的通风除尘系统。风管用钢板制作，输送含有轻矿物粉尘的空气，钢板制作，输送含有轻矿物粉尘的空气，气体温度为常温。该系统采用脉冲喷吹清气体温度为常温。该系统采用脉冲喷吹清灰袋式除尘器，灰袋式除尘器， 除尘器阻力除尘器阻力Pc1200Pa。对该系统进行水力计算，并选择风机。对该系统进行水力计算，并选择风机。Anhui University of Technology建筑工程学院30Anhui University of Technology建筑工程学院31解：解：1对各管段进行编号，标出管段长度和各排对各管段进行编号，标出管段长度和各排风点的排风量。风点的排风量。2选定最不利环路，本系统选择选定最不

25、利环路，本系统选择135除尘器除尘器 6风机风机 7为最不利环路。为最不利环路。3根据各管段的风量及选定的流速，确定最根据各管段的风量及选定的流速，确定最不利环路上各管段的断面尺寸和单位长度不利环路上各管段的断面尺寸和单位长度摩擦阻力。摩擦阻力。Anhui University of Technology建筑工程学院32根据表根据表64，输送含有轻矿物粉尘的空气，输送含有轻矿物粉尘的空气时，风管内最小风速为，垂直风管时，风管内最小风速为，垂直风管12m/s，水平风管水平风管14m/s。考虑到除尘器及风管漏风，取考虑到除尘器及风管漏风，取5的漏风系的漏风系数，管段数，管段6及及7的计算风量为的计

26、算风量为6300 x1.05=6615m3/hAnhui University of Technology建筑工程学院33管段管段1有水平风管，初定流速为有水平风管，初定流速为14m/s，根据，根据L11500m3/h(0.42m3/s)，v1=14m/s所选管径按所选管径按通风管道统一规格调整为：通风管道统一规格调整为：D1200mm，实际流速实际流速v1=13.4m/s，由附录，由附录9查得，查得，Rm1=12.5Pa/m。同理可查得管段同理可查得管段3、5、6、7的管径及比摩的管径及比摩阻，具体结果见汇总表。阻，具体结果见汇总表。Anhui University of Technolog

27、y建筑工程学院344、确定管段、确定管段2、4的管径及单位长度摩擦阻力的管径及单位长度摩擦阻力，见汇总表。，见汇总表。5、从附录、从附录10或阻力手册、暖通设计手册等资或阻力手册、暖通设计手册等资料查各管段的局部阻力系数。料查各管段的局部阻力系数。(1)管段管段1设备密闭罩设备密闭罩 1.0(对应接管动压对应接管动压)90弯头弯头(R/D1.5)一个一个0.17直流三通直流三通(13)(见下图见下图)Anhui University of Technology建筑工程学院35 根据根据F1F2F3，a=30,F2/F3=(140/240)2=0.34，L2/L3=800/2300=0.348，

28、查得，查得130.2，10.170.21.37Anhui University of Technology建筑工程学院36（2）管段）管段2圆形伞形罩，圆形伞形罩，a=60, =0.0990弯头（弯头（R/D=1.5）1个，个， =0.1760弯头（弯头（R/D=1.5）1个，个， =0.15合流三通合流三通(23), 23=0.2,0.09+0.17+0.15+0.2=0.61Anhui University of Technology建筑工程学院37(3) 管段管段3直流三通（直流三通（35），）， F3F4F5，a=30,F4/F5=(280/380)2=0.54，L4/L5=4000/

29、6300=0.634，查得，查得350.05Anhui University of Technology建筑工程学院38（4）管段）管段4设备密闭罩，设备密闭罩， 1.0，90弯头（弯头（R/D=1.5）1个，个， =0.17合流三通合流三通(45), 45=0.64,1+0.17+0.64=1.81Anhui University of Technology建筑工程学院39(5)管段管段5除尘器进口变径管除尘器进口变径管(渐扩管渐扩管)，除尘器进口尺寸，除尘器进口尺寸300 x 800mm，变径管长度，变径管长度500mm，tga=(800-380)/(2*500)=0.42,a=22.7

30、, 0.6Anhui University of Technology建筑工程学院40(6)管段管段6除尘器出口变径管除尘器出口变径管(渐缩管渐缩管)除尘器出口尺寸除尘器出口尺寸300 x 800mm变径管长度变径管长度l=400mm, tga=(800-420)/(2*400)=0.475,a=25.4 , 0.190弯头（弯头（R/D=1.5）2个，个， =2*0.17=0.34Anhui University of Technology建筑工程学院41风机进口渐扩管风机进口渐扩管先近似选出一台风机，风机进口直径先近似选出一台风机，风机进口直径D1500mm变径管长度变径管长度, F0/F

31、6=(500/420)2=1.41,l=300mm, tga=(500-420)/(2*300)=0.13,a=7.6 , 0.030.1+0.34+0.03=0.47Anhui University of Technology建筑工程学院42(7)管段管段7风机出口渐扩管风机出口渐扩管风机出口尺寸风机出口尺寸 410 x 315mm, D7420mmF7/F出出=(0.138/0.129)2=1.07， 0带扩散管的伞形风帽带扩散管的伞形风帽(h/D0)0.5)0.600.60Anhui University of Technology建筑工程学院436计算各管段的沿程摩擦阻力和局部阻力。计算结计算各管