通风管道横截面形状对比

1、通风管道道横截面面形状对对比和研研究摘要： 风管系系统是空空调及通通风工程程中最重重要的一一个组成成部分，通常情情况下风风管横截截面有三三种形状状：矩形形,圆形形和扁圆圆形。在在19660年以以前，由由于制作作工艺简简单，所所需安装装空间较较小，绝绝大部分分通风系系统都采采用矩形形风管。随着大大型螺旋旋圆形风风管成型型机研制制成功，大量工工程实例例证明无无论在经经济性还还是其他他工程参参数，圆圆形风管管都远好好于矩形形风管。本文将将对这些些研究结结果进行行总结，并企图图将比较较的重点点放在对对风管系系统的经经济性比比较上，同时由由于在通通常情况况下更新新费用占占总费用用比例较较小，这这部分的的

2、费用在在本次讨讨论将被被忽略。关键词： 圆形形风管 矩形风风管 经经济性比比较 风风管系统统1.背景景风管管系统是是空调及及通风工工程中最最重要的的一个组组成部分分，它的的功能主主要是将将调节后后的空气气按设计计流量尽尽可能高高效率的的传送到到末端设设备。通通常情况况下风管管横截面面有三种种形状：矩形,圆形和和扁圆形形。矩形形风管的的制作通通常是通通过对四四块钢板板的铆接接来完成成。圆形形风管则则是将一一百三十十七毫米米宽的钢钢板放在在螺旋成成型机绕绕制而成成。扁圆圆形风管管则比较较少见，它一般般是对圆圆形风管管进行挤挤压形成成. 在在19660年以以前，由由于制作作工艺简简单，所所需安装装空

3、间较较小，绝绝大部分分通风系系统都采采用矩形形风管。随着大大型螺旋旋圆形风风管成型型机研制制成功，大量工工程实例例证明无无论在经经济性还还是其他他工程参参数，圆圆形风管管都远好好于矩形形风管。因此在在国外，特别是是欧洲，圆形风风管的使使用率都都变得越越来越普普及，见见表一。中国目目前的圆圆形风管管使用比比率据笔笔者不完完整的调调查仅占占百分之之十百百分之二二十之间间。因此此在中国国国情之之下对圆圆形风管管与矩形形风管的的工程对对比研究究已成为为一个刻刻不容缓缓的课题题。 表一：圆圆形风管管逐年所所占的市市场分额额：国家及地地区1960019655197001975519800198551990

4、020000北欧515406070808590德国55101520252550法国510203040505065英国510152025353555从经经济分析析的角度度来讲，一栋建建筑物内内的风管管系统在在其整个个使用寿寿命中所所有的费费用可分分为1、初初投资：包括设设计费用用，材料料及安装装费用，空间费费用，调调试费用用，等等等。2、运运行费用用：包括括人员工工资，能能源，维维护费用用。3、更更新费用用：包括括维修及及更换破破旧部件件费用。近近几年国国外的研研究结果果（Sccanddiacconssultt(19992), BBouwwmann(19992), MMalmmstrrom et

5、 al (20001), MMalmmstrrom et al (20002)）表明明，在诸诸多参数数圆形风风管系统统比矩形形风管系系统表现现更为优优异，本本文将对对这些研研究结果果进行总总结，并并企图将将比较的的重点放放在对风风管系统统的经济济性比较较上，同同时由于于在通常常情况下下更新费费用占总总费用比比例较小小，这部部分的费费用在本本次讨论论将被忽忽略。 2 初投投资部分分：圆型型风管系系统所需需初投资资比矩形形风管要要低的部部分原因因如下： 圆型风管管更容易易制造和和运输。 圆型风管管的组件件和配件件都已被被高度标标准化。 从结构上上讲，圆圆形风管管更能承承受压力力而不变变形，矩矩形风

6、管管因此需需要更多多的螺栓栓，铆钉钉，支撑撑梁等加加强措施施。在相同的的水力直直径下，制造圆圆型风管管所需要要的金属属量要小小于矩形形风管，矩形风风管的长长宽比越越大，则则金属耗耗量越高高。 圆形风管管的吊架架构造比比矩形风风管的安安装简单单，通通风与空空调工程程施工及及验收规规范GGB500243320002同同时指出出，对于于长边尺尺寸大于于4000mm的的矩形风风管吊架架间距为为4m，而对螺螺旋圆形形风管间间距则延延长到55m。 测量圆形形风管的的风量所所需测量量点小于于矩形风风管，因因此进行行风管系系统平衡衡时，调调试费用用也将小小于矩形形风管。 圆形风管管能显著著减少低低频噪声声传入

7、室室内，因因此可以以减少消消声设备备 Sccanddiacconssultt(19992)为一个个大房间间的通风风系统分分别用圆圆形风管管和矩形形风管做做了两个个设计方方案，并并比较系系统的压压力损头头及相关关的经济济参数，见图11（注意意：经济济分析以以当年的的北欧市市场价格格为基准准进行）。计算算结果表表明，在在相同的的末端设设备条件件下，整整个安装装费用，圆形风风管仅为为矩形风风管的一一半，同同时圆形形风管的的材料费费用为矩矩形风管管的800%。全压损失失（Paa）: 1500.0全部安装装费用：0.551R全部材料料费用：0.88M（A）全压损失失（Paa）: 1655.4全部安装装费

8、用：R全部材料料费用：M（B）图1：SScanndiaaconnsullt(119922) 风风管设计计方案比比较 （A）圆圆形风管管 （BB）矩形形风管对风风管系统统的所占占空间进进行经济济分析是是一件比比较困难难的事情情，因为为这取决决于建筑筑物的结结构和用用途。一一般来说说，采用用矩形风风管的最最主要的的一个原原因是矩矩形风管管能节约约空间，但实际际上，对对于长宽宽比接近近的矩形形风管而而言，它它所占有有的实际际面积要要大于圆圆形风管管，这主主要是因因为矩形形风管需需要法兰兰来联结结，而法法兰边的的高度通通常大于于20mmm，见见图2（A）。而现代代螺旋风风管可以以来用标标准话的的柔性联

9、联结，见见图2（B），这种方方法不仅仅不需要要多余空空间，而而且更加加易于安安装。因因此对于于长宽比比接近11的矩形形风道，圆形风风管的优优点是无无法替代代的。（A）（B）图2：SScanndiaaconnsullt(119922) 风风管连接接方案比比较 （A）矩矩形风管管 （BB）圆形形风管对于于有着大大长宽比比的矩形形风管，则可以以采用几几根圆形形风管进进行替代代，见图图3，这这种替代代方案可可以使风风量的控控制变得得更加简简单。同同时安装装费用也也将大幅幅减小。虽然材材料费用用可能会会有所增增加，但但Jaggemeer（119911）的一一项调查查结果表表明，在在此方案案下，初初投资总

10、总额几乎乎和矩形形风管是是一样的的。 图3：一一5500mmXX1500mm的的矩形风风管为两两D=2200mmm的圆圆形风管管替代方方案3. 运运行费用用在通通常情况况下，空空调系统统运行费费用的最最大部分分为能源源消耗。能源费费用包括括加热或或冷却空空气及将将这些空空气传送送到末端端的设备备所消耗耗的能源源。如果果整个风风管系统统被良好好地进行行了保温温，则风风管漏风风量成为为多余能能源消耗耗的一个个重要来来源。对于于风管系系统，风风机是循循环动力力的提供供者，风风机的风风压一般般不会超超过6550Paa。除去去空气处处理机组组的末端端设备的的压力损损失，整整个风管管系统可可利用的的压头大

11、大约为22003000Pa。因此，风管系系统应尽尽量避免免有大的的压头损损失。同同时，漏漏风量也也直接影影响到风风机的功功率选择择，根据据风机定定理，风风机功率率与风量量的三次次方成正正比，即即如果风风管漏风风率为66%，风风机功率率将增加加20%，螺旋旋圆形风风管的漏漏风率要要远远小小于矩形形风管。 3.1 漏漏风率 风风管的漏漏风绿可可由下式式进行计计算：（1）frref= 面积积漏风率率 qvll= 漏漏风量 AA= 风风管表面面积 K= 漏风风常数ppreff= 风风管与外外界的压压差在欧洲洲，根据据漏风常常数，风风管的气气密性被被划分为为四个等等级（AA,B,C,DD）。表表2给出出

12、了相应应等级所所允许的的最大漏漏风常数数。 Classs AAKA=0.0227110-33 m3 s-11 m-22 Paa-0.65Classs BBKB=0.0009110-33 m3 s-11 m-22 Paa-0.665Classs CCKC=0.0003110-33 m3 s-11 m-22 Paa-0.65Classs DDKD =0.0001110-33 m3 s-11 m-22 Paa-0.65表2：欧欧洲风管管系统气气密性等等级划分分与圆圆形风管管相比，矩形风风管需要要的螺栓栓与铆钉钉连结要要多得多多，因此此不可避避免地漏漏风量也也要大得得多。图图4为比比利时的的一组实实测

13、数据据，数据据显示矩矩形风管管的漏风风率平均均比圆形形风管高高7倍。通风风与空调调工程师师施工及及验收规规范GGB5002433-20002也指指出：圆圆形风管管的允许许漏风量量为矩形形风管的的50。 图4： 21栋栋比利时时建筑物物的风管管漏风率率的测量量数据（Carrri ett all, 119999）3.2压压头损失失水水力当量量直接被被用来估估算矩形形风管的的紊统压压力损失失对于有有着相同同水力当当量直径径的风管管，尽管管横截面面形状不不同。它它们仍然然有着相相同的沿沿程压力力损失。图5比比较了一一段圆型型风管（D=00.5mm,U=5m/s,=0.15mmm）和和有着相相同面积积，

14、流量量的矩形形风管的的压力损损失。很很明显在在这种情情况下，矩形风风管的压压力阻失失远远大大于圆型型风管，而且随随着风管管长宽比比的增大大，压力力损失也也越大。也就意意味着风风机的功功率也必必然越大大。 图5：等等流量/流速矩矩形风管管与圆型型风管压压力损失失比较（流量=1 mm3/s, v=5m/s）“水水力当量量直径”的概念念是建立立在沿矩矩形风管管边界的的平均切切应力应应当是一一致的假假设上的的，也就就是说，等速线线应当与与风管边边界平行行，但是是实际测测量结果果却显示示，在矩矩形风管管中，沿沿对角线线方向的的速度梯梯度衰减减最慢，沿中心心线方向向的速度度梯度衰衰减最慢慢。因此此，在理理

15、论上，水力当当量直径径在下列列两种情情况下应应当谨慎慎引用。 流量太小小，流场场达不到到完全紊紊流状态态 管道横截截面远离离圆形，即有着着较大长长宽比的的矩形。 实验验数据也也对水力力当量直直径的普普遍性表表示了怀怀疑。JJONEES（119766）作了了一系列列的光滑滑矩形风风管压力力损失实实验，笔笔者将他他的实验验数据进进行了重重新分析析，见图图6.尽尽管缺乏乏10长宽比比255的数据据。图66数据仍仍然强烈烈暗示了了长宽比比对水力力当量直直径压力力损失的的单调上上升影响响。Grrigggs eet aal(119922)在使使用粗糙糙矩形风风管做的的实验也也有类似似的结果果。 图6：不不同长宽宽比的光光滑矩型型风管与与圆型风风管的压压力损失失比较3.3维维护费用用为为了避免免病态建建筑，风风管需要要定期进进行清洁洁。清洁洁方法包包括干法法（使用用吸尘器器和刷子子）或湿湿法（使使用长拖拖把）在在这两种种情况下下，圆形形风管都都比矩形形风管更更加简单单。 4.结