暖通空调专业精讲-空调风管系统设计

通风空调

TONGFENGKONGTIAO单元8空调风管系统设计目录风管设计的基本知识风管设计的基本任务风管设计计算的方法与步骤8.18.28.3空调系统风管内的压力分布8.48.58.6空调系统风管内的空气流速风管系统的安装8.1风管设计的基本知识风管布置与工艺、土建、电气、给排水等专业相互配合、协调一致。应考虑使用的灵活性。当系统服务于多个房间时，可根据房间的用途分组，设置各个支风管，以便调节；应根据工艺和气流组织的要求，可采用架空明敷设，也可暗敷于地板下、内墙或顶棚中；应力求顺直，避免复杂的局部管件。弯头、三通等管件应安排得当，管件与风管的连接、支管与干管的连接要合理，以减少阻力和噪声；风管上应设置必要的调节和测量装置（如阀门、压力表、温度计、风量测定孔、采样孔等）或预留安装测量装置的接口。调节和测量装置应设在便于操作和观察的地方；应最大限度地满足工艺需要，并且不妨碍生产操作；应在满足气流组织要求的基础上，达到美观，实用的原则。8.1.1风管的布置原则薄钢板普通薄钢板镀锌薄钢板硬聚氯乙烯塑料板玻璃钢板胶合板铝板砖及混凝土塑料软管、金属软管、橡胶软管8.1.2风管材料选择是空调系统最常用的材料，其优点是易于工业化加工制作、安装方便、能承受较高温度，且具有一定的防腐性能，适用于有净化要求的空调系统。钢板厚度一般采用0.5~1.5mm左右。对于有防腐要求的空调工程，可采用硬聚氯乙烯塑料板或玻璃钢板制作的风管。硬聚氯乙烯塑料板表面光滑、制作方便、但不耐高温，也不耐寒，在热辐射作用下容易脆裂，所以，仅限于室内应用，且流体温度不可超过-10~+60℃范围。用于与建筑、结构相配合的场合。它节省钢材，结合装饰，经久耐用，但阻力较大。在体育馆、影剧院等公共建筑和纺织厂的空调工程中，常利用建筑空间组合成送、回风管道。为了减少阻力、降低噪声，可采用降低管内流速、在风管内壁衬贴吸声材料等技术措施。需要经常移动的风管，则大多采用柔性材料制成圆形：强度大、阻力小、消耗材料少，但加工工艺比较复杂，占用空间多，布置时难以与建筑、结构配合，常用于高速送风的空调系统。矩形：风管易加工、好布置，能充分利用建筑空间。一般民用建筑空调系统送、回风管道的断面形状均以矩形为宜。表8-1矩形风管规格（单位:mm）8.1.3风管断面形状8.2风管设计的基本任务应统筹考虑经济、实用两条基本原则8.2.1风管设计原则确定风管的断面形状，选择风管的断面尺寸计算风管内的阻力损失，保证系统内达到要求的风量分配选择合适的风机型号

8.2.2风管设计的基本任务风管的阻力损失△P由沿程阻力损失△Py和局部阻力损失△Pj两部分组成△P=△Py+△Pj（Pa）沿程阻力损失△Py=Ryl(Pa)圆形风管的当量直径矩形风管ν——空气的运动粘度，标准状况下，ν=附录B-1~B-3。局部阻力损失附录B-4及大量相关手册中，都有各种管件的局部阻力系数计算表。表8-2各种材料的粗糙度风管的水力计算是在系统和设备布置、风管材料、各送、排风点的位置和风量均已确定的基础上进行的。对于低速送风系统，大多采用假定流速法和压损平均法，而高速送风系统则采用静压复得法。1、假定流速法假定流速法也称为比摩阻法。这种方法是以风管内空气流速作为控制因素，先按技术经济要求选定风管的风速，再根据风管的风量确定风管的断面尺寸和阻力。这是目前低速送风系统最常用的一种计算方法。2、压损平均法压损平均法也称为当量阻力法。这种方法以单位管长阻力损失相等为前提，在已知总作用压力的情况下，取最长的环路或阻力损失最大的环路，将总的作用压力值按干管长度平均分配给环路的各部分，再根据各部分的风量和所分配的压力损失值，确定风管的尺寸，并结合各环路间的压力损失的平衡进行调节，以保证各环路间压力损失的差值小于15％。一般建议单位长度风管的摩擦阻力损失值为0.8~1.5Pa/m。该方法适用于风机压头已定，进行分支管路压损平衡等场合。3、静压复得法由于风管分支处风量的出流，使分支前后总风量有所减少，如果分支前后主风管断面变化不大，则风速必然下降。众所周知，当流体的全压一定时，风速降低，则静压增加，利用这部分“复得”的静压来克服下一段主干管道的阻力，以确定管道尺寸，从而保持各分支前的静压都相等，这就是静压复得法。此方法适用于高速空调系统的水力计算。8.3风管设计计算的方法与步骤8.3.1风管水力计算方法

下面以假定流速法为例，来说明风管水力计算的方法步骤：1、确定空调系统风管形式，合理布置风管，并绘制风管系统轴测图，作为水力计算草图。2、在计算草图上进行管段编号，并标注管段的长度和风量。管段长度一般按两管件中心线长度计算，不扣除管件（如三通、弯头）本身的长度。3、选定系统最不利环路，一般指最远或局部阻力最大的环路。4、选择合理的空气流速，可按表8-3确定。5、根据给定风量和选定风速，确定各计算管道断面尺寸，并使其符合表8-1所列的矩形风管统一规格（或圆形风管标准管径）。然后根据选定的断面尺寸和风量，计算出风管内实际流速。矩形风管的风量：·m3/h式中a、b——分别为风管断面净宽和净高（m）。

圆形风管的风量：m3/h式中d——圆形风管内径（m）。8.3.2风管水力计算步骤

表8-3空调系统中的的空气流速（（m/s）6、计算风管的的沿程阻力损损失根据风管的断断面尺寸和实实际流速，查查附表B-1~B-3或有关设计手手册中求出单位长度摩摩擦阻力损失失，再根据式式（8-2）及管长，求求出管段的摩摩擦阻力损失。7、计算各管段段局部阻力损损失按系统中的局局部管件类型型和实际流速速，查附录B-4或有关设计手手册中“局部阻力系数计计算表”，查查得局部阻力力系数的值，，再根据式（（8-5）求出局部阻力损失失。8、计算系统的的总阻力损失失9、并联管路的的阻力平衡为保证各送、、排风点达到到预期的风量量，两并联支支路的阻力必必须保持平衡。空调系统统两个支路的的阻力不平衡衡率一般不超超过15%。如果不平衡衡率超过15%，可通过调整整管径、改变变风量和调节节阀门三种手手段进行调节节。10、根据输送气气体的性质、、系统总风量量和总阻力选选择风机类型型。空调系统统选用一般风风机。考虑风风管、设备漏漏风及阻力计计算不精确，，阻力和风量量应考虑一定定富裕度。Pf——风机风压，Pa；Gf——风机风量，m3/h；KP——风压附加系数数，一般送排排风系统取1.1~1.15；KG——风量附加系数数，一般送排排风系统取1.1。【例8-1】某公共建筑直直流式空调系系统，如图8-1所示。风管全全部用镀锌钢钢板制作，表面粗糙糙度K=0.15mm。已知消声器器阻力为50Pa，空调箱阻力力为290Pa，试确定该系统风管管的断面尺寸寸及所需风机机压头。图8-1某直流式空调调系统图A.孔板送风口（（600mm××600mm）；B.风量调节阀；；C.消声器；D.防火调节阀；；E.空调箱；F.进风格栅8.3.3风管设计计算算例题1、绘制系统轴轴测图，并对对各管段进行行编号，标注注管段长度和和风量，如图图8-1所示。2、选定最不利利环路，逐段段计算沿程阻阻力损失和局局部阻力损失失。本系统选选定管段1-2-3-4-5-6为最不利环路路。3、列出管道水水力计算表8-4，并将各管段段流量和长度度按编号顺序序填入计算表表中。4、分段进行管管道水力计算算，并将结果果列入计算表表8-4中。管段1-2：风量1500m3/h，管段长l=9m。沿程阻力损失失计算：由表8-3初选水平支管管空气流速为为4m/s，根据式(8-6)算得风管断面面面积取矩形断面为为320mm××320mm的标准风管，，则实际断面面积F=0.102m2，实际流速根据流速4.08m/s，查附录B-2，得到单位长长度摩擦阻力力Ry=0.7Pa/m，则管段1-2的沿程阻力解：局部阻力损失失计算：该管段存在局局部阻力的部部件有孔板送送风口、连接接孔板的渐扩扩管、多叶调调节阀、弯头、、渐缩管及直直三通。孔板送风口：：已知孔板面面积600mm××600mm，开孔率（即即净孔面积比比）为0.3，则孔板面风风速为m/s根据面风速1.16m/s和开孔率0.3，查附录B-4，得孔板局部部阻力系数ζ=13，故孔板的局局部阻力渐扩管：渐扩扩管的扩张角角，，查附录录B-4，得ζ=0.6，渐扩管的局局部阻力多叶调节阀：：根据三叶片片及全开度，，查附录B-4，得ζ=0.25，多叶调节阀阀的局部阻力力弯头：根据，，R/b=1.0,查附录B-4，得ζ=0.23，弯头局部阻阻力渐缩管：渐缩缩管的扩张角角，，查附附录B-4，得ζ=0.1，渐缩缩管的的局部部阻力力直三通通管：：根据据直三三通管管的支支管断断面与与干管管断面面之比比为0.64，支管管风量量与总总风量量之比比为0.5，查附附录B-4，得ζ=0.1，则直直三通通管的的局部部阻力力该管段段局部部阻力力为=10.5+5.99+2.5+2.3+1+1.6=23.89Pa该管段段总阻阻力管段2-3：风量3000m3/h，管段段长l=5m，初选选风速速为5m/s。沿程阻阻力损损失计计算：：根据假假定流流速法法及标标准化化管径径，求求得风风管断断面尺尺寸320mm×500mm，实际际流速速为5.2m/s，查得得单位位长度度摩擦擦阻力力，，则则管段段2-3的沿程程阻力力为局部阻阻力损损失计计算：：分叉三三通：：根据据支管管断面面与总总管断断面之之比为为0.8，查附附录B-4，得ζ=0.28，则分分叉三三通管管的局局部阻阻力（取总总流流流速））该管段段总阻阻力管段3-4：风量4500m3/h，管段段长l=9m，初选选风速速为6m/s。沿程阻阻力损损失计计算：：根据假假定流流速法法及标标准化化管径径，求求得风风管断断面尺尺寸400mm×500mm，实际际流速速为6.25m/s，查得得单位位长度度摩擦擦阻力力，，则则管段段3-4的沿程程阻力力为局部阻阻力损损失计计算：：该管段段存在在局部部阻力力的部部件有有消声声器、、弯头头、防防火调调节阀阀、软软接头头及渐渐扩管管。消声器器：消消声器器的局局部阻阻力给给定为为50Pa，即弯头：：根据据，，R/b=1.0,a/b=0.8，查附附表8-4，得ζ=0.2，弯头头的局局部阻阻力防火调调节阀阀：根根据三三叶片片及全全开度度，查查附表表8-4，得=0.25，风量量调节节阀的的局部部阻力力软接头头：因因管径径不变变且很很短，，局部部阻力力忽略略不计计。渐扩管管：初初选风风机4-72-11No4.5A，出口口断面面尺寸寸为315mm×360mm，故渐渐扩管管为315mm×360mm~400mm×500mm，长度度取为为360mm，渐扩扩管的的中心心角，，大小小头断断面之之比为为1.76，查附附表8-4，得ζ=0.15，对应应小头头流速速渐扩管管的局局部阻阻力该管段段局部部阻力力=50.0+4.7+5.9+10.9=71.5Pa该管段段总阻阻力管段4-5：空调箱箱及其其出口口渐缩缩管合合为一一个局局部阻阻力考考虑该管段段总阻阻力管段5-6：风量4500m3/h，管段段长l=6m，初选选风速速为6m/s。沿程阻阻力损损失计计算：：根据假假定流流速法法及标标准化化管径径，求求得风风管断断面尺尺寸400mm×500mm，实际际流速速为6.25m/s，查得得单位位长度度摩擦擦阻力力，，则管管段5-6的沿程程阻力力为局部阻阻力损损失计计算：：该管段段局部部阻力力部件件有突突然扩扩大、、弯头头（两两个））、渐渐缩管管及进进风格格栅。。突然扩扩大：：新风风入口口与空空调箱箱面积积之比比取为为0.2，查附附录B-4，得ζ=0.64，突然然扩大大的局局部阻阻力弯头（（两个个）：：根据据，，R/b=1.0，a/b=0.8，查附附录B-4，得ζ=0.20，弯头头的局局部阻阻力渐缩管管：断断面从从630mm×500mm单面收收缩至至400mm×500mm，取α≤45°，查附附录8-4，得ζ=0.1，对应应小头头流速速渐缩管管的局局部阻阻力进风格格栅：：进风风格栅栅为固固定百百叶格格栅，，外形形尺寸寸为630mm×500mm，有效效通风风面积积系数数为0.8，则固固定百百叶格格栅有有效通通风面面积为为0.63××0.5××0.8=0.252m2其迎风风面风风速为为查附附录录B-4，得得ζ=0.9，对对迎迎风风面面风风速速，，固固定定百百叶叶格格栅栅的的局局部部阻阻力力该管管段段局局部部阻阻力力=15.1+9.4+2.36+13.5=40.36Pa该管管段段总总阻阻力力5、检检查查并并联联管管路路的的阻阻力力平平衡衡用同同样样方方法法，，进进行行并并联联管管段段7-3，8-2水力力计计算算，，将将结结果果列列入入表表8-4中。。管段段7-3沿程程阻阻力力损损失失局部部阻阻力力损损失失该管管段段总总阻阻力力管段段8-2沿程程阻阻力力损损失失局部部阻阻力力损损失失该管管段段总总阻阻力力检查查并并联联管管路路的的阻阻力力平平衡衡：：管段段1-2的总总阻阻力力管段段8-2的总总阻阻力力=9.9％＜＜15％管段段1-2-3的总总阻阻力力管段段7-3的总总阻阻力力结果果表表明明，，两两个个并并联联管管路路的的阻阻力力平平衡衡都都满满足足设设计计要要求求。。如如果果不不满满足足要要求求的话话，，可可以以通通过过调调整整管管径径的的方方法法达达到到平平衡衡。。6、计计算算最最不不利利环环路路阻阻力力=30.19+10.6+80.14+290+46.12=457.05Pa本系系统统所所需需风风机机的的压压头头应应能能克克服服457.05Pa阻力力。。8.4空调调系系统统内内的的压压力力分分布布计算算出出各各点点（（断断面面））的的全全压压值值、、静静压压值值和和动动压压值值，，把把他他们们标标出出，，再再将将各各点点连连线线，，就就可可得得到到风风管管内内压压力力分分布布图图。。8.4.1压力力分分布布图图的的绘绘制制单风风机机系系统统是是指指只只设设送送风风机机而而不不设设回回风风机机，，整整个个系系统统内内的的阻阻力力损损失失全全部部由送送风风机机来来承承担担的的空空调调系系统统。。单风风机机空空调调系系统统空空调调风风管管内内全全压压分分布布如如图图8-3所示示。。对对于于单单风风机机系系统统，，要要注意意到到零零点点的的位位置置，，若若系系统统排排风风位位于于回回风风的的负负压压区区，，则则排排风风不不可可能能通通过过排风风阀阀排排出出，，必必须须单单设设一一轴轴流流式式排排风风机机，，如如图图8-3中虚虚线线所所示示。。8.4.2单风机系系统压力力分布图8-3单风机空空调系统统风管内内压力分分布图双风机系系统是指指既设有有送风机机又设有有回风机机的空调调系统，，系统内内的阻力力损失由由送风机机和回风风机共同同承担。。双风机空空调系统统风管内内全压分分布如图图8-4所示。对对于双风风机系统统，排风风机必须须处于回回风机的的正压段段，而新新风和回回风必须须处于送送风机的的负压段段。如图图8-4中所示，，①-②段由于回回风机的的加压作作用，处处于正压压区，排排风可以以通过排排风阀直直接排出出。而②②-③段由于送送风机的的抽吸作作用，处处于负压压区，新新风和回回风均可可被抽吸吸进来。。②为零零位阀，，通过该该阀处的的风压应应该为零零。8.4.3双风机系系统压力力分布图8-4双风机空空调系统统风管内内压力分分布图图8-3和图8-4所示曲线线，是根根据沿程程阻力与与风管长长度呈直直线关系系，而未未考虑局部阻阻力的情情况下，，定性画画出的全全压分布布曲线图图。若以以各点的的全压减减去该点的的动压，，便可得得出静压压分布曲曲线。从从图8-3和图8-4可以看出出空气在在风管内的的流动规规律为：：风机的压压头等于于风机进进、出口口的全压压差，或或者说等等于该风风机所负负担的风风管系统统沿程阻阻力损失失和局部部阻力损损失之和和。风机吸入入段的全全压和静静压均为为负值，，在风机机入口处处负压值值最大；；风机压压出段的的全压和和静压一一般情况况下均为为正值，，在风机机出口处处正压值值最大。。因此，，风机与与风管的的连接必必须注意意严密性性，否则则，会有有空气漏漏入或逸逸出系统统，以致致影响系系统的风风量分配配。在风机的的压出段段，如果果动压值值大于全全压值时时，则该该处的静静压会出出现负值值。若在在该断面面开孔，，便会吸吸入空气气而不是是压出空空气（诱诱导式空空调系统统就是利利用这一一原理而而工作的的）。因因此，必必须正确确选择送送风管道道中的气气流速度度，以免免影响支支风管的的空气流流量。设计时应应注意各各并联支支路的阻阻力平衡衡。如果果设计时时各支管管阻力不不相等，，在实际际运行时时，各支支管会按按其阻力力特征自自动趋于于平衡，，同时也也会改变变预定的的风量分分配值。。流动规律律8.5空调系统统风管内内的空气气流速风管内风风速的大大小关系系到系统统的造价价、运行行能耗与与费用、、噪声的的控制等。风速速大，则则风管断断面小，，占用建建筑空间间小，风风管系统统的初投投资少，，但噪声大大，流动动阻力，，输送能能耗高，，运行费费用大；；风速小小，则上上述优缺缺点刚好相相反。1、空调系系统风管管内风速速及部分分部件的的迎风面面风速表8-5通风、空空调系统统风管内内及通过过部分部部件时的的迎风面面风速（（m/s）2、暖通空空调部件件的设计计风速表8-6暖通空调调部件的的设计风风速（m/s）3、对消声声有严格格要求的的空调系系统，风风管和出出风口的的最大允允许风速速对消声声有严格格要求的的空调系系统，风风管和出出风口的的最大允允许风速速如表8-7所示。表8-7不同噪声声标准的的风管内内允许流流速注：1、百叶风风口叶片片间的气气流速度度增加10%，噪声的的声功率率级将增增加2dB；若流速速增加一一倍，噪噪声的声声功率级级将增加加16dB；2、对于出出口处无无障碍物物的敞开开风口，，表中的的出口风风速可提提高1.5~2倍。4、高速送送风系统统中风管管的最大大允许风风速高速送风风系统中中风管的的最大允允许风速速如表8-8所示。推推荐了高高速风管管的允许风速，，表中的的风速在在管内的的比摩阻阻不超过过5.7Pa/m。高速风风管中全全压、静压都很很高，从从而加剧剧了漏风风现象。。因此，，宜采用用强度高高和密封封性能好好的螺旋风风管。表8-8高速送风风系统中中风管的的最大允允许风速速8.6风管系统统的安装装通风管道道的配件件是指风风管系统统上各种种异型连连接件（（如弯头头、三通通、四通、变径径管、天天圆地方方等）、、各种风风量调节节阀（如如蝶阀、、多叶调调节阀、、矩形三通通调节阀阀、菱形形风阀和和定风量量阀等））和风管管测定孔孔、检查查孔等。。风管附件件的功能能为：（1）弯头用用来改变变空气的的流动方方向，使使气流转转90°弯或其他他角度；；（2）三通和和四通用用于风管管的分叉叉和汇合合，即气气流的分分流与合合流；（3）变径管管用来连连接断面面尺寸不不同的风风管；（4）天圆地地方是用用来连接接圆形与与矩形（（或方形形）两个个不同断断面的部部件；（5）来回弯弯管用来来改变风风管的升升降、躲躲让或绕绕过建筑筑物的梁梁、柱及及其他管管道的部部件；（6）风量调调节阀和和定风量量阀用来来控制送送、回、、排风量量及用来来平衡风风管系统统的流动动阻力；；（7）风管检检查孔主主要用来来检查风风管内的的电加热热器、中中效过滤滤器等；；（8）风管测测定孔主主要用于于通风与与空调系系统的调调试和测测定风管管内风量量、风压压和空气气温度用用。8.6.1通风管道道的配件件1、风量调调节阀及及附件从从出厂到到安装前前，在运运输途中中受到运运输工具具所激发发的随机振动动和装卸卸时受到到各种冲冲击，及及在运输输储存过过程中，，环境的的温度、、湿度等变变化，这这些都可可能造成成调节阀阀及附件件的性能能发生变变化。因因此，有必要在安安装前进进行部分分性能的的检验。。调节阀安安装前的的检验主主要包括括下列内容：外观、、静态特性、、泄漏量、空空载全行程时时间、耐压强强度、绝缘性性能、