通风管道横截面形状对比

通风管道横截面形状对比和研究摘要：风管系统是空调及通风工程中最重要的一个组成部分，通常情况下风管横截面有三种形状：矩形,圆形和扁圆形。在1960年以前，由于制作工艺简单，所需安装空间较小，绝大部分通风系统都采用矩形风管。随着大型螺旋圆形风管成型机研制成功，大量工程实例证明无论在经济性还是其他工程参数，圆形风管都远好于矩形风管。本文将对这些研究结果进行总结，并企图将比较的重点放在对风管系统的经济性比较上，同时由于在通常情况下更新费用占总费用比例较小，这部分的费用在本次讨论将被忽略。关键词：圆形风管矩形风管经济性比较风管系统1.背景风管系统是空调及通风工程中最重要的一个组成部分，它的功能主要是将调节后的空气按设计流量尽可能高效率的传送到末端设备。通常情况下风管横截面有三种形状：矩形,圆形和扁圆形。矩形风管的制作通常是通过对四块钢板的铆接来完成。圆形风管则是将一百三十七毫米宽的钢板放在螺旋成型机绕制而成。扁圆形风管则比较少见，它一般是对圆形风管进行挤压形成.在1960年以前，由于制作工艺简单，所需安装空间较小，绝大部分通风系统都采用矩形风管。随着大型螺旋圆形风管成型机研制成功，大量工程实例证明无论在经济性还是其他工程参数，圆形风管都远好于矩形风管。因此在国外，特别是欧洲，圆形风管的使用率都变得越来越普及，见表一。中国目前的圆形风管使用比率据笔者不完整的调查仅占百分之十～百分之二十之间。因此在中国国情之下对圆形风管与矩形风管的工程对比研究已成为一个刻不容缓的课题。表一：圆形风管逐年所占的市场分额：完国家及地区唯1960伐1965垂1970米1975漠1980付1985症1990冷2000停北欧捡5炮15吨40五60症70壁80哄85所90均德国苏5付5式10磨15铃20闭25宣25育50观法国苏5机10巴20上30贞40载50野50津65职英国皱5扒10衡15适20畏25坛35猴35嘴55从经济分析的角度来讲，一栋建筑物内的风管系统在其整个使用寿命中所有的费用可分为1、初投资：包括设计费用，材料及安装费用，空间费用，调试费用，等等。2、运行费用：包括人员工资，能源，维护费用。3、更新费用：包括维修及更换破旧部件费用。近几年国外的研究结果（Scandiaconsult(1992),Bouwman(1992),Malmstrometal(2001),Malmstrometal(2002)）表明，在诸多参数圆形风管系统比矩形风管系统表现更为优异，本文将对这些研究结果进行总结，并企图将比较的重点放在对风管系统的经济性比较上，同时由于在通常情况下更新费用占总费用比例较小，这部分的费用在本次讨论将被忽略。2初投资部分：圆型风管系统所需初投资比矩形风管要低的部分原因如下：圆型风管更容易制造和运输。圆型风管的组件和配件都已被高度标准化。从结构上讲，圆形风管更能承受压力而不变形，矩形风管因此需要更多的螺栓，铆钉，支撑梁等加强措施。在相同的水力直径下，制造圆型风管所需要的金属量要小于矩形风管，矩形风管的长宽比越大，则金属耗量越高。圆形风管的吊架构造比矩形风管的安装简单，《通风与空调工程施工及验收规范》GB50243—2002同时指出，对于长边尺寸大于400mm的矩形风管吊架间距为4m，而对螺旋圆形风管间距则延长到5m。测量圆形风管的风量所需测量点小于矩形风管，因此进行风管系统平衡时，调试费用也将小于矩形风管。圆形风管能显著减少低频噪声传入室内，因此可以减少消声设备Scandiaconsult(1992)为一个大房间的通风系统分别用圆形风管和矩形风管做了两个设计方案，并比较系统的压力损头及相关的经济参数，见图1（注意：经济分析以当年的北欧市场价格为基准进行）。计算结果表明，在相同的末端设备条件下，整个安装费用，圆形风管仅为矩形风管的一半，同时圆形风管的材料费用为矩形风管的80%。斗全压损失（咬Pa）:都150.0和银全部安装费留用：量0.51R逼馅全部材料费朵用：跪0.8M拜陡（A）毁全压损失（侮Pa）:旅165.4灯振全部安装费窄用：岂R沾务全部材料费抽用：难M肥启（B）图1：Scandiaconsult(1992)风管设计方案比较（A）圆形风管（B）矩形风管无对风管栋系统的所占惩空间进行经尸济分析是一学件比较困难蚕的事情，因羞为这取决于坚建筑物的结础构和用途。裳一般来说，介采用矩形风址管的最主要盐的一个原因菌是矩形风管傲能节约空间堵，但实际上许，对于长宽旺比接近的矩衬形风管而言份，它所占有苗的实际面积永要大于圆形寄风管，这主愧要是因为矩看形风管需要炉法兰来联结职，而法兰边目的高度通常连大于20m驱m，见图2沉（A）。而致现代螺旋风壮管可以来用愈标准话的柔政性联结，见优图2（B）灵，这种方法坐不仅不需要筛多余空间，范而且更加易进于安装。因响此对于长宽纵比接近1的纳矩形风道，危圆形风管的终优点是无法委替代的。割（A）纽（B）茎图嫩2：Sca摩ndiac槐onsul云t(199势2)风管置连接方案比舅较（A）株矩形风管帐（B）圆形显风管轻对于有温着大长宽比静的矩形风管鹊，则可以采叹用几根圆形社风管进行替刃代，见图3昨，这种替代赢方案可以使托风量的控制贯变得更加简霸单。同时安符装费用也将牧大幅减小。眉虽然材料费箱用可能会有拣所增加，但悼Jagem卖er（19倒91）的一卡项调查结果树表明，在此慕方案下，初今投资总额几回乎和矩形风她管是一样的盈。凯图3：一5崖50mmX免150mm罢的矩形风管痛为两D=2悲00mm的国圆形风管替纹代方案代3.运行兔费用卫在通常佣情况下，空砖调系统运行俱费用的最大跟部分为能源岩消耗。能源厉费用包括加源热或冷却空侧气及将这些出空气传送到勿末端的设备滤所消耗的能指源。如果整签个风管系统叫被良好地进湾行了保温，斩则风管漏风杠量成为多余秘能源消耗的反一个重要来疗源。疮对于风配管系统，风尿机是循环动归力的提供者促，风机的风鲜压一般不会嫩超过650龟Pa。除去宿空气处理机宗组的末端设溉备的压力损弯失，整个风许管系统可利晃用的压头大赴约为200齿—300P绞a。因此，演风管系统应名尽量避免有箱大的压头损起失。同时，歪漏风量也直喊接影响到风冻机的功率选汁择，根据风夜机定理，风黑机功率与风颂量的三次方叹成正比，即观如果风管漏牙风率为6%屿，风机功率撤将增加20喂%，螺旋圆倚形风管的漏常风率要远远策小于矩形风闭管。傅3.1漏浑风率日竖风管的游漏风绿可由静下式进行计拌算：寸窜（黄1）银f颗ref陡=面积漏住风率琴q镰vl申=漏风量列究A=皮风管表面积伯责K=轻漏风常数篮△p断ref配=风管与垃外界的压差仰在欧洲疮，根据漏风互常数，风管宋的气密性被竹划分为四个角等级（A,皮B,C,D戏）。表2给滴出了相应等题级所允许的涝最大漏风常党数。旋Class旱A

秧KA=涝0.027究×10陕-3茎拴m因3榴s摩-1税m恋-2先Pa嫁-0.65活Class菠B

锄KB=题0.009伙×10煤-3澡沫m仿3以s甘-1圆m虾-2届Pa挥-0死.65瞎Class秒C

押KC=僵0.003望×10框-3桑m版3榜s恐-1皂m位-2惯Pa是-0.65两Class堡D

冻KD=隙0.001冠×10在-3维m遥3忽s传-1灾m棕-2壁Pa章-0.65笔表2：欧洲驴风管系统气终密性等级划特分拨与圆形慌风管相比，柿矩形风管需倦要的螺栓与捞铆钉连结要输多得多，因供此不可避免往地漏风量也陈要大得多。厦图4为比利笑时的一组实液测数据，数移据显示矩形国风管的漏风将率平均比圆址形风管高7距倍。《通风绕与空调工程榨师施工及验宏收规范》G嫩B5024进3赞-2艺002也指煎出：圆形风盟管的允许漏掏风量为矩形筋风管的50甚％。夕图4：2闸1栋比利时乡建筑物的风漠管漏风率的笋测量数据（张Carri敌éet谅al,1侵999）琴3.2压头撑损失闹水力当移量直接被用粗来估算矩形收风管的紊统常压力损失对影于有着相同段水力当量直青径的风管，白尽管横截面兵形状不同。妙它们仍然有臭着相同的沿挎程压力损失罩。图5比较邪了一段圆型珠风管（D=饭0.5m,妖U=5m/筋s,∑=0括.15mm本）和有着相纷同面积，流姜量的矩形风堡管的压力损榆失。很明显张在这种情况福下，矩形风趟管的压力阻沫失远远大于众圆型风管，喉而且随着风迁管长宽比的钻增大，压力驶损失也越大慎。也就意味厉着风机的功暗率也必然越垦大。附图5：等流惹量/流速矩暑形风管与圆链型风管压力妇损失比较（居流量=1腥m为3茧/s,v搭=5m/s犁）困“水力独当量直径”腊的概念是建恨立在沿矩形饥风管边界的球平均切应力圾应当是一致墙的假设上的鹅，也就是说北，等速线应袖当与风管边党界平行，但鞋是实际测量带结果却显示仗，在矩形风帅管中，沿对冠角线方向的编速度梯度衰藏减最慢，沿鞭中心线方向无的速度梯度腐衰减最慢。纳因此，在理条论上，水力野当量直径在桃下列两种情挽况下应当谨童慎引用。独流量太小，牌流场达不到连完全紊流状相态委管道横截面酸远离圆形，钞即有着较大惑长宽比的矩咽形。洪实验数哭据也对水力宏当量直径的刊普遍性表示枕了怀疑。J合ONES（惯1976）珠作了一系列掏的光滑矩形跌风管压力损巷失实验，笔行者将他的实炭验数据进行慈了重新分析眯，见图6.享尽管缺乏1颜0<长宽比做<25的数划据。图6数晕据仍然强烈显暗示了长宽挎比对水力当德量直径压力侄损失的单调坊上升影响。概Grigg葡set暴al(19质92)在使棒用粗糙矩形练风管做的实赚验也有类似嚼的结果。浊图6：不同历长宽比的光拳滑矩型风管兽与圆型风管晌的压力损失耻比较道3.3维护毁费用夫为了避植免病态建筑狗，风管需要饶定期进行清敞洁。清洁方绢法包括干法病（使用吸尘缴器和刷子）锋或湿法（使神用长拖把）革在这两种情拔况下，圆形豆风管都比矩滔形风管更加兆简单。4.结论豪风管系亡统