2018-03-12

风管设计的一些计算方法

空调风系统的管道设计

(一)风管机在设计管道时首先必须从产品资料上了解三个参数:风量、风压、噪声。

  1. 风量:为了确定送风管道大小。
  2. 风压:也叫机外静压。为了计算在送风过程中克服阻力所需的参数。简单不确切地说,就是能将风送多大距离的动力。
  3. 噪声:其产品技术资料所标的噪声只是相对的,因为噪声是随不同条件而相应的变动的。可能产生噪声的渠道有:机器本身的风机、机器运行振动、送风风压过大等。

(二)风系统设计包括的主要内容有:合理采用管内的空气流速以确定风管截面尺寸,计算风系统的阻力及选择风机,平衡各支风路的阻力以保证各支风路的风量达到设计值。

那么管内风速如何选择?风管尺寸如何来确定呢?

※管内风速的选取决定了风管截面的尺寸,两者之间的关系如下:

式中:F:风管断面积(m2
a、b:风管断面长、宽(m)
L:风管风量(m3/h)
V:风速(m/s)

以上各取值受到以下几个方面的影响:

  1. 建筑空间:在现代的建筑中,无论是多层建筑或高层建筑,还是高档别墅,建筑空间都是相当紧张的,因此要求我们尽可能提高风速以减少风管的截面。(管内风速与风管截面积成反比,即是风速越高,则风管截面积越小,反之,风速越低,则风管截面积越大。)
  2. 风机压力及能耗:风速越高,则风阻力越大,风机的能耗也就越大,从此点来说又要求降低风速。
  3. 噪音要求:风速对噪音的影响表现在三个方面:首先,随着风速的提高,风机风压的要求较高而引起风机的运行噪声加大;第二,风速加大至一定程度时,在通过风管部件时将产生气流噪声;第三,随着风速的提高,风管消声的消声能力下降。总的来说,风管内的风速越高,则所产生的噪声就越大。

因此,管内风速的选取是综合平衡各种因素的一个结果。通过查阅相关资料和有关手册以及根据实际工程的体会,建议空调通风系统中的各种风道内的推荐风速见下表所示:(表1)

应用场所以合宜噪声为主导主风管的风速V(m/s)以合宜风管阻力为主导的风速V(m/s)
送风主管回风主管送风支管回风支管
住宅3.05.04.03.03.0
公寓、酒店客房、医院病房5.07.56.56.05.0
高级办公室、图书馆6.010.07.58.06.1
剧院、演讲厅4.06.55.55.04.0
银行、高级餐厅、办公室7.510.07.58.06.0
百货公司、咖啡厅9.010.07.58.06.0
工厂12.5159.011.07.5

一般设计方法

风管的水利计算方法较多,对于高速送风管道采用静压复得法,对于低速送风系统,大多采用等压损法和假定速度法。

  1. 等压损法 一单位长度风管的压力损失Pm相等为前提。在已知总作用压力的情况下,区最长的环路或压力损失最大的环路,将总的作用压力值平均分配给风管的各个部分,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,并结合个环路间的压力损失的平衡进行调节,以保证个环路间的压力损失的差值小于15%。一般建议的风管摩擦压力损失值为0.8-1.5Pa/m。
  2. 假定速度法 根据噪声和风管本身的强度,并考虑到运行费用来进行设定。表2中给出常用的风管的风速。

表2 风管和设备内的风速

位置推荐值(m/s)最大值(m/s)
住宅公共建筑工厂住宅公共建筑工厂
风机吸入口3.5454.557
风机出口5~86.5~108~128.57.5~118.5~14
干管3.5~4.55~6.56~94~65.5~86.5~11
支管33~4.54~53.5~54~6.55~9
从支管上接出的风管2.53~3.543.25~44~65~8

表3中给出暖通空调部件的典型设计风速,供设计参考。

表3 暖通空调部件的典型设计风速

部件名称面风速(m/s)
百叶窗A.入口≥10000m3/h2~6
<10000m3/h2
B.出口≥8000m3/h2.5~8
<8000m3/h2.5
喷水室A.喷雾排管1.5~3.5
B.高速喷雾排管6~9
过滤器A.平板过滤器a.粘性材料1.5~3.5
b.干式(表面展开)<i>平板(低效)同风管风速
<ii>折叠式(中效)≤3.8
<iii>高效1.3
B.可更换滤料a.粘性卷动幕2.5
b.干性卷动幕1
c.电除尘器<i>电离子板式1.5~2.5
<ii>充不带电离子1.3
空气加热器(蒸气或热水)2.5~3.0
空气冷却器(去湿)2.5~3.0

简略的估算法

  1. 对于一般通风系统,风管压力损失值 ΔP(Pa)可按下式估算

    式中:
    Pm—单位长度风管的摩擦压力损失,Pa/m;
    l—到最远送风口的送风管总长度加上到最远回风口的回风管的总长度,m;
    k——局部压力损失逾与摩擦压力损失的比值。
    • 弯头三通少时,取k=1.0~2.1;
    • 弯头三通多的场合,可取到k=3.0~5.0。
  2. 对于空调系统,要考虑到空气通过过滤器、喷水室(或表冷器)、加热器等空调装置的压力损失之和。表4中给出推荐的风机静压值。

表4 推荐的送风机的静压值

种类风机静压值(Pa)
通风设备小型系统100-250
一般300-400
空调装置小型(空调面积300m2内)400-500
中型(空调面积2000m2内)600-750
大型(空调面积大于2000m2650-1100
高速系统(中型)1000-1500
高速系统(大型)1500-2500

通风空调中风管的施工

  1. 设计图中风管的标高、位置应在现场施工时与室内装修及水电工种密切配合施工。原则上尽量靠柱贴梁敷设,与其它管线相碰之处,风管让电排架与无压管。
  2. 风管材料推荐采用无机玻璃钢制作,厚度及加工方法按规范GBJ243-82。
  3. 穿越沉降缝或变形处的风管两侧,以及与风机进、出口相连之处,应设置长度为200~300mm的人造革软接,软接的接口应牢固、严密、软接处禁止变径。
  4. 风管支、吊或托架应设置于保温层的外部,并在支、吊托架与风管间镶以垫木,同时,应避免在法兰、测量孔以及调节阀等零部件处设置支、吊架。
  5. 安装防火阀和排烟阀时,应先对其外观质量和动作的灵活性与可靠性进行检验,确认合格后再行安装。其安装位置必须与设计相符,气流方向务必与阀体上标志的箭头相一致,严禁反向
  6. 敷设在非空调空间的送、回风管,均以玻璃棉进行保温,厚度为40mm,保温层外部覆以玻璃丝布保护层。
  7. 保温风管等,刷防锈底漆两遍。不保温的风管、金属支吊架等,在表面除锈后,刷防锈底漆和色漆各两遍。
    注:
    1. 采用镀锌风管时可以不刷漆。
    2. 对于风管,必须内外均刷防锈底漆。
    3. 为了省去除锈工序,推荐采用SRC-A特种带锈防锈除锈底漆。

通风管道流量阻力表

缩伸软管摩擦阻力表

圆形风管风量(m3/h)/摩擦阻力(Pa)
v=2m/sv=3m/sv=4m/sv=5m/sv=6m/s
Φ150127/0.43190/0.98254/1.8318/3.23381/4.46
Φ200226/0.32339/0.73452/1.30565/2.03678/2.92
Φ250353/0.26530/0.558707/1.04883/1.621060/2.33
Φ300509/0.21764/0.951018/1.621273/2.441521/3.58

镀锌板风管摩擦阻力表

矩型风管(mm)风量(m3/h)/摩擦阻力(Pa)
v=2m/sv=3m/sv=4m/sv=5m/sv=6m/s
120x120104/0.61156/1.27207/2.15259/3.25311/14.57
160x120138/0.51207/1.07277/1.8346/2.75415/3.86
160x160184/0.42277/0.78369/1.49461/2.26553/3.17
200x120173/0.46259/0.95346/1.62432/2.45734/3.44
200x160230/0.36346/0.77461/1.3576/1.79691/2.78
250x120216/0.41324/0.87432/1.47540/2.23648/
250x160288/0.32432/0.69576/1.17720/1.77864/2.48
250x200360/0.27540/0.58720/0.99900/1.501080/2.11
320x120269/0.38403/0.79537/1.34672/2.03806/2.86
320x160369/0.29553/0.61737/1.04922/1.581106/2.22
320x200461/0.25691/0.519221/0.871152/1.311382/1.85
320x250576/0.21864/0.431152/0.741440/1.121728/1.57
400x120336/0.35504/0.74673/1.25841/1.901009/2.67
400x160461/0.27691/0.56922/0.951152/1.451382/2.03
400x200576/0.22864/0.461152/0.781440/1.201728/1.68
400x250720/0.191080/0.381440/0.661800/1.002160/1.40
500x160576/ 0.25864/0.521152/0.891440/1.341728/1.89
500x200720/0.211080/0.421440/0.731800/1.12160/1.54
500x250900/0.171350/0.351800/0.602250/0.902700/1.28
500x3201152/0.141728/0.282304/0.492880/0.753456/1.05
500x4001440/0.122160/0.252880/0.423600/0.644320/0.89
630x160726/0.221089/0.481452/0.841814/1.122177/1.98
630x200907/0.191361/0.391814/0.672268/1.022722/1.43
630x2501134/0.161701/0.322268/0.552835/0.833402/0.19
630x3201452/0.132177/0.262903/0.443629/0.674355/0.94
630x4001814/0.112722/0.223629/0.374536/0.565443/0.79
630x5002268/0.13402/0.194536/0.315670/0.486804/0.68
800x160922/0.201382/0.421843/0.672304/1.022765/2.15
800x2001152/0.181728/0.372304/0.632880/0.953456/1.34
800x2501440/0.142160/0.32880/0.513600/0.774320/1.08
800x3201843/0.12765/0.233686/0.404608/0.605530/0.85
1000x2001440/0.162160/0.352880/0.603600/0.904320/1.30
1000x2501800/0.132700/0.283600/0.484500/0.725400/1.02
1000x3202304/0.113456/0.234608/0.375760/0.576912/0.80
圆形风管风量(m3/h)/摩擦阻力(Pa)
v=2m/sv=3m/sv=4m/sv=5m/sv=6m/s
Φ10055/0.7683/1.58111/2.68139/4.05166/5.69
Φ140109/0.49164/1.03219/1.75273/2.64328/3.72
Φ200224/0.31336/0.66448/1.12560/1.69672/2.38
Φ2503.49/0.24524/0.5698/0.85873/1.281048/1.80
Φ360727/0.151090/0.321454/0.541817/0.822180/1.15
Φ400898/0.131347/0.281796/0.472245/0.722694/1.01
Φ5001405/0.12108/0.212811/0.363513/0.554216/0.77

说明

(1) 软管采用荷兰数据时,上述数据乘以下系数:

  • Φ150 x2
  • Φ200 x1.8
  • Φ250 x1.5
  • Φ300 x1.3

(2) 局部摩擦阻力:

散流器ΔP (Pa)
喉径(mm)v=2m/sv=3 m/sv=4 m/sv=5 m/sv=6m/s
200x20015.935.763.499.1142.7
300x30023.853.595.1148.7214.1
400x40029.466117.3183.2263.9

(3) 与散流器的摩擦阻力:

接管规格 (mm)ΔP (Pa)
v=2m/sv=3m/sv=4m/sv=5m/sv=6m/s
镀锌管200x2002.45.39.414.721.2
镀锌管400x4006.414.3225.539.857.3
软管Φ15010.822.328.841.354.1
软管Φ35010.122.740.463.190.8

(4) 保持风速必须的动压:

  • 当v=2m/s时, ΔP=2.4Pa
  • 当v=3m/s时, ΔP=5.4Pa
  • 当v=4m/s时, ΔP=9.6Pa
  • 当v=5m/s时, ΔP=15Pa
  • 当v=6m/s时, ΔP=21Pa

(5) 其他局部阻力的计算按下式:

风管贴吸音材料风道的衰减量(日本)

风管尺寸(内部尺寸)频程 Hz
631252505001000200040008000
矩形150x1504.6410.816.518.717.4
150x3003.638.516.71815.4
300x3002.326.915.414.73
300x6001.61.65.915.1102
600x60011.34.911.81.60.3
600x9000.3123.57.94.632.3
600x12000.30.61.63.37.53.92.32
600x18000.30.31.63.97.23.92.32.3
圆形φ1500.61.535.46.66.664.9
φ3000.450.92.14.56.66.64.53
φ6000.30.61.535.12.71.51.6
φ12000.120.30.91.81.81.51.51.6

风管的自然衰减量(只有直风道dB/m,其它都是dB)

风管尺寸频程 Hz
63125250500100020004000
矩形管道P/A>1200.90.30.30.30.30.3
P/A=12~50.90.30.30.30.30.30.3
P/A<5 (注)0.30.30.30.30.30.30.3
弯管矩形(宽)130mm0005575
260mm0017753
510mm0155533
1000mm1575333
圆形φ130~2600000123
φ260~5100001233
φ510~10000012333
φ1000~20000123333
末端反射直径(mm)断面积(m2)
φ1300.02171284100
φ2600.0612841000
φ5100.268410000
φ100014100000
φ20004.11000000
三通与频率无关 A2/A1 (%)5     10    15    20    30    40    50    80
ΔPWL13   10    8      7      5      4      3      1

注:P—风管边长之和,m
  A—风管断面积,m2


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