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。

风量：为了确定送风管道大小。
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。
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：

\[F = a \times b = L / (3600 \cdot V) \text{（公式1-1）}\]

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：

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。）
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。
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）
应用场所	以合宜噪声为主导主风管的风速V（m/s）	送风主管	回风主管	送风支管	回风支管
住宅	3.0	5.0	4.0	3.0	3.0
公寓、酒店客房、医院病房	5.0	7.5	6.5	6.0	5.0
高级办公室、图书馆	6.0	10.0	7.5	8.0	6.1
剧院、演讲厅	4.0	6.5	5.5	5.0	4.0
银行、高级餐厅、办公室	7.5	10.0	7.5	8.0	6.0
百货公司、咖啡厅	9.0	10.0	7.5	8.0	6.0
工厂	12.5	15	9.0	11.0	7.5

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。

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。
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）
位置	住宅	公共建筑	工厂	住宅	公共建筑	工厂
风机吸入口	3.5	4	5	4.5	5	7
风机出口	5~8	6.5~10	8~12	8.5	7.5~11	8.5~14
干管	3.5~4.5	5~6.5	6~9	4~6	5.5~8	6.5~11
支管	3	3~4.5	4~5	3.5~5	4~6.5	5~9
从支管上接出的风管	2.5	3~3.5	4	3.25~4	4~6	5~8

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/h		2~6
	A.入口	<10000m3/h		2
	B.出口	≥8000m3/h		2.5~8
	B.出口	<8000m3/h		2.5
喷水室	A.喷雾排管			1.5~3.5
喷水室	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
		c.电除尘器	<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

对于一般通风系统，风管压力损失值 ΔP（Pa）可按下式估算
\(\Delta P = P_m \cdot l(l+k)\)
式中：
P_m—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。
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
通风设备	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2000m²）	650-1100
	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

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。
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。
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。
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。
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
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。
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)
圆形风管	v=2m/s	v=3m/s	v=4m/s	v=5m/s	v=6m/s
Φ150	127/0.43	190/0.98	254/1.8	318/3.23	381/4.46
Φ200	226/0.32	339/0.73	452/1.30	565/2.03	678/2.92
Φ250	353/0.26	530/0.558	707/1.04	883/1.62	1060/2.33
Φ300	509/0.21	764/0.95	1018/1.62	1273/2.44	1521/3.58

镀锌板风管摩擦阻力表

矩型风管(mm)	风量(m³/h)/摩擦阻力(Pa)
矩型风管(mm)	v=2m/s	v=3m/s	v=4m/s	v=5m/s	v=6m/s
120x120	104/0.61	156/1.27	207/2.15	259/3.25	311/14.57
160x120	138/0.51	207/1.07	277/1.8	346/2.75	415/3.86
160x160	184/0.42	277/0.78	369/1.49	461/2.26	553/3.17
200x120	173/0.46	259/0.95	346/1.62	432/2.45	734/3.44
200x160	230/0.36	346/0.77	461/1.3	576/1.79	691/2.78
250x120	216/0.41	324/0.87	432/1.47	540/2.23	648/
250x160	288/0.32	432/0.69	576/1.17	720/1.77	864/2.48
250x200	360/0.27	540/0.58	720/0.99	900/1.50	1080/2.11
320x120	269/0.38	403/0.79	537/1.34	672/2.03	806/2.86
320x160	369/0.29	553/0.61	737/1.04	922/1.58	1106/2.22
320x200	461/0.25	691/0.51	9221/0.87	1152/1.31	1382/1.85
320x250	576/0.21	864/0.43	1152/0.74	1440/1.12	1728/1.57
400x120	336/0.35	504/0.74	673/1.25	841/1.90	1009/2.67
400x160	461/0.27	691/0.56	922/0.95	1152/1.45	1382/2.03
400x200	576/0.22	864/0.46	1152/0.78	1440/1.20	1728/1.68
400x250	720/0.19	1080/0.38	1440/0.66	1800/1.00	2160/1.40
500x160	576/ 0.25	864/0.52	1152/0.89	1440/1.34	1728/1.89
500x200	720/0.21	1080/0.42	1440/0.73	1800/1.1	2160/1.54
500x250	900/0.17	1350/0.35	1800/0.60	2250/0.90	2700/1.28
500x320	1152/0.14	1728/0.28	2304/0.49	2880/0.75	3456/1.05
500x400	1440/0.12	2160/0.25	2880/0.42	3600/0.64	4320/0.89
630x160	726/0.22	1089/0.48	1452/0.84	1814/1.12	2177/1.98
630x200	907/0.19	1361/0.39	1814/0.67	2268/1.02	2722/1.43
630x250	1134/0.16	1701/0.32	2268/0.55	2835/0.83	3402/0.19
630x320	1452/0.13	2177/0.26	2903/0.44	3629/0.67	4355/0.94
630x400	1814/0.11	2722/0.22	3629/0.37	4536/0.56	5443/0.79
630x500	2268/0.1	3402/0.19	4536/0.31	5670/0.48	6804/0.68
800x160	922/0.20	1382/0.42	1843/0.67	2304/1.02	2765/2.15
800x200	1152/0.18	1728/0.37	2304/0.63	2880/0.95	3456/1.34
800x250	1440/0.14	2160/0.3	2880/0.51	3600/0.77	4320/1.08
800x320	1843/0.1	2765/0.23	3686/0.40	4608/0.60	5530/0.85
1000x200	1440/0.16	2160/0.35	2880/0.60	3600/0.90	4320/1.30
1000x250	1800/0.13	2700/0.28	3600/0.48	4500/0.72	5400/1.02
1000x320	2304/0.11	3456/0.23	4608/0.37	5760/0.57	6912/0.80

圆形风管	风量(m³/h)/摩擦阻力(Pa)
圆形风管	v=2m/s	v=3m/s	v=4m/s	v=5m/s	v=6m/s
Φ100	55/0.76	83/1.58	111/2.68	139/4.05	166/5.69
Φ140	109/0.49	164/1.03	219/1.75	273/2.64	328/3.72
Φ200	224/0.31	336/0.66	448/1.12	560/1.69	672/2.38
Φ250	3.49/0.24	524/0.5	698/0.85	873/1.28	1048/1.80
Φ360	727/0.15	1090/0.32	1454/0.54	1817/0.82	2180/1.15
Φ400	898/0.13	1347/0.28	1796/0.47	2245/0.72	2694/1.01
Φ500	1405/0.1	2108/0.21	2811/0.36	3513/0.55	4216/0.77

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/s	v=3 m/s	v=4 m/s	v=5 m/s	v=6m/s
200x200	15.9	35.7	63.4	99.1	142.7
300x300	23.8	53.5	95.1	148.7	214.1
400x400	29.4	66	117.3	183.2	263.9

(3) 与散流器的摩擦阻力：

接管规格 (mm)	ΔP (Pa)
接管规格 (mm)	v=2m/s	v=3m/s	v=4m/s	v=5m/s	v=6m/s
镀锌管200x200	2.4	5.3	9.4	14.7	21.2
镀锌管400x400	6.4	14.32	25.5	39.8	57.3
软管Φ150	10.8	22.3	28.8	41.3	54.1
软管Φ350	10.1	22.7	40.4	63.1	90.8

(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：

\[\Delta P = \zeta \frac { V^2 } { 2g } \gamma\]

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
风管	尺寸(内部尺寸)	63	125	250	500	1000	2000	4000	8000
矩形	150x150	—	4.6	4	10.8	16.5	18.7	17.4	—
	150x300	—	3.6	3	8.5	16.7	18	15.4	—
	300x300	—	2.3	2	6.9	15.4	14.7	3	—
	300x600	—	1.6	1.6	5.9	15.1	10	2	—
	600x600	—	1	1.3	4.9	11.8	1.6	0.3	—
	600x900	0.3	1	2	3.5	7.9	4.6	3	2.3
	600x1200	0.3	0.6	1.6	3.3	7.5	3.9	2.3	2
	600x1800	0.3	0.3	1.6	3.9	7.2	3.9	2.3	2.3
圆形	φ150	0.6	1.5	3	5.4	6.6	6.6	6	4.9
	φ300	0.45	0.9	2.1	4.5	6.6	6.6	4.5	3
	φ600	0.3	0.6	1.5	3	5.1	2.7	1.5	1.6
	φ1200	0.12	0.3	0.9	1.8	1.8	1.5	1.5	1.6

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
风管		尺寸		63	125	250	500	1000	2000	4000
矩形管道		P/A>12		0	0.9	0.3	0.3	0.3	0.3	0.3
		P/A=12~5		0.9	0.3	0.3	0.3	0.3	0.3	0.3
		P/A<5 (注)		0.3	0.3	0.3	0.3	0.3	0.3	0.3
弯管	矩形(宽)	130mm		0	0	0	5	5	7	5
		260mm		0	0	1	7	7	5	3
		510mm		0	1	5	5	5	3	3
		1000mm		1	5	7	5	3	3	3
	圆形	φ130~260		0	0	0	0	1	2	3
		φ260~510		0	0	0	1	2	3	3
		φ510~1000		0	0	1	2	3	3	3
		φ1000~2000		0	1	2	3	3	3	3
末端反射		直径(mm)	断面积(m²)
		φ130	0.02	17	12	8	4	1	0	0
		φ260	0.06	12	8	4	1	0	0	0
		φ510	0.26	8	4	1	0	0	0	0
		φ1000	1	4	1	0	0	0	0	0
		φ2000	4.1	1	0	0	0	0	0	0
三通		与频率无关 A₂/A₁ (%)		5 10 15 20 30 40 50 80
三通		ΔPWL		13 10 8 7 5 4 3 1

注：P—风管边长之和，m
　　A—风管断面积，m²