第八章空调系统的风道设计

第八章空调系统的风道设计§8.1风道设计的基本知识一、道的布置原则风道布置直接与工艺、土建、电气、给排水等专业关系密切，应相互配合、协调一致。1．空调系统的风道在布置时应考虑使用的灵活性。2．风道的布置应符合工艺和气流组织的要求。3．风道的布置应力求顺直，避免复杂的局部管件。4．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。5．风道布置应最大限度地满足工艺需要，并且不妨碍生产操作。6．风道布置应在满足气流组织要求的基础上，达到美观、实用的原则。二、管材料的选择用作风管的材料有薄钢板、硬聚氯乙烯塑料板、玻璃钢板、胶合板、铝板、砖及混凝土等。需要经常移动的风管—大多采用柔性材料制成各种软管，如塑料软管、金属软管、橡胶软管等。薄钢板有普通薄钢板和镀锌薄钢板两种，厚度一般为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℃。以砖、混凝土等材料制作风管，主要用于与建筑、结构相配合的场合。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。三、风管断面形状的选择风管断面形状：圆形断面的风管—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；矩形断面的风管—易加工、好布置，能充分利用建筑空间，弯头、三通等部件的尺寸较圆形风管的部件小。为了节省建筑空间，布置美观，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。常用矩形风管的规格如下表所示。为了减少系统阻力，进行风道设计时，矩形风管的高宽比宜小于6，最大不应超过10。表8-1矩形风管规格外边长（长×宽）(mm)120×120320×200500×400800×6301250×630160×120320×250500×500800×8001250×800160×120320×320630×2501000×3201250×1000200×160400×200630×3201000×4001600×500200×200400×250630×4001000×5001600×630250×120400×320630×5001000×6301600×800250×160400×400630×6301000×8001600×1000250×200500×200800×3201000×10001600×1250250×250500×250800×4001250×4002000×800320×160500×320800×5001250×5002000×1000§8.2风道设计的基本任务一、风道设计的原则进行风道设计时应统筹考虑经济、实用两条基本原则。二、道设计的基本任务1．确定风管的断面形状，选择风管的断面尺寸。2．计算风管内的压力损失，最终确定风管的断面尺寸，并选择合适的通风机。风管的压力损失∆P由沿程压力损失∆Py和局部压力损失∆Pj两部分组成：∆P=∆Py+∆Pj（Pa）（一）沿程压力损失的基本计算公式沿程压力损失是由于空气本身的粘滞性及其与管壁间的摩擦而产生的沿程能量损失，又称为摩擦阻力损失。长度为l(m)的风管沿程压力损失可按下式计算：∆Py=∆pyl(Pa)∆py—单位管长沿程压力损失，也称为单位管长摩擦阻力损失，Pa/m。∆py=λ/de×υ2ρ/2(Pa)式中ρ—空气密度，标准状况下ρ=1.2kg/m3；υ—风管内空气的平均流速，m/s；de—风管的当量直径，m，圆形风管的当量直径de=d，d为风管直径；矩形风管的当量直径de=2ab/(a+b)，a、b分别为矩形风管的两个边长；λ—摩擦阻力系数:1/√λ=-2log(K/3.71de+2.51/Re√λ)式中K—风管内壁的当量绝对粗糙度，各种材料的粗糙度如下表:8-2各种材料的粗糙度表风管材料粗糙度（mm）薄钢板或镀锌薄钢板塑料板矿渣石膏板矿渣混凝土板胶合板砖砌体混凝土木板0.15~0.180.01~0.051.01.51.03~61~30.2~1.0Re—雷诺数：Re=υde/νν—空气的运动粘度，标准状况下，ν=15.06×10-6m2/s。风管的沿程压力损失可按上述诸公式进行计算，也可查阅附录13以及有关设计手册中《风管单位长度沿程压力损失计算表》进行计算:标准尺寸的圆形断面薄钢板风管计算表见附录13-1；标准尺寸的矩形断面薄钢板风管计算表见附录13-2；非标准尺寸的矩形断面薄钢板风管计算表见附录13-3。（二）局部压力损失的基本计算公式局部压力损失∆Pj是空气流经风管中的管件及设备时，由于流速的大小和方向变化以及产生涡流而造成比较集中的能量损失。风管的局部压力损失计算公式如下：∆Pj=ζ×υ2ρ/2（Pa）式中ζ—局部阻力系数；υ—ζ与之对应的断面流速。影响局部阻力系数ζ的主要因素有：管件形状、壁面粗糙度以及雷诺数。附录14中载有各种各样管件的局部阻力系数ζ计算表，可供设计时选用。§8.3风道设计计算的方法与步骤一．风道水力计算方法风道的水力计算是在系统和设备布置、风管材料、各送、回风点的位置和风量均已确定的基础上进行的。风道水力计算方法比较多，如假定流速法、压损平均法、静压复得法等。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。这种方法是以风道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。这是低速送风系统目前最常用的一种计算方法。二．风道水力计算步骤以假定流速法为例：1．确定空调系统风道形式，合理布置风道，并绘制风道系统轴测图，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多的环路。4．选择合理的空气流速。风管内的空气流速可按下表确定。表9-3空调系统中的空气流速（m/s）部位低速风道高速风道推荐风速最大风速推荐风速最大风速居住公共工业居住公共工业新风入口风机入口风机出口主风道水平支风道垂直支风道送风口2.53.55~83.5~4.53.02.51~22.54.06.5~105~6.53.0~4.53.0~3.51.5~3.52.55.08~126~94~54.03~44.04.58.54~63.5~4.03.25~42.0~3.04.55.07.5~115.5~84.0~6.54.0~6.03.0~5.06.07.08.5~146.5~115~95~83~53.08.512.512.510104.05.016.5253022.522.55．根据给定风量和选定流速，逐段计算管道断面尺寸，然后根据选定了的风管断面尺寸和风量，计算出风道内实际流速。通过矩形风管的风量：G=3600abυ(m3/h)式中：a，b—分别为风管断面净宽和净高，m。通过园形风管的风量：G=900πd2υ(m3/h)式中：d—为圆形风管内径，m。6．计算风管的沿程阻力根据风管的断面尺寸和实际流速，查阅查阅附录13或有关设计手册中《风管单位长度沿程压力损失计算表》求出单位长度摩擦阻力损失∆py，再根据管长l，进一步求出管段的摩擦阻力损失。7．计算各管段局部阻力按系统中的局部构件形式和实际流速υ，查阅附录14或有关设计手册中《局部阻力系数ζ计算表》取得局部阻力系数ζ值，再求出局部阻力损失。8．计算系统的总阻力，∆P=∑（∆pyl+∆Pj）。9．检查并联管路的阻力平衡情况。10．根据系统的总风量、总阻力选择风机。三．风道设计计算实例某公共建筑直流式空调系统，如图所示。风道全部用镀锌钢板制作，表面粗糙度K=0.15mm。已知消声器阻力为50Pa，空调箱阻力为290Pa，试确定该系统的风道断面尺寸及所需风机压头。图中：A.孔板送风口600×600；B.风量调节阀；C.消声器；D.防火调节法；E.空调器；F.进风格栅[解]1．1．绘制系统轴测图，并對各管段进行编号，标注管段长度和风量。2．2．选定最不利环路，逐段计算沿程压力损失和局部压力损失。本系统选定管段1—2—3—4—5—6为最不利环路。3．3．列出管道水力计算表8-4，并将各管段流量和长度按编号顺序填入计算表中。4．4．分段进行管道水力计算,并将结果均列入计算表8-4中。管段1—2：风量1500m3/h，管段长l=9m沿程压力损失计算：初选水平支管空气流速为4m/s，风道断面面积为：F’=1500/(3600×4)=0.104m2取矩形断面为320×320mm的标准风管，则实际断面积F=0.102m2，实际流速υ=1500/（3600×0.102）=4.08m/s根据流速4.08m/s，查附录13，得到单位长度摩擦阻力∆py=0.7Pa/m,则管段1—2的沿程阻力：∆Py=∆py×l=0.7×9=6.3Pa局部压力损失计算：该管段存在局部阻力的部件有孔板送风口、连接孔板的渐扩管、多叶调节阀、弯头、渐缩管及直三通管。孔板送风口：已知孔板面积为600×600mm，开孔率（即净孔面积比）为0.3，则孔板面风速为υ=1500/（3600×0.6×0.6）=1.16m/s根据面风速1.16m/s和开孔率0.3，查附录14序号35，得孔板局部阻力系数ζ=13，故孔板的局部阻力∆pj1=13×(1.2×1.162)/2=10.5Pa渐扩管：渐扩管的扩张角α=22.5°，查附录14序号4，得ζ=0.6，渐扩管的局部阻力∆pj2=0.9×(1.2×4.082)/2=5.99Pa多叶调节阀：根据三叶片及全开度，查附录14序号34，得ζ=0.25，多叶调节阀的局部阻力∆pj3=0.25×(1.2×4.082)/2=2.5Pa弯头：根据α=90°，R/b=1.0，查附录14序号9，得ζ=0.23，弯头的局部阻力∆pj4=0.23×(1.2×4.082)/2=2.3Pa渐缩管：渐缩管的扩张角α=30°45°,查附录14序号7，得ζ=0.1，渐缩管的局部阻力∆pj5=0.1×(1.2×4.082)/2=1Pa直三通管：根据直三通管的支管断面与干管断面之比为0.64，支管风量与总风量之比为0.5，查附录14序号19，得ζ=0.1，则直三通管的局部阻力∆Pj6=0.1×(1.2×5.22)/2=1.6Pa（取三通入口处流速）该管段局部阻力：∆Pj=∆pj1+∆pj2+∆pj3+∆pj4+∆pj5+∆Pj6=10.5+5.99+2.5+2.3+1+1.6=23.89Pa该管段总阻力∆P1-2=∆Py+∆Pj=6.3+23.89=30.19Pa管段2—3：风量3000m3/h，管段长l=5m，初选风速为5m/s。沿程压力损失计算：根据假定流速法及标准化管径，求得风管断面尺寸为320×500mm，实际流速为5.2m/s，查得单位长度摩擦阻力∆py=0.8Pa/m,则管段2—3的沿程阻力∆Py=∆py×l=0.8×5=4.0Pa局部压力损失计算：分叉三通：根据支管断面与总管断面之比为0.8，查附录14序号21，得ζ=0.28，则分叉三通管的局部阻力∆Pj=0.28×(1.2×6.252)/2=6.6Pa.（取总流流速）该管段总阻力∆P2-3=∆Py+∆Pj=4.0+6.6=10.6Pa管段3—4：风量4500m3/h，管段长l=9m，初选风速为6m/s。沿程压力损失计算：根据假定流速法及标准化管径，求得风管断面尺寸为400×500mm，实际流速为6.25m/s，查得单位长度摩擦阻力∆py=0.96Pa/m,则管段3—4的沿程阻力∆Py=∆py×l=0.96×9=8.64Pa局部压力损失计算：该管段存在局部阻力的部件有消声器、弯头、风量调节阀、软接头以及渐扩管。消声器：消声器的局部阻力给定为50Pa，即∆pj1=50.0Pa弯头：根据α=90