空调系统的风道设计汇总

1、第八章 空调系统的风道设计本章内容：1. 风道设计的基本知识；2. 风道设计的基本任务；3. 风道设计计算的方法与步骤；4. 风管内的压力分布。前言：风道设计计算的目的，是在保证要求的风量分配前提下，合理布置系统形 式，准确计算风管尺寸，使系统的初投资和运行费用综合最优。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

2、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 0.51.5mm 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

3、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

4、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)120120320200500400800630125063016012032025050050080080012508001601203203206302501000320125010002001604002006303201000400160050020020040025063040010005001600630250120400320630500100063016008002501604004006306301000800160010002502005002008003201000100016001

5、250250250500250800400125040020008003201605003208005001250500200010008.2 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

6、l(m)的风管沿程压力损失可按下式计算： ? Py=? pyl(Pa)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， m。2? py= /de /2(Pa)式中 空气密度，标准状况下 =1.2kg/m3； 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； 摩擦阻力系数 :1/ =-2log( K/3.71 de+2.51/Re)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 )

7、薄钢板或镀锌薄钢板0.150.18塑料板0.010.05矿渣石膏板1.0矿渣混凝土板1.5胶合板1.0砖砌体36混凝土13木板0.21.0Re雷诺数：Re=de/ 空气的运动粘度，标准状况下， =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

8、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：2?Pj=2 /2（Pa）式中 局部阻力系数； 与之对应的断面流速。影响局部阻力系数 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 计算表，可供设计时选用。9.3 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

9、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。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压力损失相等为前提。 在已知总作用压力的情况下， 取最长的环路或压力损失最大的环路， 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%。一般建议的单位长度风管的摩擦压力损 失值

10、为 0.81.5Pa/m。该方法适用于风机压头已定，以及进行分支管路压损平衡 等场合。3静压复得法 静压复得法的含义是，由于风管分支处风量的出流，使分支前后总风量有 所减少，如果分支前后主风道断面变化不大，则风速必然下降。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。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

11、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2.52.52.54.04.56.03.05.0风机入口3.54.05.04.55.07.08.516.5风机出口586.5108128.57.5118.51412.525主风道3.54.556.569465.586.51112.530水平支风道3.03.04.5453.54.04.06.559102

12、2.5垂直支风道2.53.03.54.03.2544.06.0581022.5送风口121.53.5342.03.03.05.0354.05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=3600ab(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=900 d2(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

13、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 ，查阅附录 14或有关设计手册中局 部阻力系数计算表取得局部阻力系数值，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 290 Pa，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 600600； B.风量调节阀； C.消声器； D.防火调节法； E.

14、空调器； F.进 风格栅解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 12345 6 为最不利环路。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 12：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：2F=1500/(3600 4)=0.104m2取矩形断面为 320320mm的标准风管， 则实际断面积 F=0.102m2，实际流 速 =1500(/ 3

15、6000.102)=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=? pyl=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 600600mm，开孔率(即净孔面积比)为 0.3，则孔板面风速为 =1500(/ 36000.6 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=13，故孔板的局部阻力2?pj1=13(1.2

16、1.162)/2=10.5Pa渐扩管：渐扩管的扩张角 =22.5 ，查附录 14 序号 4，得=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=0.25 ，多叶 调节阀的局部阻力2?pj3=0.25 (1.2 4.082)/2=2.5Pa弯头：根据=90，R/b=1.0 ，查附录 14序号 9，得=0.23，弯头的局部 阻力2?pj4=0.23 (1.2 4.082)/2=2.3Pa 渐缩管：渐缩管的扩张角 =3045,查附录 14序号 7，得=0.1 ，渐缩 管的局部阻力2?pj5=0.1 (

17、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=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 23：风量 3000m3/h，管段长 l=5m，初选风速为 5m/s。 沿程压力损失计算

18、：根据假定流速法及标准化管径， 求得风管断面尺寸为 320500mm，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 23 的沿程阻力?Py=?pyl=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 =0.28 ，则分叉三通管的局部阻力2?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 34：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

19、流速法及标准化管径， 求得风管断面尺寸为 400500mm，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 34 的沿程阻力?Py=?pyl=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=90，R/b=1.0 ，a/b=0.8, 查附录 14序号 10，得=0.2，弯 头的局部阻力?pj2=0.2 (1.2 6.252)/2=4.7Pa 风量调节阀：根据三叶片及全开度，查附录 14序号 34，得=0.25

20、，风量 调节阀的局部阻力?pj3=0.25 (1.2 6.252)/2=5.9Pa 软接头：因管径不变且很短，局部阻力忽略不计。渐扩管：初选风机 47211NO4.5A，出口断面尺寸为 315360mm，故渐 扩管为 315360mm400 500mm，长度取为 360mm，渐扩管的中心角 =22， 大小头断面之比为 1.76 查附录 14序号 3，得=0.15 ，对应小头流速=4500(/ 36000.315 0.36)=11m/s渐扩管的局部阻力?pj4=0.15 (1.2 112)/2=10.9Pa该管段局部阻力? Pj =? pj1+? pj2+? pj3+? pj4=50.0+4.7

21、+5.9+10.9=71.5Pa该管段总阻力?P3-4=?Py +?Pj=8.64+71.5=80.14Pa管段 45：空调箱及其出口渐缩管合为一个局部阻力考虑， ?Pj=290 Pa 该管段总阻力?P4-5=?Pj=290Pa管段 56：风量 4500m3/h，管段长 l=6m，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 400500mm，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 56 的沿程阻力?Py=?pyl=0.96 6=5.76Pa局部压力损失计算： 该管段存在局部阻力的部件有突然扩大、 弯

22、头(两个)、 渐缩管以及进风格栅。突然扩大：新风管入口与空调箱面积之比取为 0.2，查附录 14序号 5，得 =0.64，突然扩大的局部阻力?pj1=0.64 (1.2 6.252)/2=15.1Pa 弯头(两个)：根据=90，R/b=1.0 ，a/b=0.8, 查附录 14序号 10，得=0.20， 弯头的局部阻力?pj2=0.2 (1.2 6.252)/2=4.7Pa2?pj2=4.7 2=9.4 Pa渐缩管：断面从 630500mm 单面收缩至 400500mm，取 =45, 查附录14 序号 7，得=0.1，对应小头流速 =6.25m/s渐缩管的局部阻力?pj3=0.1 (1.2 6.

23、252)/2=2.36Pa 进风格栅：进风格栅为固定百叶格栅，外形尺寸为 630500mm，有效通风 面积系数为 0.8，则固定百叶格栅有效通风面积为20.63 0.5 0.8=0.252m2 其迎面风速为4500/(36000.252)=5 m/s查附录 14序号 30，得=0.9 ，对应面风速，固定百叶格栅的局部阻力?p4=0.9 (1.2 52)/2=13.5Pa 该管段局部阻力?Pj=?pj1+2?pj2+?pj3+?pj4=15.1+9.4+2.36+13.5=40.36Pa 该管段总阻力?P5-6=?Py +?Pj=5.76+40.36=46.12Pa 5检查并联管路的阻力平衡用同

24、样的方法， 进行并联管段 73、82的水力计算，并将结果列入表 8-4 中。管段 73：沿程压力损失?Py=9.1 Pa局部压力损失?Pj=28.9 Pa该管段总阻力?P7-3=?Py +? Pj=9.1+28.9=38Pa管段 82：沿程压力损失?Py=1.4 Pa局部压力损失?Pj=25.8 Pa该管段总阻力?P8-2=?Py +? Pj=1.4+25.8=27.2Pa检查并联管路的阻力平衡：管段 12的总阻力 ?P1-2=30.19Pa管段 82的总阻力 ?P8-2=27.2Pa(?P1-2-?P8-2)/?P1-2=(30.19-27.2)/30.19=9.9%15%管段 123的总阻

25、力?P1-2-3=?P1-2+?P2-3=30.19+10.6=40.79 Pa 管段 73的总阻力 ?P7-3=38Pa(?P1-2-3-?P7-3)/?P1-2-3=(40.79-38)/40.79=6.8%15%检查结果表明，两个并联管路的阻力平衡都满足设计要求。如果不满足要 求的话，可以通过调整管径的方法使之达到平衡要求。5计算最不利环路阻力? P=? P1-2 +? P2-3+? P3-4+? P4-5 +? P5-6=30.19+10.6+80.14+290+46.12=457.05 Pa本系统所需风机的压头应能克服 457.05Pa阻力。8-4管道水力计算表表管段风量管长初选风管

26、断实际流单位长沿程压局部局部管段编号Gl流速面尺寸速度摩擦力损失阻力压力总阻3(m3/h)(m)ab阻力?Py系数损失力?Py(m/s)(mm)(m/s)?py(Pa)?Pj+?Pj(Pa/m)(Pa)(Pa)1 21500943203204.080.76.314.8223.8930.192 33000553205005.200.84.00.286.610.63 44500964005006.250.968.640.671.580.144 545002902905 64500664005006.250.965.762.0440.3646.127315001343203204.080.79.11

27、4.4628.8838821500243203204.080.71.414.2725.827.2四风道压力损失估算法对于一般的空调系统，风道压力损失值可按下式估算?P=?pyl（1+k）+?ps（Pa）式中?py单位管长沿程压力损失，即单位管长摩擦阻力损失， Pa/ m。l 最不利环路总长度， 即到最远送风口的送风管总长度加上到最远回 风口的回风管总长度， m。k局部压力损失与沿程压力损失之比值： 弯头、三通等局部管件比较少时，取 k =1.01.2； 弯头、三通等局部管件比较多时，可取到 k =3.05.0。?ps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 8-5 给出了为空调系统推荐的送风机静压值，可供估算时参考：8-5 送风机静压参考值表空调系统类别风机静压值 （Pa）小型空调系统（空调服务面积 300m2 以内）400500中型空调系统（空调服务面积 2000m2 以内）60