空调系统风道系统设计

1、第六章空调系统的风道设计通风管道是空调系统的重要组成部分，风道的设计质量直接影响着空调系统的使用效果和技术经济性能。风道设计计算的目的，是在保证要求的风量分配前提下，合理确定风管布置和尺寸，使系统的初投资和运行费用综合最优。§6.1 风道设计的基本知识1. 风道的布置原则风道布置直接关系到空调系统的总体布置，它与工艺、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。当系统服务于多个房间时，可根 据房间的用途分组，设置各个支风道，以便与调节。2 .风道的布置应根据工艺和气流组织的要求，可以采用架空明敷设，也可以暗敷设 于地板下、

2、内墙或顶棚中。3 .风道的布置应力求顺直，避免复杂的局部管件。弯头、三通等管件应安排得当， 管件与风管的连接、支管与干管的连接要合理，以减少阻力和噪声。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。调节和测量装置应设在便于操作和观察的地方。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。2. 风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，则大多采用柔性材料制成各种软管，如塑料软管、

3、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。镀锌薄钢板是空调系统最常用的材料，其优 点是易于工业化加工制作、安装方便、能承受较高温度，且具有一定的防腐性能， 很适用于空调系统以及有净化要求的空调系统。其钢板厚度，一般采用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，且流体温度不可超过 -10+60C。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。它节省钢材， 结合装饰，经久耐用，但阻力较大。在体育馆、影剧院等公

4、共建筑和纺织厂的空调工程中， 常利用建筑空间组合成送、回风管道。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。3. 风管断面形状的选择风管断面形状有圆形和矩形两种。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表6-1所示。为了减少系统阻力，并考虑空调房间吊顶高度的限制，进行风道设

5、计时，矩形风管的高宽比宜小于6,最大不应超过10。矩形风管规格表6-1外边长（长横）（mm）120M20320X200500 >400800>6301250>630160M20320X250500 X500800X8001250 >800160M20320X320630 X2501000与201250X1000200 M60400X200630 与201000>4001600 X500200 X200400X250630 >4001000 X5001600 >630250 M20400X320630 X5001000 >6301600 >8

6、00250 M60400 M00630>6301000 >8001600X1000250 X200500X200800 与201000X10001600X1250250 X250500X250800 >4001250>4002000 >800320 M60500X320800 X5001250 X5002000X1000§6.2 风道设计的基本任务1 .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。2 .二.风道设计的基本任务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

7、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，即：?P=?Py+?Pj(Pa)(6 1)沿程压力损失？Py (Pa),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；局部压力损失？Pj (Pa),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。(一)沿程压力损失的基本计算公式长度为l(m)的风管沿程压力损失可按下式计算：?Py=?pyl(Pa)(62)式中？Py一单位管长沿程压力损失，也称为单位管长摩擦阻力损失，Pa/ mo?Py=X/deX2)p /2 (Pa)(63)式中p空气

8、密度，标准状况下(大气压力为101325 Pa,温度为20C), p=1.2kg/m3;u一风管内空气的平均流速，m/s;de一风管的当量直径，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；入一摩擦阻力系数，入值可按下式计算：1/，入=-2log( K/3.71 de+2.51/Re，入)(64)式中K风管内壁的当量绝对粗糙度，各种材料的粗糙度见表62;各种材料的粗糙度表62风管材料粗糙度(mm)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

9、土13木板0.21.0Rl雷诺数:Re=u U yY 空气的运动粘度，标准状况下，Y =15.06 X10-6 m2/s 。风管的沿程压力损失可按上述诸公式进行计算， 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 标准尺寸的矩形断面薄钢板风管计算表见附录 非标准尺寸的矩形断面薄钢板风管计算表见附录（二）局部压力损失的基本计算公式风管的局部压力损失计算公式如下：?Pj" X 2）p /2也可查阅附录13 1;13 2;133。(Pa)13以及有关设计手册(65)式中I一局部阻力系数；U I与之对应的断面流速。壁面粗糙度以及雷诺数。由于空调系影响局部阻

10、力系数I的主要因素有：管件形状、统的空气流动大都处于非层流区，故可认为I仅仅与管件形状有关。I的数值，目前常用实验方法确定。实验时先测出管件前后的全压差（即？Pj）,再除以与速度 u相应的动压/2则可求得局部阻力系数 I值。为方便起见，在附录 14以及许多文献资料中，都载有各种各 样管件的局部阻力系数 I计算表，可供设计时选用。§6.3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。其主要目的是，确定各管段的管径（或断面尺寸）和阻力，保证系统内 达到要求的风量分配，最后确定风机的型号和动力消耗。

11、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。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，

12、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，众所周知，当流体的全压一定时，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.风道水力计算步骤下面以假定流速法为例，来说明风道水力

13、计算的方法步骤：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得环路。4 .选择合理的空气流速。风管内的空气流速对空调系统的经济性有较大的影响。流速高，风管断面小，材料消 耗少，投资费用小，但是系统的阻力大，动力消耗增加，运行费用增大，而且系统噪声比较 大。流速低，阻力小，动力消耗少，但是风管断面大，材料和投资费用增加，风管占用的空 间也比较大。所以必须通过全面的技术经济比较，选

14、择合理的空气流速， 使系统的造价和运行费用的综合最经济。根据经验总结，风管内的空气流速可按表63确定。空调系统中的空气流速(m/s)表6 3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3.03.04.5453.54.04.06.5591022.5垂直支风道2.53.03.54.03.2544.06.05810

15、22.5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，并使其符合表6-1所列的矩形风管统一规格(或圆形风管标准管径)。然后根据选定了的断面尺寸和风量，计算出风道 内实际流速。通过矩形风管的风量 G可按下式计算：(66)(67)G=3600ab u(m3/h)式中 a, b分别为风管断面净宽和净高，m。通过矩形风管的风量可按下式计算：G=900Ttd2u(m3/h)式中d一为圆形风管内径，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

16、？Py,再根据公式62以及管长1,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u,查阅附录14或有关设计手册中局部阻力系数I计算表取得局部阻力系数 I值，再根据公式65求出局部阻力损失。8 .计算系统的总阻力，？P=!2 (?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71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 7 1 某直流式空

17、调系统图A.孔板送风口 600>00; 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，并封各管段进行编号，标注管段长度和风量，如图7 1所示。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6 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6 4 中。管段12：风量1500m3/h,管段长i=9m沿程压力损失af算：由表63初选水平支管空气流速为4m/s,根据公式66算得风道断面面积为2F; =15

18、00/(3600 >4)=0.104m取矩形断面为320X320mm的标准风管，则实际断面积 F=0.102m2,实际流速U =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=?pyXl=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600X600mm,开孔率(即净孔面积比)为 0.3,则孔板面风速为U =1500/(3600 >0.6 0.6)

19、=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?Pj1=13X(1.2 K162)/2=10.5Pa渐扩管：渐扩管的扩张角 0 =22.5。，查附录14序号4,得=0.6 ,渐扩管的局部阻力?Pj2=0.9 N.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?pj3=0.25 (1.2 4<082)/2=2.5Pa弯头：根据a =90° , R/b=1.0 ,查附录14序号9,得=0.23 ,弯头的局部阻力 ?pj4=0.2

20、3 (1.2 4<082)/2=2.3Pa渐缩管：渐缩管的扩张角 a =30。<45。，查附录14序号7,得=0.1 ,渐缩管的局部阻力?Pj5=0.1 有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 "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

21、-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 320x500mm,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=?PyM=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W =0.28,则分叉三通管的局部阻力?Pj =0.28 (1.2 a252)/2= 6.6Pa.(取总流流速)该管段总阻力?P2-3=?Py+?Pj=4.0+6.6

22、=10.6Pa管段3-4：风量4500m3/h,管段长i=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34的沿程阻力?Py=?PyM=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

23、.2 N.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 ,风量调节阀的局 部阻力?即=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 4-72-11No4.5A,出口断面尺寸为 315>360mm,故渐扩管为 315M60mm400x500mm,长度取为 360mm,渐扩管的中心角 a =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0 =4500/(3600X0.315 >0.36) =11m/s渐扩管的局部阻力?Pj4

24、=0.15 (1.2 112)/2=10.9Pa该管段局部阻力?Pj=? pj1+? pj2+? pj3+? pj4=50.0+4.7+5.9+10.9=71.5Pa该管段总阻力?P3-4=?Py+?Pj=8.64+71.5=80.14Pa管段4 5：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5 6:风量4500m3/h,管段长i=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56

25、的沿程阻力?Py=?pyXl=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?pji=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 N.2 6.252)/2=4.7Pa2?pj2=4.7 a=9.4 Pa渐缩管：断面从630 x500mm单面收缩至400 x500mm ,取“

26、=<45° ,查附录14序号7, 得=0.1 ,对应小头流速u =6.25m/s渐缩管的局部阻力?pj3=0.1 )(1.2 6252)/2=2.36Pa进风格栅：进风格栅为固定百叶格栅，外形尺寸为630x500mm,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0.63 0.5 0.8=0.252m2其迎面风速为4500/ (3600 >0.252) =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2?p4=0.9 )(1.2 5)/2=13.5Pa该管段局部阻力?Pj=?pj1+2?pj2+?pj3+? pj4=15.1+9.4+

27、2.36+13.5=40.36Pa该管段总阻力?P5-6=?Py+?Pj=5.76+40.36=46.12Pa5检查并联管路的阻力平衡用同样的方法，进行并联管段7 3、 8 2 的水力计算，并将结果列入表6 4 中。管段7 3：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8 2：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1 2 的总阻力? P1-2=30.19Pa管段8 2 的总阻力

28、? P8-2=27.2Pa( ?P1-2-?P8-2) /? P1-2=( 30.19-27.2) /30.19=9.9%<15%管段 1 2 3 的总阻力?P1-2-3=?P1-2+?P2-3=30.19+10.6=40.79 Pa管段7 3 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. 5.计算最不利环路阻力? P=? P1-2+? P2-3+? P3-4+? P4-5 +

29、? 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457.05 Pa阻力。管道水力计算表表64管段编号风量G (m3/h)管长l(m)初选 流速U(m/s)风管断 面尺寸 a>b (mm)实际 流速U(m/s)单位长 度摩擦 阻力 ?Py (Pa/m)沿程 压力 损失 ?Py (Pa)局部 阻力 系数 E L局部 压力 损失 ?Pj (Pa)管段 总阻 力？ Py+? Pj (Pa)1 1 2150094320 >3204.080.76.314.8223.8930.19223300055320X5005.200.84.

30、00.286.610.63 3 4450096400 X5006.250.968.640.671.580.144454500290290556450066400 X5006.250.965.762.0440.3646.127 31500134320 >3204.080.79.114.4628.88388 2150024320 >3204.080.71.414.2725.827.2四.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式中?P=?Pyl (1 + k) +E?ps(Pa)(68)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

31、的回风 管总长度，m。k一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。汇？Ps一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65给出了为空调系统推荐的送风机静压值，可供估算时参考:送风机静压参考值表65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) 中型空调系统(空调服务面积 2000m2以内) 大型空调系统(空调服务面积大于2000m2)高速送风系统(空调服务面积 2000m2以内) 高速送风系统(空调服务面积大于2000m2)40

32、050060075065010001000150015002500小型通风系统一般通风系统1002503004008.4风管内的压力分布空气在风管中流动时，由于风管阻力和流速变化，风管内的压力是不断变化的。研究 风管内空气压力的分布规律，有助于更好地解决空调系统的设计和运行管理问题。单风机系统单风机系统是指只设送风机而不设回风机，整个系统内的压力损失全部由送风机来承担的空调系统，单风机空调系统风管内全压分布示意图如图62所示。对于单风机系统来说，要注意到零点的位置，若系统排风位于回风的负压区，则排风不可能通过排风阀排出， 必须单设一轴流式排风机，如图中虚线所示。二.双风机系统双风机系统是指既设

33、置有送风机而且设置有回风机的空调系统，系统内的压力损失由送风机和回风机共同承担。双风机空调系统风管内全压分布示意图如图63所示。对于双风机系统来说，排风必须处于回风机的正压段，而新风和回风必须处于送风机的负压段。如图中所示， 段由于回风机的加压作用，处于正压区，排风可以通过排风阀直接排出。而段由于送风机的抽吸作用，处于负压区，新风和回风均可被抽吸进来。 为零位阀，通过该阀处的风压应该为零。r送风管送风机风管内压力分布图图6 3风 风回风机双风机会空调房间 P=510Pa排 新图62和图6- 3所示曲线，是根据沿程阻力与风管长度呈直线关系，而未考虑局部 阻力的情况下，定性地画出的全压分布曲线图。若以各点的全压减去该点的动压，便可得出静压分布曲线来。从图 62和图6 3可以看出空气在风管内的流动规律为：1 .风机的压头等于风机进、出口的全压差，或者说等于该风机所负担的风管系统沿 程压力损失和局部压力损失之和。2 .风机吸入段的全压和静压均为负值，在风机入口处负压值最大；风机压出段的全压和静压一般情况下均为正值，在风机出口处正压值最大。因此，风机与风管的连接必须注 意严密性，否则，便会有空气漏入或逸出系统，以至影响系统的风量分配。3在风机的压出段，如果动压值大