通风管道横截面形状对比

1、通风管道横截面形状对比和研究摘要： 风管系统是空调及通风工程中最重要的一个组成部分，通常情况下风管横截面有三种形状：矩形,圆形和扁圆形。在1960年以前，由于制作工艺简单，所需安装空间较小，绝大部分通风系统都采用矩形风管。随着大型螺旋圆形风管成型机研制成功，大量工程实例证明无论在经济性还是其他工程参数，圆形风管都远好于矩形风管。本文将对这些研究结果进行总结，并企图将比较的重点放在对风管系统的经济性比较上，同时由于在通常情况下更新费用占总费用比例较小，这部分的费用在本次讨论将被忽略。关键词： 圆形风管 矩形风管 经济性比较 风管系统1.背景风管系系统是空空调及通通风工程程中最重重要的一一个组成成

2、部分，它它的功能能主要是是将调节节后的空空气按设设计流量量尽可能能高效率率的传送送到末端端设备。通通常情况况下风管管横截面面有三种种形状：矩形,圆形和和扁圆形形。矩形形风管的的制作通通常是通通过对四四块钢板板的铆接接来完成成。圆形形风管则则是将一一百三十十七毫米米宽的钢钢板放在在螺旋成成型机绕绕制而成成。扁圆圆形风管管则比较较少见，它它一般是是对圆形形风管进进行挤压压形成. 在119600年以前前，由于于制作工工艺简单单，所需需安装空空间较小小，绝大大部分通通风系统统都采用用矩形风风管。随随着大型型螺旋圆圆形风管管成型机机研制成成功，大大量工程程实例证证明无论论在经济济性还是是其他工工程参数数

3、，圆形形风管都都远好于于矩形风风管。因因此在国国外，特特别是欧欧洲，圆圆形风管管的使用用率都变变得越来来越普及及，见表表一。中中国目前前的圆形形风管使使用比率率据笔者者不完整整的调查查仅占百百分之十十百分分之二十十之间。因因此在中中国国情情之下对对圆形风风管与矩矩形风管管的工程程对比研研究已成成为一个个刻不容容缓的课课题。 表一：圆形形风管逐逐年所占占的市场场分额：国家及地区区19601965197019751980198519902000北欧515406070808590德国55101520252550法国510203040505065英国510152025353555从经济济分析的的角度来

4、来讲，一一栋建筑筑物内的的风管系系统在其其整个使使用寿命命中所有有的费用用可分为为11、初投投资：包包括设计计费用，材材料及安安装费用用，空间间费用，调调试费用用，等等等。2、运运行费用用：包括括人员工工资，能能源，维维护费用用。3、更更新费用用：包括括维修及及更换破破旧部件件费用。近几年国外的研究结果（Scandiaconsult(1992), Bouwman(1992), Malmstrom et al (2001), Malmstrom et al (2002)）表明，在诸多参数圆形风管系统比矩形风管系统表现更为优异，本文将对这些研究结果进行总结，并企图将比较的重点放在对风管系统的经济性

5、比较上，同时由于在通常情况下更新费用占总费用比例较小，这部分的费用在本次讨论将被忽略。 2 初投资资部分：圆型风风管系统统所需初初投资比比矩形风风管要低低的部分分原因如如下： 圆型风管更更容易制制造和运运输。 圆型风管的的组件和和配件都都已被高高度标准准化。 从结构上讲讲，圆形形风管更更能承受受压力而而不变形形，矩形形风管因因此需要要更多的的螺栓，铆铆钉，支支撑梁等等加强措措施。 在相同的水水力直径径下，制制造圆型型风管所所需要的的金属量量要小于于矩形风风管，矩矩形风管管的长宽宽比越大大，则金金属耗量量越高。 圆形风管的的吊架构构造比矩矩形风管管的安装装简单，通通风与空空调工程程施工及及验收规

6、规范GGB500243320002同同时指出出，对于于长边尺尺寸大于于4000mm的的矩形风风管吊架架间距为为4m，而而对螺旋旋圆形风风管间距距则延长长到5mm。 测量圆形风风管的风风量所需需测量点点小于矩矩形风管管，因此此进行风风管系统统平衡时时，调试试费用也也将小于于矩形风风管。 圆形风管能能显著减减少低频频噪声传传入室内内，因此此可以减减少消声声设备 Scaandiiacoonsuult(19992)为为一个大大房间的的通风系系统分别别用圆形形风管和和矩形风风管做了了两个设设计方案案，并比比较系统统的压力力损头及及相关的的经济参参数，见见图1（注注意：经经济分析析以当年年的北欧欧市场价价

7、格为基基准进行行）。计计算结果果表明，在在相同的的末端设设备条件件下，整整个安装装费用，圆圆形风管管仅为矩矩形风管管的一半半，同时时圆形风风管的材材料费用用为矩形形风管的的80%。全压损失（PPa）: 1550.00 全部安装费费用：00.511R 全部材料费费用：00.8MM （A）全压损失（PPa）: 1665.44 全部安装费费用：RR 全部材料费费用：MM （B）图1：Sccanddiacconssultt(19992) 风管管设计方方案比较较 （AA）圆形形风管 （B）矩矩形风管管对风管管系统的的所占空空间进行行经济分分析是一一件比较较困难的的事情，因因为这取取决于建建筑物的的结构和

8、和用途。一一般来说说，采用用矩形风风管的最最主要的的一个原原因是矩矩形风管管能节约约空间，但但实际上上，对于于长宽比比接近的的矩形风风管而言言，它所所占有的的实际面面积要大大于圆形形风管，这这主要是是因为矩矩形风管管需要法法兰来联联结，而而法兰边边的高度度通常大大于200mm，见见图2（AA）。而而现代螺螺旋风管管可以来来用标准准话的柔柔性联结结，见图图2（BB），这这种方法法不仅不不需要多多余空间间，而且且更加易易于安装装。因此此对于长长宽比接接近1的的矩形风风道，圆圆形风管管的优点点是无法法替代的的。（A）（B）图2：Sccanddiacconssultt(19992) 风管管连接方方案比

9、较较 （AA）矩形形风管 （B）圆圆形风管管对于有有着大长长宽比的的矩形风风管，则则可以采采用几根根圆形风风管进行行替代，见见图3，这这种替代代方案可可以使风风量的控控制变得得更加简简单。同同时安装装费用也也将大幅幅减小。虽虽然材料料费用可可能会有有所增加加，但JJageemerr（19991）的的一项调调查结果果表明，在在此方案案下，初初投资总总额几乎乎和矩形形风管是是一样的的。 图3：一5550mmmX1150mmm的矩矩形风管管为两DD=2000mmm的圆形形风管替替代方案案3. 运行行费用在通常常情况下下，空调调系统运运行费用用的最大大部分为为能源消消耗。能能源费用用包括加加热或冷冷却

10、空气气及将这这些空气气传送到到末端的的设备所所消耗的的能源。如如果整个个风管系系统被良良好地进进行了保保温，则则风管漏漏风量成成为多余余能源消消耗的一一个重要要来源。对于风管系统，风机是循环动力的提供者，风机的风压一般不会超过650Pa。除去空气处理机组的末端设备的压力损失，整个风管系统可利用的压头大约为200300Pa。因此，风管系统应尽量避免有大的压头损失。同时，漏风量也直接影响到风机的功率选择，根据风机定理，风机功率与风量的三次方成正比，即如果风管漏风率为6%，风机功率将增加20%，螺旋圆形风管的漏风率要远远小于矩形风管。 3.1 漏风率 风管的漏风绿可由下式进行计算：（1）fref=

11、面积漏风率 qvl= 漏风量 A= 风管表面积 K= 漏风常数pref= 风管与外界的压差在欧洲，根据漏风常数，风管的气密性被划分为四个等级（A,B,C,D）。表2给出了相应等级所允许的最大漏风常数。 Classs AKA=0.0277100-3 m3 s-11 m-22 Paa-0.65Classs BKB=0.0099100-3 m3 s-11 m-22 Paa-0.665Classs CKC=0.0033100-3 m33 s-11 m-22 Paa-0.65Classs DKD =0.0011100-3 m33 s-11 m-22 Paa-0.65表2：欧洲洲风管系系统气密密性等级级划

12、分与圆形形风管相相比，矩矩形风管管需要的的螺栓与与铆钉连连结要多多得多，因因此不可可避免地地漏风量量也要大大得多。图图4为比比利时的的一组实实测数据据，数据据显示矩矩形风管管的漏风风率平均均比圆形形风管高高7倍。通通风与空空调工程程师施工工及验收收规范GGB5002433-20002也指指出：圆圆形风管管的允许许漏风量量为矩形形风管的的50。 图4： 221栋比比利时建建筑物的的风管漏漏风率的的测量数数据（CCarrri et al, 19999）3.2压头头损失水力力当量直直接被用用来估算算矩形风风管的紊紊统压力力损失对对于有着着相同水水力当量量直径的的风管，尽尽管横截截面形状状不同。它它们

13、仍然然有着相相同的沿沿程压力力损失。图图5比较较了一段段圆型风风管（DD=0.5m,U=55m/ss,=0.115mmm）和有有着相同同面积，流流量的矩矩形风管管的压力力损失。很很明显在在这种情情况下，矩矩形风管管的压力力阻失远远远大于于圆型风风管，而而且随着着风管长长宽比的的增大，压压力损失失也越大大。也就就意味着着风机的的功率也也必然越越大。 图5：等流流量/流流速矩形形风管与与圆型风风管压力力损失比比较（流流量=11 m33/s, v=5m/s）“水力力当量直直径”的的概念是是建立在在沿矩形形风管边边界的平平均切应应力应当当是一致致的假设设上的，也也就是说说，等速速线应当当与风管管边界平

14、平行，但但是实际际测量结结果却显显示，在在矩形风风管中，沿沿对角线线方向的的速度梯梯度衰减减最慢，沿沿中心线线方向的的速度梯梯度衰减减最慢。因因此，在在理论上上，水力力当量直直径在下下列两种种情况下下应当谨谨慎引用用。 流量太小，流流场达不不到完全全紊流状状态 管道横截面面远离圆圆形，即即有着较较大长宽宽比的矩矩形。 实验数数据也对对水力当当量直径径的普遍遍性表示示了怀疑疑。JOONESS（19976）作作了一系系列的光光滑矩形形风管压压力损失失实验，笔笔者将他他的实验验数据进进行了重重新分析析，见图图6.尽尽管缺乏乏10长宽比比255的数据据。图66数据仍仍然强烈烈暗示了了长宽比比对水力力当量直直径压力力损失的的单调上上升影响响。Grrigggs eet aal(119922)在使使用粗糙糙矩形风风管做的的实验也也有类似似的结果果。 图6：不同同长宽比比的光滑滑矩型风风管与圆圆型风管管的压力力损失比比较3.3维护护费用为了了避免病病态建筑筑，风管管需要定定期进行行清洁。清清洁方法法包括干干法（使使用吸尘尘器和刷刷子）或或湿法（使使用长拖拖把）在在这两种种情况下下，圆形形风管都都比矩形形风管更更加简单单。 4.结论风管系系统的经经济性分分