空调系统风道系统设计

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一．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、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。

二．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、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0.5~1.5mm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。

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。

三．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，进行风道设计时，矩形风管的高宽比宜小于6，最大不应超过10 。

§6.2 风道设计的基本任务一．一．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。

二．二．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，并选择合适的通风机。

风管的压力损失∆P由沿程压力损失∆P y和局部压力损失∆P j两部分组成，即：∆P=∆P y+∆P j （Pa）(6—1) 沿程压力损失∆P y（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∆P j（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：∆P y=∆p y l (Pa) (6—2)式中∆p y—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。

∆p y=λ/d e×υ2ρ/2 (Pa) (6—3)式中ρ—空气密度，标准状况下（大气压力为101325 Pa，温度为20℃），ρ=1.2kg/m3；υ—风管内空气的平均流速，m/s；d e—风管的当量直径，m，圆形风管的当量直径d e=d，d为风管直径；矩形风管的当量直径d e=2ab/(a+b)，a、b分别为矩形风管的两个边长；λ—摩擦阻力系数，λ值可按下式计算：1/√λ=-2log(K/3.71 d e+2.51/Re√λ) (6—4)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6—2；Re—雷诺数：Re=υd e/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风管的局部压力损失计算公式如下：∆P j=ζ×υ2ρ/2 （Pa）（6—5）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。

由于空调系统的空气流动大都处于非层流区，故可认为ζ仅仅与管件形状有关。

ζ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∆P j），再除以与速度υ相应的动压υ2ρ/2，则可求得局部阻力系数ζ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ζ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。

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，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0.8~1.5Pa/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6—3确定。

5．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：G=3600abυ (m3/h) (6—6)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=900πd2υ (m3/h) (6—7)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∆p y，再根据公式6—2以及管长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，再根据公式6—5求出局部阻力损失。

8．计算系统的总阻力，∆P=∑（∆p y l +∆P j ）。

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7—1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 某直流式空调系统图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，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1—2：风量1500m3/h，管段长l=9m沿程压力损失计算：由表6—3初选水平支管空气流速为4m/s，根据公式6—6算得风道断面面积为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∆p y=0.7Pa/m,则管段1—2的沿程阻力∆P y=∆p y×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。