第11章 風(fēng)管設(shè)計(jì)

1、11章風(fēng)管設(shè)計(jì)11.2風(fēng)管的沿程壓力損失11.2.1沿程壓力損失的基本計(jì)算公式1.風(fēng)量（1）通過圓形風(fēng)管的風(fēng)量通過圓形風(fēng)管的風(fēng)量L（m3h）按下式計(jì)算：L=900d2V （11.2-1）式中d風(fēng)管內(nèi)徑，m；V管內(nèi)風(fēng)速，ms。（2）通過矩形風(fēng)管的風(fēng)量通過矩形風(fēng)管的風(fēng)量L（m3h）按下式計(jì)算： L=3600abV （11.2-2）式中a，b風(fēng)管斷面的凈寬和凈高，m。2.風(fēng)管沿程壓力損失風(fēng)管沿程摩擦損失pm（Pa），可按下式計(jì)算： pm=pml （11.2-3）式中pm單位管長沿程摩擦阻力，Pam； l風(fēng)管長度，m。3.單位管長沿程摩擦阻力 單位管長沿程摩擦阻力pm，可按下式計(jì)算： pm=deV22

2、= D （11.2-4） 式中 摩擦阻力系數(shù)； r 空氣密度，kgm3； de風(fēng)管當(dāng)量直徑，m； 對(duì)于圓形風(fēng)管： de=d對(duì)于非圓形風(fēng)管： de=4Fp= (11.2-5)例如，對(duì)于矩形風(fēng)管： de=2aba+b 對(duì)于扁圓風(fēng)管： F=A24+A(B-A)-+= p F=A+2(B-A)-F風(fēng)管的凈斷面積，m2；P風(fēng)管斷面的濕周，m；a矩形風(fēng)管的一邊，m；b矩形風(fēng)管的另一邊，m；A扁圓風(fēng)管的短軸，m；B扁圓風(fēng)管的長軸，m。4.摩擦阻力系數(shù)摩擦阻力系數(shù)，可按下式計(jì)算：1=2log(K3.71de+ 2.51Re )+- （11.2-6）式中K風(fēng)管內(nèi)壁的絕對(duì)粗糙度，m；Re雷諾數(shù)： Re=de （1

3、1.2-7） 運(yùn)動(dòng)粘度，m2 /s。11.2.2沿程壓力損失的計(jì)算風(fēng)管沿程壓力損失的確定，有兩種方法可以選擇。第一，按上述諸公式直接進(jìn)行計(jì)算；第二，查表計(jì)算：可以按規(guī)定的制表?xiàng)l件事先算就單位管長沿程摩擦阻力pm/(Pam)，并編成表格供隨時(shí)查用，當(dāng)已知風(fēng)管的計(jì)算長度為l(m)時(shí)，即可使用式（11.2-3）算出該段風(fēng)管的沿程壓力損失pm(Pa)了。下面僅介紹與計(jì)算表有關(guān)的內(nèi)容。1.制表?xiàng)l件（1）風(fēng)管斷面尺寸風(fēng)管規(guī)格取自國家標(biāo)準(zhǔn)通風(fēng)與空調(diào)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范（GB50243)。（2）空氣參數(shù) 設(shè)空氣處于標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，即大氣壓力為101.325kPa，溫度為20，密度=1.2kgm3，運(yùn)動(dòng)粘度=15.0

4、610-6m2s。（3）風(fēng)管內(nèi)壁的絕對(duì)粗糙度以K=0.1510-3m作為鋼板風(fēng)管內(nèi)壁絕對(duì)粗糙度的標(biāo)準(zhǔn)。其他風(fēng)管的內(nèi)壁絕對(duì)粗糙度見表11.2-1.絕對(duì)粗糙度K（mm）0.030.090.150.903.00粗糙等級(jí)光滑中等光滑一般中等粗糙粗糙典型風(fēng)管材料及構(gòu)造潔凈的無涂層碳鋼板；PVC塑料；鋁鍍鋅鋼板縱向咬口，管段長1200mm鍍鋅鋼板縱向咬口，管段長760mm短信鋼板螺旋咬口；玻璃鋼風(fēng)管內(nèi)表面噴涂的玻璃鋼風(fēng)管；金屬軟管；混凝土2.單位長度沿程壓力損失的標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算表 （1）鋼板圓形風(fēng)管單位長度沿程壓力損失計(jì)算鋼板圓形風(fēng)管單位長度摩擦阻力，可直接查表11.2-2。注：除塵風(fēng)管單位長度沿程壓力損失計(jì)算

5、表見第9章。 （2）鋼板矩形風(fēng)管單位長度沿程壓力損失計(jì)算鋼板矩形風(fēng)管單位長度摩擦阻力，可直接查表11.2-3。除塵風(fēng)管單位長度沿程壓力損失計(jì)算，可查第9章表9.4-17“除塵風(fēng)管計(jì)算表”。3.標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算表的套用（1）異形斷面風(fēng)管的套用 非標(biāo)準(zhǔn)斷面的金屬風(fēng)管，使用標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算表的步驟如下：1)算出風(fēng)管的凈斷面積F（m2）； 2)根據(jù)風(fēng)管的凈斷面積F和風(fēng)管的計(jì)算風(fēng)量，算出風(fēng)速V（ms）；3)按公式（11.2-5）求出風(fēng)管當(dāng)量直徑de（m）；4)最后，根據(jù)風(fēng)速V和當(dāng)量直徑de查圓形風(fēng)管標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算表，得出該非標(biāo)準(zhǔn)斷面風(fēng)管的單位長度摩擦阻力。（2）絕對(duì)粗糙度的修正對(duì)于內(nèi)壁的當(dāng)量絕對(duì)粗糙度K0.1510-3m的風(fēng)

6、管，其單位長度摩擦阻力值，可以先查風(fēng)管標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算表，之后乘以表11.2-4給出的修正系數(shù)。風(fēng)速(ms)下列絕對(duì)粗糙度(mm)時(shí)的修正系數(shù)0.030.090.150.903.0020.95111.201.5030.951.251.6040.901.301.70571.351.808120.851.401.85131.451.9014160.800.901.95（3）空氣狀態(tài)的修正當(dāng)風(fēng)管內(nèi)的空氣處于非標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)時(shí)，風(fēng)管單位長度摩擦阻力實(shí)際值的確定方法是：先由計(jì)算表查出的風(fēng)管單位長度摩擦阻力的標(biāo)準(zhǔn)值，然后再乘以1.2的修正系數(shù)，其中=(kgm3)r為實(shí)際狀態(tài)下的空氣密度，可近似按下式確定： =3.472

7、73+tPb （11.2-8）式中Pb實(shí)際大氣壓，kPa； t風(fēng)管內(nèi)的空氣溫度，。4沿程壓力損失的簡(jiǎn)化計(jì)算在使用手算法或者使用Excel電子表格計(jì)算風(fēng)管的沿程壓力損失時(shí)，由于摩擦阻力系數(shù)計(jì)算式（11.2-6）是超越方程，只能通過迭代運(yùn)算近似求解，很不方便，此時(shí)可考慮使用能夠直接求解的簡(jiǎn)化計(jì)算公式。下列近似公示適用于內(nèi)壁絕對(duì)粗糙度為K=0.1510-3m的鋼板風(fēng)管：=0.0175D-0.21V-0.075l (11.2-9)pm=0.1510-2D-1.21V1.925- （11.2-10）對(duì)于內(nèi)壁絕對(duì)粗糙度K0.1510-3m的風(fēng)管，其單位長度摩擦阻力值，應(yīng)先按式（11.2-10）進(jìn)行計(jì)算，之

8、后再根據(jù)該風(fēng)管的實(shí)際粗糙度乘以表11.2-4給出的修正系數(shù)。11.3風(fēng)管的局部壓力損失11.3.1局部壓力損失當(dāng)空氣流經(jīng)風(fēng)管系統(tǒng)的配件及設(shè)備時(shí)，由于氣流流動(dòng)方向的改變，流過斷面的變化和流量的變化而出現(xiàn)渦流時(shí)產(chǎn)生了局部阻力，為克服局部阻力而引起的能量損失，成為局部阻力損失pj(Pa)，并按下式計(jì)算：pj= 2V2= (11.3-1)式中局部阻力系數(shù)；V風(fēng)管內(nèi)部局部壓力損失發(fā)生處的空氣流速，ms；r空氣密度，kgm3。通風(fēng)、空調(diào)風(fēng)管系統(tǒng)中產(chǎn)生局部阻力的配件，主要包括空氣進(jìn)口、彎管、變徑管、三（四）通管、風(fēng)量調(diào)節(jié)閥和空氣出口等。大多數(shù)配件的局部阻力系數(shù)值是通過實(shí)驗(yàn)確定的。選用局部阻力系數(shù)計(jì)算局部壓力

9、損失時(shí)，必須采用實(shí)驗(yàn)時(shí)所對(duì)應(yīng)的流速和動(dòng)壓（V22）。需要說明的是，局部壓力損失沿著風(fēng)管長度上產(chǎn)生，不能將它從摩擦損失中分離出來。為了簡(jiǎn)化計(jì)算，假定局部壓力損失集中在配件的一個(gè)斷面上，不考慮摩擦損失。只有對(duì)長度相當(dāng)長的配件才必須考慮摩擦損失。通常，利用在丈量風(fēng)管長度時(shí)從一個(gè)配件的中心線量到下一個(gè)配件的中心線的辦法，來計(jì)算配件的摩擦損失。對(duì)于那些靠得很近的（間距小于6倍水力直徑）成對(duì)配件，進(jìn)入后面一個(gè)配件的氣流流型與用來確定局部壓力損失的氣流流型的條件有所不同。出現(xiàn)這種情況時(shí)，就無法利用這個(gè)阻力系數(shù)數(shù)據(jù)。11.3.2局部阻力系數(shù)通風(fēng)空調(diào)風(fēng)管系統(tǒng)常用配件的局部阻力系數(shù)見表11.3-1.對(duì)于進(jìn)風(fēng)口、彎

10、管、變徑管和出風(fēng)口等配件的局部阻力系數(shù)，在計(jì)算局部壓力損失時(shí)，應(yīng)采用標(biāo)有L/Fo或Vo箭頭處斷面的流速和相應(yīng)的動(dòng)壓；對(duì)于斷面面積不相等的配件，如果有需要，可利用以下公式將局部阻力系數(shù)從一個(gè)斷面o換算成斷面i：i=(ViVo)2 o （11.3-2）式中Vo、Vi分別代表斷面o和斷面i的流速，ms。對(duì)于合流三通和分流三通，在計(jì)算直通管（或旁通管）的局部壓力損失時(shí)，均采用總管斷面的流速和相應(yīng)的動(dòng)壓。直通管的局部阻力Pjs=S 2Vc2旁通管的局部阻力Pjb=b 2Vc2式中S、b分別代表直通管和旁通管的局部阻力系數(shù)； VC總管的流速，ms。工程上為了計(jì)算方便，不用總管的流速和相應(yīng)的動(dòng)壓，而是直接用

11、直通管（或旁通管）的動(dòng)壓來計(jì)算局部阻力，因此，需要對(duì)直通管（或旁通管）的局部阻力系數(shù)按以下公式進(jìn)行換算：i=(ViVc)2 c,i （11.3-3）式中i相對(duì)于被計(jì)算斷面的局部阻力系數(shù)；c,i相對(duì)于總管動(dòng)壓的直通管局部阻力系數(shù)(c,s)或旁通管局部阻力系數(shù)(c,b)。必須指出，在表11.3-1中，不論是合流三（四）通還是分流三（四）通，直通管或旁通管的局部阻力系數(shù)均按公式（11.3-3）進(jìn)行過換算（除非表上另有說明），因此，在計(jì)算三（四）通直通管（或旁通管）的局部壓力損失時(shí)，只需將直通管的s（或旁通管的b）乘以直通管的動(dòng)壓（或旁通管的動(dòng)壓）即可。11.5風(fēng)管的水力計(jì)算11.5.1水力計(jì)算方法簡(jiǎn)

12、述目前，風(fēng)管的水力計(jì)算方法有壓損平均法、假定流速法、靜壓復(fù)得法和T計(jì)算法（T-Method）等幾種。1.壓損平均法（又稱等摩阻法）是以單位長度風(fēng)管具有相等的摩擦壓力損失pm為前提的，其特點(diǎn)是，將已知總的作用壓力按干管長度平均分配給每一管段，再根據(jù)每一管段的風(fēng)量和分配到的作用壓力，確定風(fēng)管的尺寸，并結(jié)合各環(huán)路間壓力損失的平衡進(jìn)行調(diào)整，以保證各環(huán)路間的壓力損失的差額小于設(shè)計(jì)規(guī)范的規(guī)定值。這種方法對(duì)于系統(tǒng)所用的風(fēng)機(jī)壓頭已定，或?qū)Ψ种Ч苈愤M(jìn)行壓力損失平衡時(shí)，使用起來比較方便。2.假定流速法是以風(fēng)管內(nèi)空氣流速作為控制指標(biāo)，這個(gè)空氣流速應(yīng)按照噪聲控制、風(fēng)管本身的強(qiáng)度，并考慮運(yùn)行費(fèi)用等因素來進(jìn)行設(shè)定。根據(jù)風(fēng)

13、管的風(fēng)量和選定的流速，確定風(fēng)管的斷面尺寸，進(jìn)而計(jì)算壓力損失，再按各環(huán)路的壓力損失進(jìn)行調(diào)整，以達(dá)到平衡。按照設(shè)計(jì)規(guī)范的規(guī)定，對(duì)于并聯(lián)環(huán)路壓力損失的相對(duì)差額，不宜超過下列數(shù)值：一般送、排風(fēng)系統(tǒng)15%除塵系統(tǒng) 10%3.靜壓復(fù)得法（參見11.6.3）至于T計(jì)算法，是一種風(fēng)管優(yōu)化計(jì)算法，詳見文獻(xiàn)4。對(duì)于低速機(jī)械送（排）風(fēng)系統(tǒng)和空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)的水力計(jì)算，大多采用假定流速法和壓損平均法；對(duì)于高速送風(fēng)系統(tǒng)或變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)風(fēng)管的水力計(jì)算宜采用靜壓復(fù)得法。工程上為了計(jì)算方便，在將管段的沿程（摩擦）阻力損失pm和局部阻力損失pj這兩項(xiàng)進(jìn)行疊加時(shí)，可歸納為表11.5-1所列的3種方法。將pm與pj進(jìn)行疊加時(shí)所采用的計(jì)算

14、方法 表11.5-1計(jì)算方法名稱基本關(guān)系式備注單位管長度壓力損失法（比摩阻法）管段的全壓損失P=pm+pj=deV22l+ 2V2=(pml+pj)P管段全壓損失，Pa;pm單位管長沿程摩擦阻力，Pam用于通風(fēng)、空調(diào)的送（回）風(fēng)和排風(fēng)系統(tǒng)的壓力損失計(jì)算，是最常用的方法當(dāng)量長度法ledeV22= 2V2風(fēng)管配件的當(dāng)量長度le=de管段的全壓損失P=（l+le）pm Pa常見用靜壓復(fù)得法計(jì)算高速風(fēng)管或低速風(fēng)管系統(tǒng)的壓力損失。提供各類常用風(fēng)管配件的當(dāng)量長度值當(dāng)量局部阻力法（動(dòng)壓法）ldV22=e 2V2直管段的當(dāng)量局部阻力系數(shù)e=dl管段的全壓損失P=(+e)V22=(+e) Pa常見用于計(jì)算除塵風(fēng)

15、管系統(tǒng)的壓力損失，計(jì)算表中給出長度l=1m時(shí)的d和動(dòng)壓值11.5.2通風(fēng)、空調(diào)系統(tǒng)風(fēng)管內(nèi)的空氣流速1.一般工業(yè)建筑的機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)管內(nèi)風(fēng)速，按表11.5-2采用。一般工業(yè)建筑機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)管內(nèi)的風(fēng)速（ms） 表11.5-2風(fēng)管類別鋼板及非金屬風(fēng)管磚及混凝土風(fēng)道干管614412支管2826注：本表引自采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50019-2003.2通風(fēng)、空調(diào)系統(tǒng)風(fēng)管內(nèi)的風(fēng)速及通過部分部件時(shí)的迎面風(fēng)速，按表11.5-3采用。通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)風(fēng)管內(nèi)風(fēng)速及通過部分部件時(shí)的迎面風(fēng)速（ms）表11.5-3部位推薦風(fēng)速最大風(fēng)速居住建筑公共建筑工業(yè)建筑居住建筑公共建筑工業(yè)建筑風(fēng)機(jī)吸入口3.54.05.04.

16、55.07.0風(fēng)機(jī)出口5.08.06.510.08.012.08.57.511.08.514.0主風(fēng)管3.54.55.06.56.09.04.06.05.58.06.511.0支風(fēng)管3.03.04.54.05.03.55.04.06.55.09.0從支風(fēng)管上接出的風(fēng)管2.53.03.54.03.04.04.06.05.08.0新風(fēng)入口3.54.04.54.04.55.0空氣過濾器1.21.51.751.51.752.0接熱盤管2.02.252.52.252.53.0噴水室2.52.53.03.0注：本表根據(jù)日井上宇市著范存養(yǎng)等譯空氣調(diào)節(jié)手冊(cè)和全國民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施暖通空調(diào)-動(dòng)力相關(guān)內(nèi)容匯

17、編而成，供設(shè)計(jì)參考。3.暖通空調(diào)部件的典型設(shè)計(jì)風(fēng)速，按表11.5-4采用。暖通空調(diào)部件的典型設(shè)計(jì)風(fēng)速（ms）表11.5-4部件名稱迎面風(fēng)速部件名稱迎面風(fēng)速進(jìn)風(fēng)百葉窗風(fēng)量大于10000m3h風(fēng)量小于10000m3h排風(fēng)百葉窗風(fēng)量大于8000m3h風(fēng)量小于8000m3h2.06.02.02.58.02.5加熱盤管1.蒸汽和熱水盤管2.電加熱器裸線式肋片管式2.55.0（最小1.0，最大0.8）參見生產(chǎn)廠家資料參見生產(chǎn)廠家資料空氣過濾器1板式過濾器1）粘性濾料2）干式帶擴(kuò)展表面平板型（初效）3）褶疊式（中效）4）高效過濾器（HEPA）2.可更換濾料的過濾器1）卷繞型粘性濾料2）卷繞型干式濾料3.電子

18、空氣過濾器電離式1.04.0同風(fēng)管風(fēng)速3.81.32.51.00.81.8冷卻減濕盤管空氣噴淋室噴水型填料型高速噴水型2.03.0參見生產(chǎn)廠家資料參見生產(chǎn)廠家資料6.09.0注：本表引自美國2005ASHRAEHandboos-FundamentalsChapter35DuctDesign。僅對(duì)進(jìn)（排）風(fēng)百葉窗的迎面風(fēng)速，根據(jù)我國工程情況對(duì)風(fēng)量范圍作了劃分，供設(shè)計(jì)參考。4.根據(jù)所服務(wù)房間的允許噪聲級(jí)，通風(fēng)空調(diào)風(fēng)管和出風(fēng)口的最大允許風(fēng)速，按表11.5-5采用。 通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)風(fēng)管和出風(fēng)口的最大允許風(fēng)速（ms）表11.5-5室內(nèi)允許噪聲級(jí)（dB）干管支管風(fēng)口25353.04.02.00.835504.07.02.03.00.81.550656.09.03.05.01.52.565858.012.05.08.02.53.5注：百葉風(fēng)口葉片間的氣流速度增加10%，噪聲的聲功率級(jí)將增加2dB；若流速增加一倍，噪聲的聲功率級(jí)約增加16dB。 對(duì)于出口處無障礙物的敞開風(fēng)口，表中的出風(fēng)口速度可以提高1.52倍。本表引自陸耀慶主編HVAC暖通空調(diào)設(shè)計(jì)指南。5.高速送風(fēng)系統(tǒng)中風(fēng)管內(nèi)的最大允許風(fēng)速，按表11.5-6采用。高速送風(fēng)系統(tǒng)中風(fēng)管內(nèi)的最大允許風(fēng)速 表11.5-6風(fēng)量范圍（m3h）最大允許風(fēng)速（ms）風(fēng)量范圍（m3h）最大允許風(fēng)速（ms）1000006800030