第1页：单元8 空调风管系统设计
通风空调TONG FENG KONG TIAO单元8空调风管系统设计
第2页：本章目录
- 风管设计的基本知识风管设计的基本任务风管
- 设计计算的方法与步骤风管内的空气流速风管
- 系统的安装
第3页：风管设计的基本知识
- 8.1风管设计的基本知识风管布置与工艺、土建、电气、给排水等专业相互配合、协调一致。
- 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，设置各个支风管，以便调节；
- 应根据工艺和气流组织的要求，可采用架空明敷设，也可暗敷于地板下、内墙或顶棚中；
- 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；
- 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；
- 应最大限度地满足工艺需要，并且不妨碍生产操作；
- 应在满足气流组织要求的基础上，达到美观，实用的原则。
图注：风管的布置原则
第4页：常用风管材料
薄钢板普通薄钢板镀锌薄钢板
- 硬聚氯乙烯塑料板
- 玻璃钢板
- 胶合板
- 铝板
- 砖及混凝土
- 塑料软管、金属软管、橡胶软管8.1.2风管材料选择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，适用于有净化要求的空调系统。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℃范围。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。需要经常移动的风管，则大多采用柔性材料制成
图注：需要经常移动的风管，则大多采用柔性材料制成
第5页：风管断面形状与规格
- 圆形：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：风管易加工、好布置，能充分利用建筑空间。
- 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。
- 表8-1矩形风管规格（单位:mm）
图注：表8-1矩形风管规格（单位:mm）8.1.3风管断面形状
第6页：风管设计的基本任务
- 8.2风管设计的基本任务应统筹考虑经济、实用两条基本原则8.2.1风管设计原则
- 确定风管的断面形状，选择风管的断面尺寸
- 计算风管内的阻力损失，保证系统内达到要求的风量分配
- 选择合适的风机型号
第7页：风管的阻力损失构成
风管的阻力损失△P由沿程阻力损失△Py和局部阻力损失△Pj两部分组成△P=△Py+△Pj（Pa）
- 沿程阻力损失△Py=Ryl(Pa)圆形风管的当量直径矩形风管ν——空气的运动粘度，标准状况下，ν=附录B-1~B-3。
第8页：风管水力计算方法
局部阻力损失附录B-4及大量相关手册中，都有各种管件的局部阻力系数计算表。表8-2各种材料的粗糙度
图注：表8-2各种材料的粗糙度
第9页：风管设计计算的方法与步骤
风管的水力计算是在系统和设备布置、风管材料、各送、排风点的位置和风量均已确定的基础上进行的。
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。
- 假定流速法假定流速法也称为比摩阻法。这种方法是以风管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。这是目前低速送风系统最常用的一种计算方法。
- 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阻力损失相等为前提，在已知总作用压力的情况下，取最长的环路或阻力损失最大的环路，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％。一般建议单位长度风管的摩擦阻力损失值为0.8~1.5Pa/m。该方法适用于风机压头已定，进行分支管路压损平衡等场合。
- 静压复得法由于风管分支处风量的出流，使分支前后总风量有所减少，如果分支前后主风管断面变化不大，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。
图注：风管设计计算的方法与步骤8.3.1风管水力计算方法
第10页：假定流速法计算步骤
下面以假定流速法为例，来说明风管水力计算的方法步骤：1、确定空调系统风管形式，合理布置风管，并绘制风管系统轴测图，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大的环路。
4、选择合理的空气流速，可按表8-3确定。
5、根据给定风量和选定风速，确定各计算管道断面尺寸，并使其符合表8-1所列的矩形风管统一规格（或圆形风管标准管径）。
然后根据选定的断面尺寸和风量，计算出风管内实际流速。
矩形风管的风量：
- m3/h式中a、b——分别为风管断面净宽和净高（m）。圆形风管的风量：m3/h式中d——圆形风管内径（m）。
图注：风管水力计算步骤
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第11页：空调系统中的空气流速
表8-3空调系统中的空气流速（m/s）
第12页：沿程阻力与局部阻力计算
- 计算风管的沿程阻力损失根据风管的断面尺寸和实际流速，查附表B-1~B-3或有关设计手册中求出单位长度摩擦阻力损失，再根据式（8-2）及管长，求出管段的摩擦阻力损失。
- 计算各管段局部阻力损失按系统中的局部管件类型和实际流速，查附录B-4或有关设计手册中“局部阻力系数计算表”，查得局部阻力系数的值，再根据式（8-5）求出局部阻力损失。
- 计算系统的总阻力损失
- 并联管路的阻力平衡为保证各送、排风点达到预期的风量，两并联支路的阻力必须保持平衡。空调系统两个支路的阻力不平衡率一般不超过15%。如果不平衡率超过15%，可通过调整管径、改变风量和调节阀门三种手段进行调节。
第13页：风机的选择与附加系数
- 10、根据输送气体的性质、系统总风量和总阻力选择风机类型。
- 空调系统选用一般风机。
- 考虑风管、设备漏风及阻力计算不精确，阻力和风量应考虑一定富裕度。
- Pf——风机风压，Pa
- Gf——风机风量，m3/h
- KP——风压附加系数，一般送排风系统取1.1~1.15
- KG——风量附加系数，一般送排风系统取1.1。
第14页：风管设计计算例题
- 【例8-1】某公共建筑直流式空调系统，如图8-1所示。
- 风管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290Pa，试确定该系统风管的断面尺寸及所需风机压头。
- 图8-1某直流式空调系统图A.孔板送风口（600mm×600mm）
- B.风量调节阀
- C.消声器
- D.防火调节阀
- E.空调箱
- F.进风格栅
第15页：选定最不利环路
- 绘制系统轴测图，并对各管段进行编号，标注管段长度和风量，如图8-1所示。
- 选定最不利环路，逐段计算沿程阻力损失和局部阻力损失。本系统选定管段1-2-3-4-5-6为最不利环路。
- 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。
- 分段进行管道水力计算，并将结果列入计算表8-4中。管段1-2：风量1500m3/h，管段长l=9m。沿程阻力损失计算：由表8-3初选水平支管空气流速为4m/s，根据式(8-6)算得风管断面面积取矩形断面为320mm×320mm的标准风管，则实际断面积F=0.102m2，实际流速根据流速4.08m/s，查附录B-2，得到单位长度摩擦阻力Ry=0.7Pa/m，则管段1-2的沿程阻力解
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第16页：局部阻力损失计算
局部阻力损失计算：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。孔板送风口：已知孔板面积600mm×600mm，开孔率（即净孔面积比）为0.3，则孔板面风速为m/s根据面风速1.16m/s和开孔率0.3，查附录B-4，得孔板局部阻力系数ζ=13，故孔板的局部阻力渐扩管：渐扩管的扩张角，查附录B-4，得ζ=0.6，渐扩管的局部阻力
第17页：管段1-2局部阻力计算
多叶调节阀：根据三叶片及全开度，查附录B-4，得ζ=0.25，多叶调节阀的局部阻力弯头：根据，R/b=1.0,查附录B-4，得ζ=0.23，弯头局部阻力渐缩管：渐缩管的扩张角，查附录B-4，得ζ=0.1，渐缩管的局部阻力直三通管：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B-4，得ζ=0.1，则直三通管的局部阻力
第18页：管段2-3阻力计算
该管段局部阻力为=10.5+5.99+2.5+2.3+1+1.6=23.89Pa该管段总阻力管段2-3：风量3000m3/h，管段长l=5m，初选风速为5m/s。沿程阻力损失计算：根据假定流速法及标准化管径，求得风管断面尺寸320mm×500mm，实际流速为5.2m/s，查得单位长度摩擦阻力，则管段2-3的沿程阻力为
第19页：管段3-4阻力计算
局部阻力损失计算：分叉三通：根据支管断面与总管断面之比为0.8，查附录B-4，得ζ=0.28，则分叉三通管的局部阻力（取总流流速）该管段总阻力管段3-4：风量4500m3/h，管段长l=9m，初选风速为6m/s。
沿程阻力损失计算：根据假定流速法及标准化管径，求得风管断面尺寸400mm×500mm，实际流速为6.25m/s，查得单位长度摩擦阻力，则管段3-4的沿程阻力为局部阻力损失计算：该管段存在局部阻力的部件有消声器、弯头、防火调节阀、软接头及渐扩管。
消声器：消声器的局部阻力给定为50Pa，即
图注：消声器：消声器的局部阻力给定为50Pa，即
第20页：管段3-4局部阻力计算
弯头：根据，R/b=1.0,a/b=0.8，查附表8-4，得ζ=0.2，弯头的局部阻力防火调节阀：根据三叶片及全开度，查附表8-4，得=0.25，风量调节阀的局部阻力软接头：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315mm×360mm，故渐扩管为315mm×360mm~400mm×500mm，长度取为360mm，渐扩管的中心角，大小头断面之比为1.76，查附表8-4，得ζ=0.15，对应小头流速渐扩管的局部阻力该管段局部阻力=50.0+4.7+5.9+10.9=71.5Pa
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第21页：管段4-5与5-6阻力计算
该管段总阻力管段4-5：空调箱及其出口渐缩管合为一个局部阻力考虑该管段总阻力管段5-6：风量4500m3/h，管段长l=6m，初选风速为6m/s。沿程阻力损失计算：根据假定流速法及标准化管径，求得风管断面尺寸400mm×500mm，实际流速为6.25m/s，查得单位长度摩擦阻力，则管段5-6的沿程阻力为局部阻力损失计算：该管段局部阻力部件有突然扩大、弯头（两个）、渐缩管及进风格栅。
突然扩大：新风入口与空调箱面积之比取为0.2，查附录B-4，得ζ=0.64，突然扩大的局部阻力
第22页：管段5-6局部阻力计算
弯头（两个）：根据，R/b=1.0，a/b=0.8，查附录B-4，得ζ=0.20，弯头的局部阻力渐缩管：断面从630mm×500mm单面收缩至400mm×500mm，取α≤45°，查附录8-4，得ζ=0.1，对应小头流速渐缩管的局部阻力进风格栅：进风格栅为固定百叶格栅，外形尺寸为630mm×500mm，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=0.252 m2其迎风面风速为查附录B-4，得ζ=0.9，对迎风面风速，固定百叶格栅的局部阻力
第23页：并联管路阻力平衡校核
该管段局部阻力=15.1+9.4+2.36+13.5=40.36Pa该管段总阻力5、检查并联管路的阻力平衡用同样方法，进行并联管段7-3，8-2水力计算，将结果列入表8-4中。管段7-3沿程阻力损失局部阻力损失该管段总阻力管段8-2沿程阻力损失局部阻力损失该管段总阻力检查并联管路的阻力平衡：
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第24页：阻力平衡与风机压头
管段1-2的总阻力管段8-2的总阻力=9.9％＜15％管段1-2-3的总阻力管段7-3的总阻力结果表明，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达到平衡。
6、计算最不利环路阻力=30.19+10.6+80.14+290+46.12 =457.05Pa本系统所需风机的压头应能克服457.05Pa阻力。
第25页：风管内压力分布
8.4空调系统内的压力分布计算出各点（断面）的全压值、静压值和动压值，把他们标出，再将各点连线，就可得到风管内压力分布图。
图注：压力分布图的绘制
第26页：单风机系统压力分布
- 单风机系统是指只设送风机而不设回风机，整个系统内的阻力损失全部由送风机来承担的空调系统。
- 单风机空调系统空调风管内全压分布如图8-3所示。
- 对于单风机系统，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8-3中虚线所示。
- 分布图
图注：单风机系统压力分布图8-3单风机空调系统风管内压力分布图
第27页：双风机系统压力分布
双风机系统是指既设有送风机又设有回风机的空调系统，系统内的阻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如图8-4所示。
对于双风机系统，排风机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8-4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。分布图
图注：双风机系统压力分布图8-4双风机空调系统风管内压力分布图
第28页：风管内压力分布规律
图8-3和图8-4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。
从图8-3和图8-4可以看出空气在风管内的流动规律为：
- 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阻力损失和局部阻力损失之和。
- 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，会有空气漏入或逸出系统，以致影响系统的风量分配。
- 在风机的压出段，如果动压值大于全压值时，则该处的静压会出现负值。若在该断面开孔，便会吸入空气而不是压出空气（诱导式空调系统就是利用这一原理而工作的）。因此，必须正确选择送风管道中的气流速度，以免影响支风管的空气流量。
- 设计时应注意各并联支路的阻力平衡。如果设计时各支管阻力不相等，在实际运行时，各支管会按其阻力特征自动趋于平衡，同时也会改变预定的风量分配值。流动规律
图注：流动规律
第29页：风管内空气流速的确定
- 8.5空调系统风管内的空气流速风管内风速的大小关系到系统的造价、运行能耗与费用、噪声的控制等。
- 风速大，则风管断面小，占用建筑空间小，风管系统的初投资少，但噪声大，流动阻力，输送能耗高，运行费用大
- 风速小，则上述优缺点刚好相反。
- 1、空调系统风管内风速及部分部件的迎风面风速表8-5通风、空调系统风管内及通过部分部件时的迎风面风速（m/s）
第30页：暖通空调部件的设计风速
2、暖通空调部件的设计风速表8-6暖通空调部件的设计风速（m/s）
第31页：消声要求的允许风速
- 对消声有严格要求的空调系统，风管和出风口的最大允许风速对消声有严格要求的空调系统，风管和出风口的最大允许风速如表8-7所示。表8-7不同噪声标准的风管内允许流速注
- 百叶风口叶片间的气流速度增加10%，噪声的声功率级将增加2dB；若流速增加一倍，噪声的声功率级将增加16dB；
- 对于出口处无障碍物的敞开风口，表中的出口风速可提高1.5~2倍。
本页含表格数据，源文件为粘连文本，行列顺序需对照原课件图片人工核对后还原为真表格。
第32页：高速送风系统的允许风速
- 4、高速送风系统中风管的最大允许风速高速送风系统中风管的最大允许风速如表8-8所示。
- 推荐了高速风管的允许风速，表中的风速在管内的比摩阻不超过5.7Pa/m。
- 高速风管中全压、静压都很高，从而加剧了漏风现象。
- 因此，宜采用强度高和密封性能好的螺旋风管。
- 表8-8高速送风系统中风管的最大允许风速
图注：表8-8高速送风系统中风管的最大允许风速
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第33页：通风管道的配件
- 8.6风管系统的安装通风管道的配件是指风管系统上各种异型连接件（如弯头、三通、四通、变径管、天圆地方等）、各种风量调节阀（如蝶阀、多叶调节阀、矩形三通调节阀、菱形风阀和定风量阀等）和风管测定孔、检查孔等。风管附件的功能为
- 弯头用来改变空气的流动方向，使气流转90°弯或其他角度；
- 三通和四通用于风管的分叉和汇合，即气流的分流与合流；
- 变径管用来连接断面尺寸不同的风管；
- 天圆地方是用来连接圆形与矩形（或方形）两个不同断面的部件；
- 来回弯管用来改变风管的升降、躲让或绕过建筑物的梁、柱及其他管道的部件；
- 风量调节阀和定风量阀用来控制送、回、排风量及用来平衡风管系统的流动阻力；
- 风管检查孔主要用来检查风管内的电加热器、中效过滤器等；
- 风管测定孔主要用于通风与空调系统的调试和测定风管内风量、风压和空气温度用。
图注：通风管道的配件
第34页：风量调节阀的安装
- 风量调节阀及附件从出厂到安装前，在运输途中受到运输工具所激发的随机振动和装卸时受到各种冲击，及在运输储存过程中，环境的温度、湿度等变化，这些都可能造成调节阀及附件的性能发生变化。因此，有必要在安装前进行部分性能的检验。调节阀安装前的检验主要包括下列内容：外观、静态特性、泄漏量、空载全行程时间、耐压强度、绝缘性能、气密性和密封性等，其中前五项为电动调节阀必检项目。
- 调节阀的安装，必须确保安全性，确保使用性能，易于操作和维护，节约安装费用。调节阀自带法兰，和风管直接法兰连接，电动风量调节阀要保证接线盒处有足够空间接线，手动和电动的都要保证手柄正常转动，同时风管部件要方便检修。
- 安装过程不允许调节阀产生泄漏。在使用过程中，如果在填料、法兰垫片等部位形成缝隙或微孔就可能产生泄漏。如果流体介质的操作条件苛刻，比如高温、高压、流体有腐蚀性，那么损坏将加剧，泄漏的危险性就更大。防止泄漏的方法很多，在安装过程中，填料的选择、密封方法的选择、选用密封性能好的调节阀等，都是必须考虑的因素。
图注：风量调节阀的安装
第35页：风机与风管连接
风机进、出口与风管连接方式的正确与否，将会直接影响到风管系统风量的大小，只有风机与风管之间正确的连接才能使系统达到设计风量。
- 风机压出口与风机的连接应注意
- 不能采用突然扩大的连接，应采用单面偏（或两面偏）的渐扩式变径管；风机出口气流呈90°转弯时，弯管的弯曲方向应与风机叶轮的旋转方向一致；风机出口接丁字形三通向两边送风时，应在分流处设置导流叶片。
- 风机吸入口与风管的连接要比压出口与风管的连接对风机性能的影响要大。在设计时应特别注意风机吸入口气流要均匀、流畅，从风机连接上极力避免漏流和涡流的产生。为此，在风机吸入口连接处常要设置导流叶片（如：用直角弯管接入风机吸入口时，弯管内设置导流叶片；在两个弯管处设置导流叶片；在气流转弯吸入口处设置导流叶片等）；风机吸入口处如要变径时，宜用较长的渐扩管等。
图注：风机与风管连接
第36页：应设在室外空气清洁的地点
进风口进风口是空调系统采集室外新鲜空气的入口，其位置应满足下列要求：（1）应设在室外空气清洁的地点
（2）应尽量设在排风口的上风侧，并且应低于排风口
（3）进风口的底部距室外地坪不宜低于2m，当布置在绿化地带时不宜低于1m，并且应该设在建筑物的背阴处。
- 排风口在一般情况下，通风排气立管出口至少应高出屋面0.5m(设屋顶排风机的情况例外)。
图注：进排风口的安装
第37页：结束页
本页为课件结束致谢页。
