建筑设备节能技术-补充-空调风系统及气流组织

第九章空调风系统第九章空调风系统风管内的阻力1风管的水力计算33风系统设计中的有关问题34风管内的压力分布2空调房间的气流组织35空调系统的消声与减振36第九章空调风系统§9.1风管内的阻力一、沿程阻力由于空气本身的粘滞性及其与管壁间的摩擦而产生的阻力称为摩擦阻力或沿程阻力，克服摩擦阻力而引起的能量损失称为沿程损失。计算 公式 小学单位换算公式大全免费下载公式下载行测公式大全下载excel公式下载逻辑回归公式下载 ：两个概念：风道的水力半径：Rs=F/PF——管道中充满流体部分的横断面积，m2；P——湿周，在通风系统中即为风管周长，m。比摩阻：单位长度的摩擦阻力。Pa/m对于圆形风管：Rs=F/P=D/4则其沿程损失和比摩阻分别为：Pa/mPa附录T为风管单位长度沿程损失线算图,附录U-1为圆形风管计算表。知道风量、管径、比摩阻、流速中的任意两个参数,即可求出其余两个。编制条件：大气压力为101.3kPa，温度为20℃,空气密度为1.2kg/m3,运动粘度为15.06×10-6m2/s,管壁粗糙度k＝0.15mm。当实际条件与上述条件不同时，应进行修正。1.圆形风管的沿程损失(1)绝对粗糙度的修正不同风管材料的绝对粗糙度见表9-1。Rm´=εkRmεk——粗糙度修正系数。εk=(kv)0.25v——管内空气流速，m/s。（1）大气压力和温度的修正Rm´=εtεBRmPa/mεt、εB也可直接由图9-2查得。【例9-1】已知兰州市某建筑的通风系统采用胶合板制作圆形风道，风量L＝1400m3/h，管内流速v=12.5m/s，空气温度t＝40℃，兰州市大气压力为82.5kPa。求风管的管径和单位长度的沿程损失。2.矩形风管的沿程损失先把矩形风管断面尺寸折算成相当于圆形风管的当量直径，再由此求出矩形风管的单位长度沿程损失。当量直径：是与矩形风管有相同单位长度沿程损失的圆形风管直径，它分为流速当量直径和流量当量直径两种。(1)流速当量直径Dv假设某一圆形风管中的空气流速与矩形风管中的空气流速相等，且两风管的单位长度沿程损失相等，此时圆形风管的直径就称为矩形风管的流速当量直径。a、b——矩形风管的长度和宽度。（2）流量当量直径DL假设某一圆形风管中的空气流量与矩形风管中的空气流量相等，且两风管的单位长度沿程损失也相等，此时圆形风管的直径就称为该矩形风管的流量当量直径。附录U-2列出了 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 尺寸的钢板矩形风管计算表。【例9-2】有一钢板制矩形风管，K=0.15mm，断面尺寸为500mm×250mm，流量为2700m3/h，空气温度为50℃，求单位长度沿程损失。二、局部阻力1、定义：风道中流动的空气，当其方向和断面大小发生变化或通过管件设备时，由于在边界急剧改变的区域出现漩涡区和流速的重新分布而产生的阻力称为局部阻力，克服局部阻力而引起的能量损失称为局部压力损失，简称局部损失。2、计算：PaΔPj——局部损失，Pa；ξ——局部阻力系数，见附录V。3、减小局部阻力的措施（1）渐扩管和渐缩管（2）弯头（3）三通（4）风管与风机的连接（5）风管的进、出口3、减小局部阻力的措施【例9-3】有一如图9-9所示之吸气（合流）三通，已知：L1=4200m3/h，D1=500mm，v1=5.96m/s；L2=2800m3/h，D2=250mm，v2=15.9m/s；L3=7000m3/h，D3=560mm，v3=7.9m/s；分支管中心夹角α＝30°，求此三通的局部阻力。三、总阻力损失总损失即为沿程损失与局部损失之和：ΔP=ΔPm+ΔPjΔP——管段总损失，Pa。§9.2风管内的压力分布§9.2风管内的压力分布从图中可以看出：1．在吸风口点1处的全压和静压均比大气压力低，入口外和入口处的一部分静压降转化为动压，另一部分用于克服入口处产生的局部阻力。2．在断面不变的风道中，如管段1～2、3～4、5～6、6～7和8～9，能量的损失是由摩擦阻力引起的，此时全压和静压的损失是相等的。3．在收缩段2～3，沿着空气的流动方向，全压值和静压值都减小了，减小值也不相等，但动压值相应增加了。4．在扩张段7～8和突扩点6，动压和全压都减小了，而静压则有所增加，即会产生所说的静压复得现象。5．在出风口点9处，全压得损失与出风口形状和流动特性有关，由于出风口的局部阻力系数可大于1、等于1或小于1，所以全压和静压变化也会不一样。6．在风机段4～5处，风机的风压即是风机入口和出口处的全压差，等于风道的总阻力损失。§9.3风管的水力计算一、水力计算的任务和方法1．水力计算的任务(1)确定系统中各个管段的断面尺寸(2)计算阻力损失(3)选择风机2．水力计算的方法（1）假定流速法先按技术经济要求选定风管的流速，再根据风量来确定风管的断面尺寸和压力损失，目前常用此法进行水力计算。（2）压损平均法（3）静压复得法二、水力计算步骤1．确定通风系统 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，绘制管路系统轴测示意图。2．在轴测图中对各管段进行编号，标注长度和风量。通常把流量和断面尺寸不变的管段划分为一个计算管段。3．选定合理的气流速度。表9-2、表9-3。4．计算最不利环路。由风量和流速确定最不利环路各管段风管断面尺寸，计算沿程损失、局部损失及总损失。5．计算其余并联环路。对民用建筑通风系统各并联环路间的压损差不宜超过15％。若超过时可通过调整管径或采用阀门来进行调节。6．选择风机。风量附加系数为1.1；风压附加系数为1.1～1.15。二、水力计算步骤【例9-4】如图9-13所示的某公共民用建筑的机械送风系统，风机出口后采用矩形风管，风机入口前采用圆形风管，风管材料为薄钢板，输送空气温度为常温，密度为1.2m3/kg，采用α=60°的调节式送风口（简易叶片）向室内送风，新风入口使用45°固定金属百叶窗，当地大气压力为92kPa，对该系统进行水力计算。二、水力计算步骤900m3/h800m3/h⑧⑥5m5m1600m3/h2200m3/h②③4m3m3100m3/h3100m3/h④600m3/h800m3/h⑤8m⑦①1m8m8m§9.4风系统设计中的有关问题一、系统划分1．空气处理要求相同、室内参数要求相同的可划为同一系统。2．对下列情况应单独设置排风系统：（1）两种或两种以上的有害物质混合后能引起燃烧或爆炸；（2）两种有害物质混合后能形成毒害更大或腐蚀性的混合物或化合物；（3）两种有害物质混合后易使蒸汽凝结并积聚粉尘；（4）放散剧毒物质的房间和设备；（5）储存易燃易爆物质的单独房间或有防火防爆要求的单独房间。3．如排风量大的排风点位于风机附近，不宜和远处排风量小的排风点合为同一系统。§9.4风系统设计中的有关问题二、风管的布置1．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、风量测定孔和采样孔等）或预留安装测量装置的接口。2．风管的布置应力求顺直，避免复杂的局部管件。3．根据需要，风管可以采用明装和暗装，暗装不影响美观，但是投资较高。4．与风机或振动设备连接的管道，应装设如帆布、橡胶制作的软接头。5．风管穿墙时要采用软材料（如石棉绳）填充。§9.4风系统设计中的有关问题三、风管的形状和材料1．形状风管断面形状有圆形和矩形两种。一般民用建筑空调系统都采用矩形风管。2．材料普通薄钢板和镀锌薄钢板、硬聚氯乙烯塑料板、砖、混凝土。§9.4风系统设计中的有关问题四、风管的保温1．保温材料主要有软木、聚苯乙烯泡沫塑料、超细玻璃棉、玻璃纤维保温板、聚氨酯泡沫塑料和蛭石板等。2．保温层结构（1）防腐层（2）保温层（3）防潮层（4）保护层§9.5空调房间的气流组织1.定义气流组织就是在空调房间内合理地布置送风口和回风口，使得经过处理后的空气由送风口送入室内后，在扩散与混合的过程中，均匀地消除室内余热和余湿，从而使工作区形成比较均匀而稳定的温度、湿度、气流速度和洁净度，以满足生产工艺和人体舒适的要求。目的：送入空调区的空气的流动和合理分布形成均匀而稳定的温度场和速度场§9.5空调房间的气流组织2.影响因素风口的类型风口的布置方式（数量、位置、大小）送风参数（送风温差，送风口速度）房间的型式和大小等§9.5空调房间的气流组织一、送风射流的流动规律层流射流紊流射流等温射流非等温射流自由射流受限射流雷诺数的大小t0,tn进入空间受限情况（一）等温自由射流1）特征:由于紊流的横向脉动和涡流的出现，射流卷吸周围空气，射流流量逐渐扩大，呈锥体状（扩散角）§9.5空调房间的气流组织速度不断减小边界速度首先减小，轴心速度不变——起始段根据动量守恒，轴心速度减小——主体段紊流系数，取决于风口型式以风口为起点的轴心速度§9.5空调房间的气流组织（一）等温自由射流（二）非等温射流射流会发生弯曲——阿基米德数ArAr——浮升力与惯性力之比Ar大，则射流弯曲大空调送风温度与室内温度有一定温差，射流在流动过程中，不断掺混室内空气，射流温度逐渐接近室温。轴线上温度分布规律可用半经验公式求得§9.5空调房间的气流组织§9.5空调房间的气流组织（三）受限射流自由扩张段有限扩张段收缩段第一临界断面第二临界断面轴对称射流贴附射流射流断面最大§9.5空调房间的气流组织贴附射流当送风口贴近顶棚，由于射流在顶棚处不能卷吸空气，因此：上部流速大，静压小下部流速小，静压大非等温射流为冷射流，在射流达到某一距离处会脱离顶棚——贴附长度§9.5空调房间的气流组织二、排（回)风口的气流流动回风口与送风口的空气流动规律完全不同，送风射流:扩散，形成点源回风气流:集中,形成点汇在吸风气流作用区内，任意两点间的流速变化与据点汇的距离平方成反比。点汇速度场的气流速度迅速下降，使回风口的汇流场对房间气流组织影响比较小§9.5空调房间的气流组织§9.5空调房间的气流组织1．送风口的型式（1）侧送风口百叶风口、格栅送风口、条缝送风口。（2）散流器散流器外形有圆形、方形和矩形；按气流扩散方向有单向的和多向的；按气流流型可分为垂直下送和平送贴附散流器。（3）孔板送风口（4）喷射式送风口（5）旋流送风口（6）柱式送风口三、送、回风口的型式及位置1）单层及双层百叶风口百叶可做成活动可调的，既能调节风量，也能调节出风方向。为了满足不同的调节性能要求，可将百叶做成多层，每层有各自的调节功能。2）条缝送风口和格栅送风口和格栅送风口这两种风口不能调节风量和出风方向，适用于一般要求的空调系统，其中条缝型风口常作为风机盘管及诱导器的出风口。§9.5空调房间的气流组织3）散流器散流器是安装在顶棚上的一类送风口，气流从顶棚向下送出并有一定扩散功能。散流器的型式有两种：平送型下送型§9.5空调房间的气流组织平送型散流器散流器平送送风射流沿着顶棚径向流动形成贴附射流射流与室内空气充分混合后进入空调区，使空调区具有稳定而均匀的温度和风速。§9.5空调房间的气流组织下送型散流器散流器下送送出的射流扩散角在20—30度之间只有采用密集布置向下送风，工作区风速才能均匀密集布置有可能形成平行流§9.5空调房间的气流组织4）喷口喷口送风口是一种出口风速大，风量大的送风口。送风射流较长，可以不贴顶送风，在送风温差的作用下，送风射流形成弯曲。喷口送风经常用于工业建筑与民用建筑中的公共建筑，是大型体育馆、礼堂、剧院以及厂房等建筑的常用送风方式。§9.5空调房间的气流组织5）孔板送风口即是开孔的吊顶或夹层。整个房间吊顶或夹层都开口的为全面孔板送风；一部分开孔的叫局部孔板送风。孔板送风空气以较低的速度在吊顶或夹层里均匀分布，形成稳压箱，然后由细孔流出。§9.5空调房间的气流组织6）柱式送风口独立地面上出风的柱式送风口其中1／4圆柱形可布置在墙角内，易与建筑配合；半圆柱型及扁平型用于靠墙安装。圆柱型用于大风量的场合并可布置在房间的中央§9.5空调房间的气流组织适用于下部工作区送风送风口面积大§9.5空调房间的气流组织7）旋流风口诱导比大，速度衰减快§9.5空调房间的气流组织§9.5空调房间的气流组织2．回风口形式格栅、百叶风口、条缝口等。3．送、回风口的位置送、回风口的位置设置应满足以下要求：（1）室内空气没有循环不均的现象（2）送风气流不易形成短路三、送、回风口的型式及位置§9.5空调房间的气流组织（1）上送下回三、气流组织的形式图9-21上送下回气流组织方式a）侧送侧回b）散流器送风c）孔板送风上送下回方式送风口位于空调区的上部，回风口位于空调区的下部；送风气与室内空气充分混合后进入工作区后，由空调区下部的回风口排出空调区。优点：上送下回方式能够形成比较均匀的温度场和速度场，送风口与回风口之间不易发生“短路”，是混合式送风的基本方式。应注意的问题：在实际工程中应注意由于回风口在空调区下部，回风口及回风管路的设置要避免影响房间的正常使用。§9.5空调房间的气流组织三、气流组织的形式（2）上送上回图9-22上送上回气流组织方式a）单侧上送上回b）异侧上送上回c）送吸式散流器上送上回适用场合：对于那些因各种原因不能在房间下部布置风口的场合是相当合适的。注意防止气流短路现象的发生。§9.5空调房间的气流组织（3）下送上回三、气流组织的形式图9-23下送上回气流组织方式a）地板均匀下送b）末端装置下送c）置换式下送适用场合：对于室内余热量大，特别是热源又靠近顶棚的场合，采用这种气流组织形式是非常合适的。特点由于下送上回时的排风温度大于工作区温度，故而室内平均温度较高，经济性好。但是，下部送风温差不能太大。可采用旋流送风口。为此§9.5空调房间的气流组织三、气流组织的形式（4）中送风图9-24中送风气流组织方式在某些高大的建筑空间内，实际工作区高度仍然在2米以下，因此不需要将整个空间都作为调节的对象。可采用中部送风的送风方式。中送风具有一定的节能效果。§9.5空调房间的气流组织1．宾馆客房目前，国内客房多采用风机盘管加新风空调系统。客房内风机盘管多采用卧式暗装和立式明装两种形式。四、气流组织设计实例图9-25客房气流组织a）卧式暗装风机盘管b）立式明装风机盘管§9.5空调房间的气流组织2．办公建筑常采用风机盘管加新风的空调系统。室内气流组织多采用上送上回方式。四、气流组织设计实例图9-26办公室气流组织§9.5空调房间的气流组织3．体育场馆常用的气流组织形式有上送方式、侧送方式、下送方式和分区送风。四、气流组织设计实例图9-27体育馆气流组织五、房间气流分布的计算选择气流分布的形式确定送风口的形式确定送风口的数目和尺寸计算工作区的风速和温度检验工作区的风速和温差调整§9.5空调房间的气流组织使工作区的风速和温差满足要求！（1）侧送风图1侧送贴附射流流型§9.5空调房间的气流组织为保证空调区的温度场、速度场达到要求，侧送风气流组织设计计算涉及的内容如下：（1）送风口的出流流速送风口的出流流速的确定需要满足两方面的要求：一是保证工作区噪声要求。二是保证工作区最大风速在允许范围。（2）贴附长度:Ar（3）射流温差衰减§9.5空调房间的气流组织（1）侧送风图2非等温受限射流轴心温差衰减曲线§9.5空调房间的气流组织侧送风气流组织设计的步骤如下:确定已知条件根据射流方向房间长度L，确定要求的贴附射流长度x按允许的射流末端温度衰减值，查图得出射流相对射程允许的最小值由相对射程最小值和x，可得计算风口最大直径根据选择风口规格尺寸，使实际风口当量直径≤§9.5空调房间的气流组织由房间送风量和风口面积A0，假定风口数量n，计算风口的实际出风速度计算射流自由度计算阿基米德数Ar用公式校核房间高度。§9.5空调房间的气流组织工作区高度风口有效断面系数计算贴附长度，需大于射程（2）散流器送风散流器平送流型送风射流沿着顶棚径向流动形成贴附射流，使工作区容易具有稳定而均匀的温度和风速，当有吊顶利用或有设置吊顶的可能时，采用散流器送风既能满足使用要求，又比较美观，是常见的送风形式。§9.5空调房间的气流组织为保证空调区的温度场、速度场达到要求散流区送风气流组织设计计算涉及的内容如下:(1)送风口的喉部风速(2)射流速度衰减方程及室内平均风速散流器射流的速度衰减方程为：室内平均风速：§9.5空调房间的气流组织（3）轴心温差对于散流器平送，其轴心温差衰减可近似地取：§9.5空调房间的气流组织散流器送风气流设计步骤：（1）布置散流器（2）预选散流器（3）校核射流的射程（4）校核室内平均风速（5）校核轴心温差衰减§9.5空调房间的气流组织（3）喷口送风特点：喷口送风的喷口截面大，出口风速高，气流射程长，与室内空气强烈掺混，能在室内形成较大的回流区，达到布置少量风口即可满足气流均布的要求，同时具有风管布置简单便于安装、经济等。§9.5空调房间的气流组织喷口送风喷流主要取决于喷口的位置和阿基米德数Ar。喷口与水平方向有一倾角α，向下为正，向上为负。通常送热风时下倾，α大于15º，送冷风时可取α＝0，一般小于15º。§9.5空调房间的气流组织喷口送风气流设计步骤如下：假定喷口直径d0和喷口角度α。根据房间尺寸，计算要求的射程x及射流轨迹的落差y。根据公式,求出Ar。由Ar的定义即，,计算出V0。由d0、v0、单个风口送风量Ls确定喷口个数。计算并校核工作区风速是否满足要求。§9.5空调房间的气流组织