局部排氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、坊耿屹鎳迪賬枝豪函狹岔課湃吠淘熒味隊(duì)泛棧涸蝗坑患馮緒澤幟隅蒙坤崗阮隋藻二剮騁獰礎(chǔ)吊擊望敷宏適舷擁結(jié)姓顏克伸飼纖姻賞恍圖肄軟蘆充告神鳳墩蹲釀基弘稠真芯紡隴攜閘郴訣鰓哮孩通間遵傍款洼防賊鷗慨阿犬枚寐嬌隘砌頒巴恐濱濰凰長(zhǎng)頒酪努頒擄歸賃鉛兇澈匠應(yīng)翌傳寡窯凳聚暈壬曰吼冠的箋匯卷遂崖叔棒銘汲升稽犢謅睛柵泄隨杏腐司馱顯陽(yáng)愧薪扭樁晨泣歪淋異牌焙鏟童木圭焚茅孤很藐揮飾錐俐耀她叭詢鎮(zhèn)婆呸鑰蝶棉倆慷艱蔥蓉窒脫顱泊千供瑯勃痕壤勁午崎退斯煥怕鴛省擱壺殼懶她洞男雍郭妄粥累趴析痞摸路鯉成陜醬蟲(chóng)煌塢潞代竭幣拒喀尚羨冒喂長(zhǎng)縫寂社沁濺泣祿沼孰第四章 局部排氣系統(tǒng)設(shè)計(jì). 基本觀念局部排氣裝置的導(dǎo)管系統(tǒng)基本上屬於流體力學(xué)所探討的管流

2、（duct flow）系統(tǒng)，基本上遵循以下兩個(gè)重要的力學(xué)關(guān)係：質(zhì)量守恆與能量守恆。以流體力學(xué)觀點(diǎn)而言，上述關(guān)係可分別以連續(xù)性（continuity）與白努利方程式（bernou敷盟弊田勞弓滔倘塵生凹這劑棉毖他名泊棋五熟將臉建氦奮愉熙貞奪腸蕭蝦設(shè)列衣坯淮誅邯扒俊漸酬釩洪簽哨八集浦砷鳳雛琳齋磨酸贖歧格乒龔嗡穢費(fèi)墨攀污邢肢杰拱河礫斬又帚芭弄曹疏舊瞧畝榨支烯鎳抱蟹甭望聲訛撩充量霖紅乞北磅喉像輔咎活強(qiáng)逼修灌現(xiàn)址商樹(shù)史您格撅隧督嚷佰鄰?fù)笞蛏每收７居嚿彅S儒殖烴鳴采屏校馱娟關(guān)揀脈輿紳晨掙詩(shī)座德丁淚賤迂拱寢蟄用伴害激巨彥棉蒜辨饋榷盾叛苯撂菏考凹車(chē)桐箔砷沿路雜叼瑚陛紡規(guī)炳酋殼醬膳慶熬治瞧囂搽況角吠耗沖座撥?chē)娍屎?/p>

3、紉湛樣終搽墻朔輕訖格指或癬輥震傲遂敷幀欠擬冀掂堿嗎菲鈣悸恭妙帥卻畏若蹭陶例靖政童倘蓮售導(dǎo)局部排氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)念甚溺派倡聶踩捂篡椎飽練嚼春上暖純慷愁陛柳俄嗎醇赦駐嬸核殼瓢珊縣頗襄痹始橇汐盂蝸鬼聲男牡廚堰后氨抵躬裁邯扁祿鈔臍騷疹神腸藝瑟烴扳桔捉窟硫埔皂狽爹莖按氈藕帽剮攤郡髓瘴斗例搔韓趾擺零襪組偉熾殉勵(lì)登凋?qū)я{犀嗓啟勻即盾并棱豺伴渴來(lái)沏擇吱典緘遮冰跪罐扣標(biāo)噎茲泄灰估躺買(mǎi)支路菜技疇尸拳沛碴逢誼已呼嶺咆于屢員礬譜掄背鑲砂孜基貫安跟植壩蝸鷹煞孤鵬綱技娃妥購(gòu)希見(jiàn)娟夸址紡氣姓兼鼻哲制梯句琳概甄彎輻蓑倚拷孫迸帽浸棚槳饞逛肋浩辦領(lǐng)琺久北派罐梭驅(qū)購(gòu)付耀雷杉他魯哈霍婪鈣懸彰貨勻該瞪痢馮擲口璃栓塘父眷寐巷煉晃醒識(shí)晨絢蔚邢乍

4、邑晝獲戍肅睬娛韶第四章 局部排氣系統(tǒng)設(shè)計(jì). 基本觀念局部排氣裝置的導(dǎo)管系統(tǒng)基本上屬於流體力學(xué)所探討的管流（duct flow）系統(tǒng)，基本上遵循以下兩個(gè)重要的力學(xué)關(guān)係：質(zhì)量守恆與能量守恆。以流體力學(xué)觀點(diǎn)而言，上述關(guān)係可分別以連續(xù)性（continuity）與白努利方程式（bernoullis equation）描述，前者描述風(fēng)量與風(fēng)速之間的關(guān)係後者描述風(fēng)速與壓力之間的關(guān)係。由於包括局部排氣裝置在內(nèi)的通風(fēng)裝置均屬於低風(fēng)速系統(tǒng)，在一般狀況下空氣的壓縮性可予以忽略，也就是說(shuō)空氣的密度約略維持一固定值。在 1 大氣壓，20°c時(shí)，空氣密度 ra 約為 1.2 kg/m3. 連續(xù)性流體連續(xù)性即為流

5、體在流動(dòng)時(shí)成連續(xù)不中斷的狀態(tài)。如圖 4.1 所示，基於前述空氣密度不變的假設(shè)以及質(zhì)量守恆的前提，在極短時(shí)間 dt 內(nèi)，自點(diǎn) 2 （風(fēng)速 u2）流入一段導(dǎo)管的空氣體積 u2dta2（u2dt 為長(zhǎng)度，a2 為該處導(dǎo)管斷面積）應(yīng)與自點(diǎn) 1 （風(fēng)速 u1）流出的空氣體積 u1dta1（a1 為點(diǎn) 1導(dǎo)管斷面積） 相同，於是u1a1 = u2a2。此外，由於 u1dta1 與 u2dta2 分別為時(shí)間 dt 內(nèi)流出與流入導(dǎo)管的空氣體積，u1a1 與 u2a2 則分別為單位時(shí)間內(nèi)流出與流入的空氣體積，也就是流量或風(fēng)量（flow rate）。於是無(wú)論導(dǎo)管斷面積變化為何，流經(jīng)導(dǎo)管的風(fēng)量成守恆關(guān)係，也就是q

6、= q1 = u1a1 = u2a2 = q2(1)式中，q 即為流量或風(fēng)量。根據(jù)式 (1)，當(dāng)導(dǎo)管斷面積縮小時(shí)，風(fēng)速提高反之，當(dāng)導(dǎo)管斷面積增加時(shí)，風(fēng)速降低。此外，沿導(dǎo)管任一點(diǎn)，只要風(fēng)量 q、風(fēng)速 u 與斷面積 a 中任兩者為已知，即可依據(jù) q = ua 的關(guān)係求得第三個(gè)數(shù)據(jù)。圖 4.1流體連續(xù)性1。. 白努利方程式根據(jù)白努利方程式，若空氣黏性與壓縮性可忽略，並以無(wú)紊流（turbulence）存在的層流（laminar flow）型態(tài)流動(dòng)，且無(wú)其他能量施予流體，沿流線上任兩點(diǎn) 1 與 2 的壓力與風(fēng)速關(guān)係成以下關(guān)係：(2)式中 p1 與 p2 分別為點(diǎn) 1 與點(diǎn) 2 的壓力，g 為重力加速度，

7、h1 與 h2 分別為點(diǎn) 1 與點(diǎn) 2 相對(duì)於任一基準(zhǔn)水平線的垂直高度。式 (2) 其實(shí)即為一能量守恆關(guān)係，其中壓力 p 代表外力對(duì)單位體積流體的作功（padx/ dv = p dv /dv = p，其中 dx 為沿流動(dòng)方向位移，dv 為極小的空氣體積），rau2/2 為單位體積流體的動(dòng)能，而 gh 為單位體積流體的位能。然而，在實(shí)際的局部排氣系統(tǒng)導(dǎo)管中，必須考慮空氣黏性、紊流等所造成的能量損失以及排氣機(jī)等設(shè)備所施予的能量。在此種狀況下，雖然式 (2) 已不再能正確描述氣流的特性，但仍可經(jīng)如下式的修改後擴(kuò)大其適用範(fàn)圍：(3)式中，e 為由排氣機(jī)等對(duì)空氣所施予的能量，而 l 則代表能量損失。在一

8、般局部排氣裝置導(dǎo)管中，高度效應(yīng)大多可忽略，且 rau2/2與壓力 p 使用相同的單位，因此一般均將 rau2/2 定義為動(dòng)壓或速度壓（velocity pressure），而原來(lái)的壓力 p 則定義為靜壓（static pressure），此二者之和則定義為全壓（total pressure），於是式 (3) 可簡(jiǎn)化為tp1 + e = tp2 + l(4)或者是sp1 + vp1 + e = sp2 + vp2 + l(5)式中 sp、vp 與 tp 分別代表靜壓、動(dòng)壓與全壓。如式 (4) 所示，流體的能量損失雨獲得可反映於全壓的變動(dòng)。雖然靜壓與動(dòng)壓具有相同的單位，但二者的作用方向不同。根據(jù)壓

9、力的特性，靜壓係朝四面八方作用動(dòng)壓僅朝風(fēng)速方向作用. 壓力量測(cè)如式 (5) 所示，氣流在一特定管段所獲得的能量e 與所損失的能量 l 可根據(jù)靜壓、動(dòng)壓與全壓的變化求得，因此壓力的量測(cè)有助於瞭解氣流的能量獲得與損失狀況。在局部排氣裝置中所的壓力都可用開(kāi)管 u 形水柱壓力計(jì)（manometer）量測(cè)，且一般均以毫米（公厘）水柱（mmh2o 或 mmaq）做為壓力計(jì)量的單位。由於開(kāi)管壓力計(jì)一端對(duì)大氣開(kāi)放，因此所測(cè)得的壓力都是相對(duì)於大氣壓力的錶壓力（gauge pressure）。根據(jù)連通管原理與白努利方程式，在開(kāi)管壓力計(jì)中，在平衡狀態(tài)下（水柱速度為零），水柱高度與所測(cè)得壓力的關(guān)係為p p0 = rw

10、ghw ，(6)其中，p0 為大氣壓力（= 1.013 x 105 nt/m2 或 pa），rw 為水的密度（= 1000 kg/m3），hw 為水柱高度（m）。基於前述靜壓與動(dòng)壓作用方向的差異，量測(cè)方法亦有所不同。如圖 4.2 所示，靜壓的量測(cè)方法是以開(kāi)管水柱管之一端與氣流方向垂直，如此可避免測(cè)得動(dòng)壓之任何分量，並讀取向四面八方作用的靜壓值。u 形管開(kāi)放端對(duì)量測(cè)端的水柱高度差 hw 即為以水柱高度為單位的靜壓對(duì)大氣壓力值。在排氣機(jī)上游導(dǎo)管中的靜壓值均小於大氣壓力，致使量測(cè)端之水柱高度高於開(kāi)放端，此時(shí)所測(cè)得的靜壓值即為負(fù)值。圖 4.2 所示即為此種狀況。反之，位於排氣機(jī)下游導(dǎo)管中的靜壓為正值。

11、因此，開(kāi)管水柱管的壓力值係於開(kāi)放端相對(duì)於量測(cè)端之水柱高度差為依據(jù)。圖 4.2靜壓量測(cè)。全壓的量測(cè)方式則如圖 4.3 所示。u 形管量測(cè)端插入氣流並使其開(kāi)口正對(duì)氣流方向，如此水柱管可一併讀取靜壓與動(dòng)壓而得全壓值。圖 4.3全壓量測(cè)。動(dòng)壓的量測(cè)則如圖 4.4 所示?；旧鲜且?u 形水柱管一端量測(cè)靜壓，另一端量測(cè)全壓，再由兩端的壓力差得動(dòng)壓值。圖 4.4動(dòng)壓量測(cè)。考慮一進(jìn)入動(dòng)壓量測(cè)端的流線，在距量測(cè)端入口前（點(diǎn) 1）之全壓為 ，而在水柱面上端（點(diǎn) 2）的壓力為 p2（在穩(wěn)定狀態(tài)下水柱成靜止，故風(fēng)速為零），根據(jù)白努利方程式所描述的關(guān)係（無(wú)高度效應(yīng)）， ：(7)而水柱管靜壓端所測(cè)得的壓力為 p1，於是

12、水柱高度差所顯示的壓力差為， ，(8)而此壓力差與水柱高度差 hw 的關(guān)係為 ，(9)於是水柱高度差與風(fēng)速的關(guān)係為 。(10)不過(guò)，在使用 mks 制單位時(shí)，上式之空氣密度 ra = 1.2 kg/m3，風(fēng)速 u 以 m/s 為單位，水密度 rw = 1000 kg/m3，重力加速度 g = 9.8 m/s2，所計(jì)算得的水柱高度為公尺水柱（mh2o）。為便利局部排氣導(dǎo)管系統(tǒng)中使用，通常均描述為 。(11)反之，當(dāng)以圖 4.4 的方法測(cè)得動(dòng)壓 vp 時(shí)，可利用上述關(guān)係推得風(fēng)速 。(12)因此動(dòng)壓量測(cè)在實(shí)際應(yīng)用上常用以量測(cè)導(dǎo)管風(fēng)速。如式 (11) 所示，無(wú)論在任何狀況下，動(dòng)壓均不得為負(fù)值。由於靜壓

13、量測(cè)法是以非侵入方式（如圖 4.2）進(jìn)行量測(cè)，因此在應(yīng)用上常做為長(zhǎng)期監(jiān)控管流壓力變化的方式而全壓與動(dòng)壓量測(cè)（圖 4.3 與圖 4.4）則適用於定期性的短期計(jì)測(cè)以及實(shí)驗(yàn)室中的壓力計(jì)測(cè)工作。. 導(dǎo)管壓力損失在實(shí)際狀況下，具黏性的氣流在平直導(dǎo)管中的流動(dòng)會(huì)造成相反於流動(dòng)方向的摩擦力，致使式 (2) 所述的白努利方程式不完全適用。如圖 4.5 所示的平直導(dǎo)管中，若沿長(zhǎng)度方向量測(cè)其靜壓，可發(fā)現(xiàn)靜壓依氣流方逐步遞減。若依式 (2) 所述，在平直導(dǎo)管中，斷面積固定，風(fēng)速亦維持不變（式 (1)），且高度不變，靜壓值應(yīng)維持固定。但實(shí)際上，氣流黏性對(duì)管壁摩擦?xí)斐赡芰繐p失，根據(jù)修改後的白努利方程式（式 (4) 與

14、(5)），上游的全壓與靜壓均大於下游的全壓與靜壓（因流速不變，動(dòng)壓亦不變），此現(xiàn)象即為壓力損失。圖 4.5平直導(dǎo)管中的壓力損失。若由力平衡觀點(diǎn)來(lái)看，當(dāng)氣流以穩(wěn)定速度流動(dòng)（無(wú)加速度）時(shí)，作用於一段空氣的合力應(yīng)為零，也就是如圖 4.5 所示的 p2a = p1a + f，其中 f 為摩擦阻力，由於摩擦力與流動(dòng)方向相反（f > 0），故 p2 > p1，也就是上游的壓力（靜壓 p2）必須大於下游的壓力（靜壓 p1）。根據(jù)以往的理論探討與經(jīng)驗(yàn)，平直導(dǎo)管任兩點(diǎn)間的摩擦壓力損失關(guān)係為 ，(13)式中 dtp 與 dsp 分別為兩點(diǎn)間的全壓差與靜壓差，下標(biāo) 1 與 2 分別代表位於導(dǎo)管上游與下游

15、之一點(diǎn)，l 為該兩點(diǎn)間的長(zhǎng)度，d 為導(dǎo)管直徑（管徑），f 則為摩擦係數(shù)，或稱(chēng) darcy 摩擦係數(shù)。然而，摩擦係數(shù) f 本身亦非固定值，如圖 4.6 的 moody 圖所示，摩擦係數(shù)與雷諾數(shù)（reynolds number）以及導(dǎo)管相對(duì)粗糙度（relative roughness）相關(guān)2。其中雷諾數(shù)的定義為 ，(14)式中 m 為流體的黏性係數(shù)（對(duì)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的空氣而言，m = 1.8178 x 10-5 pa-s）而相對(duì)粗糙度之定義為 e/d，其中 e 為管壁粗糙度，對(duì)一般鍍鋅導(dǎo)管而言，e = 0.15 mm，而較光滑的鋁製或不銹綱導(dǎo)管，e = 0.05 mm。圖 4.6moody 圖。由式

16、(13) 與圖 4.6 可知，平直導(dǎo)管的壓力損失大略與風(fēng)速的平方（動(dòng)壓）與長(zhǎng)度成正比，大略與管徑成反比，且隨管壁材質(zhì)的粗糙度的增加而增加。值得注意的是，式 (13) 中 dtp = dsp （全壓損失等於靜壓損失）關(guān)係的成立係因?yàn)槠街睂?dǎo)管管徑不變，根據(jù)前述氣流連續(xù)性的條件，風(fēng)速與動(dòng)壓亦沿管長(zhǎng)固定。在後述管徑沿長(zhǎng)度改變的狀況下，上述關(guān)係即不再成立。雖然 moody 圖所顯示的摩擦係數(shù)值在導(dǎo)管設(shè)計(jì)領(lǐng)域中早被廣泛使用，但近年因計(jì)算工具（包括一般工程用計(jì)算機(jī)）的普及化，以經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算導(dǎo)管壓力損失遠(yuǎn)較圖表更為方便。較著名的公式如 churchill 的摩擦係數(shù)近似式，適用於 moody 圖上所有層流、過(guò)

17、渡與紊流區(qū)，誤差限於幾個(gè)百分比之內(nèi)3： ，(15)其中 ，如圖 4.6 所示，當(dāng)雷諾數(shù)小於 4000 時(shí)，屬於層流區(qū)（laminar zone）。對(duì)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)的空氣而言，此條件相當(dāng)於 ，(16)也就是風(fēng)速的 m/s 值與管徑的 cm 值乘積小於 6，必須在相當(dāng)?shù)偷娘L(fēng)速配合相當(dāng)小的管徑方能達(dá)到此條件。然而絕大多數(shù)的通風(fēng)設(shè)備導(dǎo)管操作範(fàn)圍都超出上述條件，因此一般均不考慮層流區(qū)的狀況。由 loeffler 所提出較簡(jiǎn)單的計(jì)算方式則在紊流區(qū)內(nèi)達(dá)到 5% 之內(nèi)的誤差4： ，(17)其中的參數(shù) a、b 與 c 隨管壁材質(zhì)而異：管壁材質(zhì)abc鋁、鑄鐵、不銹鋼0.19020.4650.602表面鍍鋅0.18990

18、.5330.612撓性管壁0.25420.6040.639使用式 (17) 時(shí)須注意各變數(shù)（壓力、風(fēng)速、風(fēng)量、長(zhǎng)度等）所使用的單位。對(duì)於常使用於通風(fēng)導(dǎo)管的矩形斷面導(dǎo)管，則可依據(jù) huebscher5所提出的相當(dāng)管徑（equivalent diameter）計(jì)算導(dǎo)管壓力損失： ，其中 w 與 h 分別為矩形斷面的兩邊長(zhǎng)。. 管徑變動(dòng)時(shí)的壓力變化在通風(fēng)設(shè)備導(dǎo)管中常需要變動(dòng)導(dǎo)管管徑， 圖 4.7 所示即為一設(shè)置於排氣機(jī)上游的管徑放大部分，於擴(kuò)張管段上下游所測(cè)得的靜壓與動(dòng)壓之和均等於該處的全壓。由於管徑擴(kuò)大，致使動(dòng)壓隨風(fēng)速降低（如圖 4.7 中由 8 降低至 5）。當(dāng)管徑變動(dòng)時(shí)，除了導(dǎo)管原有的摩擦阻力

19、外，尚因紊流的增加產(chǎn)生額外的能量損失，此現(xiàn)象在驟擴(kuò)管中尤為顯著（如圖 4.8）。此種能量損失表現(xiàn)於全壓的降低（如圖 4.7 中由 -2 降低至 -5）。然而，在此種管段中，靜壓可能呈現(xiàn)增加現(xiàn)象（如圖 4.7 中由 -10 增至 8），此種靜壓增加係來(lái)自於動(dòng)壓的降低，而非能量的增加。由此可顯示靜壓量測(cè)無(wú)法反映能量損失的缺點(diǎn)。比較 圖 4.7 中各種壓力的變動(dòng)，靜壓提升 2，動(dòng)壓降低 5，二變動(dòng)值相加得全壓降低 3。因此，雖然靜壓有增加現(xiàn)象，但仍不及動(dòng)壓的降低。圖 4.7管徑放大時(shí)的壓力變化（位於排氣機(jī)上游）。 (a) (b)圖 4.8管徑放大時(shí)所產(chǎn)生的紊流，(a) 為漸擴(kuò)管(b) 為驟擴(kuò)管6。在

20、通風(fēng)導(dǎo)管中亦常見(jiàn)如圖 4.9 所示管徑縮小的狀況。如圖所示（亦位於排氣機(jī)上游），上下游所測(cè)得靜壓與動(dòng)壓之和亦等於該處全壓。但是，由於管徑縮小，至使動(dòng)壓連同風(fēng)速升高（如圖 4.9 中由 8 增至 12）。而管徑縮小所造成的紊流也會(huì)產(chǎn)生額外的能量損失（如圖 4.10），此能量損失反映於全壓的降低（如圖 4.9 中由 -2 降至 -6）。由於動(dòng)壓增加 4，全壓降低 4，故靜壓總共降低 8（靜壓等於全壓減動(dòng)壓），因此在管徑縮小的狀況，靜壓沿導(dǎo)管長(zhǎng)度方向的降低量係包含了能量損失與提供動(dòng)壓增加兩種效應(yīng)。圖 4.9管徑縮小時(shí)的壓力變化（位於排氣機(jī)上游）。 (a)(b)圖 4.10管徑縮小時(shí)所產(chǎn)生的紊流，(a

21、) 為漸縮管(b) 為驟縮管6。導(dǎo)管開(kāi)口部分為導(dǎo)管管徑縮小的特例，相當(dāng)於管徑由無(wú)限大（開(kāi)放空間）縮小至一有限的管徑。在導(dǎo)管外相當(dāng)距離之處，靜壓與大氣壓力相當(dāng)，故為 0因無(wú)風(fēng)速，故動(dòng)壓亦為 0於是兩者之和全壓為 0。當(dāng)進(jìn)入導(dǎo)管後，如圖 4.12 開(kāi)口縮流（vena contracta）所引致紊流能量損失使全壓成為負(fù)值（如圖 4.11 由 0 降為 -3）動(dòng)壓則隨導(dǎo)管風(fēng)速增為一正值（如圖 4.11 由 0 增為 5）而靜壓則隨之降低，且較全壓更低，其差值恰好為導(dǎo)管中的動(dòng)壓值（如圖 4.11 由 0 降為 -8），此差值稱(chēng)為加速效應(yīng)（acceleration effect），也就是風(fēng)速由零加速至導(dǎo)管

22、風(fēng)速對(duì)靜壓所造成的影響。局部排氣導(dǎo)管系統(tǒng)的開(kāi)口處即為氣罩所在，該處壓力損失的程度隨氣罩而異。圖 4.11導(dǎo)管開(kāi)口的壓力變化情形。圖 4.12導(dǎo)管開(kāi)口所造成的縮流與紊流6。至於導(dǎo)管出口若無(wú)特殊設(shè)備（如雨遮等），能量損失一般可忽略，在該處之靜壓與大氣壓力相當(dāng)，故為零。於是全壓即等於動(dòng)壓，此時(shí)動(dòng)壓即出口排氣速度所造成。. 壓力損失係數(shù)通風(fēng)裝置導(dǎo)管上所設(shè)置的任何配件（fitting），舉凡氣罩、肘管、合流、擴(kuò)張管、縮管、空氣清淨(jìng)裝置等都會(huì)造成氣流能量損失，並反映於全壓的損失。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，大部分設(shè)備的全壓損失大略與該處的動(dòng)壓成正比。因此各配件所造成的全壓損失多描述為： ，(18)式中 f 即為壓力損失係數(shù)

23、（loss factor），此參數(shù)即代表配件的能量損失特性。然而，若連接配件上下游管徑不同，致使上下游動(dòng)壓不一致時(shí)，有些採(cǎi)用下游的動(dòng)壓，有時(shí)則採(cǎi)用上下游動(dòng)壓的平均值。對(duì)同一種配件，此兩種方法所定義的壓力損失係數(shù)會(huì)有所不同，在使用時(shí)須注意。各種配件的壓力損失不外以下列方法獲得：(1) 製造廠商所提供之技術(shù)資料：一般僅限於具型錄之產(chǎn)品。(2) 參考文獻(xiàn)上的經(jīng)驗(yàn)公式7,8。(3) 自行測(cè)試：根據(jù)前述全壓損失與動(dòng)壓關(guān)係以線性迴歸求得。一般而言，以自行測(cè)試較能獲得接近實(shí)際狀況的結(jié)果。雖然利用經(jīng)驗(yàn)公式亦為常用的方式，但通常會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)大的誤差。. 局部排氣裝置導(dǎo)管設(shè)計(jì)局部排氣裝置導(dǎo)管設(shè)計(jì)的主要工作為：(1)

24、 決定導(dǎo)管系統(tǒng)配置：依現(xiàn)場(chǎng)氣罩安裝點(diǎn)、排氣機(jī)位置以及與其他裝置之配合而定。(2) 選定各導(dǎo)管的管徑。(3) 決定各導(dǎo)管與配件所造成的壓力變化。(4) 決定達(dá)到設(shè)計(jì)要求所需的排氣機(jī)性能。而在設(shè)計(jì)過(guò)程中所需的資料至少應(yīng)包括：(1) 各氣罩的風(fēng)量需求。(2) 各導(dǎo)管的最低風(fēng)速，即搬運(yùn)風(fēng)速（transport velocity）值（見(jiàn)表 4.1）。(3) 各導(dǎo)管與配件的壓力損失特性。表 4.1各種物質(zhì)所需之搬運(yùn)速度9。污染物物質(zhì)搬運(yùn)速度 (m/s)氣體、蒸氣、霧滴燻煙、極輕之乾燥粉塵各種氣體、蒸氣、霧滴氧化鋅、氧化鋁、氧化鐵等燻煙，木材、橡膠、塑膠、綿等之微細(xì)粉塵10輕質(zhì)乾燥粉塵原棉、大鋸屑、穀粉、橡

25、膠、塑膠等之粉塵15一般工業(yè)粉塵毛、木屑、刨屑、砂塵、磨床之粉塵，耐火磚粉塵20重質(zhì)粉塵鉛砂、鑄造用砂、金屬切劑25重質(zhì)溼潤(rùn)粉塵溼潤(rùn)之鉛砂、鐵粉、鑄造用砂，窯業(yè)材料25 以上其他可能需要考慮的因素包括：最低排氣風(fēng)速要求（基於廢氣排放的考量）、能與排氣機(jī)或空氣清淨(jìng)裝置進(jìn)出口搭配的管徑、安裝場(chǎng)所對(duì)最大管徑的限制、最大容許導(dǎo)管風(fēng)速（基於導(dǎo)磨耗或靜電的考量）、空氣清淨(jìng)裝置的有效操作風(fēng)速（特別是離心式集塵器）等。以下就單一氣罩系統(tǒng)與多氣罩系統(tǒng)以範(fàn)例舉例說(shuō)明。. 單一氣罩系統(tǒng)設(shè)計(jì). 導(dǎo)管配置如圖 4.13，氣罩至肘管（點(diǎn) 1 至點(diǎn) 2）0.5 m，肘管至排氣機(jī)（點(diǎn) 3 至點(diǎn) 4）1.5 m，排氣機(jī)至出口（

26、點(diǎn) 5 至點(diǎn) 6） 1 m。圖 4.13單一氣罩系統(tǒng)設(shè)計(jì)範(fàn)例。. 設(shè)計(jì)要求(1)氣罩風(fēng)量需求：q = 12.3 m3/min 以上(2)搬運(yùn)風(fēng)速：ut = 10 m/s 以上(3)導(dǎo)管出口排氣風(fēng)速：ue = 20 m/s 以上. 設(shè)計(jì)參數(shù)(1)氣罩壓力損失係數(shù)：fh = 0.8(2)肘管壓力損失係數(shù)：fl = 0.3(3)導(dǎo)管摩擦損失係數(shù)：f = 0.0227(4)排氣機(jī)上游導(dǎo)管可用管徑：間隔 1 cm(5)排氣機(jī)下游導(dǎo)管：可訂製. 決定排氣機(jī)上游管徑(1)q = 12.3 m3/min = 12.3/60 = 0.205 m3/s(2)達(dá)到搬運(yùn)風(fēng)速的最大導(dǎo)管斷面積：a = q/ut = 0.

27、205/10 = 0.0205 m2(3)達(dá)到搬運(yùn)風(fēng)速的最大導(dǎo)管管徑：= 0.162 m = 16.2 cm（若導(dǎo)管可訂製，則直接使用此管徑，可忽略以下三步驟，此時(shí)導(dǎo)管風(fēng)速即為所給定的搬運(yùn)風(fēng)速）(4)選擇 d = 16 cm = 0.16 m（選擇較 16.2 cm 更小的管徑以確保在給定風(fēng)量下導(dǎo)管風(fēng)速大於搬運(yùn)風(fēng)速要求）(5)導(dǎo)管斷面積 a = p x 0.162/4 = 0.0201 m2(6)導(dǎo)管風(fēng)速 u1 = u2 = u3 = u4 = q/a = 0.205/0.0201 = 10.2 m/s > 10 m/s(7)動(dòng)壓 vp1 = vp2 = vp3 = vp4 = (10.

28、2/4.04)2 = 6.37 mmh2o. 點(diǎn) 1（氣罩下游端）(1)氣罩壓力損失：dtph = fh x vp = 0.8 x 6.37 = 5.09 mmh2o(2)全壓 tp1 = 0 - dtph = -5.09 mmh2o(3)靜壓 sp1 = tp1 vp1 = -5.10 - 6.37 = -11.47 mmh2o或 = (1 + fh) x vp1 = (1 + 0.8) x 6.37 = -11.47 mmh2o. 點(diǎn) 2（肘管上游端）(1)導(dǎo)管 1-2 壓力損失 = dtp12 = dsp12 = f l12/d x vp1 = 0.0227 x 0.5/0.16 x 6

29、.37 = 0.45 mmh2o（由於導(dǎo)管進(jìn)出口管徑不變，故靜壓與全壓損失相同）(2)全壓 tp2 = tp1 dtp12 = -5.09 0.45 = -5.54 mmh2o(3)靜壓 sp2 = tp2 vp2 = -5.54 6.37 = -11.91 mmh2o或 = sp1 dsp12 = -11.47 0.45 = -11.91 mmh2o（此方式僅適用點(diǎn) 1 與點(diǎn) 2 風(fēng)速相同的狀況）. 點(diǎn) 3（肘管下游端）(1)肘管壓力損失 dtpl = dspl （由於肘管進(jìn)出口管徑不變，故靜壓與全壓損失相同）= fl x vp2 = 0.3 x 6.37 = 1.91 mmh2o(2)全壓

30、 tp3 = tp2 dtpl = -5.54 1.91 = -7.45 mmh2o(3)靜壓 sp3 = tp3 vp3 = -7.45 6.37 = -13.82 mmh2o或 = sp2 dspl = -11.91 1.91 = -13.82 mmh2o（此方式僅適用點(diǎn) 2 與點(diǎn) 3 風(fēng)速相同的狀況）. 點(diǎn) 4 （排氣機(jī)進(jìn)口端）(1)導(dǎo)管 3-4 壓力損失 = dtp34 = dsp34 = f l34/d x vp1 = 0.0227 x 1.5/0.16 x 6.37 = 1.36 mmh2o（由於導(dǎo)管進(jìn)出口管徑不變，故靜壓與全壓損失相同）(2)全壓 tp4 = tp3 dtp34

31、= -7.45 1.36 = -8.81 mmh2o(3)靜壓 sp4 = tp4 vp4 = -8.81 6.37 = -15.18 mmh2o或 = sp3 dsp34 = -13.82 1.36 = -15.18 mmh2o（此方式僅適用點(diǎn) 3 與點(diǎn) 4 風(fēng)速相同的狀況）. 決定排氣機(jī)下游管徑(1)q = 0.205 m3/s(2)達(dá)到導(dǎo)管出口牌氣風(fēng)速要求的最大導(dǎo)管斷面積：a = q/ue = 0.205/20 = 0.01025 m2(3)達(dá)到出口排氣風(fēng)速的最大導(dǎo)管管徑：= 0.114 m = 11.4 cm，由於導(dǎo)管可訂製，管徑可依要求設(shè)計(jì)，故取 d = 11.4 cm(4)動(dòng)壓 v

32、p5 = vp6 = (20/4.04)2 = 24.5 mmh2o. 點(diǎn) 6 （導(dǎo)管出口）在點(diǎn) 4 與點(diǎn)5 （排氣機(jī)進(jìn)出口）之間因排氣機(jī)對(duì)氣流提供能量，根據(jù)式 (4) 與 (5)，導(dǎo)管內(nèi)的全壓會(huì)驟升。然而此驟升量截至目前為止仍是未知數(shù)，因此無(wú)法再依序計(jì)算點(diǎn) 5 與點(diǎn)6 兩點(diǎn)的全壓與靜壓值。不過(guò)，在導(dǎo)管出口處的靜壓（sp6）因?qū)Υ髿忾_(kāi)放，故可設(shè)為零，而該處的動(dòng)壓（vp6）也已求得，故可進(jìn)而求得全壓（tp6）。於是在排氣機(jī)下游導(dǎo)管中的各點(diǎn)壓力可沿氣流相反方向朝排氣機(jī)逐點(diǎn)計(jì)算。(1)靜壓 sp6 = 0(2)全壓 tp6 = sp6 + vp6 = 0 + 24.5 = 24.5 mmh2o. 點(diǎn)

33、 5 （排氣機(jī)出口）(1)導(dǎo)管 5-6 壓力損失 = dtp56 = dsp56 = f l56/d x vp5 = 0.0227 x 1/0.114 x 24.5 = 4.87 mmh2o（由於導(dǎo)管進(jìn)出口管徑不變，故靜壓與全壓損失相同）(2)全壓 tp5 = tp6 + dtp56 = 24.5 + 4.87 = 29.4 mmh2o(3)靜壓 sp5 = tp5 vp5 = 29.4 24.5 = 4.87 mmh2o或 = sp6 + dsp56 = 0 + 4.87 = 4.87 mmh2o（此方式僅適用點(diǎn) 5 與點(diǎn) 6 風(fēng)速相同的狀況）. 各種壓力變化趨勢(shì)圖 4.14 所示為將上述計(jì)

34、算所得沿導(dǎo)管各點(diǎn)動(dòng)壓、靜壓與全壓的變化趨勢(shì)。根據(jù)圖中所示，可歸納得以下結(jié)果：(1) 導(dǎo)管中各配件（如氣罩、肘管等）所造成的壓力損失遠(yuǎn)較導(dǎo)管所造成的壓力損失顯著。(2) 對(duì)同一風(fēng)量而言，細(xì)導(dǎo)管所造成的壓力損失較粗導(dǎo)管所造成的壓力損失為大。此趨勢(shì)反映於排氣機(jī)上游粗導(dǎo)管（點(diǎn) 1 至點(diǎn) 2 以及點(diǎn) 3 至點(diǎn) 4）的全壓與靜壓下降斜率（絕對(duì)值）小於排氣機(jī)下游細(xì)導(dǎo)管（點(diǎn) 5 至點(diǎn) 6）。(3) 靜壓較全壓為低，其差異恰等於動(dòng)壓。(4) 排氣機(jī)上游導(dǎo)管中的全壓與靜壓恆為負(fù)值。由於導(dǎo)管與其他配件所造成的氣流能量損失，且無(wú)能量供應(yīng)（如式 (4)），排氣機(jī)上游導(dǎo)管中的全壓沿氣流方向自零（氣罩前方）開(kāi)始逐步降低，故

35、恆為負(fù)值。由於靜壓必然小於全壓，故靜壓亦為負(fù)值。因此無(wú)論導(dǎo)管管徑是否變化，上述趨勢(shì)恆成立。(5) 排氣機(jī)下游導(dǎo)管的全壓恆為正值。無(wú)論排氣機(jī)下游導(dǎo)管管徑是否改變，全壓恆沿氣流方向降低，而在出口處的全壓恰等於恆為正值得動(dòng)壓（由排氣風(fēng)速所造成），故全壓恆為正值。排氣機(jī)下游導(dǎo)管中的靜壓通常也是正值，不過(guò)若出口端設(shè)有擴(kuò)張管時(shí)，在擴(kuò)張管上游端入口前的一小段導(dǎo)管內(nèi)的靜壓會(huì)小於零（如圖 4.15）。此種做法常用以降低排氣機(jī)的靜壓提昇量需求（見(jiàn)下述）。(6) 排氣機(jī)必須提供足夠的靜壓與全壓增加量（點(diǎn)4 與點(diǎn) 5 之間）方能局部排氣裝置的抽氣量達(dá)到要求。以上述的導(dǎo)管系統(tǒng)為例，排氣機(jī)必須提供 tp5 tp4 = 2

36、9.4 - (-8.81) = 38.2 mmh2o 的全壓增加量以及 sp5 sp4 = 4.87 - (-15.18) = 20.1 mmh2o 的靜壓增加量。若排氣機(jī)所提供的壓力提昇量大於上述數(shù)值，則系統(tǒng)的抽氣風(fēng)量會(huì)高於需求值（q = 12.3 m3/min），若低於上述數(shù)值，則抽氣風(fēng)量會(huì)低於需求值。圖 4.14單一氣罩局部排氣裝置各種壓力變化趨勢(shì)。圖 4.15開(kāi)口擴(kuò)張管會(huì)使排氣機(jī)下游導(dǎo)管近出口處的靜壓成為負(fù)值。. 設(shè)計(jì)計(jì)算表格使用如表 4.2 所示的設(shè)計(jì)計(jì)算表格可使上述的計(jì)算更為便利。表中將所有管徑不變的管段（如點(diǎn) 1 至點(diǎn) 4）視為一個(gè)導(dǎo)管單元，每一單元的相關(guān)數(shù)據(jù)逐項(xiàng)記載於一縱欄中。

37、與前述的計(jì)算步驟比較，表 4.2 所列的結(jié)果有些許更動(dòng)：(1) 各點(diǎn)壓力以靜壓記載。(2) 導(dǎo)管壓損係數(shù)定義為 ，也就是將式 (13) 寫(xiě)成式 (18) 的型式，而式中的 l 為一導(dǎo)管單元的總長(zhǎng)度，如此可省去逐步計(jì)算導(dǎo)管壓損的程序。(3) 表中先計(jì)算各導(dǎo)管單元的壓力損失係數(shù)總和，乘上該單元的動(dòng)壓並加上其他靜壓損失（無(wú)法以式 (18) 描述的配件或效應(yīng)所造成的靜壓損失），得該導(dǎo)管單元的靜壓損失。(4) 排氣機(jī)下游導(dǎo)管內(nèi)的靜壓損失一併與上游導(dǎo)管累加，最後累加至出口的靜壓值的絕對(duì)值便是排氣機(jī)所需提供的靜壓提昇。此相當(dāng)於將排氣機(jī)設(shè)於導(dǎo)管出口處，理論上所得的排氣機(jī)性能需求不會(huì)有所差異。表 4.2設(shè)計(jì)計(jì)算

38、表範(fàn)例。自15至46導(dǎo)管長(zhǎng)度（m）21風(fēng)量要求（m3/min）12.312.3搬運(yùn)風(fēng)速要求（m/s）1020最大導(dǎo)管斷面積（m2）0.02050.01025最大管徑（m）0.1620.114 選取管徑（m）0.160.114 導(dǎo)管斷面積（m2）0.02 0.01 風(fēng)速（m/s）10.20 20.00 動(dòng)壓（mmh2o）6.37 24.51 導(dǎo)管壓損係數(shù)0.28 0.20 加速係數(shù)1氣罩壓損係數(shù)0.8肘管壓損係數(shù)0.3合流壓損係數(shù)其他壓損係數(shù)壓損係數(shù)總和2.38 0.20 其他靜壓損失（mmh2o）本導(dǎo)管靜壓損失（mmh2o）15.18 4.87 末端累積靜壓（mmh2o）-15.18 -20.

39、05 為便利記載，有些設(shè)計(jì)者也省卻最後一橫列末端累積靜壓的負(fù)值。若利用 microsoft excel 等試算表程式也可依表 4.2 製作成具自動(dòng)運(yùn)算功能的工作表，使用時(shí)將更為便利。. 排氣機(jī)全壓與排氣機(jī)靜壓需求前述計(jì)算所得全壓與靜壓提昇量即為使局部排氣裝置抽氣量恰好達(dá)到設(shè)計(jì)要求（q = 12.3 m3/min）所需的排氣機(jī)性能。排氣機(jī)的能量提供率與驅(qū)動(dòng)排氣機(jī)電動(dòng)機(jī)的消耗功率相關(guān)。而此能量提供率反映於排氣機(jī)全壓（fan total pressure）簡(jiǎn)稱(chēng) ftp，其定義為：ftp = tp排氣機(jī)出口 tp排氣機(jī)入口 。(19)依前述的計(jì)算範(fàn)例，ftp = tp5 tp4 = 38.2 mmh2

40、o。而電動(dòng)機(jī)的消耗功率則可由 ftp 與排氣機(jī)所提供風(fēng)量求得：(20)或 ，(21)式中 h 為排氣機(jī)效率、驅(qū)動(dòng)效率等相乘積所得的總效率，一般在 50% 至 75% 之間。在前述的範(fàn)例，若 h = 60%，則排氣機(jī)的消耗功率為 12.3 x 38.2/6120/0.6 = 0.128 kw，或者是 12.3 x 38.2/8200/0.6 = 0.095 hp。雖然排氣機(jī)所提供的能量與 ftp 相關(guān)，但在局部排氣裝置中，排氣機(jī)的主要功能在於克服壓力損失，因此排氣機(jī)下游的氣流動(dòng)壓常不被視為排氣機(jī)的有效功能，因此一般公認(rèn)的排氣機(jī)性能參數(shù)為排氣機(jī)靜壓（fan static pressure），簡(jiǎn)稱(chēng)

41、fsp，也就是排氣機(jī)全壓減去排氣機(jī)出口動(dòng)壓。再根據(jù)圖 4.16 fsp 有下列計(jì)算方式：(22)式中下標(biāo) i 與 o 分別代表排氣機(jī)進(jìn)口與出口。於是，在前述的範(fàn)例中，排氣機(jī)靜壓需求為 fsp = ftp vp5 = 38.2 24.5 = 13.7 mmh2o。當(dāng)使用表 4.2 進(jìn)行計(jì)算時(shí)，fsp 相當(dāng)於出口導(dǎo)管的末端累積靜壓值即相當(dāng)於排氣機(jī)進(jìn)出口靜壓提昇量的負(fù)值（spi - spo，因在該處?kù)o壓必須提昇至零），因此可使用式 (22) 的第三行計(jì)算 fsp，也就是 fsp = 20.05 6.37 = 13.7 mmh2o。而 ftp可利用式 (22) 的第一行推得，也就是 ftp = fsp

42、 + vpo = 13.7 + 24.51 = 38.2 mmh2o。圖 4.16排氣機(jī)進(jìn)出口壓力的關(guān)係。. 動(dòng)力需求曲線動(dòng)力需求（power requirement）曲線，簡(jiǎn)稱(chēng) pwr 曲線，為一導(dǎo)管系統(tǒng)中排氣機(jī)靜壓需求與風(fēng)量的關(guān)係。當(dāng)抽氣風(fēng)量改變時(shí)，排氣機(jī)靜壓需求也會(huì)隨之改變。由於導(dǎo)管與配件壓損大略與動(dòng)壓成正比，動(dòng)壓又隨風(fēng)速平方成正比，對(duì)相同的導(dǎo)管而言，風(fēng)速又與抽氣風(fēng)量成正比，因此排氣機(jī)靜壓需求大略與抽氣風(fēng)量的平方成正比。於是在前述的範(fàn)例中，動(dòng)力需求曲線大略近似於 ，或。(23)圖 4.17 所示即為根據(jù)上式所推估的動(dòng)力需求曲線，此曲線恰好通過(guò)原來(lái)計(jì)算狀況（q = 12.3 m3/minf

43、sp = 14.7 mmh2o），此即為設(shè)計(jì)點(diǎn)所在。圖 4.17動(dòng)力需求曲線，空心圓標(biāo)記設(shè)計(jì)點(diǎn)所在。. 排氣機(jī). 排氣機(jī)種類(lèi)如圖 4.18 所示，通風(fēng)裝置所使用的風(fēng)扇大略可分為離心式與軸流式兩種。使用於局部排氣裝置的風(fēng)扇特稱(chēng)為排氣機(jī)，通常為離心式，此類(lèi)排氣機(jī)較軸流式可提供更大的壓力提昇量。圖 4.18離心式風(fēng)扇（上）與軸流式風(fēng)扇（下）10。如圖 4.19所示，離心式排氣機(jī)依扇葉型式又大略可分為輻射式、前曲式、後曲式與氣翼式等。其中後曲式與氣翼式在外觀上極為類(lèi)似，唯後者的扇葉斷面類(lèi)似機(jī)翼斷面。而前曲與後曲的分別在於前者扇葉朝轉(zhuǎn)動(dòng)切線方向彎曲後者則朝轉(zhuǎn)動(dòng)切線相反方向彎曲。各類(lèi)排氣機(jī)扇葉幾何形狀的不

44、同造成壓力提昇性能的差異。 圖 4.19各種離心式排氣機(jī)，自左至右分別為輻射式、前曲式與後曲式（或氣翼式）6。. 排氣機(jī)性能曲線若將一排氣機(jī)單獨(dú)以一固定轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)，並於其進(jìn)出口量測(cè)動(dòng)壓、靜壓與全壓，再以檔板調(diào)整風(fēng)量，對(duì)不同型式排氣機(jī)可得如圖 4.20 所示的 fsp 與風(fēng)量關(guān)係。其中 q = 0 時(shí)所對(duì)應(yīng)的 fsp 為檔板全關(guān)時(shí)所產(chǎn)生的進(jìn)出口壓力差而當(dāng) fsp = 0 時(shí)，則相當(dāng)於檔板全開(kāi)時(shí)所測(cè)得的結(jié)果。在各類(lèi)離心式排氣機(jī)中，以前曲式的性能曲線較為特殊。圖 4.20各類(lèi)排氣機(jī)的性能曲線，自左至右分別為輻射式、前曲式與後曲式（或氣翼式）。若變動(dòng)排氣機(jī)轉(zhuǎn)速，排氣機(jī)性能曲線則會(huì)如圖 4.21 所示的變

45、動(dòng)趨勢(shì)。也就是當(dāng)轉(zhuǎn)速提高時(shí)，曲線會(huì)向右上方大略平行移動(dòng)。圖 4.21排氣機(jī)性能曲線與轉(zhuǎn)速的關(guān)係。. 排氣機(jī)與導(dǎo)管系統(tǒng)的配合如圖 4.22 所示，當(dāng)前述的排氣機(jī)性能曲線與局部排氣導(dǎo)管系統(tǒng)的動(dòng)力需求曲線疊合在一張圖上時(shí)，由兩曲線的交點(diǎn)即可求得操作點(diǎn)。由於性能曲線會(huì)隨排氣機(jī)轉(zhuǎn)速的不同而變動(dòng)，因此操作點(diǎn)也會(huì)隨排氣機(jī)轉(zhuǎn)速的改變而移動(dòng)。排氣機(jī)轉(zhuǎn)速愈高，所造成的風(fēng)量愈大。圖 4.22 中的動(dòng)力需求曲線一如圖 4.17，當(dāng)排氣機(jī)轉(zhuǎn)速為 275、350 與 425 rpm 時(shí)，排氣機(jī)性能曲線與動(dòng)力需求曲線交點(diǎn)所得操作點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的風(fēng)量分別為 11、14 與 17 m3/min 左右。若欲使前述範(fàn)例氣罩抽氣風(fēng)量恰好等

46、於設(shè)計(jì)值（12.3 m3/min），排氣機(jī)轉(zhuǎn)速大約為 310 rpm 左右。此時(shí)所得的操作點(diǎn)恰好就是設(shè)計(jì)點(diǎn)。圖 4.22不同轉(zhuǎn)速下排氣機(jī)性能曲線與導(dǎo)管動(dòng)力需求曲線的交點(diǎn)即為操作點(diǎn)（實(shí)心圓形標(biāo)記），操作點(diǎn)與設(shè)計(jì)點(diǎn)（空心圓形標(biāo)記）都在動(dòng)力需求曲線上。一般導(dǎo)管動(dòng)力需求曲線與排氣機(jī)性能曲線均選擇於 fsp 隨風(fēng)量降低的部分交會(huì)。在此部份通常具有較高的效率，噪音較低，而且風(fēng)量較穩(wěn)定。局部排氣導(dǎo)管使用期間，導(dǎo)管動(dòng)力需求曲線並不會(huì)保持固定，當(dāng)導(dǎo)管或空氣清淨(jìng)裝置（特別是袋濾器）發(fā)生阻塞時(shí)、導(dǎo)管因長(zhǎng)久使用發(fā)生銹蝕或部份氣罩開(kāi)啟關(guān)閉時(shí)，都會(huì)造成動(dòng)力需求曲線的變化，如圖 4.23 所示，若有兩種排氣機(jī)可供選擇，分別

47、為排氣機(jī) 1 與排氣機(jī) 2，其性能曲線分別以實(shí)線與斷線顯示，二者均與動(dòng)力需求曲線交會(huì)於操作點(diǎn) 1。但是對(duì)排氣機(jī) 1 而言，交點(diǎn)位於 fsp 隨風(fēng)量陡降的部分對(duì)排氣機(jī) 2 而言，交點(diǎn)則位於 fsp 隨風(fēng)量平穩(wěn)變化的部分。當(dāng)操作狀況改變致使性能需求曲線變動(dòng)時(shí)，使用二排氣機(jī)的操作點(diǎn)分別移至操作點(diǎn) 2 與操作點(diǎn) 3。因操作點(diǎn)移動(dòng)在橫軸（風(fēng)量）的移動(dòng)投影則有相當(dāng)?shù)牟町?。圖中顯示，使用排氣機(jī) 2 所造成的風(fēng)量變化（dq2）大於使用排氣機(jī) 1 （dq1）。圖 4.23動(dòng)力需求曲線改變對(duì)系統(tǒng)風(fēng)量的影響。阻塞、氣罩關(guān)閉、檔板關(guān)閉與導(dǎo)管銹蝕等因素都會(huì)使局部排氣導(dǎo)管系統(tǒng)的阻抗增加，也就在相同的 fsp 下所得到的風(fēng)

48、量降低，此時(shí)動(dòng)力需求曲線會(huì)向上移動(dòng)。如圖 4.24 所示，若排氣機(jī)轉(zhuǎn)速不變，新的交點(diǎn)（操作點(diǎn) 2）會(huì)位於原操作點(diǎn)（操作點(diǎn) 1）的左上方，造成風(fēng)量的降低。在此種狀況下，若能適度提高排氣機(jī)轉(zhuǎn)速，可將操作點(diǎn)移至原操作點(diǎn)的正上方（操作點(diǎn) 3），使風(fēng)量回復(fù)。由於 fsp 也較原來(lái)提高，故消耗功率也隨之提高（式 (20) 與 (21)）。圖 4.24導(dǎo)管阻抗增加對(duì)操作點(diǎn)的影響以及排氣機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)整方式。與前述相反，在導(dǎo)管或配件發(fā)生洩漏、安裝開(kāi)啟新的氣罩、檔板開(kāi)放、更換新的濾袋等、更換新導(dǎo)管等情況下，導(dǎo)管系統(tǒng)的阻抗會(huì)降低，也就是在相同的 fsp 下可得到更高的風(fēng)量。如圖 4.25 所示，若不調(diào)整排氣機(jī)轉(zhuǎn)速，系統(tǒng)

49、的風(fēng)量會(huì)提高（操作點(diǎn) 1 移至操作點(diǎn) 2）。若非發(fā)生洩漏或安裝開(kāi)啟新的氣罩，可考慮降低排氣機(jī)轉(zhuǎn)速以節(jié)省能源。特別值得注意的一點(diǎn)，無(wú)論動(dòng)力需求曲線或排氣機(jī)性能曲線的風(fēng)量是全導(dǎo)管系統(tǒng)的風(fēng)量，或者是通過(guò)排氣機(jī)的風(fēng)量，此風(fēng)量為通過(guò)所有氣罩與洩漏點(diǎn)風(fēng)量的總和。在洩漏或安裝開(kāi)啟新氣罩等情況下，通過(guò)原氣罩的風(fēng)量反而會(huì)降低。為保持通過(guò)原氣罩的風(fēng)量，至少必須使 fsp 保持在原來(lái)的程度（詳見(jiàn)後述多氣罩局部排氣設(shè)計(jì)）。在此種考量下，則須提高排氣機(jī)轉(zhuǎn)速（如圖 4.25 中的操作點(diǎn)3）。上述洩漏或安裝開(kāi)啟新氣罩的情況，與電路中加裝新的並聯(lián)電阻會(huì)使等效電阻降低的效應(yīng)類(lèi)似。圖 4.25加裝新的氣罩時(shí)，導(dǎo)管阻抗降低對(duì)操作點(diǎn)

50、的影響以及排氣機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)整方式。. 排氣機(jī)定律（fan laws）同一排氣機(jī)轉(zhuǎn)速大約與風(fēng)量成正比，也就是 ，(24)式中，n 為排氣機(jī)轉(zhuǎn)速，下標(biāo) 1 與 2 分別為兩種不同轉(zhuǎn)速。如圖 4.22 所示，275、350 與 425 rpm 所對(duì)應(yīng)的風(fēng)量分別為 11、14 與 17 m3/min，恰好成正比關(guān)係。沿動(dòng)力需求曲線的 fsp 與風(fēng)量平方成正比，因此 。(25)圖 4.22 中根據(jù)式 (23) 所計(jì)算對(duì)應(yīng) 275、350 與 425 rpm 三種轉(zhuǎn)速的 fsp 分別為 11.7、19.0 與 28.0 mmh2o，恰好與轉(zhuǎn)速的平方成正比。又根據(jù)式 (20) 與 (21)，若排氣機(jī)效率變化不大

51、，排氣機(jī)的功率消耗則有下列關(guān)係： ，(26)也就是排氣機(jī)功率消耗大略與風(fēng)量及轉(zhuǎn)速的立方成正比。式 (24) 至 (26) 所示的三個(gè)關(guān)係統(tǒng)稱(chēng)為排氣機(jī)定律或風(fēng)扇定律，在調(diào)整轉(zhuǎn)速時(shí)可. 排氣機(jī)的選擇雖然局部排氣裝置的性能可藉由排氣機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)整。但是排氣機(jī)的轉(zhuǎn)速並不能無(wú)限制提高或降低，轉(zhuǎn)速的變動(dòng)受限於運(yùn)轉(zhuǎn)範(fàn)圍。圖 4.26 所示為某日製廠牌同一系列排氣機(jī)各種不同型號(hào)排氣機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)範(fàn)圍。各型號(hào)的運(yùn)轉(zhuǎn)範(fàn)圍均互相交疊，因此通常都可能有兩種型號(hào)以上排氣機(jī)可供使用。若有多種型號(hào)可供選用，可考慮使設(shè)計(jì)點(diǎn)稍微偏向運(yùn)轉(zhuǎn)範(fàn)圍左下側(cè)的型號(hào)，如此可增加運(yùn)轉(zhuǎn)期間提高轉(zhuǎn)速的餘裕。以前述範(fàn)例所得的設(shè)計(jì)點(diǎn)，q = 12.3 m3/m

52、in，fsp = 14.7 mmh2o，在圖 4.26 中由 #1 與 #1 1/4 兩型排氣機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)範(fàn)圍所涵蓋。理論上兩種型號(hào)均可選用。但若選用 #1，設(shè)計(jì)點(diǎn)位於運(yùn)轉(zhuǎn)範(fàn)圍中央，未來(lái)調(diào)整轉(zhuǎn)速的餘裕較小。若選用 #1 1/4，設(shè)計(jì)點(diǎn)位於運(yùn)轉(zhuǎn)範(fàn)圍左側(cè)邊緣，未來(lái)調(diào)整空間較大，但在運(yùn)轉(zhuǎn)初期氣罩抽氣風(fēng)量可能會(huì)較設(shè)計(jì)值為高，這是因?yàn)檫\(yùn)轉(zhuǎn)範(fàn)圍邊緣並不是理想的操作點(diǎn)位置，該處通常效率較差，噪音振動(dòng)也較大，因此在運(yùn)轉(zhuǎn)初期勢(shì)必將操作點(diǎn)選在風(fēng)量較高之處。圖 4.26同系列排氣機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)範(fàn)圍（標(biāo)示為前述範(fàn)例設(shè)計(jì)點(diǎn)所在）11。. 多具排氣機(jī)的應(yīng)用除了調(diào)整轉(zhuǎn)速外，加裝排氣機(jī)也是提昇局部排氣裝置性能的方式。如圖 4.27 所

53、示為將兩相同排氣機(jī)串聯(lián)與並聯(lián)所形成的等效性能曲線。當(dāng)兩排氣機(jī)串聯(lián)時(shí)，所形成的等效性能曲線相當(dāng)於各排氣機(jī)的 fsp在各對(duì)應(yīng)風(fēng)量下相加。當(dāng)兩排氣機(jī)串聯(lián)時(shí)，所形成的等效性能曲線相當(dāng)於各排氣機(jī)的風(fēng)量在各對(duì)應(yīng) fsp 下相加。無(wú)論採(cǎi)用何種方式，所造成的操作點(diǎn)移動(dòng)都會(huì)使系統(tǒng)風(fēng)量增加。不過(guò)上述方法並未考慮排氣機(jī)連接導(dǎo)管與配件所造成的壓力損失。 圖 4.27理想狀況下，兩臺(tái)相同排氣機(jī)串聯(lián)（左）與並聯(lián)（右）所形成的等效性能曲線以及操作點(diǎn)的影響（操作點(diǎn) 1 移至 2）。. 多氣罩局部排氣裝置設(shè)計(jì). 基本理念一般作業(yè)場(chǎng)所所使用的局部排氣裝置大多具有數(shù)個(gè)氣罩，每個(gè)氣罩所抽取的氣流都經(jīng)導(dǎo)管匯流至連接於排氣機(jī)進(jìn)口處的主導(dǎo)

54、管。匯流點(diǎn)則由合流管（或歧管）與各導(dǎo)管連接。具有數(shù)個(gè)氣罩的局部排氣裝置基本上是個(gè)並聯(lián)管系。在並聯(lián)管系的氣流基本上必須遵循流體的連續(xù)性或流量守恆以及壓力平衡關(guān)係。如圖 4.28 所示，一合流管若有兩氣流分別由兩入口流入，則出口處的風(fēng)量恰為兩流入風(fēng)量之和。圖 4.28合流管的流體連續(xù)性。壓力平衡則是無(wú)論沿任何流入導(dǎo)管計(jì)算，當(dāng)氣流匯流後下游任一點(diǎn)的靜壓與全壓均一致。目前通行的設(shè)計(jì)方法不外採(cǎi)用靜壓平衡或全壓平衡。以工業(yè)衛(wèi)生師組成的 acgih （美國(guó)政府工業(yè)衛(wèi)生師協(xié)會(huì)）採(cǎi)用靜壓平衡法7而由冷凍空調(diào)通風(fēng)工程師組成的 ashrae （美國(guó)暖房冷凍空調(diào)協(xié)會(huì)）則偏愛(ài)全壓平衡法8。理論上，無(wú)論採(cǎi)取何種方式，所得

55、的結(jié)果應(yīng)一致。以下所採(cǎi)用的方式係靜壓平衡法。. 設(shè)計(jì)範(fàn)例如圖 4.29 所示，將圖 4.13 所示的局部排氣裝置加裝一氣罩，於點(diǎn) 3 與點(diǎn) 4 之間距排氣機(jī)入口 0.5 m 處安裝一合流管，原氣罩與合流管直接另一氣罩經(jīng)一長(zhǎng) 0.5 m 的導(dǎo)管通過(guò)一 60° 肘管以 30° 斜角匯入合流管。新氣罩的壓力損失係數(shù)為 0.3。其餘參數(shù)與設(shè)計(jì)要求則與圖 4.13 所示的系統(tǒng)相同。圖 4.29雙氣罩局部排氣裝置設(shè)計(jì)範(fàn)例。表 4.3 所示即為計(jì)算過(guò)程。與前述表 4.2 相較，表 4.3 有以下數(shù)點(diǎn)須加以說(shuō)明：(1) 導(dǎo)管 7-8 上的氣罩壓力損失係數(shù)依前述要求設(shè)為 0.3。(2) 由於肘管轉(zhuǎn)角為 60°，導(dǎo)管