通風(fēng)管道橫截面形狀對比和研究

1、通風(fēng)管道橫截面形狀對比和研究摘要： 風(fēng)管系統(tǒng)是空調(diào)及通風(fēng)工程中最重要的一個組成部分，通常情況下風(fēng)管橫截面有三種形狀：矩形,圓形和扁圓形。在1960年以前，由于制作工藝簡單，所需安裝空間較小，絕大部分通風(fēng)系統(tǒng)都采用矩形風(fēng)管。隨著大型螺旋圓形風(fēng)管成型機研制成功，大量工程實例證明無論在經(jīng)濟性還是其他工程參數(shù)，圓形風(fēng)管都遠好于矩形風(fēng)管。本文將對這些研究結(jié)果進行總結(jié)，并企圖將比較的重點放在對風(fēng)管系統(tǒng)的經(jīng)濟性比較上，同時由于在通常情況下更新費用占總費用比例較小，這部分的費用在本次討論將被忽略。關(guān)鍵詞： 圓形風(fēng)管 矩形風(fēng)管 經(jīng)濟性比較 風(fēng)管系統(tǒng)1.背景風(fēng)管系統(tǒng)是空調(diào)及通風(fēng)工程中最重要的一個組成部分，它的功能

2、主要是將調(diào)節(jié)后的空氣按設(shè)計流量盡可能高效率的傳送到末端設(shè)備。通常情況下風(fēng)管橫截面有三種形狀：矩形,圓形和扁圓形。矩形風(fēng)管的制作通常是通過對四塊鋼板的鉚接來完成。圓形風(fēng)管則是將一百三十七毫米寬的鋼板放在螺旋成型機繞制而成。扁圓形風(fēng)管則比較少見，它一般是對圓形風(fēng)管進行擠壓形成. 在1960年以前，由于制作工藝簡單，所需安裝空間較小，絕大部分通風(fēng)系統(tǒng)都采用矩形風(fēng)管。隨著大型螺旋圓形風(fēng)管成型機研制成功，大量工程實例證明無論在經(jīng)濟性還是其他工程參數(shù)，圓形風(fēng)管都遠好于矩形風(fēng)管。因此在國外，特別是歐洲，圓形風(fēng)管的使用率都變得越來越普及，見表一。中國目前的圓形風(fēng)管使用比率據(jù)筆者不完整的調(diào)查僅占百分之十百分之二

3、十之間。因此在中國國情之下對圓形風(fēng)管與矩形風(fēng)管的工程對比研究已成為一個刻不容緩的課題。 表一：圓形風(fēng)管逐年所占的市場分額：國家及地區(qū)19601965197019751980198519902000北歐515406070808590德國55101520252550法國510203040505065英國510152025353555從經(jīng)濟分析的角度來講，一棟建筑物內(nèi)的風(fēng)管系統(tǒng)在其整個使用壽命中所有的費用可分為1、初投資：包括設(shè)計費用，材料及安裝費用，空間費用，調(diào)試費用，等等。2、運行費用：包括人員工資，能源，維護費用。3、更新費用：包括維修及更換破舊部件費用。近幾年國外的研究結(jié)果（Scandiac

4、onsult(1992), Bouwman(1992), Malmstrom et al (2001), Malmstrom et al (2002)）表明，在諸多參數(shù)圓形風(fēng)管系統(tǒng)比矩形風(fēng)管系統(tǒng)表現(xiàn)更為優(yōu)異，本文將對這些研究結(jié)果進行總結(jié)，并企圖將比較的重點放在對風(fēng)管系統(tǒng)的經(jīng)濟性比較上，同時由于在通常情況下更新費用占總費用比例較小，這部分的費用在本次討論將被忽略。 2 初投資部分：圓型風(fēng)管系統(tǒng)所需初投資比矩形風(fēng)管要低的部分原因如下： · 圓型風(fēng)管更容易制造和運輸。 · 圓型風(fēng)管的組件和配件都已被高度標(biāo)準(zhǔn)化。 · 從結(jié)構(gòu)上講，圓形風(fēng)管更能承受壓力而不變形，矩形風(fēng)管因此

5、需要更多的螺栓，鉚釘，支撐梁等加強措施。 · 在相同的水力直徑下，制造圓型風(fēng)管所需要的金屬量要小于矩形風(fēng)管，矩形風(fēng)管的長寬比越大，則金屬耗量越高。 · 圓形風(fēng)管的吊架構(gòu)造比矩形風(fēng)管的安裝簡單，通風(fēng)與空調(diào)工程施工及驗收規(guī)范GB502432002同時指出，對于長邊尺寸大于400mm的矩形風(fēng)管吊架間距為4m，而對螺旋圓形風(fēng)管間距則延長到5m。 · 測量圓形風(fēng)管的風(fēng)量所需測量點小于矩形風(fēng)管，因此進行風(fēng)管系統(tǒng)平衡時，調(diào)試費用也將小于矩形風(fēng)管。 · 圓形風(fēng)管能顯著減少低頻噪聲傳入室內(nèi)，因此可以減少消聲設(shè)備 Scandiaconsult(1992)為一個大房間的通風(fēng)系

6、統(tǒng)分別用圓形風(fēng)管和矩形風(fēng)管做了兩個設(shè)計方案，并比較系統(tǒng)的壓力損頭及相關(guān)的經(jīng)濟參數(shù)，見圖1（注意：經(jīng)濟分析以當(dāng)年的北歐市場價格為基準(zhǔn)進行）。計算結(jié)果表明，在相同的末端設(shè)備條件下，整個安裝費用，圓形風(fēng)管僅為矩形風(fēng)管的一半，同時圓形風(fēng)管的材料費用為矩形風(fēng)管的80%。全壓損失（Pa）: 150.0 全部安裝費用：0.51R 全部材料費用：0.8M （A）全壓損失（Pa）: 165.4 全部安裝費用：R 全部材料費用：M （B）圖1：Scandiaconsult(1992) 風(fēng)管設(shè)計方案比較 （A）圓形風(fēng)管 （B）矩形風(fēng)管對風(fēng)管系統(tǒng)的所占空間進行經(jīng)濟分析是一件比較困難的事情，因為這取決于建筑物的結(jié)構(gòu)和用

7、途。一般來說，采用矩形風(fēng)管的最主要的一個原因是矩形風(fēng)管能節(jié)約空間，但實際上，對于長寬比接近的矩形風(fēng)管而言，它所占有的實際面積要大于圓形風(fēng)管，這主要是因為矩形風(fēng)管需要法蘭來聯(lián)結(jié)，而法蘭邊的高度通常大于20mm，見圖2（A）。而現(xiàn)代螺旋風(fēng)管可以來用標(biāo)準(zhǔn)話的柔性聯(lián)結(jié)，見圖2（B），這種方法不僅不需要多余空間，而且更加易于安裝。因此對于長寬比接近1的矩形風(fēng)道，圓形風(fēng)管的優(yōu)點是無法替代的。（A）（B）圖2：Scandiaconsult(1992) 風(fēng)管連接方案比較 （A）矩形風(fēng)管 （B）圓形風(fēng)管對于有著大長寬比的矩形風(fēng)管，則可以采用幾根圓形風(fēng)管進行替代，見圖3，這種替代方案可以使風(fēng)量的控制變得更加簡單。

8、同時安裝費用也將大幅減小。雖然材料費用可能會有所增加，但Jagemer（1991）的一項調(diào)查結(jié)果表明，在此方案下，初投資總額幾乎和矩形風(fēng)管是一樣的。 圖3：一550mmX150mm的矩形風(fēng)管為兩D=200mm的圓形風(fēng)管替代方案3. 運行費用在通常情況下，空調(diào)系統(tǒng)運行費用的最大部分為能源消耗。能源費用包括加熱或冷卻空氣及將這些空氣傳送到末端的設(shè)備所消耗的能源。如果整個風(fēng)管系統(tǒng)被良好地進行了保溫，則風(fēng)管漏風(fēng)量成為多余能源消耗的一個重要來源。對于風(fēng)管系統(tǒng)，風(fēng)機是循環(huán)動力的提供者，風(fēng)機的風(fēng)壓一般不會超過650Pa。除去空氣處理機組的末端設(shè)備的壓力損失，整個風(fēng)管系統(tǒng)可利用的壓頭大約為200300Pa。因

9、此，風(fēng)管系統(tǒng)應(yīng)盡量避免有大的壓頭損失。同時，漏風(fēng)量也直接影響到風(fēng)機的功率選擇，根據(jù)風(fēng)機定理，風(fēng)機功率與風(fēng)量的三次方成正比，即如果風(fēng)管漏風(fēng)率為6%，風(fēng)機功率將增加20%，螺旋圓形風(fēng)管的漏風(fēng)率要遠遠小于矩形風(fēng)管。 3.1 漏風(fēng)率 風(fēng)管的漏風(fēng)綠可由下式進行計算：（1）fref= 面積漏風(fēng)率 qvl= 漏風(fēng)量 A= 風(fēng)管表面積 K= 漏風(fēng)常數(shù)pref= 風(fēng)管與外界的壓差在歐洲，根據(jù)漏風(fēng)常數(shù)，風(fēng)管的氣密性被劃分為四個等級（A,B,C,D）。表2給出了相應(yīng)等級所允許的最大漏風(fēng)常數(shù)。 Class AKA=0.027×10-3 m3 s-1 m-2 Pa-0.65Class BKB=0.009

10、15;10-3 m3 s-1 m-2 Pa-0.65Class CKC=0.003×10-3 m3 s-1 m-2 Pa-0.65Class DKD =0.001×10-3 m3 s-1 m-2 Pa-0.65表2：歐洲風(fēng)管系統(tǒng)氣密性等級劃分與圓形風(fēng)管相比，矩形風(fēng)管需要的螺栓與鉚釘連結(jié)要多得多，因此不可避免地漏風(fēng)量也要大得多。圖4為比利時的一組實測數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)顯示矩形風(fēng)管的漏風(fēng)率平均比圓形風(fēng)管高7倍。通風(fēng)與空調(diào)工程師施工及驗收規(guī)范GB50243-2002也指出：圓形風(fēng)管的允許漏風(fēng)量為矩形風(fēng)管的50。 圖4： 21棟比利時建筑物的風(fēng)管漏風(fēng)率的測量數(shù)據(jù)（Carrié e

11、t al, 1999）3.2壓頭損失水力當(dāng)量直接被用來估算矩形風(fēng)管的紊統(tǒng)壓力損失對于有著相同水力當(dāng)量直徑的風(fēng)管，盡管橫截面形狀不同。它們?nèi)匀挥兄嗤难爻虊毫p失。圖5比較了一段圓型風(fēng)管（D=0.5m,U=5m/s,=0.15mm）和有著相同面積，流量的矩形風(fēng)管的壓力損失。很明顯在這種情況下，矩形風(fēng)管的壓力阻失遠遠大于圓型風(fēng)管，而且隨著風(fēng)管長寬比的增大，壓力損失也越大。也就意味著風(fēng)機的功率也必然越大。 圖5：等流量/流速矩形風(fēng)管與圓型風(fēng)管壓力損失比較（流量=1 m3/s, v=5m/s）“水力當(dāng)量直徑”的概念是建立在沿矩形風(fēng)管邊界的平均切應(yīng)力應(yīng)當(dāng)是一致的假設(shè)上的，也就是說，等速線應(yīng)當(dāng)與風(fēng)管邊界

12、平行，但是實際測量結(jié)果卻顯示，在矩形風(fēng)管中，沿對角線方向的速度梯度衰減最慢，沿中心線方向的速度梯度衰減最慢。因此，在理論上，水力當(dāng)量直徑在下列兩種情況下應(yīng)當(dāng)謹(jǐn)慎引用。 · 流量太小，流場達不到完全紊流狀態(tài) · 管道橫截面遠離圓形，即有著較大長寬比的矩形。 實驗數(shù)據(jù)也對水力當(dāng)量直徑的普遍性表示了懷疑。JONES（1976）作了一系列的光滑矩形風(fēng)管壓力損失實驗，筆者將他的實驗數(shù)據(jù)進行了重新分析，見圖6.盡管缺乏10<長寬比<25的數(shù)據(jù)。圖6數(shù)據(jù)仍然強烈暗示了長寬比對水力當(dāng)量直徑壓力損失的單調(diào)上升影響。Griggs et al(1992)在使用粗糙矩形風(fēng)管做的實驗也有

13、類似的結(jié)果。 圖6：不同長寬比的光滑矩型風(fēng)管與圓型風(fēng)管的壓力損失比較3.3維護費用為了避免病態(tài)建筑，風(fēng)管需要定期進行清潔。清潔方法包括干法（使用吸塵器和刷子）或濕法（使用長拖把）在這兩種情況下，圓形風(fēng)管都比矩形風(fēng)管更加簡單。 4.結(jié)論風(fēng)管系統(tǒng)的經(jīng)濟性分析是一件很困難的工作。它必須要考慮各種不同的因素，一個風(fēng)管系統(tǒng)的壽命很有可能會超過十年，在這種情況下，一點很小的設(shè)計和質(zhì)量上的改進都有可能加大投資的盈利率。從這點上說，圓型風(fēng)管應(yīng)當(dāng)是一個更具經(jīng)濟性的解決方案。最后要指出的是，出于安靜和空間的考慮，風(fēng)管系統(tǒng)的某些有關(guān)大流量和大尺寸的部位，例如新風(fēng)吸入口和空氣處理裝置出口仍然推薦采用矩形風(fēng)管。 5參考

14、書目下面是贈送的中秋節(jié)演講辭，不需要的朋友可以下載后編輯刪除！謝謝中秋佳節(jié)演講詞推薦中秋,懷一顆感恩之心老師們，同學(xué)們：秋濃了，月圓了，又一個中秋要到了!本周日，農(nóng)歷的八月十五，我國的傳統(tǒng)節(jié)日中秋節(jié)。中秋節(jié)，處在一年秋季的中期，所以稱為“中秋”，它僅僅次于春節(jié)，是我國的第二大傳統(tǒng)節(jié)日。中秋的月最圓，中秋的月最明，中秋的月最美，所以又被稱為“團圓節(jié)”。金桂飄香，花好月圓，在這美好的節(jié)日里，人們賞月、吃月餅、走親訪友無論什么形式，都寄托著人們對生活的無限熱愛和對美好生活的向往。中秋是中華瑰寶之一，有著深厚的文化底蘊。中國人特別講究親情，特別珍視團圓，中秋節(jié)尤為甚。中秋，是一個飄溢親情的節(jié)日;中秋，

15、是一個彌漫團圓的時節(jié)。這個時節(jié)，感受親情、釋放親情、增進親情;這個時節(jié)，盼望團圓、追求團圓、享受團圓這些，都已成為人們生活的主旋律。同學(xué)們，一定能背誦出許多關(guān)于中秋的千古佳句，比如“舉頭望明月，低頭思故鄉(xiāng)”、“但愿人長久，千里共嬋娟”、“海上生明月，天涯共此時”這些佳句之所以能穿透歷史的時空流傳至今，不正是因為我們?nèi)祟愑兄墓餐拍顔帷Ｖ星镒蠲朗怯H情。一家人團聚在一起，講不完的話，敘不完的情，訴說著人們同一個心聲：親情是黑暗中的燈塔，是荒漠中的甘泉，是雨后的彩虹中秋最美是思念。月亮最美，美不過思念;月亮最高，高不過想念。中秋圓月會把我們的目光和思念傳遞給我們想念的人和我們牽掛的人，祝他們沒有憂

16、愁，永遠幸福，沒有煩惱，永遠快樂! 一、活動主題：游名校、賞名花，促交流，增感情二、活動背景：又到了陽春三月，陽光明媚，微風(fēng)吹拂，正是踏青春游的好時節(jié)。借春天萬物復(fù)蘇之際，我們?nèi)嗑奂谝黄穑舜硕嘁稽c接觸，多一點溝通，共話美好未來，與此同時，也可以緩解一下緊張的學(xué)習(xí)壓力。 相信在這次春游活動中，我們也能更親近的接觸自然，感悟自然，同時吸收萬物之靈氣的同時感受名校的人文氣息。三、活動目的：1. 豐富同學(xué)們的校園生活，陶冶情操。2. 領(lǐng)略優(yōu)美自然風(fēng)光，促進全班同學(xué)的交流，營造和諧融洽的集體氛圍。 3. 為全體同學(xué)營造一種輕松自由的氣氛，又可以加強同學(xué)們的團隊意識。 4. 有效的利用活動的過程及其

17、形式，讓大家感受到我們班級的發(fā)展和進步。四、活動時間：XX年3月27日星期四五、活動參與對象：房產(chǎn)Q1141全體及“家屬”六、活動地點：武漢市華中農(nóng)業(yè)大學(xué)校內(nèi)七、活動流程策劃：1、27日8點在校訓(xùn)時集合，乘車2、9點前往華農(nóng)油菜基地、果園，賞花攝影3、10點30，回農(nóng)家樂開始做飯，進行“我是廚王”大比拼4、1點30，收拾食品殘物，開始集體活動5、4點，乘車返校八、職能分工及責(zé)任定崗1、調(diào)研組：負責(zé)前期的選址、策劃的撰寫、實地考察、交通工具的聯(lián)系和檢驗   組長：金雄   成員：吳開慧2、安全保衛(wèi)組：負責(zé)登記參加春游的人數(shù)，乘車前的人數(shù)

18、的登記，集體活動時同學(xué)的請假的審批，安全知識的培訓(xùn)與教育，午餐制作的人員分組   組長：徐楊超  成員：王沖3、食材采購組：根據(jù)春游的人數(shù)和預(yù)算費用合理購買食材   組長：胡晴瑩  成員：何曉藝4、活動組織組：在車上、賞花期間、主要是做飯完后的集體活動期間的活動的組織   組長：武男    成員：馮薏林5、廚藝大賽組織組：負責(zé)指導(dǎo)各個小組的午餐的準(zhǔn)備，最后負責(zé)從五個小組里推薦的里面選出“廚王”（廚王春游費用全免）   組長：朱忠達   成員：嚴(yán)露6、財務(wù)組：負責(zé)財務(wù)的報賬及最后的費用的收取，做好最后的決算向全班報告   組長：楊雨7、督導(dǎo)組