摘要：风道的合理设计，可降低通风空调系统噪声。合理选择风机，可有效降低运行费用，以达到整个系统运行经济性提高运行效果。
关键词：风道系统；风道阻力；风道设计
引言
通风空调系统基本上可以满足各使用功能区域噪声标准的要求。而如何做到经济、有效地降低大型公共建筑通风空调系统所产生的噪声，是当前以至今后一段相当长的时间内值得重视的研究课题，对于完善通风空调工程的设计和施工技术，减少噪声污染，构建和谐社会都具有重要的意义。
1、通风空调技术指标
（1）能耗技术指标。现代建筑的发展趋势是绿色节能。通风空调工程做为建筑物的重要组成部分，其能源消耗水平是衡量通风空调系统质量优良的重要指标之一，也是空调系统运行中严格要求控制的一个技术指标。在建筑中，人们利用变风量、自动温控、水量调节以及变频等技术来即时控制空调系统以消耗最少的能源来达到适宜的室内温度要求，并降低能耗水平。
（2）温度技术指标。适宜的室内温度，是通风空调系统运行后满足建筑物内达到适宜人类居住工作环境的基本要求。特殊情况下，设定全年固定的室内温度值，适用于少数有特殊要求的工业空调；通常情况下，冬天将空调系统温度设置到相对较高的温度，夏天将温度降低。设定恒温的室温值方法，不但在舒适度上得不到良好的体验感，还会一定程度上造成能源浪费。
（3）新风量技术指标。合理有效地调节通风空调系统的新风量，即有利于为室内创造一个舒适的生活工作环境，又可以大大降低空调系统的能耗水平。新风量的大小通常与能源消耗成正比例关系。因此，通风空调的新风量要控制在合理范围内。空调系统的最小新风量是由室内环境的卫生要求、有害物质浓度、房间正压值以及排风量等来设定。传统空调系统的新风量取值主要根据室内二氧化碳浓度，同时考虑温度、湿度、气味、粉尘等的影响。现今，室内粉尘以及气味的影响相对较弱，而且还可以安装空气净化设备来达到净化室内空气的目的，这就需要在现阶段能源较为紧缺的情况下，重新确定合理的最小新风量值。这就造成实际情况下两种方法确定的最小新风量不一致，但可以在既有的室内环境下，用手动方式来调节空调系统的新风阀门，可以在一定程度上达到良好的节能效果。
（4）自然通风技术指标。自然通风是利用建筑物内外空气的密度差引起的热压或风力造成的风压来促使室内空气流动而进行的通风换气。合理有效地利用自然通风能够改善夏季室内的热环境，将新鲜空气引入室内同时带走室内污浊的空气，有利于减少夏天空调能耗，提供室内新鲜、洁净的空气环境，达到节约能源、减少污染的目的。建筑物中常用的自然通风实现方式主要有利用风压实现自然通风、利用热压实现自然通风以及两种方式相结合实现自然通风。风压作用主要是指室外气流吹过建筑物时，由于受建筑物的阻挡在建筑物表面和周围形成不同的压力分布，当建筑物有开口时，由于压力造成室内空气流动现象。热压作用是指室内外存在温度差，造成室内外空气的密度差，当建筑物有开口时产生所谓的“烟囱效应”，热空气趋于上升，冷空气则趋于下降的特点带动室内空气流动现象。
2、风道系统的设计步骤与原则
通风管道是空调系统的主要组成之一，正确的设计风管系统非常重要，它关系到整个系统的造价、运行的经济性以及运行效果。风管系统设计步骤如下：确定送风口及回风口的形式、位置、个数和必要风量；确定风机及其它空调设备的位置、划分空调区域、布置最合理的送、回风管线；进行风管道的阻力计算，并选择适合的风机。进行设计时，首先要选定系统最不利的管路作为计算出发点，然后根据风量和所选定的管内风速计算这一最不利管路各部门管段的断面尺寸，并尽可能采用标准管径。接着就可以计算出各管道阻力和系统总阻力，并选定风机参数，最后，按系统阻力平衡的原则，确定其它分支管段的管径。且使各并联支管间的阻力平衡（通常他们之间的阻力差不大于 15%）在不可能通过调整分支管管径使阻力平衡时，则利用风阀进行调节。
3、风道系统自动设计方法
在风道系统的自动设计方法中，在以下几方面体现了较高的智能，实现了真正的自动计算和绘图。
3.1 自动管段编号和风量统计
当单线草图绘制完后，系统自动识别树状单线草图中的直线为风管，直线之间的交点为弯头、三通、四通等部件，树状草图的末梢为风口，在风口前的管道上自动添加阀门，根据需要，还可以在草图中插入阀门、变径管、其它设备等。由于单线草图是随意绘制的，系统还必须提供检错手段，判别出重复的线段、环路及不可能的设备如五通等，如果直线与剪力墙相遇，还必须报错。对一个正确的单线草图，系统能够根据各个风口的风量自动统计各管段的风量。在程序实现的过程中，应该为系统中的各个设备设计一个完善的数据结构，采用了一种灵活的双向链表的树状数据结构，其内存分配和管理非常方便；各设备的数据作为图形实体的扩展数据保存在图形中，因此，可以随时打开该图进行修改和重新设计；风道系统单线草图实际上是一种多叉树结构，对这样一种图形中的实体进行搜索和计算是一种复杂的递归过程。
3.2 自动流速分配和尺寸计算
管道的风量统计完后，就必须自动对各段风管进行流速分配，采用了一种行之有效的流速分配方法：设某段风管的风量为Q，则该段风管的流速v，v与Q之间采用的是直线函数关系，这是最简单和实用的，它保证了D与Q之间的合理的单调递增的函数关系，从而保证了总管段的（当量）直径总比分支管段（当量）直径大的变化规律。当有特殊要求时，也可以使v与Q 的函数关系为非线性，但此时应该慎重考虑它可能出现的不合理的 D 与 Q 之间的变化规律。根据不同的 v max，v min 的选择范围所确定的风道系统管径是不一样的，整个风道系统的总阻力也是变化的，但多次计算表明，这些并不影响风道系统的阻力平衡计算。自动计算所得到的风管尺寸全部为标准尺寸，并且考虑了管道尺寸的经济合理性，对可以选用的尺寸进行了优化。另外，在自动计算风管尺寸时，还应根据实际需要，限制管道的最大管径、最大高度和宽度；管道尺寸定好后，还应自动地检查管段是否与梁相撞，是否保证了必要的离墙距离，自动阻力平衡计算改变管道尺寸时也应该注意这个问题。
3.3 自动水力计算和寻找最不利环路
风道阻力包括摩擦阻力和局部阻力，对矩形风管采用流速当量直径计算阻力，摩擦阻力系数λ采用
Colebrook-White 公式，即
式中 D———（当量）直径，mm；Re ——— 雷诺数。由于式是一个超越函数，因此，必须采用合适的算法才能保证λ的计算速度和精度，采用迭代法，平均6次即可收敛，精确到10 -6。局部阻力的计算比较繁琐，不同的部件其计算方法和公式不尽相同，为了实现自动计算，必须采用一整套能适应不同尺寸和形状的局部阻力系数的算法，本文采用同济大学历年来的研究成果，对各个部件的局部阻力进行了准确的计算。各个设备的水力计算完成后，自动地找出最不利环路就很简单了。
3.4 自动阻力平衡计算
进行阻力平衡计算是风道设计中的一项很重要的任务，它直接影响到系统实际运行的效果。风道自动设计系统能自动地进行阻力平衡计算，保证管道系统的所有支路间阻力不平衡率小于设定值，如±10%。自动阻力平衡是从最不利环路的末端风口开始，顺着气流的反方向一步一步地往后搜索的，当遇到三通或四通时，对应的支路进行阻力平衡，直到整个风道系统平衡完毕。对支路的阻力平衡分两步进行：首先计算支路的最不利环路；然后从该最不利环路的末端风口开始，按同样的方法对支路进行阻力平衡，直到该支路平衡完毕，显然，整个计算过程是一个复杂的递归处理过程。
4、结语
运用电子计算机自动进行风道系统的设计计算有快速、准确、简便等优点，为今后通风空调系统的动态分析模拟及优化设计提供了方便，有着重要的实用价值。
参考文献：
[1]贯流式谷物清选装置设计及性能试验研究[D].胡小钦.浙江理工大学 2013
[2]新型谷物清选装置中气固两相流的数值模拟和试验研究[D].肖梦华.浙江理工大学 2013
[3]装载机空调驾驶室室内温度场仿真及试验研究[D].唐旭.山东大学 2011
论文作者:周明
论文发表刊物:《基层建设》2018年第17期
论文发表时间:2018/8/6
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