纤维织物风管是一种应用于通风空调领域的新型的风管系统，最早起源于国外，具有质量轻、布局灵活、安装维护方便、自身防凝露、节能环保的特点，近年来在国内也得到了大范围的应用。 纤维织物风管根据形态及功能特点区分，主要分为两类：一类为采用单层聚酯类材料设计加工而成的薄型风管，此类风管的材质具有微渗透性，通过预分配少量（通常不超过10%）的风量和冷量通过管壁的渗透作用贴附在管壁外侧，形成的空气薄膜可以隔绝风管内外的高低温空气，从而杜绝了制冷工况时的凝露问题，通过在管壁开设的一系列送风孔向目标送风区域送风。此类风管具有送风均匀舒适、无吹风感、安静无声的特点，主要用于空调风在目标区域的分布。另一类则为采用外聚酯层、中间橡塑保温层、内防火层三层结构，通过一次成型工艺贴合而成柔性风管板材，再把加工形成圆形、或者扁圆形的橡塑复合风管，此类风管在具有第一类风管质量轻、布局灵活、安装维护方便等基础特点之上，额外增加了良好的保温性能，除了可应用于空调风在室内区域的分布，同样可作为空调送风系统中的传输通道，用于空调风在吊顶、室外、机房等非送风区域的传输，应用此类风管时，需根据具体使用环境及所输送的空气的温度的差异，来选择不同的橡塑保温层的厚度，从而在满足送风需求的同时，达到一定的经济性要求。 对于具有多层结构的橡塑复合风管的厚度选型，设计师通常采用热阻估算的方法，并参考相关设计标准进行保温层厚度的快速选型，然而设计人员通常不会去验证验证系统整体的温升情况，有时候甚至会导致盲目地考虑了过多的余量，增加了不必要的厚度，造成了造价的增高。本文以某一典型的送风工况为例，基于传热学的基础理论，结合相关学者的研究，来系统化地推导橡塑复合风管的保温厚度及沿程温升的数值算法，计算过程可作为此类产品温升计算的参考方法，为同类产品选型提供参帮助。 1 风管得热与温升 气流在风管内传输流动时，管内的低温气体，由于内外温差作用，通过风管管壁与外界发生热交换。由此而引起的管道内部气流温度的变化称为风管温升[1]。为减缓这种现象造成的冷量损失，通常在风管管壁加装保温层来增加两侧流体之间的热阻。 1.1 风管得热 制冷工况时，从风管的入口端到末端，管内气体通过管壁获得热量，温度升高。风管内气流通过壁面与外界空气热交换的获得的热量为[2-3]： 式中：Q为获得总热量，kJ；C为空气定压比热，kJ/(kg·℃)；G为管道内风量，kg/s；Δt为管道温升，℃。 1.2 风管温升 从入口到末端，管内气体获得的热量，等于从管壁传入的热量。假定入口风温为t0，出口风温为ts，则可近似取平均温度tavg为： 根据式（1）可以得出风管温升Δt： 式中：N为风管周长平均值，m；L为风管长度，m；ta为周围空气（环境）温度，℃；K为传热系数，W/(m2·℃)；R为保温管道的热阻，m2·℃/W 对于矩形风管： 对于圆形风管： 式中：αng为内壁换热系数，W/(m2·℃)；αwg为外壁换热系数，W/(m2·℃)；δ为保温层厚度，m；D0为风管内径，m；D1为风管外径，m；λ0、λ1、λ2……为组成风管主体的多层基材的导热系数，W/(m2·℃)。 由于外层的聚酯层贴面与内层的防火层贴面的材料厚度通常为0.2mm甚至更薄，相对于中间的橡塑保温层来说保温作用可忽略不计，因此为了简化计算考虑可认为此两层结构的导热热阻为0，因此式（4）、（5）可简化为式（6）、（7）： 外壁换热系数αwg，取决于壁面粗糙度、外界工况条件等，对于户外场所，外壁面换热系数一般取值8.14 W/(m2·℃)[2]（也有学者给出的数值取值范围为8～10 W/(m·2℃)），内部气流与风管内部接触且高速流动，内壁表面换热系数远大于外壁换热系数，因此 项可近似趋近于0，用于简化计算时可按0值处理。 2 保温厚度计算 计算保温层厚度，通常采用防凝露法。防凝露法计算保温厚度的思路是，认为外壁面的最低温度，最低等于当地环境的露点温度，以使风管外表面不发生凝露现象。 因此，决定保温层厚度的因素有：1）风管外表面温度应高于管壁外围环境空气的露点温度。2）为保证最远端的送风效果，风管的末端的温度不得高于可接受的最高送风温度。 2.1 板材及矩形风管的计算 对于保温板材及矩形风管： 对于圆形风管： D1由下式计算： 式中：δ为保温材料的厚度，m；tw为风管外表面温度，℃。 2.2 椭圆形风管计算 对于截面为原型的风管，其几何直径与水力半径的换算公式为： 式中：R为水力半径；A为管道截面积；L为管道湿周；d为管道直径，即d=4R。 与圆形风管相对比，椭圆形风管的当量直径dε用水力半径表示为： 式中：dε椭圆管道当量直径；a为椭圆长半径；b为椭圆短半径。 求出椭圆形管道当量直径后，通过式（11）将当量直径换算层等效的水力半径，椭圆形管道当量直径代入圆形管道计算式（10）即可。 3 计算示例 某处于室外环境的内径457mm，长度20m的橡塑复合风管，入口风速为8m/s，送风温度11℃，环境温度33℃，环境湿度85%，拟采用的橡塑复合风管的导热系数为0.031W/(m·K)。 3.1 保温厚度计算 根据环境温度与环境湿度，查表或计算得到环境露点温度td为30.13℃。根据式（10），计算得到外径D1计算过程如下： 求解得：D1=0.505m。根据式（9），得到保温厚度δ为24mm。即选用24mm厚度规格的柔性保温风管即可避免风管外表面发生凝露现象。 3.2 温升计算 11℃时，空气的定压比热可取为1.025 kJ/(kg·K)，密度可取为1.24 kg/m3，根据式（7），求解得：热阻R=0.5902m·2℃/W。 根据式（2）、式（3）计算得：ts=11.665℃，则此20m长度管段温升为0.665℃。 4 结语 本文通过对常见的矩形、圆形的橡塑复合风管的保温厚度及温升计算方法进行推导，并通过具体的计算案例详述了数值计算过程，通过当量直径的替代的方法把此计算过程扩充到扁圆形管型。计算过程中根据实际情况进行了部分数值的简化、取值，并详述了原因阐述。通过本文的综合分析，得到了如下的结论： 1）防凝露法选型是橡塑复合风管厚度选型的快捷通用的方法。 2）由于内外贴面层的厚度远小于中间的橡塑保温层，计算风管温升时对此两层结构的传热热阻进行忽略，以用于简化计算的过程是可取的。 3）由于通风管道内部的流速一般情况下大于1m/s，绝大部分常规送风状态时风管内部流动处于紊流及湍流状态，内部气流与风管内发生强烈热交换，风管内壁与内部气体的表面换热热阻远小于橡塑保温层的导热热阻，因此计算值对管道内部与气流交界面的换热热阻按0值处理也是可取的。 [1]石俊龙,张宝刚,郭阳.冰蓄冷低温送风空调系统风管及保温研究[J].制冷,2012,(8):78-81 [2]裴秀英.低温送风空调风管得热、温升与保冷厚度[C]//厦门市科协2005年学术年会暨福建省科协第五届学术年会卫星会议.2005 [3]杨世铭,陶文栓.传热学(第四版)[M].北京:高等教育出版社,2006 纤维织物风管是一种应用于通风空调领域的新型的风管系统，最早起源于国外，具有质量轻、布局灵活、安装维护方便、自身防凝露、节能环保的特点，近年来在国内也得到了大范围的应用。纤维织物风管根据形态及功能特点区分，主要分为两类：一类为采用单层聚酯类材料设计加工而成的薄型风管，此类风管的材质具有微渗透性，通过预分配少量（通常不超过10%）的风量和冷量通过管壁的渗透作用贴附在管壁外侧，形成的空气薄膜可以隔绝风管内外的高低温空气，从而杜绝了制冷工况时的凝露问题，通过在管壁开设的一系列送风孔向目标送风区域送风。此类风管具有送风均匀舒适、无吹风感、安静无声的特点，主要用于空调风在目标区域的分布。另一类则为采用外聚酯层、中间橡塑保温层、内防火层三层结构，通过一次成型工艺贴合而成柔性风管板材，再把加工形成圆形、或者扁圆形的橡塑复合风管，此类风管在具有第一类风管质量轻、布局灵活、安装维护方便等基础特点之上，额外增加了良好的保温性能，除了可应用于空调风在室内区域的分布，同样可作为空调送风系统中的传输通道，用于空调风在吊顶、室外、机房等非送风区域的传输，应用此类风管时，需根据具体使用环境及所输送的空气的温度的差异，来选择不同的橡塑保温层的厚度，从而在满足送风需求的同时，达到一定的经济性要求。对于具有多层结构的橡塑复合风管的厚度选型，设计师通常采用热阻估算的方法，并参考相关设计标准进行保温层厚度的快速选型，然而设计人员通常不会去验证验证系统整体的温升情况，有时候甚至会导致盲目地考虑了过多的余量，增加了不必要的厚度，造成了造价的增高。本文以某一典型的送风工况为例，基于传热学的基础理论，结合相关学者的研究，来系统化地推导橡塑复合风管的保温厚度及沿程温升的数值算法，计算过程可作为此类产品温升计算的参考方法，为同类产品选型提供参帮助。1 风管得热与温升气流在风管内传输流动时，管内的低温气体，由于内外温差作用，通过风管管壁与外界发生热交换。由此而引起的管道内部气流温度的变化称为风管温升[1]。为减缓这种现象造成的冷量损失，通常在风管管壁加装保温层来增加两侧流体之间的热阻。1.1 风管得热制冷工况时，从风管的入口端到末端，管内气体通过管壁获得热量，温度升高。风管内气流通过壁面与外界空气热交换的获得的热量为[2-3]：式中：Q为获得总热量，kJ；C为空气定压比热，kJ/(kg·℃)；G为管道内风量，kg/s；Δt为管道温升，℃。1.2 风管温升从入口到末端，管内气体获得的热量，等于从管壁传入的热量。假定入口风温为t0，出口风温为ts，则可近似取平均温度tavg为：根据式（1）可以得出风管温升Δt：式中：N为风管周长平均值，m；L为风管长度，m；ta为周围空气（环境）温度，℃；K为传热系数，W/(m2·℃)；R为保温管道的热阻，m2·℃/W对于矩形风管：对于圆形风管：式中：αng为内壁换热系数，W/(m2·℃)；αwg为外壁换热系数，W/(m2·℃)；δ为保温层厚度，m；D0为风管内径，m；D1为风管外径，m；λ0、λ1、λ2……为组成风管主体的多层基材的导热系数，W/(m2·℃)。由于外层的聚酯层贴面与内层的防火层贴面的材料厚度通常为0.2mm甚至更薄，相对于中间的橡塑保温层来说保温作用可忽略不计，因此为了简化计算考虑可认为此两层结构的导热热阻为0，因此式（4）、（5）可简化为式（6）、（7）：外壁换热系数αwg，取决于壁面粗糙度、外界工况条件等，对于户外场所，外壁面换热系数一般取值8.14 W/(m2·℃)[2]（也有学者给出的数值取值范围为8～10 W/(m·2℃)），内部气流与风管内部接触且高速流动，内壁表面换热系数远大于外壁换热系数，因此 项可近似趋近于0，用于简化计算时可按0值处理。2 保温厚度计算计算保温层厚度，通常采用防凝露法。防凝露法计算保温厚度的思路是，认为外壁面的最低温度，最低等于当地环境的露点温度，以使风管外表面不发生凝露现象。因此，决定保温层厚度的因素有：1）风管外表面温度应高于管壁外围环境空气的露点温度。2）为保证最远端的送风效果，风管的末端的温度不得高于可接受的最高送风温度。2.1 板材及矩形风管的计算对于保温板材及矩形风管：对于圆形风管：D1由下式计算：式中：δ为保温材料的厚度，m；tw为风管外表面温度，℃。2.2 椭圆形风管计算对于截面为原型的风管，其几何直径与水力半径的换算公式为：式中：R为水力半径；A为管道截面积；L为管道湿周；d为管道直径，即d=4R。与圆形风管相对比，椭圆形风管的当量直径dε用水力半径表示为：式中：dε椭圆管道当量直径；a为椭圆长半径；b为椭圆短半径。求出椭圆形管道当量直径后，通过式（11）将当量直径换算层等效的水力半径，椭圆形管道当量直径代入圆形管道计算式（10）即可。3 计算示例某处于室外环境的内径457mm，长度20m的橡塑复合风管，入口风速为8m/s，送风温度11℃，环境温度33℃，环境湿度85%，拟采用的橡塑复合风管的导热系数为0.031W/(m·K)。3.1 保温厚度计算根据环境温度与环境湿度，查表或计算得到环境露点温度td为30.13℃。根据式（10），计算得到外径D1计算过程如下：求解得：D1=0.505m。根据式（9），得到保温厚度δ为24mm。即选用24mm厚度规格的柔性保温风管即可避免风管外表面发生凝露现象。3.2 温升计算11℃时，空气的定压比热可取为1.025 kJ/(kg·K)，密度可取为1.24 kg/m3，根据式（7），求解得：热阻R=0.5902m·2℃/W。根据式（2）、式（3）计算得：ts=11.665℃，则此20m长度管段温升为0.665℃。4 结语本文通过对常见的矩形、圆形的橡塑复合风管的保温厚度及温升计算方法进行推导，并通过具体的计算案例详述了数值计算过程，通过当量直径的替代的方法把此计算过程扩充到扁圆形管型。计算过程中根据实际情况进行了部分数值的简化、取值，并详述了原因阐述。通过本文的综合分析，得到了如下的结论：1）防凝露法选型是橡塑复合风管厚度选型的快捷通用的方法。2）由于内外贴面层的厚度远小于中间的橡塑保温层，计算风管温升时对此两层结构的传热热阻进行忽略，以用于简化计算的过程是可取的。3）由于通风管道内部的流速一般情况下大于1m/s，绝大部分常规送风状态时风管内部流动处于紊流及湍流状态，内部气流与风管内发生强烈热交换，风管内壁与内部气体的表面换热热阻远小于橡塑保温层的导热热阻，因此计算值对管道内部与气流交界面的换热热阻按0值处理也是可取的。参考文献[1]石俊龙,张宝刚,郭阳.冰蓄冷低温送风空调系统风管及保温研究[J].制冷,2012,(8):78-81[2]裴秀英.低温送风空调风管得热、温升与保冷厚度[C]//厦门市科协2005年学术年会暨福建省科协第五届学术年会卫星会议.2005[3]杨世铭,陶文栓.传热学(第四版)[M].北京:高等教育出版社,2006

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