
在全空气空调系统中,设备只是系统的一部分。真正把经过处理的冷、热空气输送到各个房间的,是整套风管系统。
即使采用辐射采暖、毛细管等系统,建筑内部仍然可能需要通过风管完成新风、通风和除湿。因此,无论是全空气空调还是其他舒适系统,理解风管中的空气流动、静压、阻力和噪声都非常重要。
设计风管之前,首先应该知道每一个房间到底需要多少冷量、热量和送风量。
在北美住宅暖通设计中,通常会先按照ACCA Manual J或ASHRAE相关方法计算建筑冷热负荷,再把不同房间的冷热负荷转换成所需送风量。
然后根据总负荷和设计工况选择合适的空调或热泵设备。设备确定以后,才能进一步设计送风、回风和新风系统。
如果一开始就根据经验画风管,而没有房间负荷和风量作为基础,后期很容易出现某些房间风量过大、某些房间风量不足的问题。
风机要推动大量空气在建筑内部循环,本质上需要持续克服风管和部件产生的阻力。
以传统经验为例,约2.5冷吨的空调在常见设计工况下,送风量可能在1000 CFM左右。也就是说,风机每分钟都需要推动大量空气通过盘管、过滤器、风管、弯头、风阀和风口。
空气从Air Handler出来以后并不是毫无阻力地到达房间。
整个输送过程中,每一段风管、每一个弯头、三通、风阀、过滤器和风口都会产生阻力。
可以把风机想象成一个向管道内吹风的风扇。
如果风机直接向开放空间吹风,阻力很小;如果在前面接上一根管道,空气就必须克服管壁摩擦。
当风管尺寸进一步变小,或者管道越来越长、弯头越来越多时,系统阻力会继续增加。
风管系统的气流阻力可以简单理解为两部分:摩擦阻力和局部阻力。
第一部分是空气沿着风管内壁流动时产生的摩擦。
风管越长、内表面越粗糙,空气受到的阻力通常越大。因此金属风管、复合风管和柔性风管在相同尺寸和风量下,实际阻力可能并不完全相同。
第二部分是空气改变方向或流动状态时产生的局部阻力。
例如弯头、三通、变径、风阀和突然缩小的风管,都会使气流产生扰动和湍流。
静压可以理解为风机推动空气克服系统阻力的能力。
空气离开风机以后,需要经过过滤器、盘管、主风管、支管、弯头、风阀和风口。整个过程中,系统压力会不断被消耗。
因此设备的机外静压必须能够覆盖实际风管系统产生的阻力。
所以静压不是越高越好。
静压不足,远端房间可能风量不够;静压过高,又可能增加风机功率、气流噪声和系统调试难度。
全空气系统不会只看平均管道长度,而是重点计算阻力最大的那一条空气输送路径。
例如Air Handler位于地下室,而最远卧室位于二楼另一侧,空气可能要经过主管、立管、多个弯头、三通、比例风阀以及末端风口。
这一条路径的阻力通常比距离设备较近的房间更大。
只要最不利房间能够获得设计风量,其他支路再通过风阀和平衡调试控制风量,整个系统就更容易实现稳定运行。
风管系统中的弯头和三通虽然实际长度可能只有几十厘米,但它产生的阻力可能相当于数米甚至更长的直风管。
为了便于计算,工程设计中常把这些局部阻力换算成一段相当长度的直管,这就是“等效长度”。
因此不能只拿卷尺测量风管实际距离。
风管做小,可以减少吊顶空间和材料使用,但空气速度会升高。
风速升高以后,风管阻力和气流噪声通常都会增加。
风管做得过大虽然可以降低风速和阻力,但也会增加材料成本,并占用更多建筑空间。
因此风管设计真正追求的是一个平衡:
暖通工程中常见的风管形式主要包括矩形风管、圆形风管和椭圆形风管。
| 风管形式 | 常见特点 |
| 矩形风管 | 容易与吊顶空间协调,住宅和商业项目应用广泛 |
| 圆形风管 | 结构效率较高,受压性能和气流性能较好 |
| 椭圆风管 | 兼顾空间高度与圆形风管部分特点 |
一套风管系统并不只是几根管道。
通常还包括送风主管、送风支管、回风系统、风口、格栅、风阀以及各种连接配件。
管道内部空气速度越高,产生气流噪声和局部湍流的风险通常越大。
因此住宅全空气系统通常更加重视低风速设计。
原始工程资料常把风管系统按照低速、中速和高速进行分类,例如:
| 类型 | 典型风速范围 |
| 低速系统 | 约1500 FPM以下 |
| 中速系统 | 约1500~2500 FPM |
| 高速系统 | 约2500~3500 FPM |
但对于住宅项目来说,实际设计时通常不会简单把整个系统统一按一个最高风速设计,而会根据主管、支管和末端风口分别控制。
卧室等对噪声敏感的区域尤其需要采用更保守的风速。
住宅与大型商业建筑不同,人们距离送风口更近,而且夜间卧室对噪声更加敏感。
因此住宅风管设计通常更愿意适当增加风管尺寸,以换取更低的风速、更低的阻力和更低的气流噪声。
这也是为什么全空气住宅不能简单追求“小风管”。
设计计算得到的风量,并不代表最终一定全部送到房间。
如果风管连接、接口密封和施工质量不好,一部分空气可能在到达末端之前已经从风管接口泄漏。
因此安装质量与计算设计同样重要。
对于全空气系统来说,风管密封、保温、支撑、软连接和接头处理都会影响最终风量、能耗和噪声。
即使所有计算都正确,实际安装完成以后,不同支路之间仍然可能因为施工偏差、风管长度和配件变化产生风量差异。
所以全空气系统安装完成以后,应对主要送风口进行实际风量或风速检测。
如果某个距离设备较近的房间风量过大,就需要通过平衡风阀适当限制;远端房间则要确保能够获得设计风量。
一台Air Handler或者一台热泵主机本身并不能决定整个住宅是否舒适。
同样的设备,不同的风管尺寸、静压、风口和气流组织设计,最终效果可能完全不同。
真正专业的全空气设计,必须同时考虑: