第五章 通風系統之阻力


()風速標準

風管風速標準分為低速與高速兩種,風速在15m/s以下屬低速風管,以上則為高速風管。前者用於大樓之通風及空調,後者則應用於工業及生產作業方面。風速之大小與風管之噪音、震動、及成本均有相當大的關係。而風管出口及吸氣口之風速亦會影人體之舒適與安寧。

6.1所述為低速風管常用之標準。表6.2則為高速風管之風速標準,表6.3則為一般出風口及進風口之風速標準,依不同場所而定。

 

6.1 低速風管之風速標準

位置

標準風速 [m/s]

最高風速 [m/s]

住宅

公共建築

工廠

住宅

公共建築

工場

風機吸氣口

3.5

4.0

5.0

4.5

5.0

7.0

風機排氣口

5-8

6.5-10

8-12

8.5

7.5-11

8.5-14

主風管

3.5-4.5

5-6.5

6-9

4-6

5.5-8

6.5-11

支風管

3

3-4.5

4-5

3.5-5

4-6.5

5-9

垂直支管(上行)

2.5

3-3.5

4

3.25-4

4-6

5-8

過濾器

1.25

1.5

1.5

1.5

1.75

1.75

加熱器

2.25

2.5

3.0

2.5

3.0

3.5

洗氣室

2.5

2.5

2.5

2.5

2.5

2.5

 

6.2 高速風管內之風速標準

風量 [m3/h]

最大風速 [m3/s]

5,000-10,000

12.5

10,000-17,000

17.5

17,000-25,000

20

25,000-40,000

22.5

40,000-70,000

25

70,000-100,000

30

 

6.3 風機出風口及吸風口之風速標準

場所

出風口風速 [m/s]

地點

吸風口風速 [m/s]

播音室

1.5-2.5

房間上方

>4.0

住宅、公寓

2.5-3.5

房間下方

2.0-4.0

戲院、旅館房間

2.5-3.5

室門或氣窗

2.5-5.0

私人辦公室

4.0

室門之地面空隙

3.0

電影院

5.0

工場

>4.0

公共事務室

5.0-6.25

住宅

2.0

商店

7.5

 

 

百貨公司

10.0

 

 

 

()風管材料

製造風管之材料通常多為黑鐵鋅或鍍鋅鐵板。後者耐袘k,使用較為普遍。設計上亦有採用鋁板者,但價格較高,故仍少見。工場類之建築中,其排風及回風亦有採用混凝土結構者,但大多建於地下。有關圓形風管使用鐵板之厚度及號數標準如表6.46.5;矩形者如表6.66.7;矩形鋁管者如表6.8

 

6.4 圓形低速風管使用之鐵板標準

管徑 [mm]

150-500

510-750

760-1,000

1,010-1,250

> 1,260

鐵板厚度[mm]

0.5

0.6

0.8

1.0

1.2

鐵板號數

26

24

22

20

18

 

 

6.5 圓形高速風管使用之鐵板標準

管徑 [mm]

< 200

210-450

460-750

 >760

鐵板厚度[mm]

0.6

0.8

0.9

1.2

鐵板號數

24

22

20

18

 

 

6.6 矩形低速風管使用之鐵板標準

尺寸 [mm]

150-300

310-750

760-1,500

1,510-2,250

> 2,260

鐵板厚度[mm]

0.5

0.6

0.8

1.0

1.2

鐵板號數

26

24

22

20

18

 

 

6.7 矩形高速風管使用之鐵板標準

尺寸 [mm]

< 450

460-1,200

1,210-2,250

鐵板厚度[mm]

0.8

1.0

1.2

鐵板號數

22

20

18

 

 

6.8 矩形低速風管使用之鋁板標準

尺寸 [mm]

< 300

330-750

780-1,370

1,400-2,140

2,160-2,450

鐵板厚度[mm]

0.51

0.63

0.81

1.02

1.3

鐵板號數

26

24

22

20

18

 

()風管法蘭

6.9 風管接合用法蘭(Flange)

管鐵板厚度 [mm]

法蘭角鐵尺寸 [mm]

最大間隔 [m]

0.5

25 x 25 x 3

3.6

0.6

25 x 25 x 3

3.6

0.8

30 x 30 x 3

2.7

1.0

40 x 40 x 3

1.8

1.2

40 x 40 x 5

1.8

()風管吊架

6.10 圓形風管之吊架標準

管徑 [mm]

束鐵

吊桿 () [mm]

最大間隔 [m]

< 1,500

25 x 3

25 x 3 9.0φ

3.0

> 1,510

30 x 3

30 x 3 12.0φ

3.0

 

6.11 矩形風管之支()架標準

鐵板厚度[mm]

吊架()

支架()

橫撐
[mm]

吊桿
[mm
φ]

最大間隔[m]

撐架
[mm]

最大間隔
[m]

0.5

25 x 25 x 3

9

3.0

25 x 25 x 3

3.6

0.6

25 x 25 x 3

9

3.0

25 x 25 x 3

3.6

0.8

30 x 30 x 3

9

3.0

30 x 30 x 3

3.6

1.0

40 x 40 x 3

9

3.0

40 x 40 x 3

3.6

1.2

40 x 40 x 5

9

3.0

40 x 40 x 5

3.6

 

()管路中之損失

前文已詳述風機之壓力變化等細節,在管路中,要使流體經過管路,必須克服相當的阻力,這阻力以壓力表示,可分為管路直線部份之損失及局部彎管、分岐管、閘道等之壓力損失,其主要原因包括來自:

(1)摩擦

(2)彎曲

(3)分岐或匯合

(4)斷面積或形狀之變化

 

在管道中亦有許多存在之障礙物,均會造成管流之阻力,這些項目包括:

(1)風量控制器

(2)阻水板

(3)空氣過濾器

(4)加熱器或冷卻器

(5)測量及控制儀器

(6)防火活門

送風設備所產生之阻力可分為動與靜兩種。與風速平方成比例變化的是動阻力,與風速無關的靜阻力。動阻力與靜阻力合成即為為送風系統之全阻力。若管路中有存在靜壓存在,則全壓亦須包括達到靜壓所需之壓力。氣流在風管內所損失之壓力可用下式表示:

PT = PL + PD

式中,PT為全部壓損,PL為管長之壓損,而PD則為各種彎管、分岐管、閘門等之壓損。

 

前文已述,動壓與風速間有一個確定的關係。就空氣而言,其關係如下式:

 

Pv  = V2/2g x γ =  V2/16.3  =  ( V/4.03 ) 2   [mmAq]

 

式中,V的單位為 [m/s]

 

茲將各種損失之計算說明如下:

1. 直線風管之阻力損失

PL = λ

L

x

V2

x γ   ------(6.1)

d

2g

 

 λ=0.0055 [ 1 + ( 20,000

ε

+

106

)1/3  ]

--(6.2)

d

R

 

Q =

π

x  d2   x  V  x  3,600 ------(6.3)

4

式中,

PL

---

直線風管長度L [m],直徑[m] 之損失 [mmAq]

λ

---

摩擦係數

V

---

管路風速 [m/s]

γ

---

流體之密度 [kg/m3]

Q

---

風速V,直徑[m] 下之風量 [m3/h ]

ε

---

風管內表面凹凸粗糙度(鐵板ε=0.18mm)

R

---

雷諾數(Reynolds' number),正常值2,500以下

 

一般風管材料多為鐵板,其粗糙度約為0.18mm,其他材質者可查參考書或手冊。工廠排風若採用混凝土隧道,其摩擦係數將較鐵板高。表6.12所示為直徑1.0m時之λ值,直徑小於1.0m時,其λ值會增加,反之則減少。

 

6.12 各種表面之摩擦係數值

風管內面

風速 [m/s]

5

10

15

20

極粗糙

混凝土

1.7

1.8

1.85

1.9

較粗糙

混凝土粉光

1.3

1.35

1.35

1.37

較平滑

塑膠、鐵板

0.92

0.85

0.82

0.80

 

2. 管俓之選擇

6.1為粗糙度ε=0.18mm之鐵板之管徑與風量關係表。在標準空氣狀況下(760mmHg20),從圓形管每公尺之阻力 [mmAq]及風量[m3/h]的關係,求出風管之直徑,d [m] 及風速 [m/s]。若風管為混凝土材料,則將圖中之摩擦損失乘以表6.12之係數後要求之。

3. 矩形風管之換算

        圓形風管之直徑自圖6.1求得後,若想換算成同樣單位阻力之矩形風管時,可利用下式換算之:

 

d = 1.3 [

( a b )5/8

]

----(6.4)

( a + b )1/4

       

式中,ab分別為矩形風管之寬與高。其值亦可利用圓形面積與矩形面積相等之方式進行粗略估計。矩形風管週邊寬與高之比又稱為縱橫比(Aspect Ratio),此值最高可為8:1。但自1:18:1時,鐵板面積要增加70%,其重量亦會增加3.5倍。故設計風管時,除非特殊情況,此比值應愈趨近1:1時為佳,以節省其製造與安裝成本。

 

 

損失, mmAq/m風管直徑mm

 

風量m3/s

 

風管直徑mm

 

平均風速m/s

 

 

6.1 風管直徑之選擇

   

6.13a 矩形風管換算表(單位cm)

 

a=10

12

14

16

18

20

22

24

26

28

30

32

34

36

38

40

42

44

46

48

50

b=10

10.9

12.0

12.9

13.7

14.5

15.2

15.9

16.5

17.1

17.7

18.3

18.8

19.3

19.8

20.2

20.7

21.1

21.5

21.9

22.3

22.7

12

12.0

13.1

14.2

15.1

16.0

16.8

17.6

18.3

19.0

19.6

20.2

20.8

21.4

21.9

22.4

22.9

23.4

23.9

24.4

24.8

25.2

14

12.9

14.2

15.3

16.4

17.3

18.2

19.1

19.9

20.6

21.3

22.0

22.7

23.3

23.9

24.5

25.0

25.6

26.1

26.6

27.1

27.6

16

13.7

15.1

16.4

17.5

18.5

19.5

20.4

21.3

22.1

22.9

23.7

24.4

25.1

25.7

26.4

27.0

27.6

28.1

28.7

29.2

29.8

18

14.5

16.0

17.3

18.5

19.7

20.7

21.7

22.7

23.5

24.4

25.2

26.0

26.7

27.4

28.1

28.8

29.4

30.0

30.6

31.2

31.8

20

15.2

16.8

18.2

19.5

20.7

21.9

22.9

23.9

24.9

25.8

26.6

27.5

28.3

29.0

29.8

30.5

31.2

31.8

32.5

33.1

33.7

22

15.9

17.6

19.1

20.4

21.7

22.9

24.0

25.1

26.1

27.1

28.0

28.9

29.7

30.5

31.3

32.1

32.8

33.5

34.2

34.9

35.5

24

16.5

18.3

19.9

21.3

22.7

23.9

25.1

26.2

27.3

28.3

29.3

30.2

31.1

32.0

32.8

33.6

34.4

35.1

35.9

36.6

37.2

26

17.1

19.0

20.6

22.1

23.5

24.9

26.1

27.3

28.4

29.5

30.5

31.5

32.4

33.3

34.2

35.1

35.9

36.7

37.4

38.2

38.9

28

17.7

19.6

21.3

22.9

24.4

25.8

27.1

28.3

29.5

30.6

31.7

32.7

33.7

34.6

35.6

36.4

37.3

38.1

38.9

39.7

40.5

30

18.3

20.2

22.0

23.7

25.2

26.6

28.0

29.3

30.5

31.7

32.8

33.9

34.9

35.9

36.8

37.8

38.7

39.5

40.4

41.2

42.0

32

18.8

20.8

22.7

24.4

26.0

27.5

28.9

30.2

31.5

32.7

33.9

35.0

36.1

37.1

38.1

39.0

40.0

40.9

41.8

42.6

43.5

34

19.3

21.4

23.3

25.1

26.7

28.3

29.7

31.1

32.4

33.7

34.9

36.1

37.2

38.2

39.3

40.3

41.3

42.2

43.1

44.0

44.9

36

19.8

21.9

23.9

25.7

27.4

29.0

30.5

32.0

33.3

34.6

35.9

37.1

38.2

39.4

40.4

41.5

42.5

43.5

44.4

45.3

46.2

38

20.2

22.4

24.5

26.4

28.1

29.8

31.3

32.8

34.2

35.6

36.8

38.1

39.3

40.4

41.5

42.6

43.7

44.7

45.7

46.6

47.5

40

20.7

22.9

25.0

27.0

28.8

30.5

32.1

33.6

35.1

36.4

37.8

39.0

40.3

41.5

42.6

43.7

44.8

45.8

46.9

47.9

48.8

42

21.1

23.4

25.6

27.6

29.4

31.2

32.8

34.4

35.9

37.3

38.7

40.0

41.3

42.5

43.7

44.8

45.9

47.0

48.0

49.1

50.0

44

21.5

23.9

26.1

28.1

30.0

31.8

33.5

35.1

36.7

38.1

39.5

40.9

42.2

43.5

44.7

45.8

47.0

48.1

49.2

50.2

51.2

46

21.9

24.4

26.6

28.7

30.6

32.5

34.2

35.9

37.4

38.9

40.4

41.8

43.1

44.4

45.7

46.9

48.0

49.2

50.3

51.4

52.4

48

22.3

24.8

27.1

29.2

31.2

33.1

34.9

36.6

38.2

39.7

41.2

42.6

44.0

45.3

46.6

47.9

49.1

50.2

51.4

52.5

53.6

50

22.7

25.2

27.6

29.8

31.8

33.7

35.5

37.2

38.9

40.5

42.0

43.5

44.9

46.2

47.5

48.8

50.0

51.2

52.4

53.6

54.7

52

23.1

25.7

28.0

30.3

32.3

34.3

36.2

37.9

39.6

41.2

42.8

44.3

45.7

47.1

48.4

49.7

51.0

52.2

53.4

54.6

55.7

54

23.5

26.1

28.5

30.8

32.9

34.9

36.8

38.6

40.3

41.9

43.5

45.1

46.5

48.0

49.3

50.7

52.0

53.2

54.4

55.6

56.8

56

23.8

26.5

28.9

31.2

33.4

35.4

37.4

39.2

41.0

42.7

44.3

45.8

47.3

48.8

50.2

51.6

52.9

54.2

55.4

56.6

57.8

58

24.2

26.9

29.4

31.7

33.9

36.0

38.0

39.8

41.6

43.3

45.0

46.6

48.1

49.6

51.0

52.4

53.8

55.1

56.4

57.6

58.8

60

24.5

27.3

29.8

32.2

34.4

36.5

38.5

40.4

42.3

44.0

45.7

47.3

48.9

50.4

51.9

53.3

54.7

56.0

57.3

58.6

59.8

62

24.8

27.6

30.2

32.6

34.9

37.1

39.1

41.0

42.9

44.7

46.4

48.0

49.6

51.2

52.7

54.1

55.5

56.9

58.2

59.5

60.8

64

25.1

28.0

30.6

33.1

35.4

37.6

39.6

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6.13b 矩形風管換算表(單位cm)

 

a =50

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