空气通过管道的最佳速度，第2部分

管道的尺寸不仅仅是对空气流动的低阻力

通过Allison A. Bailes III，博士|2019年6月26日

更多的建筑科学

这是关于通过管道移动空气的物理的2部分系列中的第二篇文章。如果你错过了，请点击这里空气通过管道的最佳速度，第1部分．

关于空气通过管道的速度，要知道的第一件事是空气移动得越慢，对空气流动越有利。这是我上一篇文章的主要观点。它提出了一个问题，低流速对管道中的空气流动有害吗?答案是，就空气流动而言，你真的不能让空气通过管道太慢。

但故事还没有结束。如果它是，你总是试图获得最低的速度可能使用最大的管道，适合的空间，而不吹预算。然而，还有另一个相关的事实，忽略它会导致麻烦。

第二定律的麻烦

在通过管道系统输送空气时，我们需要良好的气流，但请记住，目的不只是让空气在整个房子内流动。它是为了在冬天输送热空气，在夏天输送冷空气。当经过调节的空气通过管道时，热力学第二定律就起作用了因为管道内外有一个温差。

热力学第二定律指出，当物体的温度不同时，热量会从较热的物体流向较冷的物体。在冬天，我们管道里的暖空气会把热量传递给周围的环境。夏天，凉爽的空气从周围的环境中吸收热量。

在管道和周围环境之间流动的热量取决于三件事:

管道的表面积
管道之间的温差
绝缘等级(用传热系数U或热流阻力R表示)

把这些联系在一起的等式是:

热流方程

问这是热流速率，我们在美国使用的单位是英国每小时热单位(BTU/hr)。

热量传递到流动的空气中

当经过调节的空气通过管道时，它获得或损失的热量与这三个因素成比例。但这只是告诉你每小时有多少btu进入或流出管道。另一个因素是在接收每个BTU时需要多少空气。控制这一点的因素是速度:

空气在管道中移动得越慢，每立方英尺获得或损失的btu就越多。

这不仅仅是接触时间的问题。为了让空气流动得更慢，我们需要更大的管道这样表面积也会更大。这一切的结果是，当你确定管道的尺寸时，你必须考虑管道所在的空间。

如果你把管道放在有条件的空间里，你可以让空气以你想要的速度移动。当你把管道放在一个没有空调的阁楼上时，你想让空气以更高的速度流动，推动它接近ACCA手册D推荐的最大速度，供应管道900英尺每分钟(fpm)，回流管道700英尺每分钟。

迈克麦克法兰的管道尺寸工具

我在加州雷丁的朋友迈克·麦克法兰(Mike MacFarland)是一位家庭表演和暖通空调奇才。他知道原理，也做过研究他安装了一些全国最好的管道系统。他使用以下速度范围的管道在不同类型的空间:

600至750立方英尺/分钟-裸露在无条件阁楼的管道

400至600fpm -无条件阁楼深埋管道

小于400fpm -有条件空间的管道

他把这些数据做成图表，让你找到管道直径，从而得到正确的速度和空气流速(cfm)。完整的图表涵盖了管道尺寸从4英寸到18英寸，空气流量从0到1200立方厘米。(你可以点击下面的图片或本文底部的链接下载完整的图表。)下面是图表的底部，涵盖了300立方英尺以下的空气流量:

Mike MacFarland的管道尺寸测量工具[图片来源:Mike MacFarland, Energy Docs] — 迈克麦克法兰的管道尺寸工具。图片来源:Mike MacFarland, Energy Docs

例如，如果你需要一个风管移动100立方英尺，如果它是在有条件的空间，你会使用7英寸的风管，如果它深埋在阁楼的绝缘材料中，你会使用6英寸的风管，而在没有条件的阁楼中，暴露的风管则使用5英寸的风管。

这里的结论是，低速有利于空气流动，但有时不利于传热。通过选择适合条件的管道尺寸，你得到了最好的两个世界的速度。

下载迈克麦克法兰的管道尺寸工具

Allison贝尔斯是一位演说家、作家、建筑科学顾问，也是《能源先锋的博客．你可以在推特上关注他@EnergyVanguard．

查看评论

6个评论

MKCF|2019年6月28日11:33am|# 1

感谢这篇内容丰富的文章!我发现，如果你不是在暖通学院学习，很难找到这类信息。
我正在为我的旧房子改造设计一个加热系统，使用三菱热泵。我的计划是在楼上安装一个短的线性管道，这样我就可以用一个空气处理单元(SEZ-KD15NA4)为多个房间供暖。空气处理器和管道都将在有条件的空间:单元将在一个壁橱和管道将在一个拱脚。
我读了你2016年关于管道设计的系列文章。我不明白的一件事是，如何将每个房间的BTU要求与所需的CFM数量联系起来。“手动”。你的下一篇文章会解释这个吗?
另一个经验法则是400 CFM = 12000 BTU。
然而，在阅读完这篇文章后，它似乎可以使用这条经验法则来获得比例，然后简单地缩放管道到一个人可以美学忍受的最大，保持它们彼此的比例。更大的管道可以保持较低的静压和速度。正确吗?

再次感谢,
迈克
专家成员

Dana多赛特|2019年6月28日下午01:15|＃2

看起来你可能合并了400 cfm(体积速率)和400 fpm(速度)。当横截面为1平方英尺时，你只能从一个400立方英尺的流量中得到400立方英尺。

400 cfm/ 12000 BTU的经验法则是用于冷却设备的潜负荷处理。在单速空调中，如果你把这个比例减少一半，蒸发器盘管就容易结冰，如果把潜在冷却降低一倍，就会在室内带来凉爽但潮湿的环境。

但当然，更大的管道产生更低的速度，这减少了由管道引起的静压。
MKCF|2019年6月29日08:17am|# 3

所以，我的管道尺寸调整方法在这种情况下可能真的有用吗?漂亮的大格栅也可能是个好主意?

专家成员

Dana多赛特|2019年6月29日上午10:45|# 4

大格栅的返回寄存器是好的，但你可能需要减少到一个较小的尺寸/更大的速度和使用较小的供应格栅，以获得足够的投掷为良好的混合。

MKCF|2019年6月30日12:03分|# 5

谢谢你! !
乔恩·R|2019年12月12日下午06:44|# 6

如果你在有空调的地方安装通风管道，你就可以随心所欲地让空气流通。

但在低速度和可变气流的情况下，你的平衡(房间与房间之间的Btus)变得越来越不稳定——使那个遥远的房间处于不足/过度调节的状态。多少钱，我不知道。

Re #2 - CFM/吨和潜在性能差是大多数管道迷你分离器在不到全输出时的一个实际问题。