风量(CMH) = 截面积(㎡) × 风速(m/s) × 3600。这是通风设备设计中不可或缺的计算。
在风管系统中,风速和风量是最基础也最关键的设计参数,理解两者的关系是高效通风系统设计的核心。风量(Q)按 Q = V × A 公式计算,其中 Q 为风量(㎥/h 或 CMH),V 为风速(m/s),A 为风管截面积(㎡)。换算为 CMH 时,将 ㎥/s 乘以 3,600。直径200mm的圆形风管在风速5m/s下,A = π × (0.1)² = 0.0314㎡,Q = 0.0314 × 5 × 3,600 = 565 CMH。若直径为300mm,截面积为0.0707㎡,在相同风速下则为1,271 CMH。一间20人的办公室,若每人需要30 CMH,总共需要600 CMH;采用直径250mm的风管(0.049㎡)时,所需风速约为3.4m/s,处于推荐范围(2～8m/s)之内。
CMH 表示每小时立方米,是通风设备领域中使用最广泛的风量单位。层高2.5m的100㎡办公室,室内空气体积为250㎥,若以每小时换气1次为目标,所需风量为250 CMH。北美地区主要使用 CFM(每分钟立方英尺),两者换算关系为 1 CMH = 0.588 CFM,1 CFM = 1.699 CMH。住宅设施推荐换气0.5～1.0次/小时,办公室1.5～2.5次/小时,会议室4～6次/小时。每人所需换气量一般为20～30 CMH,会议室、教室为30～50 CMH,地下停车场则要求每1㎡地面6～10 CMH。
有效的通风设备设计,关键在于平衡室内空气质量与能源效率。建议二氧化碳浓度保持在1,000ppm以下,可吸入颗粒物(PM10)在100㎍/㎥以下,细颗粒物(PM2.5)在50㎍/㎥以下。所需换气量的计算有两种常见方法:按人数的 Q = N × q,以及按换气次数的 Q = V × n。50人的教室若每人需40 CMH则共需2,000 CMH,500㎥的办公室每小时换气2次则需1,000 CMH。烹饪设施所需换气量往往比一般办公室高10～20倍,夏季高温高湿时应考虑使用热交换通风装置以兼顾节能与舒适度。
合理的风管尺寸选定直接影响系统效率、噪声和安装成本。圆形风管截面积按 A = π × (D/2)² 公式计算,反之可用 A = Q ÷ (V × 3,600) 求出所需截面积。以6m/s输送1,500 CMH为例,需要 A = 1,500 ÷ (6 × 3,600) = 0.069㎡,对应直径约297mm,因此实际选用标准的300mm规格。摩擦损失与风管长度及风速的平方成正比,直线风管每米保持0.1～0.2 mmAq较为适宜。一个90度弯头造成的压力损失大致相当于3～5m直线风管,增大直径可有效减少压力损失,从而降低长期运行成本。
风管噪声直接影响室内人员的舒适度,而风速正是主要诱因。主风管一般设计为6～10m/s,分支风管4～8m/s,出风口附近2～5m/s;图书馆、录音室等安静场所即使是主风管也应限制在4～6m/s以内。风速一旦超过8m/s,噪声会急剧增加。湍流噪声与风速的6次方成正比,意味着风速加倍时噪声约增加18dB。将风管直径增大20%可使风速降低约30%,噪声随之降低5～8dB;此外安装消声器可将宽带噪声降低20～30dB。
HVAC系统效率优化是降低能耗成本并维持舒适室内环境的关键。风机功率与风量的3次方成正比,因此仅将风量减少20%就可节省约49%的能耗。变风量(VAV)系统能根据实际负荷动态调节风量,每年可节省30～50%的能耗,变频控制风机也可节省20～40%的电力消耗。滤网应每3～6个月更换一次,堵塞率超过30%时风机负荷会增加15～25%。风管建议每2～3年清洗一次,密封接头处的漏风则可回收10～20%的风量损失。