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家用中央空调风管材料的选择和应用

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 1 家用中央空调风管系统的使用特点
    家用中央空调其实就是将中央空调系统应用在单元住房面积为80~600m2之间的多居室公寓、复式公寓、别墅、小型办公楼及小型商业用房中,因此,与中央空调系统的风管相比,家用中央空调的风管系统具有以下特点:
    (1)层高的问题比较突出
    一般中央空调使用在商场、电影院、写字楼等公共场所,这些地方的层高一般都比较高,因此层高的问题不是很明显,基本上都能满足中央空调风管系统安装、使用和维护的需要。但对于家用中央空调,由于它使用的地方很多时候层高低于3 m,一般在2.8 m左右,这就要求它配置的风管应尽可能少的占用层高空间。
    (2)风管加工要求方便
    家用中央空调风管系统的加工量不大,但规格多,因此只能进行现场加工。由于家用中央空调风管的施工场地一般都比较小,且施工点比较多,因此不适合采用大型机器设备制作。另外,每户家用中央空调的风管安装位置都可能不同,不像写字楼、商场等,每层的布置基本固定,很多时候都需要进行现场定位,而且安装时还需要根据具体情况临时加工管道配件,如弯头、大小径等,因此要求风管的加工非常方便。
    (3)对噪声的要求比较高
    家用中央空调主要使用在居住环境,因此对噪声的要求比较高。根据《中华人民共和国住宅设计规范》的要求,住宅卧室、起居室(厅)内的允许噪声昼间应小于或等于50分贝,而夜间应小于或等于40分贝[3]。风管机的机外余压一般为80~250Pa左右,噪音比较大,这就要求家用中央空调的风管系统加装有消声装置或自身具有较好的吸声功能。
    (4)对风管强度的要求可适当降低
    中央空调使用的场合,如商场、办公楼等,经常可以遇到大空间,因此要求风管具有较高的强度。家用中央空调使用场合的跨度一般都比较小,通常都小于4 m,这就使得对风管强度的要求可适当降低。另外,家用中央空调风管系统的通风量比较小,通风管道要求的口径也比较小,这也可以适当地降低对风管材料的强度要求。
    从以上分析可以看出,家用中央空调风管系统和中央空调风管系统的要求不完全相同,因此在进行家用中央空调风管系统设计和施工时一定要充分考虑到这些特点,才能得到一个令人满意的家用中央空调风管系统。
    2 家用中央空调风管材料的技术性能比较
    中央空调风管常用的材料有镀锌铁皮、玻璃钢、复合材料(中间为保温材料,如酚醛泡沫、聚氨酯泡沫、玻璃纤维等,外表面附着一层保护层,如铝箔等)等几种。由于玻璃钢风管需要在工厂进行加工,且加工损耗大,存在老化现象,在家用中央空调中使用很少,因此本文只对镀锌铁皮和复合材料这两种风管材料进行比较。
    (1)施工的方便性
    镀锌铁皮适合大尺寸加工,机械加工方便,但小尺寸时由于不方便采用机械设备,因此加工周期长,速度慢。另外,镀锌铁皮风管施工时不好控制安装精度;大小通等配件不易制作;安装难度大,对施工人员的要求高。虽然,为改正这些缺点,镀锌铁皮风管的施工进行了不少改进,如开发出小型加工设备,采用新的联结方式等等。但是,这些新设备、新工艺仅仅只能对镀锌铁皮风管施工困难的状况进行一定的改善,而不能从根本上解决问题。
    复合材料风管一般采用手工施工,不需要专门的加工设备,因此特别适合于家用中央空调这样的小场地施工。采用复合材料现场制作大小通、弯头等配件也非常方便,因此施工速度快,且对施工人员的要求也相对降低。另外,复合材料风管对安装精度的要求也相对较低,这又可以提高风管的安装速度。
    据工程测算,在进行家用中央空调风管施工时,一个熟练工人每小时可制作安装10~15 m2复合材料风管(以酚醛泡沫铝箔风管为例),而同样一个工人,却只能制作安装3~4 m2镀锌铁皮风管。从这里可以看出,复合材料风管的施工方便性要远远好于镀锌铁皮风管。
    (2)节能效果
    复合材料风管的导热系数大大低于镀锌铁皮风管的导热系数,例如,酚醛铝箔复合风管的导热系数为0.016~0.036W/(m•K)左右,镀锌铁皮风管(采用20 mm橡塑保温材料)的导热系数却高达0.035-0.043 W/(m•K),而且当镀锌铁皮风管的保温材料长期接触空气时,还会出现吸湿的现象,使得镀锌铁皮风管的导热系数大大增加。另外,复合材料风管特有的连接方式还保证了通风系统具有优良的气密性,其漏气率大约只有镀锌铁皮风管漏气率的1/8左右。因此,复合材料风管的节能效果远远好于镀锌铁皮风管。
    现场测试表明,在输送同样热(冷)量时,镀锌钢板风管的散热损失大约为15%左右,而酚醛泡沫保温材料风管的散热损失低于2%。
    (3)防火性能
    镀锌铁皮为无机材料,防火性能好,为不燃A级,但其外部经常采用橡塑类保温材料。由于橡塑类保温材料的防火性能只有B1级,因此大大降低了镀锌铁皮风管的防火等级。
    复合材料风管的防火性能根据材料的不同而不同,例如,经改性处理的酚醛泡沫铝箔风管和玻纤铝箔风管的防火性能均达到了不燃A级。因此,从防火性能这个角度来看,复合材料风管和镀锌铁皮风管都能满足家用中央空调的防火要求。
    (4)强度
    镀锌铁皮风管的强度高,适合大场地、大空间的安装,因此在大空间的中央空调风管系统中应用较多。复合材料风管虽然强度较低,但也能满足家用中央空调的要求。例如,根据《通风与空调工程施工及验收规范》中的规定,当风管直径小于400 mm时,间距要求不大于4 m,而当风管直径大于或等于400 mm,间距要求不大于3 m[4]。对于家用中央空调,保温风管的直径通常小于400 mm,因此其间距只要不大于4 m就可满足要求,而这个条件在住宅中非常容易得到满足。这就是说,在一般情况下,复合材料风管完全可以满足家用中央空调的强度要求,不需要进行加固。
    (5)对层高的影响
    镀锌铁皮风管的外部需要在现场包裹一层保温层,而且在进行维修时还常常需要更换保温层,因此除风管本身的高度外,还需要预留一定的安装和维修空间。复合材料风管本身就具有保温效果,同时一般都采用隐形法兰连接工艺,因此可以紧贴房顶安装,不需要再预留安装空间。因此,从对层高影响这个角度来看,复合材料风管比镀锌铁皮风管更适合用于家用中央空调。
    工程实测表明,采用复合材料风管比采用镀锌铁皮风管可节约层高5~10 cm左右。
    (6)使用寿命
    镀锌铁皮在潮湿环境中容易生锈,而镀锌铁皮风管常用的另一种保温材料玻璃纤维吸湿后容易变脆,因此镀锌铁皮风管的使用寿命大约只有5~10年左右。由于家用中央空调主机的使用寿命一般为15~20年,因此家用中央空调如采用了镀锌铁皮风管,则在其使用过程中需要更换一次风管,这就给用户带来非常大的麻烦。而据国外经验,复合材料风管如酚醛铝箔复合风管的使用寿命在20年左右,这与家用中央空调主机的使用寿命基本相同,因此在家用中央空调整个使用过程中不需要更换风管。从这点看,复合材料风管远远强于镀锌铁皮风管。
    (7)消声性能
    镀锌铁皮风管是一种刚性风管,没有消声效果,它甚至还会将设备的噪声传送到工作地点,因此需要加消声罩和消声弯头之类的消声配件。另外,镀锌铁皮风管在突然遇到冷风或热风时,由于热胀冷缩的原因,还会产生应力变形,从而出现“嘎、嘎”的讨厌声音。而复合材料风管的夹层基本上为多孔泡沫材料板,具有良好的消声性能,因此本身就是一个很好的管式消声器,不需要再进行消声处理,这就可以减少大量的麻烦。从这点来看,家用中央空调应尽量采用复合材料制作风管。
    (8)卫生和健康
    复合材料风管表面采用铝箔密封,不会生锈,另外,由于保温效果好,复合材料风管的内层不会产生凝结水,不会滋生细菌,因而保证了输送介质的卫生,避免了对室内空气的二次污染。镀锌铁皮风管易生锈,且容易产生冷桥现象,易结露,因此在镀锌铁皮风管非常容易滋生细菌,如军团病菌等,从而对送风空气进行二次污染。另外,镀锌铁皮风管常用的保温材料玻璃纤维对人体健康也有一定的危害,因此,从卫生和健康这个角度来看,复合材料风管比镀锌铁皮风管更加适合于家用中央空调。
    从以上分析可以知道,虽然镀锌铁皮风管具有强度高、防火性能好等优点,但根据家用中央空调风管系统的具体使用要求,复合材料风管在其他方面远远强于镀锌铁皮风管,因此在家用中央空调风管使用中应大力推广复合材料风管。
    3 家用中央空调风管材料的经济性能比较
    复合材料风管包括酚醛泡沫、聚氨酯泡沫、玻璃纤维等几种。与其他复合材料风管相比,酚醛泡沫铝箔复合风管具有绝热性能好、环保、健康、防火性能可达到不燃A级等优点,在国外得到了大量的应用[5]。因此,本文采用酚醛泡沫铝箔复合风管为代表对镀锌铁皮风管和复合风管进行经济比较。
    (1)一次性投资
    风管系统的一次性投资即风管系统从购买到开始使用时所花费的费用,一般由风管材料的成本、保温材料的成本、安装费用、各种连接件、加固件、吊装件以及增设消声器等消声部件所增加的费用构成。通过向多家风管材料供应商咨询,相对于镀锌铁皮风管的一次性投资,酚醛泡沫铝箔复合风管的一次性投资大约可节省25%左右,即业主每采用1m2酚醛泡沫铝箔复合风管材料,大约可节约30~40元左右的一次性投资。
    (2)风管更新投资
    镀锌铁皮在潮湿环境中较易生锈,其常用的保温材料——玻璃纤维吸湿后容易变脆,因此镀锌铁皮风管的使用寿命不是很长,大约为5~10年。由于家用中央空调主机的使用寿命一般为15~20年,因此在使用过程中需要更换镀锌铁皮风管一次,这就使得风管的成本大大增加,且施工非常麻烦。根据国外经验,酚醛泡沫铝箔复合风管的使用寿命为20年,和家用中央空调主机的使用寿命相同,因此它在使用过程中不需要更换,可以节约大笔开支。
    (3)总投资
    为更加具体地对酚醛泡沫铝箔复合风管和镀锌铁皮风管两者的经济性能比较,以下以长沙地区一栋10000 m2的公寓大楼为例进行计算。
    根据工程经验,对于一般住宅建筑,家用中央空调风管的使用面积F与住宅面积S的比例P大约为20%左右,因此,这栋大楼的风管使用面积F为:
    F = S*P = 10000*0.2 = 2000 m2 (1)
    采用酚醛泡沫铝箔复合风管比采用镀锌铁皮风管可减少的一次性投资M1为:
    M1 = 40元/m2*2000 m2 = 80000元 (2)
    现阶段市场上镀锌铁皮风管的一次性投资大约为200元/m2左右,因此采用酚醛泡沫铝箔复合风管比采用镀锌铁皮风管可减少的设备更新投资M2为:
    M2 = 200 元/m2*2000 m2 = 400000元 (3)
    则大楼采用酚醛泡沫铝箔复合风管比采用镀锌铁皮风管可减少的总投资M为:
    M = M1 + M2 = 80000 + 400000 = 480000元 (4)
    从以上计算结果可以看出,以酚醛泡沫风管为代表的复合材料风管具有明显的经济优势(还没有考虑酚醛泡沫铝箔复合风管带来的节能效益)。
    4 家用中央空调风管系统安装注意事项
    在选择了合适的风管材料后,要想得到一个满意的风管系统,安装也是非常重要的影响因素。家用中央空调的适用对象一般为住宅、别墅等建筑,因此它的风管系统的安装与中央空调的安装存在着很多不同。根据笔者对多项家用中央空调风管系统安装工程的调查,总结出以下几点安装注意事项:
    (1)风管布置应尽量采用沿墙壁铺设的方法,这样在最终装修时可形成凹凸顶结构,既保持了室内的净高,又使风管得到屏蔽,可以起到较好的装修效果;
    (2)风管在布置时应尽量短,弯头不宜过多,转角半径不宜过小,并尽量避免管道突变径,以减少沿程压力的损失;
    (3)风管安装时不应破坏原有建筑的结构,特别是承重结构;
    (4)风管穿过墙壁处,其孔洞四周的缝隙,应使用弹性材料填充密实;
    (5)为了降低噪声,风管的始端(与送风机连接处)不宜急弯,必要时,弯头和三通支管等处应装设导流叶片;
    (6)风管的连接应严格按照规范进行,粘贴应牢固、铺设应平整、绑扎应紧密,无滑动、松弛与断裂现象,防止漏冷(热);
    (7)输送易产生冷凝水空气的风管,一定要按设计要求的坡度安装;
    (8)安装要牢固,所有吊、支、托架不得妨碍风口、阀门、控制系统及检查门的操作,并作良好的防锈处理;
    (9)新风管安装除应遵守送风管道安装规定外,还应按设计要求作有坡度安装(坡向新风口);
    (10)新风口要有防雨和过滤网罩,安装位置应选在空气不受污染的地方且便于检修。

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