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风管漏风量等级与标准相关需求

风管漏风量等级与标准相关需求

1、建立更严格的风管漏风量等级标准的必要性

1.1贯彻国家加强环保和大力推行节能方针的需求

      用于输送冷热空气的风管,漏风就等于无谓的耗能,累计数量惊人。用于输送有害气体的风管,有泄露就会给周边环境带来污染,增大环保压力。在历次相关规范、规程修订中,为了强化环保和节能理念,都逐步加强了对风管漏风量的控制,新修订的JGJ/T 141-2017《通风管道技术规程》作为通风管道的专业性技术规程,应率先建立更严格的风管漏风量等级标准。

1.2适应行业技术进步的需求

      随着国内各种高技术工程不断涌现,对风管的漏风率问题也给与了越来越多的关注。比如一些新建的高等级净化工程、涉核工程、生化工程等,为了保证净化等级或为了降低风管漏风可能给周边工作区造成的污染风险,设计师在仅靠现行规定难以满足设计需求的情况下,只好借鉴国外相关标准自行制定一些严苛的专项标准,甚至在施工图中额外规定一些加强风管严密性的高成本施工措施。由于缺乏工程建设各方的统一认可,这些专项标准和高成本施工措施实施很难施行,常在验收中引发争议。必须尽快制定出更严格的风管漏风量等级国家行业标准,才能合理解决这一难题。


2、建立更严格的风管漏风量等级标准的可行性

2.1风管加工设备及风管制安技术已有较大进步

      圆形螺旋风管成型机、矩形风管自动生产线已在国内全面普及及应用,手工和半手工的风管加工方式已基本淘汰,风管加工质量已跃上新台阶。各类非金属和复合材料风管制作工艺日益成熟,产品质量及标准化程度也已实现了跨越式进步。圆形风管的内胀芯管连接技术、矩形风管的薄钢板法兰钢制板条加固技术等使风管连接的强度、严密性大为提高。此外还有咬口缝注胶、薄板自动焊、缀缝焊等新技术装备的加入,都可为建立更严格的风管漏风量等级标准提供有力的技术支撑。

2.2风管漏风量的检测方法和专用仪器问题已经解决

      GB 50243-2016《通风与空调工程施工质量验收规范》[2](以下简称GB 50243-2016)中已把风管漏风量定为主控项目,并在检查方法中删除了“漏光法”等不严谨作法,今后皮托管、风速仪也只可用来测量系统风量,不能再用来测量风管漏风量,明确规定风管漏风量测量应采用经检验合格的专用漏风量测量仪器,并给出了检测抽样的具体规定和质量评定细则。缺少专用漏风量检测仪的问题目前已经得到解决,按照规范指定方式设计的漏风量检测仪正式产品已经面世,可以有力地支持规范实施。这样,制定和推行更严格的风管漏风量等级标准已无障碍。


3、风管的类别和漏风量等级标准的适用范围

3.1 0泄露风管

      只用于特定高危设备之间连接的完全不漏风(可见泄漏量为0)的风管被称为0泄漏风管,这类风管应属于专用工艺管道,一般采用厚板坡口焊接方式在专属工厂整体预制和检验,或直接采用成品水管和管件,其造价远高于常规风管工程预算定额。风管漏风量等级标准不适用于此类风管。

3.2常规工程用风管

      风管漏风量等级标准适用于常规工程用风管,这类风管指GB 50243-2016中涵盖的工业与民用工程用金属和非金属以及复合材料风管(包括内保温风管)。其中金属风管采用薄板咬口方式制作居多,连接方式以芯管插接和薄钢板法兰弹簧夹卡接为主;非金属及复合材料风管的制作与连接以塑料焊和粘接为主。常规工程用风管系统由于结构的原因,少量漏风是正常的,也可以说是不可避免的[2],这就是常规工程用风管与专用工艺管道的本质区别。我们应当正视这个区别,不能用专用工艺管道的0泄漏标准来要求常规工程用风管,但也应在规程修订中充分考虑现时工程的实际需求,对常规工程用风管制定更严格的漏风量等级标准,努力拉近与0泄漏风管之间的距离,以扩大低成本常规风管的应用范围,使之能胜任在低泄漏要求的工程中大面积应用的需求,以技术标准的进步换取更大的经济效益。


4、国内外相关标准简介及对比分析

4.1国内现行标准情况

      现行国家标准GB 50243-2016中,对风管按工作压力范围分类见表1,对矩形金属风管允许漏风量规定见表2,其他形式风管的允许漏风量可按规范给出的系数乘以表2中的对应数值换算[2]。

表1 洁净手术室设计参数

图1.png

图22.png

      表1中把风管按照工作压力的不同分为微压、低压、中压和高压共4类。其中微压风管不用检测漏风量,对于低压、中压和高压风管,表2中分别给出了按工作压力区分的允许漏风量计算方法,工作压力越高允许漏风量的计算方法越严格,工程验收时将以此作为风管的制作质量检验标准之一。按风管的工作压力来规定允许漏风量的用意不难理解,即风管工作压力越高越应制作得更加严密,以防止在较高的工作压力下系统漏风量过大。纵观表2中对各类风管的严密性规定,可以简单地理解为高压风管就是严密性要求最高的风管。鉴于有些场合必须使用严密性较高的风管,所以GB 50243-2016中还规定N1~N5级净化空调系统风管的严密性检验应按高压风管的规定执行。实际上很多特殊工程在设计严密性要求较高的风管系统时,不论工作压力是多少,都会指定风管的严密性应达到高压风管的要求。

4.2国外标准情况

      与GB 50243-2016中关于风管允许漏风量标准类同的国外标准有:BS EN 12237:2003《建筑物通风圆形薄金属管道的强度和泄漏要求》[3](以下简称BS EN 12237:2003)和BS EN 1507:2006《建筑物通风矩形薄金属管道的强度和泄漏要求》[4]。这两个标准分别对圆形和矩形风管做了规定,都按严密性把风管分成了4个等级,两个标准中各等级的空气泄漏限定值(即允许漏风量)分别相同,两个标准中对圆形和矩形风管检测静压限定值划分虽有区别,但最高值也基本相同。为叙述简练,只以BS EN 12237:2003为例,表3是该标准中的风管等级标准(表中的流量单位已换算成了国标流量单位)。

表3 风管等级

图2.png

      在DW/143 HVCA《风管泄漏检测实用指南》[5]中,对于不同工作压力的风管应达到的风管严密性等级,有规定如表4所示(表中的流量单位已换算成了国标流量单位)。

表4 空气泄露限定

图3.png

      表3把风管按照严密性分成了A、B、C、D共4个等级,每个等级除了规定空气泄漏限定值(即允许漏风量)外,还规定了静压限定值。此静压限定值就是一个统一规定的检测漏风量时风管内应保持的静压值。这个静压值仅依附于风管不同的严密性等级,与风管的实际工作压力无关。
      表4则以表3为依据,规定了在工程验收检测中,不同工作压力的风管各自应达到哪个严密性等级以及该等级的最大允许漏风量限定值。

4.3国内标准与国外标准的对比分析

4.3.1 数值有类同
      比较表2和表3,可知GB 50243-2016中的低压、中压和高压风管允许漏风量分别相当于BS EN 12237:2003中的A级、B级和C级风管允许漏风量,数值相差不多,计算式也类同。可见之前国内的风管允许漏风量标准在制定时与国外通行标准是有一定参照关系的,从而保证了我国普通风管质量水平与国外同类风管质量水平是平等一致的。
4.3.2 等级划分有差异
      在风管等级划分上,表2和表3有差异,表3的风管等级中多了一个允许漏风量数值更小的“D级”,尽管表3中注明D级只用于特殊用途管道,但是仍可说明BS EN 12237:2003在风管等级的细分程度方面是有优点的,这可为工程设计时根据不同用途选用不同严密性等级的风管提供更宽泛的选择条件。
4.3.3 概念有差异
      比较表2和表4,单从字面上看,表4除了多一项“高压D类”,其他内容与表2基本相同。但是字面虽相同,概念上却差异很大。表2是直接按风管工作压力的等级来划分允许漏风量标准的,即某种允许漏风量只适用于对应的某种工作压力的风管,不妨说这种规定是把风管工作压力与允许漏风量绑定的。而表4则完全不能这样理解,因为有表3作为专设的风管严密性标准,表4只是一个以表3为前提的辅助性标准,只规定了不同压力种类的风管应具有的严密性等级。表4对于表3并无限制,可以说表3仍然是一个与风管工作压力无关的严密性标准,并没有与风管工作压力绑定。表4的规定也只是为了强调风管工作压力越高越应采用更高的严密性等级,并未规定工作压力较低的风管只能选择较低的严密性等级。
      纵观表3和表4,可以理解为按该规定选用风管时,高压风管只能从表3中选择高等的两个严密性等级(即高压C类、高压D类);中压风管除了可选择中等严密性等级之外,还可选择高等严密性等级(即中压B类、中压C类、中压D类);而低压风管则不受限制,既可选择最低等的严密性等级,也可以选择中等或高等严密性等级(即低压A类、低压B类、低压C类、低压D类)。比如一根工作压力为400Pa的风管,如果用于一般通风系统,可以选择定为A级严密性等级(低压A类);如果用于N1~N5级净化空调系统,可以选择定为C级严密性等级(低压C类)。在验收检测时,风管定为A级将采用500Pa静压检测,执行A级允许漏风量标准;若风管定为C级将采用2000Pa静压检测,执行C级允许漏风量标准。
      此外,这种选择方法还可顾及设计师对于限定风管系统总漏风量的考虑,由于规范中风管的允许漏风量单位是m³/(h·㎡),指的是风管的单位表面积允许漏风量,而设计师更关注的是风管系统的总漏风量。通常低压系统风管的漏风率(总漏风量与总风量之比)应不超过6%,中压系统风管的漏风率应不超过3%,高压系统风管的漏风率应不超过0.5%~2%[4]。如果碰到了系统风管很长(或风管表面积很大)的情况,按照表4所给算式计算出的允许漏风量合计成系统总漏风量后将可能超出这个限制,为了将风管系统的实际总漏风量保持在可接受的范畴内,设计师可以从表3中指定一种更高的严密性等级来解决这个问题。
4.4对比小结
      通过以上对比分析,可知BS EN 12237:2003的规定在合理性方面更胜一筹,为了与国际标准接轨,在JGJ/T 141-2017的修订中已借鉴了这种方法。有了风管的与工作压力无关的严密性等级(JGJ/T 141-2017中改称为“风管漏风量等级”)标准,可以使设计选用更加方便,既可以按照工程性质来确定风管的严密性等级,也可以按照控制总漏风率的要求来确定风管的严密性等级,不必拘泥于风管的工作压力,概念清晰,避免为了强调严密性而指定低压风管应达到高压风管要求这种牵强的说法。


5、风管漏风量等级与允许漏风量标准的制定
5.1风管漏风量等级的合理划分
      BS EN 12237:2003中按照允许漏风量不同将风管划分为4个等级,其中D级的等级最高。但从国内现时工程需求调研情况看,D级标准仍然是不够高的,比如病毒学实验室等工程所用常规风管的允许漏风量要求比D级标准还要严格,还有不少高等级净化工程及涉核、涉毒工程用风管也同样有苛刻的高密闭要求。考虑到JGJ/T 141-2017修订要贴合我国通风工程技术进步的实际情况,并能体现标准的前瞻性,最终确定在参照BS EN 12237:2003把风管漏风量等级划分为4个等级的基础上,再增加一个E级,把风管漏风量等级划分成A、B、C、D、E共5个等级。E级为风管漏风量等级中的最高等级,其允许漏风量比BS EN 12237:2003中的D级还要小一个级差,可以满足病毒学实验室或类似工程所用风管的最严格的设计和使用要求,其他工程所用风管的漏风量等级可从另外4级中按需选用。如果所选风管漏风量等级为D级,就等同于选择了BS EN 12237:2003中规定的风管严密性的最高等级,应能满足大多数工程的设计和使用要求。
5.2检测静压限定值的制定原则
5.2.1 合理方便的原则
      在JGJ/T 141-2017修订中参照表3方式制定检测静压限定值,是为了更合理、更方便地确定风管的漏风量等级。制定检测静压限定值可带来如下好处:
(1)不必再考虑风管的实际工作压力如何确定
      以风管的实际工作压力为准来检测风管漏风量有诸多不便,因为风管的工作压力值是不会写在施工图上的,通风机铭牌上的全压也不能当成风管系统的实际工作压力。用测量风管始末端静压之和除以2的所谓取平均静压的办法也不易操作,还易引发争议。其实风管制作成型后,漏风量只是风管内静压的函数,从表2的允许漏风量算式中可以看出,漏风量与静压的0.65次方成正比,所以在任一静压下测得了风管的漏风量后都可以算出是否超标,不必一定要在其工作压力下检测。再说风管漏风量等级检测并不是风管强度检测(强度检测另有规定),不是必须要以风管的工作压力为依据。因此,用规定检测静压限定值的办法可以免除确认风管工作压力的麻烦,是合理可行的。
(2)为仪表测量提供方便
      风管的漏风量等级是通过仪表测量判定的,使用检测静压限定值可有助于将测量数据集中在仪表量程范围内,尽量避免待测数据过大或过小超出仪表量限。
以一根工作压力400Pa的小直径风管需要按D级漏风量等级检测为例,若用其工作压力来检测,按表3算式得出的允许漏风量会很小,以致可能低于仪表量程下限无法读数。但是有了检测静压限定值,用D级的2000Pa静压来检测就容易多了。
再如检测表面积较大且不易分段的A级风管时,若用500Pa静压检测,可能会遇到漏风量实测值较大超过仪表量程上限的情况。此时征得工程建设各方同意后,可降低检测静压值(不低于200Pa[5]),使实测值进入仪表量程范围内,即可得到所需检测结果。
另外,相同漏风量等级的正压检测静压限定值和负压检测静压限定值可以等效互换[5],可以用正压检测方式替代负压检测方式,给现场测量工作提供方便。
5.2.2 符合实际情况的原则
      制定检测静压限定值时,应考虑风管自身的结构强度能否适应。低工作压力的风管如果选择了C级以上等级,就要用高静压来检测,所以其自身强度也应达到高压风管的强度。一般工程用的金属和非金属以及复合材料风管只要按规范工艺制作,抗正压2000Pa、负压750Pa都不会产生强度不够的问题,不需要另外加固。因此选择2000Pa作为高等级的检测静压限定值对于各类风管都是适中的,是符合实际情况的。为了体现风管等级越高越应适应较高工作压力的原则,从低到高规定各级风管检测静压限定值是合理的。
5.3风管漏风量等级与允许漏风量
      综合以上考虑,在JGJ/T 141-2017修订中,最终确定的风管漏风量等级与允许漏风量标准见表5。

表5 风管漏风风量等级与允许漏风量

图4.png

注:
1 风管按其使用类别分为5级,中压风管最大漏风量不得大于B级,高压风管最大漏风量不得大于C级,特殊严要求的风管漏风量不得大于D级;
2 排烟、除尘、低温送风系统的漏风量不得大于D级;
3 1级~5级净化空调系统的漏风量不得大于C级;
4 E级仅限用于病毒学实验室等有特殊用途的风管;
5 P为风管内承受的检测静压,单位为Pa。
      在实施检测中,遇到风管不易分段或仪表量程受限时,为了支持检测进行,可由工程建设各方酌情商定对检测静压限定值作出调整,A级可在500Pa~200Pa之间;B级可在1000Pa~400Pa之间;C级可在2000Pa~1200Pa之间;D级可在2000Pa~1500Pa之间[5];E级可在2500Pa~1500Pa之间。采用调整后的静压测出的漏风量与允许漏风量的比值比调整前可能稍有差别,这是因为表5算式的指数0.65是经验值而非严格值,拟合曲线与实测值不会处处密切吻合,应掌握使此差别不影响检测结论为宜。
风管漏风量等级与允许漏风量是风管设计和验收的依据,施工时应按设计选定的风管漏风量等级,在规范给出的多种风管制作和连接方式中,选择最适合的方式,经型式检验合格后再在工程全面推开应用,确保风管的严密性满足设计和使用要求。型式检验样本风管宜为3节及以上组成,且总表面积不应少于15㎡[2]。

6、风管漏风量等级的检验
6.1检测仪表
      JGJ/T 141-2017附录B规定漏风量测量装置应采用符合现行国家标准的经检验合格的专用测量仪器,GB 50243-2016附录C中给出了漏风量测量装置的具体技术结构。需要指出的是装置上仪表的最小量限应能满足JGJ/T 141-2017中新增D级、E级风管的微小漏风量检测需要。
6.2检测范围

      JGJ/T 141-2017规定风管漏风量检验一般只针对风管系统的主干管,并在主干管安装完成后即可检测。对于个别分支管的不开风口的部分,应评估其漏风是否对系统或环境造成影响,如果有影响也应纳入检测范围。GB 50243-2016附录B中给出了检验的抽样规定,并在示例中推荐可以采用风量检测仪量程所能覆盖的风管面积为1个单位产品,比如中压风管可以采用100m²风管为1个单位产品。用建筑物风管总面积除以单位产品面积,即可得到产品批量数,验收时将据此确定抽检核查的产品数量。

6.3测试程序和检测结论
(1)用预定的单位产品面积确定待测风管是整体测试还是需要分段测试。
(2)用盲板封堵被测风管两端。盲板应带有明显标记,便于测试完毕后拆除。
(3)漏风量检测仪使用前先按产品规定开机自检,自检合格后,将漏风量检测仪软风管和静压检测软管分别与被测风管的预留检测短管相连接。
(4)在仪器屏面上输入被测风管尺寸参数,设定被测风管的漏风量级别、检测静压限定值和取样时间等。
(5)开机后,检测仪风机运行使风管静压上升并保持在设定值,仪器自动完成测试并给出被测风管的实测漏风量数据,同时给出“合格”或“不合格”的检测结论。可以连续测量3次,以3次检测结论均相同为准。
(6)风管在安装施工期间时,当出现测试漏风量超过规定时,可用听、摸、使用发烟剂或涂抹肥皂水等方式查找漏点并进行修补,然后重测。在工程竣工验收时,如果被抽样检验的风管出现测试漏风量超过规定则不允许修补重测,只能按照规范规定给出检测结论后再做修补处理。





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