Perché i condotti rotondi sono spesso preferiti a quelli rettangolari nei sistemi HVAC? Nonostante l'uso tradizionale di condotti rettangolari, la moderna ingegneria rivela che i condotti rotondi offrono vantaggi significativi. Sono più economici da produrre, più facili da installare e migliori per ridurre al minimo le perdite d'aria e la pressione. Questo articolo esplora questi vantaggi, confrontando l'investimento iniziale, i costi operativi e l'efficienza complessiva. Alla fine capirete perché il passaggio ai condotti rotondi può portare a risparmi sostanziali e a migliori prestazioni nei vostri progetti HVAC.
Il sistema di condotte dell'aria è un componente cruciale nell'ingegneria della climatizzazione e della ventilazione. Il suo scopo è quello di trasportare in modo efficiente l'aria regolata verso le apparecchiature finali in base al flusso progettato.
In genere, i condotti dell'aria hanno tre forme di sezione trasversale: rettangolare, circolare e oblunga. I condotti rettangolari sono solitamente prodotti rivettando insieme quattro piastre d'acciaio, mentre i condotti rotondi sono creati avvolgendo un nastro di 137 mm di larghezza. lamiera d'acciaio su una macchina formatrice a spirale. I condotti oblunghi sono relativamente poco diffusi e sono in genere formati dalla compressione di condotti circolari.
Prima del 1960, i condotti rettangolari erano i più utilizzati per via del loro semplice processo di produzione e dei ridotti requisiti di spazio per l'installazione. Tuttavia, con lo sviluppo di macchine per la formatura di condotti circolari a spirale di grandi dimensioni, molti progetti di ingegneria hanno dimostrato che i condotti circolari sono più economici e hanno prestazioni migliori rispetto ai condotti rettangolari.
Molti condotti d'aria in fibra di vetro attualmente disponibili sul mercato sono sistemi di distribuzione dell'aria che combinano caratteristiche quali bocchette d'aria, condotti di alimentazione dell'aria, scatole di pressione statica, materiali di isolamento termico e serrande. Hanno guadagnato popolarità tra gli utenti grazie ai loro vantaggi, come la fornitura di aria accurata e uniforme, il blocco di installazione leggero, l'aspetto attraente e la resistenza a batteri e muffe.
I condotti in fibra di vetro sono disponibili in varie forme, tra cui rotonda, semicircolare, a quarto di cerchio, ovale e semi-ovale, per soddisfare i requisiti di diverse strutture edilizie.
Condotto rotondo in tessuto di fibra
Tabella 1: La quota di mercato dei condotti circolari ogni anno:
| Paese | 1960 | 1965 | 1970 | 1975 | 1980 | 1985 | 1990 | 2000 |
| Nordico | 5 | 15 | 40 | 60 | 70 | 80 | 85 | 90 |
| Germania | 5 | 5 | 10 | 15 | 20 | 25 | 25 | 50 |
| Francia | 5 | 10 | 20 | 30 | 40 | 50 | 50 | 65 |
| Inghilterra | 5 | 10 | 15 | 20 | 25 | 35 | 35 | 55 |
Dal punto di vista dell'analisi economica, il costo totale di un sistema di condotte d'aria in un edificio durante la sua vita utile può essere suddiviso in:
Ricerche estere hanno dimostrato che, per molti parametri, i sistemi di condotti circolari superano quelli rettangolari.
Questo articolo riassume i risultati di questi studi e si concentra sul confronto degli aspetti economici dei sistemi di condotte d'aria.
Va notato che, in circostanze normali, il costo del rinnovo costituisce una piccola parte del costo totale e pertanto non sarà considerato in questa discussione.
I motivi per cui l'investimento iniziale richiesto per un sistema di condotti circolari è inferiore a quello di un sistema di condotti rettangolari sono i seguenti:
Abbiamo progettato due sistema di ventilazione per un locale di grandi dimensioni, utilizzando condotti circolari e rettangolari, e confrontando la perdita di carico del sistema e i relativi parametri economici. I risultati, basati sui prezzi del mercato nordico di quell'anno, sono illustrati nella Figura 1.
I calcoli hanno dimostrato che, a parità di condizioni dell'apparecchiatura finale, il costo complessivo dell'installazione del sistema di condotti circolari era solo la metà di quello del sistema di condotti rettangolari e il costo del materiale del sistema di condotti circolari era 80% di quello del sistema di condotti rettangolari.
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| Perdita di pressione totale (Pa): 150.0 Costo totale dell'installazione: 0,51R Costo totale del materiale: 0,8 milioni （A） | Perdita di pressione totale (Pa): 165.4 Costo totale dell'installazione: R Costo totale del materiale: M （B） |
Figura 1: Confronto tra gli schemi di progettazione dei condotti
(A) Condotto circolare (B) Condotto rettangolare
L'analisi economica dello spazio occupato dal sistema di condotti è impegnativa a causa della sua dipendenza dalla struttura e dalla destinazione d'uso dell'edificio.
In genere si ritiene che i condotti rettangolari facciano risparmiare spazio, ma in realtà, per i condotti rettangolari con un rapporto d'aspetto stretto, l'area effettiva che occupano è maggiore di quella dei condotti circolari. Ciò è dovuto principalmente al fatto che i condotti rettangolari necessitano di flange per il collegamento e l'altezza dei bordi delle flange è in genere superiore a 20 mm, come mostrato nella Figura 2 (A).
Tuttavia, i moderni condotti d'aria a spirale possono essere collegati con una flessibilità standardizzata, come mostrato nella Figura 2 (B), che non solo consente di risparmiare spazio, ma è anche più facile da installare. Pertanto, per i condotti d'aria rettangolari con un rapporto d'aspetto prossimo a 1, i vantaggi dei condotti circolari non possono essere trascurati.
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| (A) | (B) |
Figura 2: Confronto tra i dati di collegamento al condotto schema
(A) Condotto rettangolare (B) Condotto circolare
Per i condotti rettangolari con grandi rapporti d'aspetto, è possibile sostituirli con diversi condotti circolari, come mostrato nella Figura 3. Questa alternativa può facilitare il controllo del volume d'aria e ridurre i costi di installazione. Questa alternativa può facilitare il controllo del volume d'aria e ridurre i costi di installazione. Sebbene il costo dei materiali possa aumentare, un'indagine ha dimostrato che con questo schema l'investimento iniziale è quasi uguale a quello del condotto rettangolare.
Figura 3: Schema alternativo che prevede la sostituzione del condotto rettangolare da 550 mm × 150 mm con due condotti circolari D = 200 mm
In circostanze normali, la parte più consistente dei costi di esercizio degli impianti di condizionamento è rappresentata dal consumo di energia. Questa comprende l'energia necessaria per riscaldare o raffreddare l'aria e per trasportarla alle apparecchiature finali. Se l'intero sistema di condotti è ben isolato, la quantità di perdite d'aria dai condotti diventa una fonte significativa di consumo energetico in eccesso.
Per il sistema di condotti, il ventilatore fornisce energia di circolazione e la pressione del vento del ventilatore non supera in genere i 650Pa. Se si esclude la perdita di pressione alle apparecchiature finali dell'unità di trattamento dell'aria, la pressione disponibile dell'intero sistema di condotti è di circa 200-300Pa.
Pertanto, è fondamentale ridurre al minimo la perdita di carico nel sistema di condotti dell'aria. Allo stesso tempo, il livello di perdite d'aria influisce direttamente sulla scelta della potenza del ventilatore. Secondo il teorema del ventilatore, la potenza del ventilatore è proporzionale al cubo del volume d'aria. In altre parole, se il tasso di perdita del condotto dell'aria è di 6%, la potenza del ventilatore aumenterà di 20%. Il tasso di perdita dei condotti d'aria circolari è molto più basso rispetto ai condotti d'aria rettangolari.
Il tasso di perdita del condotto dell'aria può essere calcolato con la seguente formula:
In Europa, l'ermeticità dei condotti d'aria è suddivisa in quattro livelli (A, B, C, D) in base alla costante di perdita d'aria.
La tabella 2 mostra le costanti di tenuta all'aria massime consentite per i rispettivi gradi.
| Classe A | KA= | 0.027×10-3 m3 s-1 m-2 Pa-0.65 |
| Classe B | KB= | 0.009×10-3 m3 s-1 m-2 Pa-0.65 |
| Classe C | KC= | 0.003×10-3 m3 s-1 m-2 Pa-0.65 |
| Classe D | KD = | 0.001×10-3 m3 s-1 m-2 Pa-0.65 |
Tabella 2: Classificazione della tenuta all'aria dei sistemi di condotti europei
Il confronto con i condotti circolari mostra che i condotti rettangolari richiedono un numero significativamente maggiore di bulloni e rivetti per il collegamento, con conseguenti perdite d'aria molto più elevate.
La Figura 4 mostra i dati misurati in Belgio, che dimostrano che il tasso di perdita medio dei condotti rettangolari è sette volte superiore a quello dei condotti circolari.
Il "Code for Construction and Acceptance of Ventilation and Air Conditioning Work" GB50243-2002 stabilisce inoltre che la perdita d'aria consentita per i condotti circolari è pari a 50% di quella per i condotti rettangolari.
Figura 4: Misurazioni dei tassi di perdita d'aria in 21 edifici belgi (Carrié et al, 1999)
L'equivalente idraulico viene utilizzato per stimare la perdita di pressione del sistema di condotti rettangolari con lo stesso diametro equivalente idraulico. Nonostante la diversa forma della sezione trasversale, hanno la stessa perdita di pressione lungo il percorso.
La Figura 5 confronta la perdita di pressione di un condotto circolare (D = 0,5 m, U = 5m/s, Σ = 0,15 mm) e di un condotto rettangolare con la stessa area e portata. È evidente che in questo caso la perdita di pressione del condotto rettangolare è molto più elevata di quella del condotto circolare e che all'aumentare del rapporto d'aspetto del condotto aumenta la perdita di pressione. Ciò implica che è necessaria una maggiore potenza del ventilatore.
Figura 5: Confronto della perdita di pressione tra il condotto rettangolare e il condotto circolare con flusso e velocità di flusso costanti (flusso = 1m³ / s, v = 5m / s)
Il concetto di "diametro idraulico equivalente" presuppone che la sollecitazione media di taglio lungo il confine di un condotto rettangolare sia coerente. In altre parole, la linea isocinetica dovrebbe essere parallela al confine del condotto d'aria. Tuttavia, i risultati delle misurazioni reali mostrano che in un condotto d'aria rettangolare, il gradiente di velocità lungo la linea diagonale decresce più lentamente e il gradiente di velocità lungo la linea centrale decresce più lentamente.
Pertanto, in teoria, il diametro idraulico equivalente dovrebbe essere utilizzato con cautela nei due casi seguenti:
I dati sperimentali mettono in discussione anche l'universalità del diametro equivalente idraulico. JONES ha condotto una serie di esperimenti sulla perdita di pressione di condotti rettangolari lisci. La rianalisi dei suoi dati sperimentali è riportata nella Figura 6.
Nonostante la mancanza di dati per 10 < rapporto d'aspetto <25, i dati della Figura 6 suggeriscono ancora fortemente l'effetto monotonicamente crescente del rapporto lunghezza-larghezza sulla perdita di pressione idraulica del diametro equivalente.
Gli esperimenti di Griggsetal con condotti rettangolari ruvidi danno risultati simili.
Figura 6: Confronto delle perdite di carico tra un condotto rettangolare liscio e un condotto circolare con diverso rapporto lunghezza-larghezza
Per prevenire la sindrome dell'edificio malato, è necessario pulire regolarmente i condotti dell'aria. I metodi di pulizia comprendono il metodo a secco (utilizzando un aspirapolvere e una spazzola) o a umido (utilizzando uno straccio lungo). In entrambi i casi, la pulizia dei condotti circolari è più facile di quella dei condotti rettangolari.
L'analisi economica dei sistemi di condotte d'aria è un compito impegnativo. Deve considerare una serie di fattori, poiché la durata di un sistema di condotti può spesso superare i dieci anni. In questo caso, un piccolo miglioramento nella progettazione e nella qualità può aumentare notevolmente la redditività dell'investimento.
Pertanto, l'uso di condotti circolari è una soluzione più economica. Tuttavia, è importante notare che per motivi di silenziosità e spazio, i condotti rettangolari sono ancora raccomandati per alcuni componenti del sistema di condotti dell'aria di grande portata e dimensioni, come le bocchette di aspirazione dell'aria fresca e le uscite dei dispositivi di trattamento dell'aria.
In qualità di fondatore di MachineMFG, ho dedicato oltre un decennio della mia carriera al settore della lavorazione dei metalli. La mia vasta esperienza mi ha permesso di diventare un esperto nei campi della fabbricazione di lamiere, della lavorazione, dell'ingegneria meccanica e delle macchine utensili per metalli. Penso, leggo e scrivo costantemente su questi argomenti, cercando di essere sempre all'avanguardia nel mio campo. Lasciate che le mie conoscenze e la mia esperienza siano una risorsa per la vostra azienda.
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