Waarom worden in HVAC-systemen vaak ronde kanalen verkozen boven rechthoekige? Ondanks het traditionele gebruik van rechthoekige kanalen, toont moderne techniek aan dat ronde kanalen aanzienlijke voordelen bieden. Ze zijn kosteneffectiever te produceren, eenvoudiger te installeren en beter in het minimaliseren van luchtlekkage en drukverlies. Dit artikel onderzoekt deze voordelen en vergelijkt de initiële investering, de bedrijfskosten en de algemene efficiëntie. Aan het eind zult u begrijpen waarom de overstap naar ronde kanalen kan leiden tot aanzienlijke besparingen en betere prestaties in uw HVAC-projecten.
Het luchtkanaalsysteem is een cruciaal onderdeel in de airconditioning- en ventilatietechniek. Het doel is om de aangepaste lucht efficiënt naar de eindapparatuur te transporteren op basis van het ontworpen debiet.
Luchtkanalen hebben meestal drie dwarsdoorsnedevormen: rechthoekig, rond en langwerpig. Rechthoekige kanalen worden meestal gemaakt door vier stalen platen aan elkaar te klinken, terwijl ronde kanalen worden gemaakt door een 137 mm breed kanaal te wikkelen. staalplaat op een spiraalvormmachine. Langwerpige kanalen zijn relatief ongewoon en worden meestal gevormd door ronde kanalen samen te persen.
Vóór 1960 werden rechthoekige kanalen het meest gebruikt vanwege hun eenvoudige fabricageproces en kleine benodigde installatieruimte. Maar met de ontwikkeling van grote spiraalvormige ronde kanaalvormmachines hebben veel technische projecten aangetoond dat ronde kanalen economischer zijn en beter presteren op andere technische parameters dan rechthoekige kanalen.
Veel luchtkanalen van vezelweefsel die momenteel op de markt verkrijgbaar zijn, zijn luchtdistributiesystemen die functies combineren zoals ventilatieopeningen, luchttoevoerkanalen, statische drukdozen, thermische isolatiematerialen en kleppen. Ze hebben aan populariteit gewonnen onder gebruikers vanwege hun voordelen zoals nauwkeurige en uniforme luchttoevoer, lichtgewicht installatieblok, aantrekkelijk uiterlijk en weerstand tegen bacteriën en schimmel.
Kanalen van vezelweefsel zijn er in verschillende vormen, waaronder rond, halfrond, kwartrond, ovaal en halfovaal om te voldoen aan de vereisten van verschillende bouwstructuren.
Ronde buis van vezelstof
Tabel 1: Het marktaandeel van ronde buizen per jaar:
| Land | 1960 | 1965 | 1970 | 1975 | 1980 | 1985 | 1990 | 2000 |
| Scandinavisch | 5 | 15 | 40 | 60 | 70 | 80 | 85 | 90 |
| Duitsland | 5 | 5 | 10 | 15 | 20 | 25 | 25 | 50 |
| Frankrijk | 5 | 10 | 20 | 30 | 40 | 50 | 50 | 65 |
| Engeland | 5 | 10 | 15 | 20 | 25 | 35 | 35 | 55 |
Vanuit het perspectief van een economische analyse kunnen de totale kosten van een luchtkanaalsysteem in een gebouw gedurende de levensduur worden onderverdeeld in:
Buitenlands onderzoek heeft aangetoond dat ronde buissystemen bij veel parameters beter presteren dan rechthoekige buissystemen.
Dit artikel vat de bevindingen van deze onderzoeken samen en concentreert zich op het vergelijken van de economische aspecten van luchtkanaalsystemen.
Opgemerkt moet worden dat de verlengingskosten onder normale omstandigheden een klein deel van de totale kosten uitmaken en daarom niet worden meegenomen in deze discussie.
De redenen waarom de initiële investering voor een rond buissysteem lager is dan voor een rechthoekig buissysteem zijn de volgende:
We ontwierpen twee ventilatiesysteem schema's voor een grote ruimte met ronde en rechthoekige kanalen en vergeleken de drukverlieshoogte van het systeem en gerelateerde economische parameters. De resultaten, gebaseerd op Scandinavische marktprijzen van dat jaar, worden getoond in Figuur 1.
De berekeningen toonden aan dat, onder dezelfde eindapparatuurcondities, de totale installatiekosten van het ronde buissysteem slechts de helft bedroegen van die van het rechthoekige buissysteem, en dat de materiaalkosten van het ronde buissysteem 80% bedroegen van die van het rechthoekige buissysteem.
 |  |
| Totaal drukverlies (Pa): 150.0 Totale installatiekosten: 0,51R Totale materiaalkosten: 0,8M （A） | Totaal drukverlies (Pa): 165.4 Totale installatiekosten: R Totale materiaalkosten: M （B） |
Figuur 1: Vergelijking van kanaalontwerpschema's
(A) Cirkelvormig kanaal (B) Rechthoekig kanaal
De economische analyse van de ruimte die wordt ingenomen door het kanaalsysteem is een uitdaging vanwege de afhankelijkheid van de structuur en het doel van het gebouw.
Over het algemeen wordt aangenomen dat rechthoekige kanalen ruimte besparen, maar in werkelijkheid is het werkelijke oppervlak van rechthoekige kanalen met een kleine hoogte-breedteverhouding groter dan dat van ronde kanalen. Dit komt vooral omdat rechthoekige kanalen flenzen nodig hebben voor de verbinding en de hoogte van de flensranden meestal groter is dan 20 mm, zoals te zien is in figuur 2 (A).
Moderne spiraalvormige luchtkanalen kunnen echter worden aangesloten met gestandaardiseerde flexibiliteit, zoals getoond in Figuur 2 (B), wat niet alleen ruimte bespaart maar ook gemakkelijker te installeren is. Daarom kunnen voor rechthoekige luchtkanalen met een hoogte-breedteverhouding van bijna 1 de voordelen van ronde kanalen niet worden genegeerd.
 |
 |
| (A) | (B) |
Afbeelding 2: Vergelijking van de kanaalaansluiting schema
(A) Rechthoekig kanaal (B) Cirkelvormig kanaal
Rechthoekige kanalen met grote hoogte-breedteverhoudingen kunnen worden vervangen door meerdere ronde kanalen, zoals getoond in Figuur 3. Dit alternatief kan het regelen van het luchtvolume veel gemakkelijker maken en ook de installatiekosten verlagen. Hoewel de materiaalkosten kunnen toenemen, toonde een onderzoek aan dat de initiële investering bij dit schema bijna gelijk is aan die van het rechthoekige kanaal.
Figuur 3: Een alternatief plan om een rechthoekig kanaal van 550 mm × 150 mm te vervangen door twee ronde kanalen van D = 200 mm.
Onder normale omstandigheden is het energieverbruik het grootste deel van de bedrijfskosten van airconditioningsystemen. Dit omvat de energie die nodig is om de lucht te verwarmen of te koelen en ook om de lucht naar de eindapparatuur te transporteren. Als het volledige kanaalsysteem goed geïsoleerd is, wordt de hoeveelheid luchtlekkage uit de kanalen een belangrijke bron van overtollig energieverbruik.
Voor het kanaalsysteem levert de ventilator circulatievermogen en de winddruk van de ventilator is gewoonlijk niet hoger dan 650Pa. Als het drukverlies bij de eindapparatuur van de luchtbehandelingskast buiten beschouwing wordt gelaten, is de beschikbare drukhoogte van het hele kanaalsysteem ongeveer 200-300Pa.
Daarom is het cruciaal om het drukverlies naar het luchtkanaalsysteem te minimaliseren. Tegelijkertijd heeft de mate van luchtlekkage ook een directe invloed op de keuze van het ventilatorvermogen. Volgens het theorema van de ventilator is het ventilatorvermogen evenredig met de kubus van het luchtvolume. Dat wil zeggen, als de lekkage van het luchtkanaal 6% is, zal het ventilatorvermogen toenemen met 20%. De lekkage van ronde luchtkanalen is veel kleiner dan die van rechthoekige luchtkanalen.
De lekkage van het luchtkanaal kan worden berekend met de volgende formule:
In Europa wordt de luchtdichtheid van luchtkanalen onderverdeeld in vier niveaus (A, B, C, D) op basis van de luchtlekconstante.
Tabel 2 toont de maximaal toelaatbare luchtlekconstanten voor de respectieve kwaliteiten.
| Klasse A | KA= | 0.027×10-3 m3 s-1 m-2 Pa-0.65 |
| Klasse B | KB= | 0.009×10-3 m3 s-1 m-2 Pa-0.65 |
| Klasse C | KC= | 0.003×10-3 m3 s-1 m-2 Pa-0.65 |
| Klasse D | KD = | 0.001×10-3 m3 s-1 m-2 Pa-0.65 |
Tabel 2: Classificatie van luchtdichtheid in Europese kanaalsystemen
Een vergelijking met ronde kanalen laat zien dat rechthoekige kanalen aanzienlijk meer bouten en klinknagels nodig hebben voor de verbinding, wat leidt tot veel hogere luchtlekkage.
Figuur 4 toont gemeten gegevens uit België, waaruit blijkt dat de gemiddelde lekkage van rechthoekige kanalen zeven keer hoger is dan die van ronde kanalen.
De "Code for Construction and Acceptance of Ventilation and Air Conditioning Work" GB50243-2002 stelt ook dat de toegestane luchtlekkage voor ronde kanalen 50% van die voor rechthoekige kanalen is.
Afbeelding 4: Metingen van luchtlekkages in 21 Belgische gebouwen (Carrié et al, 1999)
Het hydraulische equivalent wordt gebruikt om het drukverlies van rechthoekige kanalen met dezelfde hydraulische equivalente diameter te schatten. Ondanks hun verschillende doorsnedevorm hebben ze hetzelfde drukverlies langs het traject.
Figuur 5 vergelijkt het drukverlies van een cirkelvormig kanaal (D = 0,5m, U = 5m/s, Σ = 0,15mm) en een rechthoekig kanaal met hetzelfde oppervlak en debiet. Het is duidelijk dat in dit geval het drukverlies van het rechthoekige kanaal veel hoger is dan dat van het ronde kanaal en als de hoogte-breedteverhouding van het kanaal toeneemt, neemt het drukverlies toe. Dit betekent dat er een groter ventilatorvermogen nodig is.
Figuur 5: Vergelijking van drukverlies tussen rechthoekig kanaal en rond kanaal met constant debiet en stroomsnelheid (debiet = 1m³ / s, v = 5m / s)
Het concept van "hydraulische equivalente diameter" gaat ervan uit dat de gemiddelde schuifspanning langs de grens van een rechthoekig kanaal consistent moet zijn. Met andere woorden, de isokinetische lijn moet evenwijdig zijn aan de grens van het luchtkanaal. Feitelijke meetresultaten laten echter zien dat in een rechthoekig luchtkanaal de snelheidsgradiënt langs de diagonale lijn het langzaamst afneemt en de snelheidsgradiënt langs de middellijn het langzaamst.
Daarom moet de hydraulische equivalente diameter in theorie met voorzichtigheid worden gebruikt in de volgende twee gevallen:
Experimentele gegevens zetten ook vraagtekens bij de universaliteit van de hydraulische equivalente diameter. JONES voerde een serie experimenten uit op het drukverlies van gladde rechthoekige kanalen. De heranalyse van zijn experimentele gegevens wordt getoond in figuur 6.
Ondanks het gebrek aan gegevens voor 10 <aspectratio <25, wijzen de gegevens in Figuur 6 nog steeds sterk op het monotoon toenemende effect van de lengte-breedteverhouding op het drukverlies van de hydraulische equivalente diameter.
Griggsetal's experimenten met ruwe rechthoekige kanalen hebben vergelijkbare resultaten.
Figuur 6: Vergelijking van drukverlies tussen glad rechthoekig kanaal en cirkelvormig kanaal met verschillende lengte-breedteverhouding
Om het sick building syndroom te voorkomen, is het noodzakelijk om de luchtkanalen regelmatig schoon te maken. De reinigingsmethoden zijn droog (met een stofzuiger en een borstel) of nat (met een lange mop). In beide gevallen is het reinigen van ronde kanalen gemakkelijker dan rechthoekige kanalen.
De economische analyse van luchtkanaalsystemen is een uitdagende taak. Er moet rekening worden gehouden met een reeks factoren, aangezien de levensduur van een kanaalsysteem vaak langer is dan tien jaar. In dit geval kan een kleine verbetering in ontwerp en kwaliteit de winstgevendheid van de investering enorm verhogen.
Het gebruik van ronde kanalen is dus een meer economische oplossing. Het is echter belangrijk op te merken dat rechthoekige kanalen nog steeds worden aanbevolen voor bepaalde onderdelen van het luchtkanaalsysteem met een groot debiet en grote afmetingen, zoals inlaatopeningen voor verse lucht en uitlaten van luchtbehandelingsapparaten, om redenen van stilte en ruimte.
Als oprichter van MachineMFG heb ik meer dan tien jaar van mijn carrière gewijd aan de metaalbewerkingsindustrie. Door mijn uitgebreide ervaring ben ik een expert geworden op het gebied van plaatbewerking, verspaning, werktuigbouwkunde en gereedschapsmachines voor metalen. Ik denk, lees en schrijf voortdurend over deze onderwerpen en streef er voortdurend naar om voorop te blijven lopen in mijn vakgebied. Laat mijn kennis en expertise een aanwinst zijn voor uw bedrijf.
NL 
EN 
AR 
DE 
ES 
FR 
IT 
JA 
PT 
PT_BR 
RU 
KO