Круглый и прямоугольный воздуховод: Что лучше? | MachineMFG

Круглый и прямоугольный воздуховод: Что лучше?

0
(0)

1. Справочная информация

Система воздуховодов - важнейший компонент системы кондиционирования и вентиляции. Ее назначение - эффективная транспортировка настроенного воздуха к конечному оборудованию в соответствии с заданным расходом.

Как правило, воздуховоды имеют три формы поперечного сечения: прямоугольную, круглую и продолговатую. Прямоугольные воздуховоды обычно изготавливаются путем склепывания четырех стальных пластин вместе, а круглые - путем намотки ленты шириной 137 мм. стальная пластина на спиралевидном формовочном станке. Продолговатые воздуховоды встречаются относительно редко и обычно образуются путем сдавливания круглых воздуховодов.

До 1960 года наиболее широко использовались прямоугольные воздуховоды благодаря простоте процесса производства и малой занимаемой площади. Однако с разработкой больших спиральных машин для формовки круглых воздуховодов многие инженерные проекты показали, что круглые воздуховоды более экономичны и лучше по другим инженерным параметрам по сравнению с прямоугольными воздуховодами.

система воздуховодов

Многие воздуховоды из волокнистой ткани, представленные в настоящее время на рынке, представляют собой системы распределения воздуха, сочетающие в себе такие функции, как воздухоотводы, каналы подачи воздуха, короба статического давления, теплоизоляционные материалы и заслонки. Они завоевали популярность среди пользователей благодаря таким преимуществам, как точная и равномерная подача воздуха, легкий монтажный блок, привлекательный внешний вид, а также устойчивость к бактериям и плесени.

Воздуховоды из волокнистой ткани бывают различных форм, включая круглые, полукруглые, четвертькруглые, овальные и полуовальные, чтобы соответствовать требованиям различных строительных конструкций.

Круглый воздуховод из волокнистой ткани

Круглый воздуховод из волокнистой ткани

Таблица 1: Доля рынка круглых воздуховодов по годам:

Страна19601965197019751980198519902000
Nordic515406070808590
Германия55101520252550
Франция510203040505065
Англия510152025353555

С точки зрения экономического анализа, общая стоимость системы воздуховодов в здании на протяжении всего срока службы может быть разделена на:

  • Первоначальные инвестиции: Сюда входят затраты на проектирование, материалы и монтаж, стоимость помещения, стоимость ввода в эксплуатацию и т. д.
  • Эксплуатационные расходы: Сюда входят зарплата персонала, расходы на электроэнергию и техническое обслуживание.
  • Стоимость обновления: Сюда входят расходы на ремонт и замену изношенных деталей.

Зарубежные исследования показали, что по многим параметрам системы круглых воздуховодов превосходят системы прямоугольных воздуховодов.

В этой статье мы обобщим результаты этих исследований и сосредоточимся на сравнении экономических аспектов систем воздуховодов.

Следует отметить, что при обычных обстоятельствах стоимость обновления составляет небольшую часть от общей стоимости, поэтому в данном обсуждении она не рассматривается.

2. Первоначальные инвестиции

Причины, по которым первоначальные инвестиции в систему круглых воздуховодов ниже, чем в систему прямоугольных воздуховодов, следующие:

  • Круглые воздуховоды проще в производстве и транспортировке.
  • Компоненты и фитинги круглых воздуховодов были в значительной степени стандартизированы.
  • Круглые воздуховоды конструктивно лучше выдерживают давление без деформации, в то время как прямоугольные требуют дополнительных болтов, заклепок, опорных балок и других мер усиления.
  • При одинаковом гидравлическом диаметре круглый воздуховод требует меньше металла, чем прямоугольный. Чем больше соотношение сторон прямоугольного воздуховода, тем выше расход металла.
  • Подвесную конструкцию круглых воздуховодов легче устанавливать по сравнению с прямоугольными. Согласно GB50243-2002 "Кодекс строительства и приемки работ по вентиляции и кондиционированию воздуха", расстояние между подвесами для прямоугольных воздуховодов с длинной стороны более 400 мм составляет 4 м, а расстояние между подвесами для спиральных воздуховодов увеличивается до 5 м.
  • Точка измерения объема воздуха в круглом воздуховоде меньше, чем в прямоугольном, поэтому при балансировке системы воздуховодов стоимость ввода в эксплуатацию также будет ниже, чем в случае прямоугольного воздуховода.
  • Круглые воздуховоды позволяют значительно уменьшить проникновение низкочастотных шумов в помещение, что снижает потребность в шумоподавляющем оборудовании.

Мы разработали два система вентиляции схемы для большого помещения с использованием круглых и прямоугольных воздуховодов, а также сравнили напор потерь давления в системе и соответствующие экономические параметры. Результаты, основанные на ценах скандинавского рынка за год, показаны на рисунке 1.

Расчеты показали, что при одинаковых условиях эксплуатации конечного оборудования общая стоимость монтажа системы круглых воздуховодов составляет лишь половину от стоимости монтажа системы прямоугольных воздуховодов, а стоимость материалов для системы круглых воздуховодов составляет 80% от стоимости материалов для системы прямоугольных воздуховодов.

Круглый воздуховодПрямоугольный воздуховод
Полная потеря давления (Па): 150.0

Общая стоимость установки: 0,51R

Общая стоимость материалов: 0.8M

(A)

Полная потеря давления (Па): 165.4

Общая стоимость установки: R

Общая стоимость материалов: M

(B)

Рисунок 1: Сравнение схем проектирования воздуховодов

(A) Круглый воздуховод (B) Прямоугольный воздуховод

Экономический анализ пространства, занимаемого системой воздуховодов, является сложной задачей, поскольку зависит от конструкции и назначения здания.

Обычно считается, что прямоугольные воздуховоды экономят пространство, но в действительности для прямоугольных воздуховодов с близким соотношением сторон фактическая площадь, которую они занимают, больше, чем у круглых воздуховодов. В основном это связано с тем, что прямоугольные воздуховоды требуют фланцев для соединения, а высота краев фланцев обычно превышает 20 мм, как показано на рис. 2 (A).

Однако современные спиральные воздуховоды можно соединять со стандартной гибкостью, как показано на рис. 2 (B), что не только экономит место, но и упрощает монтаж. Таким образом, для прямоугольных воздуховодов с соотношением сторон, близким к 1, преимущества круглых воздуховодов нельзя игнорировать.

Прямоугольный воздуховод
Подключение воздуховодов по кругу

(A)(B)

Рисунок 2: Сравнение подключение воздуховода схема

 (A) Прямоугольный воздуховод (B) Круглый воздуховод

Для прямоугольных воздуховодов с большим соотношением сторон их можно заменить несколькими круглыми, как показано на рисунке 3. Этот вариант значительно упрощает регулирование объема воздуха, а также снижает затраты на установку. Хотя стоимость материалов может увеличиться, исследование показало, что при такой схеме первоначальные инвестиции почти такие же, как и в случае прямоугольного воздуховода.

альтернативный план прямоугольного воздуховода

Рисунок 3: Альтернативный план замены прямоугольного воздуховода 550 мм × 150 мм двумя круглыми воздуховодами D = 200 мм

3. Операционные расходы

В обычных условиях наибольшую часть эксплуатационных расходов систем кондиционирования составляет потребление энергии. Сюда входит энергия, необходимая для нагрева или охлаждения воздуха, а также для его транспортировки к конечному оборудованию. Если вся система воздуховодов хорошо изолирована, количество утечек воздуха из воздуховодов становится значительным источником избыточного потребления энергии.

В системе воздуховодов вентилятор обеспечивает циркуляцию воздуха, а давление ветра, создаваемое вентилятором, обычно не превышает 650 Па. Без учета потерь давления на конечном оборудовании вентиляционной установки, доступный напор всей системы воздуховодов составляет около 200-300 Па.

Поэтому очень важно минимизировать потери напора в системе воздуховодов. В то же время уровень утечки воздуха также напрямую влияет на выбор мощности вентилятора. Согласно теореме о вентиляторах, мощность вентилятора пропорциональна кубу объема воздуха. То есть, если уровень утечки воздуха в воздуховоде составляет 6%, мощность вентилятора увеличится на 20%. Скорость утечки воздуха в круглых воздуховодах намного меньше по сравнению с прямоугольными.

3.1 Скорость утечки воздуха

Коэффициент утечки воздуха в воздуховоде можно рассчитать по следующей формуле:

Расчет коэффициента утечки воздуха в воздуховоде
  • fссылка = коэффициент утечки по площади
  • qvl = утечка воздуха
  • A = площадь поверхности воздуховода
  • K = постоянная утечка воздуха
  • △ pссылка = разность давлений между воздуховодом и внешней средой

В Европе герметичность воздуховодов делится на четыре уровня (A, B, C, D) в зависимости от константы утечки воздуха.

В таблице 2 приведены максимально допустимые константы утечки воздуха для соответствующих марок.

Класс AKA=0.027×10-3 m3 s-1 m-2 Pa-0.65
Класс BKB=0.009×10-3 m3 s-1 m-2 Pa-0.65
Класс CKC=0.003×10-3 m3 s-1 m-2 Pa-0.65
Класс DKD =0.001×10-3 m3 s-1 m-2 Pa-0.65

Таблица 2: Классификация герметичности европейских систем воздуховодов

Сравнение с круглыми воздуховодами показывает, что прямоугольные воздуховоды требуют значительно больше болтов и заклепок для соединения, что приводит к гораздо большей утечке воздуха.

На рисунке 4 представлены данные измерений, проведенных в Бельгии, которые показывают, что средняя скорость утечки в прямоугольных воздуховодах в семь раз выше, чем в круглых.

В "Кодексе по строительству и приемке работ по вентиляции и кондиционированию воздуха" GB50243-2002 также указано, что допустимая утечка воздуха для круглых воздуховодов составляет 50% от утечки воздуха для прямоугольных воздуховодов.

Измерение скорости утечки воздуха

Рисунок 4: Измерения скорости утечки воздуха в 21 бельгийском здании (Carrié et al, 1999)

3.2 Потери напора

Гидравлический эквивалент используется для оценки потерь давления в системе прямоугольных воздуховодов с одинаковым гидравлическим эквивалентным диаметром. Несмотря на разную форму поперечного сечения, они имеют одинаковую потерю давления на пути.

На рисунке 5 сравниваются потери давления в круглом воздуховоде (D = 0,5 м, U = 5 м/с, Σ = 0,15 мм) и прямоугольном воздуховоде с одинаковой площадью и скоростью потока. Очевидно, что в данном случае потери давления в прямоугольном воздуховоде намного выше, чем в круглом, и с увеличением соотношения сторон воздуховода потери давления увеличиваются. Это означает, что требуется большая мощность вентилятора.

Сравнение потерь давления между прямоугольным и круглым воздуховодом при постоянном расходе и скорости потока

Рисунок 5: Сравнение потерь давления между прямоугольным и круглым воздуховодами при постоянном расходе и скорости потока (расход = 1м³/с, v = 5м/с)

Концепция "гидравлического эквивалентного диаметра" предполагает, что среднее напряжение сдвига вдоль границы прямоугольного воздуховода должно быть постоянным. Другими словами, изокинетическая линия должна быть параллельна границе воздуховода. Однако реальные результаты измерений показывают, что в прямоугольном воздуховоде градиент скорости вдоль диагональной линии затухает медленнее всего, а градиент скорости вдоль центральной линии затухает медленнее всего.

Поэтому теоретически гидравлический эквивалентный диаметр следует использовать с осторожностью в следующих двух случаях:

  • Поток слишком мал, и поле потока не может достичь состояния полной турбулентности.
  • Поперечное сечение трубы далеко не круглое, т.е. прямоугольник имеет большое отношение длины к ширине.

Экспериментальные данные также ставят под сомнение универсальность гидравлического эквивалентного диаметра. Джонес провел серию экспериментов по изучению потерь давления в гладких прямоугольных каналах. Повторный анализ его экспериментальных данных показан на рисунке 6.

Несмотря на отсутствие данных для 10 < отношение сторон <25, данные на рис. 6 все же свидетельствуют о монотонно возрастающем влиянии отношения длины к ширине на гидравлическую потерю давления в эквивалентном диаметре.

Эксперименты Григсеталя с шероховатыми прямоугольными воздуховодами дали аналогичные результаты.

Сравнение потерь давления между гладким прямоугольным воздуховодом и круглым воздуховодом с различным соотношением длины и ширины

Рисунок 6: Сравнение потерь давления между гладким прямоугольным воздуховодом и круглым воздуховодом с различным соотношением длины и ширины

3.3 Расходы на техническое обслуживание

Чтобы предотвратить синдром больного здания, необходимо регулярно чистить воздуховоды. Методы очистки включают сухой (с помощью пылесоса и щетки) или влажный (с помощью длинной швабры). В любом случае круглые воздуховоды чистить легче, чем прямоугольные.

4. Выводы

Экономический анализ систем воздуховодов - сложная задача. Он должен учитывать целый ряд факторов, поскольку срок службы системы воздуховодов зачастую может превышать десять лет. В этом случае небольшое улучшение конструкции и качества может значительно повысить рентабельность инвестиций.

Таким образом, использование круглых воздуховодов является более экономичным решением. Однако важно отметить, что по таким причинам, как бесшумность и компактность, прямоугольные воздуховоды по-прежнему рекомендуются для некоторых компонентов системы воздуховодов с большим расходом и большими размерами, таких как впускные отверстия для свежего воздуха и выпускные отверстия устройств обработки воздуха.

Насколько публикация полезна?

Нажмите на звезду, чтобы оценить!

Средняя оценка 0 / 5. Количество оценок: 0

Оценок пока нет. Поставьте оценку первым.

Так как вы нашли эту публикацию полезной...

Подписывайтесь на нас в соцсетях!

Сожалеем, что вы поставили низкую оценку!

Позвольте нам стать лучше!

Расскажите, как нам стать лучше?

1 комментарий к “Round vs Rectangular Duct: Which Is Better?”

Оставьте комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Прокрутить вверх