Warum werden runde Rohre in HLK-Anlagen oft den rechteckigen vorgezogen? Trotz der traditionellen Verwendung rechteckiger Rohre zeigt die moderne Technik, dass runde Rohre erhebliche Vorteile bieten. Sie sind kostengünstiger in der Herstellung, einfacher zu installieren und minimieren Luftleckagen und Druckverluste besser. Dieser Artikel geht auf diese Vorteile ein und vergleicht Erstinvestition, Betriebskosten und Gesamtwirkungsgrad. Am Ende werden Sie verstehen, warum die Umstellung auf runde Rohre zu erheblichen Einsparungen und einer verbesserten Leistung bei Ihren HLK-Projekten führen kann.
Das Luftkanalsystem ist ein wichtiger Bestandteil der Klima- und Lüftungstechnik. Es hat die Aufgabe, die eingestellte Luft entsprechend der geplanten Strömung effizient zu den Endgeräten zu transportieren.
Luftkanäle haben in der Regel drei Querschnittsformen: rechteckig, rund und länglich. Rechteckige Kanäle werden in der Regel durch das Zusammennieten von vier Stahlplatten hergestellt, während runde Kanäle durch das Wickeln eines 137 mm breiten Stahlplatte auf einer Spiralformmaschine. Längliche Kanäle sind relativ selten und werden in der Regel durch Quetschen von kreisförmigen Kanälen geformt.
Vor 1960 waren rechteckige Rohre aufgrund ihres einfachen Herstellungsverfahrens und ihres geringen Platzbedarfs am weitesten verbreitet. Mit der Entwicklung großer Maschinen zur Herstellung von Wickelfalzrohren haben jedoch viele technische Projekte gezeigt, dass kreisförmige Rohre wirtschaftlicher sind und in Bezug auf andere technische Parameter besser abschneiden als rechteckige Rohre.
Viele der derzeit auf dem Markt erhältlichen Luftkanäle aus Fasergewebe sind Luftverteilungssysteme, die Funktionen wie Entlüftungsöffnungen, Luftzufuhrkanäle, statische Druckkästen, Wärmedämmstoffe und Dämpfer kombinieren. Sie erfreuen sich bei den Nutzern großer Beliebtheit, da sie Vorteile wie eine genaue und gleichmäßige Luftzufuhr, einen leichten Installationsblock, ein attraktives Aussehen und Resistenz gegen Bakterien und Schimmel aufweisen.
Faserkanäle sind in verschiedenen Formen erhältlich, darunter rund, halbkreisförmig, viertelkreisförmig, oval und halboval, um den Anforderungen unterschiedlicher Gebäudestrukturen gerecht zu werden.
Runder Fasergewebekanal
Tabelle 1: Der jährliche Marktanteil von runden Kanälen:
| Land | 1960 | 1965 | 1970 | 1975 | 1980 | 1985 | 1990 | 2000 |
| Nordisch | 5 | 15 | 40 | 60 | 70 | 80 | 85 | 90 |
| Deutschland | 5 | 5 | 10 | 15 | 20 | 25 | 25 | 50 |
| Frankreich | 5 | 10 | 20 | 30 | 40 | 50 | 50 | 65 |
| England | 5 | 10 | 15 | 20 | 25 | 35 | 35 | 55 |
Aus der Sicht einer wirtschaftlichen Analyse können die Gesamtkosten eines Luftkanalsystems in einem Gebäude während seiner gesamten Lebensdauer wie folgt aufgeteilt werden:
Ausländische Untersuchungen haben gezeigt, dass runde Kanalsysteme bei vielen Parametern besser abschneiden als rechteckige Systeme.
Dieser Artikel fasst die Ergebnisse dieser Studien zusammen und konzentriert sich auf den Vergleich der wirtschaftlichen Aspekte von Luftkanalsystemen.
Es ist anzumerken, dass die Kosten für die Erneuerung unter normalen Umständen nur einen kleinen Teil der Gesamtkosten ausmachen und daher in dieser Diskussion nicht berücksichtigt werden.
Die Anfangsinvestitionen für ein rundes Kanalsystem sind aus folgenden Gründen geringer als für ein rechteckiges Kanalsystem:
Wir haben zwei Belüftungssystem für einen großen Raum mit kreisförmigen und rechteckigen Kanälen und verglichen die Druckverlusthöhe des Systems und die damit verbundenen wirtschaftlichen Parameter. Die Ergebnisse, die auf den nordischen Marktpreisen des Jahres basieren, sind in Abbildung 1 dargestellt.
Die Berechnungen ergaben, dass bei gleichen Endausrüstungsbedingungen die Gesamtinstallationskosten des runden Kanalsystems nur halb so hoch waren wie die des rechteckigen Kanalsystems und die Materialkosten des runden Kanalsystems 80% der Kosten des rechteckigen Kanalsystems betrugen.
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| Gesamtdruckverlust (Pa): 150.0 Installationskosten insgesamt: 0,51 R Materialkosten insgesamt: 0,8 Mio. （A） | Gesamtdruckverlust (Pa): 165.4 Gesamtkosten der Installation: R Gesamte Materialkosten: M （B） |
Abbildung 1: Vergleich der Kanalbauweisen
(A) Kreisförmiger Kanal (B) Rechteckiger Kanal
Die wirtschaftliche Analyse des vom Kanalsystem belegten Raums ist aufgrund seiner Abhängigkeit von der Gebäudestruktur und -nutzung eine Herausforderung.
Es wird allgemein angenommen, dass rechteckige Kanäle Platz sparen, aber in Wirklichkeit ist die tatsächliche Fläche, die sie einnehmen, bei rechteckigen Kanälen mit einem engen Seitenverhältnis größer als bei runden Kanälen. Dies liegt vor allem daran, dass rechteckige Kanäle Flansche zum Anschluss benötigen und die Höhe der Flanschkanten in der Regel mehr als 20 mm beträgt, wie in Abbildung 2 (A) dargestellt.
Moderne Wickelfalzrohre können jedoch mit genormter Flexibilität verbunden werden, wie in Abbildung 2 (B) gezeigt, was nicht nur Platz spart, sondern auch einfacher zu installieren ist. Bei rechteckigen Luftkanälen mit einem Seitenverhältnis von annähernd 1 sind daher die Vorteile runder Kanäle nicht zu übersehen.
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| (A) | (B) |
Abbildung 2: Vergleich der Kanalanschluss Schema
(A) Rechteckiger Kanal (B) Kreisförmiger Kanal
Bei rechteckigen Kanälen mit großem Seitenverhältnis können diese durch mehrere runde Kanäle ersetzt werden, wie in Abbildung 3 dargestellt. Diese Alternative kann die Steuerung des Luftvolumens erheblich erleichtern und auch die Installationskosten senken. Obwohl die Materialkosten steigen können, hat eine Untersuchung gezeigt, dass die Anfangsinvestition bei diesem System fast die gleiche ist wie bei einem rechteckigen Kanal.
Abbildung 3: Ein alternativer Plan, bei dem ein rechteckiger Kanal von 550 mm × 150 mm durch zwei runde Kanäle von D = 200 mm ersetzt wird
Unter normalen Umständen ist der größte Teil der Betriebskosten für Klimaanlagen der Energieverbrauch. Dazu gehört die Energie, die zum Erwärmen oder Kühlen der Luft und für den Transport der Luft zu den Endgeräten benötigt wird. Wenn das gesamte Kanalsystem gut isoliert ist, wird die Menge an Leckluft aus den Kanälen zu einer bedeutenden Quelle für überschüssigen Energieverbrauch.
Im Kanalsystem sorgt der Ventilator für die Umwälzung, und der Winddruck des Ventilators übersteigt in der Regel nicht 650Pa. Ohne den Druckverlust an den Endgeräten des Lüftungsgeräts liegt die verfügbare Druckhöhe des gesamten Kanalsystems bei etwa 200-300Pa.
Daher ist es von entscheidender Bedeutung, den Druckverlust im Luftkanalsystem zu minimieren. Gleichzeitig wirkt sich der Grad der Luftleckage auch direkt auf die Wahl der Ventilatorleistung aus. Nach dem Ventilatorentheorem ist die Ventilatorleistung proportional zur dritten Potenz des Luftvolumens. Das heißt, wenn die Leckagerate des Luftkanals 6% beträgt, steigt die Ventilatorleistung um 20%. Die Leckagerate kreisförmiger Luftkanäle ist im Vergleich zu rechteckigen Luftkanälen viel geringer.
Die Leckagerate des Luftkanals kann nach folgender Formel berechnet werden:
In Europa wird die Luftdichtheit von Luftkanälen in vier Stufen (A, B, C, D) entsprechend der Luftleckagekonstante eingeteilt.
Tabelle 2 zeigt die maximal zulässigen Leckagekonstanten für die jeweiligen Sorten.
| 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 |
Tabelle 2: Klassifizierung der Luftdichtheit in europäischen Kanalsystemen
Der Vergleich mit kreisförmigen Kanälen zeigt, dass rechteckige Kanäle wesentlich mehr Schrauben und Nieten für die Verbindung benötigen, was zu wesentlich höheren Luftleckagen führt.
Abbildung 4 zeigt Messdaten aus Belgien, aus denen hervorgeht, dass die durchschnittliche Leckagerate von rechteckigen Kanälen siebenmal höher ist als die von runden Kanälen.
Der "Code for Construction and Acceptance of Ventilation and Air Conditioning Work" GB50243-2002 besagt ebenfalls, dass die zulässige Luftleckage für runde Kanäle 50% derjenigen für rechteckige Kanäle beträgt.
Abbildung 4: Messungen der Luftleckageraten in 21 belgischen Gebäuden (Carrié et al, 1999)
Das hydraulische Äquivalent wird verwendet, um den Systemdruckverlust von rechteckigen Kanälen mit demselben hydraulischen Äquivalentdurchmesser abzuschätzen. Trotz ihrer unterschiedlichen Querschnittsformen haben sie den gleichen Druckverlust entlang des Weges.
In Abbildung 5 wird der Druckverlust eines kreisförmigen Kanals (D = 0,5 m, U = 5 m/s, Σ = 0,15 mm) und eines rechteckigen Kanals mit derselben Fläche und demselben Volumenstrom verglichen. Es ist offensichtlich, dass in diesem Fall der Druckverlust des rechteckigen Kanals viel höher ist als der des kreisförmigen Kanals, und je größer das Seitenverhältnis des Kanals ist, desto größer ist der Druckverlust. Dies bedeutet, dass eine größere Ventilatorleistung erforderlich ist.
Abbildung 5: Vergleich des Druckverlusts zwischen Rechteckkanal und Rundkanal bei konstantem Durchfluss und konstanter Strömungsgeschwindigkeit (Durchfluss = 1m³ / s, v = 5m / s)
Das Konzept des "hydraulisch äquivalenten Durchmessers" geht davon aus, dass die durchschnittliche Schubspannung entlang der Begrenzung eines rechteckigen Kanals konstant sein sollte. Mit anderen Worten, die isokinetische Linie sollte parallel zur Begrenzung des Luftkanals verlaufen. Tatsächliche Messergebnisse zeigen jedoch, dass in einem rechteckigen Luftkanal der Geschwindigkeitsgradient entlang der diagonalen Linie am langsamsten abnimmt und der Geschwindigkeitsgradient entlang der Mittellinie am langsamsten abnimmt.
Daher sollte der hydraulisch äquivalente Durchmesser in den beiden folgenden Fällen mit Vorsicht verwendet werden:
Experimentelle Daten stellen auch die Allgemeingültigkeit des hydraulischen Ersatzdurchmessers in Frage. JONES führte eine Reihe von Experimenten zum Druckverlust von glatten rechteckigen Kanälen durch. Die Neuanalyse seiner experimentellen Daten ist in Abbildung 6 dargestellt.
Trotz der fehlenden Daten für 10 <Seitenverhältnis <25 deuten die Daten in Abbildung 6 stark auf die monoton zunehmende Wirkung des Längen-Breiten-Verhältnisses auf den Druckverlust des hydraulischen Äquivalentdurchmessers hin.
Griggsetal's Experimente mit rauen rechteckigen Kanälen haben ähnliche Ergebnisse.
Abbildung 6: Vergleich des Druckverlusts zwischen einem glatten rechteckigen Kanal und einem runden Kanal mit unterschiedlichem Längen-Breiten-Verhältnis
Um das Sick-Building-Syndrom zu verhindern, müssen die Luftkanäle regelmäßig gereinigt werden. Zu den Reinigungsmethoden gehören die Trockenmethode (mit Staubsauger und Bürste) oder die Nassmethode (mit einem langen Mopp). In jedem Fall ist die Reinigung von runden Kanälen einfacher als von rechteckigen.
Die wirtschaftliche Analyse von Luftkanalsystemen ist eine anspruchsvolle Aufgabe. Sie muss eine Reihe von Faktoren berücksichtigen, da die Lebensdauer eines Kanalsystems oft mehr als zehn Jahre betragen kann. In diesem Fall kann eine kleine Verbesserung von Design und Qualität die Rentabilität der Investition erheblich steigern.
Daher ist die Verwendung von runden Kanälen eine wirtschaftlichere Lösung. Es ist jedoch zu beachten, dass aus Gründen der Geräuscharmut und des Platzbedarfs für einige Komponenten des Luftkanalsystems mit großem Volumenstrom und großen Abmessungen, wie z. B. Frischlufteinlässe und Auslässe von Luftaufbereitungsgeräten, weiterhin rechteckige Kanäle empfohlen werden.
Als Gründer von MachineMFG habe ich mehr als ein Jahrzehnt meiner Karriere der metallverarbeitenden Industrie gewidmet. Meine umfangreiche Erfahrung hat es mir ermöglicht, ein Experte auf den Gebieten der Blechverarbeitung, der maschinellen Bearbeitung, des Maschinenbaus und der Werkzeugmaschinen für Metalle zu werden. Ich denke, lese und schreibe ständig über diese Themen und bin stets bestrebt, in meinem Bereich an vorderster Front zu bleiben. Lassen Sie mein Wissen und meine Erfahrung zu einem Gewinn für Ihr Unternehmen werden.
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