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HVAC 시스템에서 직사각형 덕트보다 원형 덕트가 선호되는 이유는 무엇일까요? 전통적으로 직사각형 덕트를 사용했지만, 현대 공학은 원형 덕트가 상당한 이점을 제공한다는 사실을 밝혀냈습니다. 원형 덕트는 제조 비용이 더 효율적이고 설치가 쉬우며 공기 누출과 압력 손실을 최소화하는 데 더 효과적입니다. 이 문서에서는 초기 투자, 운영 비용 및 전반적인 효율성을 비교하면서 이러한 이점을 살펴봅니다. 끝부분이 끝나면 원형 덕트로 전환하면 HVAC 프로젝트에서 상당한 비용을 절감하고 성능을 개선할 수 있는 이유를 이해하게 될 것입니다.
공기 덕트 시스템은 공조 및 환기 엔지니어링에서 중요한 구성 요소입니다. 그 목적은 설계된 흐름에 따라 조정된 공기를 최종 장비로 효율적으로 운반하는 것입니다.
일반적으로 에어 덕트는 직사각형, 원형, 직사각형의 세 가지 단면 모양이 있습니다. 직사각형 덕트는 일반적으로 4개의 철판을 리벳으로 연결하여 제작하며, 원형 덕트는 폭 137mm의 철판을 감아서 만듭니다. 강판 나선형 성형기에 넣습니다. 직사각형 덕트는 비교적 흔하지 않으며 일반적으로 원형 덕트를 압착하여 형성합니다.
1960년 이전에는 직사각형 덕트가 제조 공정이 간단하고 설치 공간이 작아 가장 널리 사용되었습니다. 그러나 대형 나선형 원형 덕트 성형기가 개발되면서 많은 엔지니어링 프로젝트에서 원형 덕트가 직사각형 덕트에 비해 더 경제적이고 다른 엔지니어링 파라미터에서 더 나은 성능을 발휘한다는 것이 입증되었습니다.
현재 시중에 판매되는 많은 섬유 직물 에어 덕트는 통풍구, 공기 공급 덕트, 정압 박스, 단열재 및 댐퍼와 같은 기능을 결합한 공기 분배 시스템입니다. 정확하고 균일한 공기 공급, 가벼운 설치 블록, 매력적인 외관, 박테리아 및 곰팡이에 대한 저항성 등의 장점으로 인해 사용자들 사이에서 인기를 얻고 있습니다.
파이버 패브릭 덕트는 원형, 반원형, 1/4원형, 타원형, 반타원형 등 다양한 모양으로 제공되므로 다양한 건물 구조의 요구 사항을 충족할 수 있습니다.
원형 섬유 패브릭 덕트
표 1: 연도별 원형 덕트 시장 점유율:
| 국가 | 1960 | 1965 | 1970 | 1975 | 1980 | 1985 | 1990 | 2000 |
| 북유럽 | 5 | 15 | 40 | 60 | 70 | 80 | 85 | 90 |
| 독일 | 5 | 5 | 10 | 15 | 20 | 25 | 25 | 50 |
| 프랑스 | 5 | 10 | 20 | 30 | 40 | 50 | 50 | 65 |
| 영국 | 5 | 10 | 15 | 20 | 25 | 35 | 35 | 55 |
경제 분석 관점에서 볼 때, 건물의 공기 덕트 시스템의 총 비용은 서비스 수명 기간 동안 다음과 같이 나눌 수 있습니다:
해외 연구에 따르면 많은 매개변수에서 원형 덕트 시스템이 직사각형 덕트 시스템보다 성능이 우수한 것으로 나타났습니다.
이 글에서는 이러한 연구 결과를 요약하고 에어 덕트 시스템의 경제적 측면을 비교하는 데 중점을 둡니다.
일반적인 상황에서 갱신 비용은 총 비용의 작은 부분을 차지하므로 이 논의에서는 고려하지 않습니다.
원형 덕트 시스템에 필요한 초기 투자 비용이 직사각형 덕트 시스템보다 낮은 이유는 다음과 같습니다:
두 가지를 설계했습니다. 환기 시스템 계획을 사용하여 원형 및 직사각형 덕트를 사용하는 대형 공간에 대해 시스템의 압력 손실 헤드 및 관련 경제 매개변수를 비교했습니다. 해당 연도의 북유럽 시장 가격을 기준으로 한 결과는 그림 1에 나와 있습니다.
계산 결과 동일한 최종 장비 조건에서 원형 덕트 시스템의 전체 설치 비용은 직사각형 덕트 시스템의 절반에 불과했으며, 원형 덕트 시스템의 재료비는 직사각형 덕트 시스템의 80%에 불과한 것으로 나타났습니다.
 |  |
| 총 압력 손실(Pa): 150.0 총 설치 비용: 0.51R 총 재료비: 0.8M （A） | 총 압력 손실(Pa): 165.4 총 설치 비용: R 총 재료비: M （B） |
그림 1: 덕트 설계 방식 비교
(A) 원형 덕트 (B) 직사각형 덕트
덕트 시스템이 차지하는 공간에 대한 경제성 분석은 건물의 구조와 목적에 따라 달라지기 때문에 어렵습니다.
일반적으로 직사각형 덕트가 공간을 절약한다고 생각하지만 실제로 가로 세로 비율이 가까운 직사각형 덕트의 경우 실제 차지하는 면적은 원형 덕트보다 더 큽니다. 이는 주로 직사각형 덕트에는 연결을 위한 플랜지가 필요하고 그림 2 (A)와 같이 플랜지 가장자리의 높이가 일반적으로 20mm보다 크기 때문입니다.
그러나 최신 나선형 에어 덕트는 그림 2 (B)와 같이 표준화된 유연성으로 연결할 수 있어 공간을 절약할 뿐만 아니라 설치도 더 쉽습니다. 따라서 가로 세로 비율이 1에 가까운 직사각형 에어 덕트의 경우 원형 덕트의 장점을 간과해서는 안 됩니다.
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| (A) | (B) |
그림 2: 비교 덕트 연결 scheme
(A) 직사각형 덕트 (B) 원형 덕트
가로 세로 비율이 큰 직사각형 덕트의 경우 그림 3과 같이 여러 개의 원형 덕트로 교체할 수 있습니다. 이 대안은 풍량을 훨씬 쉽게 제어할 수 있고 설치 비용도 절감할 수 있습니다. 자재 비용이 증가할 수 있지만 설문 조사에 따르면 이 방식에서는 초기 투자 비용이 직사각형 덕트와 거의 동일한 것으로 나타났습니다.
그림 3: 550mm × 150mm 직사각형 덕트를 D = 200mm 원형 덕트 두 개로 대체하는 대안 계획
일반적인 상황에서 공조 시스템의 운영 비용에서 가장 큰 비중을 차지하는 것은 에너지 소비입니다. 여기에는 공기를 가열하거나 냉각하는 데 필요한 에너지와 최종 장비로 공기를 운반하는 데 필요한 에너지가 포함됩니다. 전체 덕트 시스템이 잘 단열되어 있다면 덕트에서 누출되는 공기의 양은 에너지 소비를 초과하는 중요한 원인이 됩니다.
덕트 시스템의 경우 팬이 순환 전력을 공급하며 팬의 풍압은 일반적으로 650Pa를 초과하지 않습니다. 공기 처리 장치의 최종 장비에서 발생하는 압력 손실을 제외하면 전체 덕트 시스템의 가용 압력 수두는 약 200~300Pa입니다.
따라서 공기 덕트 시스템의 헤드 손실을 최소화하는 것이 중요합니다. 동시에 공기 누출 수준도 팬 출력 선택에 직접적인 영향을 미칩니다. 팬 정리에 따르면 팬 출력은 풍량의 세제곱에 비례합니다. 즉, 공기 덕트 누설률이 6%인 경우 팬 전력은 20%만큼 증가합니다. 원형 에어 덕트의 누설률은 직사각형 에어 덕트에 비해 훨씬 작습니다.
공기 덕트의 누설률은 다음 공식으로 계산할 수 있습니다:
유럽에서는 공기 덕트의 기밀성을 공기 누출 상수에 따라 4단계(A, B, C, D)로 구분합니다.
표 2는 각 등급에 대한 최대 허용 공기 누출 상수를 보여줍니다.
| 클래스 A | KA= | 0.027×10-3 m3 s-1 m-2 Pa-0.65 |
| 클래스 B | KB= | 0.009×10-3 m3 s-1 m-2 Pa-0.65 |
| 클래스 C | KC= | 0.003×10-3 m3 s-1 m-2 Pa-0.65 |
| 클래스 D | KD = | 0.001×10-3 m3 s-1 m-2 Pa-0.65 |
표 2: 유럽 덕트 시스템의 기밀성 분류
원형 덕트와 비교하면 직사각형 덕트는 연결에 훨씬 더 많은 볼트와 리벳이 필요하기 때문에 공기 누출이 훨씬 더 많이 발생한다는 것을 알 수 있습니다.
그림 4는 벨기에에서 측정한 데이터로, 직사각형 덕트의 평균 누출률이 원형 덕트보다 7배 더 높다는 것을 보여줍니다.
"환기 및 공조 작업의 시공 및 승인 코드" GB50243-2002에 따르면 원형 덕트의 허용 공기 누출량은 직사각형 덕트의 50%라고 명시되어 있습니다.
그림 4: 21개 벨기에 건물의 공기 누출률 측정(Carrié et al, 1999)
유압 등가물은 동일한 유압 등가 직경을 가진 직사각형 덕트의 시스템 압력 손실을 추정하는 데 사용됩니다. 단면 모양은 다르지만 경로를 따라 동일한 압력 손실을 갖습니다.
그림 5는 면적과 유량이 동일한 원형 덕트(D = 0.5m, U = 5m/s, Σ = 0.15mm)와 직사각형 덕트의 압력 손실을 비교한 것입니다. 이 경우 직사각형 덕트의 압력 손실이 원형 덕트보다 훨씬 높으며 덕트의 종횡비가 증가함에 따라 압력 손실이 증가한다는 것을 알 수 있습니다. 이는 더 큰 팬 전력이 필요하다는 것을 의미합니다.
그림 5: 유량과 유속이 일정한 직사각형 덕트와 원형 덕트 간의 압력 손실 비교(유량 = 1m³/초, v = 5m/초)
"유압 등가 직경"의 개념은 직사각형 덕트 경계를 따라 평균 전단 응력이 일정해야 한다고 가정합니다. 즉, 등속선은 공기 덕트 경계와 평행해야 합니다. 그러나 실제 측정 결과에 따르면 직사각형 에어 덕트에서는 대각선을 따라 속도 구배가 가장 느리게 감소하고 중심선을 따라 속도 구배가 가장 느리게 감소하는 것으로 나타났습니다.
따라서 이론적으로 유압 등가 직경은 다음 두 가지 경우에 주의해서 사용해야 합니다:
실험 데이터는 또한 유압 등가 직경의 보편성에 의문을 제기합니다. 존스는 매끄러운 직사각형 덕트의 압력 손실에 대한 일련의 실험을 수행했습니다. 그의 실험 데이터를 재분석한 결과는 그림 6에 나와 있습니다.
10 <종횡비 <25에 대한 데이터는 부족하지만, 그림 6의 데이터는 길이-폭비가 유압 등가 직경 압력 손실에 미치는 단조로운 증가 효과를 강력하게 시사합니다.
거친 직사각형 덕트를 사용한 Griggsetal의 실험 결과도 비슷합니다.
그림 6: 길이-너비 비율이 다른 매끄러운 직사각형 덕트와 원형 덕트 간의 압력 손실 비교
새집증후군을 예방하려면 공기 덕트를 정기적으로 청소해야 합니다. 청소 방법에는 건식 방법(진공청소기와 브러시 사용) 또는 습식 방법(긴 걸레 사용)이 있습니다. 두 경우 모두 원형 덕트를 청소하는 것이 직사각형 덕트보다 쉽습니다.
공기 덕트 시스템의 경제성 분석은 까다로운 작업입니다. 덕트 시스템의 수명이 10년을 초과하는 경우가 많기 때문에 다양한 요소를 고려해야 합니다. 이 경우 설계와 품질을 조금만 개선해도 투자 수익성을 크게 높일 수 있습니다.
따라서 원형 덕트를 사용하는 것이 더 경제적인 솔루션입니다. 그러나 정숙성 및 공간 등의 이유로 신선한 공기 흡입구 및 공기 처리 장치 배출구와 같이 유량이 많고 크기가 큰 일부 공기 덕트 시스템 구성 요소에는 여전히 직사각형 덕트가 권장된다는 점에 유의하는 것이 중요합니다.
MachineMFG의 창립자인 저는 10년 넘게 금속 가공 산업에 종사해 왔습니다. 폭넓은 경험을 통해 판금 제조, 기계 가공, 기계 공학 및 금속용 공작 기계 분야의 전문가가 될 수 있었습니다. 저는 이러한 주제에 대해 끊임없이 생각하고, 읽고, 글을 쓰면서 제 분야에서 선두를 유지하기 위해 끊임없이 노력하고 있습니다. 저의 지식과 전문성을 귀사의 비즈니스에 자산으로 활용하세요.
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