Ống thông gió tròn được đánh giá tốt hơn ống thông gió hình chữ nhật
Ống gió tròn và ống gió chữ nhật là thành phần quan trọng nhất của kỹ thuật điều hòa không khí trong hệ thống thông gió công nghiệp.
1. Bối cảnh
Chức năng của nó là truyền không khí đã điều chỉnh đến thiết bị cuối một cách hiệu quả nhất có thể theo lưu lượng đã thiết kế.
Nói chung, tiết diện của ống gió có ba hình dạng: hình chữ nhật, hình tròn và hình khối.
- Việc sản xuất các ống dẫn hình chữ nhật thường được thực hiện bằng cách tán bốn tấm thép.
- Ống gió tròn được chế tạo bằng cách cuộn một tấm thép có chiều rộng 137 mm trên máy tạo hình xoắn ốc.
- Các ống dẫn Oblate là tương đối hiếm.
- Chúng thường được hình thành bằng cách ép chặt các ống dẫn hình tròn.
Trước năm 1960, do quy trình sản xuất đơn giản và không gian lắp đặt nhỏ nên hầu hết các hệ thống thông gió đều sử dụng ống dẫn hình chữ nhật.
Với sự phát triển thành công của máy tạo hình ống tròn xoắn ốc lớn, một số lượng lớn các ví dụ kỹ thuật đã chứng minh rằng ống dẫn tròn tốt hơn nhiều so với ống dẫn hình chữ nhật về mặt kinh tế và các thông số kỹ thuật khác.
Một số lượng lớn các loại ống gió vải sợi hiện nay trên thị trường là hệ thống phân phối khí tích hợp các chức năng như miệng gió, ống cấp khí, hộp áp suất tĩnh, vật liệu cách nhiệt, giảm chấn.
Ưu điểm của việc cung cấp khí chính xác và đồng đều, khối lượng lắp đặt nhẹ, bề ngoài cao, khả năng kháng khuẩn và nấm mốc đã được người sử dụng và sử dụng rộng rãi.
Các hình dạng của ống dẫn vải sợi là tròn, bán nguyệt, tứ giác, hình bầu dục và bán bầu dục để đáp ứng nhu cầu của các cấu trúc xây dựng khác nhau.
Ống vải sợi tròn
Bảng 1: Thị phần ống dẫn tròn mỗi năm:
| Quốc gia | 1960 | 1965 | 1970 | 1975 | 1980 | 1985 | 1990 | 2000 |
| Bắc âu | 5 | 15 | 40 | 60 | 70 | 80 | 85 | 90 |
| nước Đức | 5 | 5 | 10 | 15 | 20 | 25 | 25 | 50 |
| Nước pháp | 5 | 10 | 20 | 30 | 40 | 50 | 50 | 65 |
| nước Anh | 5 | 10 | 15 | 20 | 25 | 35 | 35 | 55 |
Dưới góc độ phân tích kinh tế, tất cả các chi phí của hệ thống ống gió trong một tòa nhà trong toàn bộ thời gian sử dụng của nó có thể được chia thành:
- Đầu tư ban đầu: Bao gồm chi phí thiết kế, vật liệu và chi phí lắp đặt, chi phí mặt bằng, chi phí vận hành, v.v.
- Chi phí vận hành: Bao gồm lương nhân viên, chi phí năng lượng và bảo trì.
- Chi phí thay mới: Bao gồm chi phí sửa chữa và thay thế các bộ phận bị hao mòn.
Kết quả nghiên cứu của nước ngoài cho thấy, về nhiều thông số, hệ thống ống gió tròn hoạt động tốt hơn hệ thống ống gió hình chữ nhật.
Bài báo này sẽ tóm tắt kết quả của những nghiên cứu này và cố gắng tập trung so sánh vào sự so sánh kinh tế của các hệ thống ống dẫn khí.
Đồng thời, do chi phí cập nhật chiếm một tỷ trọng nhỏ trong tổng chi phí trong các trường hợp bình thường, nên phần chi phí này sẽ được bỏ qua trong phần thảo luận này.
2. Đầu tư ban đầu:
Một phần lý do tại sao mức đầu tư ban đầu cần thiết cho hệ thống ống gió tròn thấp hơn so với hệ thống ống gió hình chữ nhật là như sau:
- Ống gió tròn dễ chế tạo và vận chuyển hơn.
- Các thành phần và phụ kiện của ống gió tròn đã được tiêu chuẩn hóa cao.
- Về mặt cấu trúc, ống dẫn hình tròn có khả năng chịu áp lực cao hơn mà không bị biến dạng. Ống dẫn hình chữ nhật yêu cầu nhiều bu lông, đinh tán, dầm đỡ và các biện pháp tăng cường khác.
- Ở cùng một đường kính thủy lực, lượng kim loại cần thiết để làm một ống dẫn tròn nhỏ hơn một ống dẫn hình chữ nhật. Tỷ lệ khung hình của ống dẫn hình chữ nhật càng lớn thì mức tiêu thụ kim loại càng cao.
- Cấu trúc móc treo của ống thông gió lắp đặt đơn giản hơn so với ống gió hình chữ nhật. “Quy phạm thi công và nghiệm thu công việc thông gió và điều hòa không khí” GB50243-2002 cũng nêu rõ rằng khoảng cách giữa các móc treo đối với ống gió hình chữ nhật có cạnh dài hơn 400mm là 4m, và khoảng cách giữa các ống dẫn xoắn ốc được kéo dài đến 5m.
- Điểm đo để đo lưu lượng không khí của ống dẫn tròn nhỏ hơn của ống dẫn hình chữ nhật, vì vậy khi hệ thống ống dẫn được cân bằng, chi phí vận hành cũng sẽ ít hơn so với ống dẫn hình chữ nhật.
- Ống gió tròn có thể làm giảm đáng kể việc đưa tiếng ồn tần số thấp vào phòng. Do đó, có thể giảm thiết bị giảm tiếng ồn.
Chúng tôi đã thực hiện hai phương án thiết kế cho hệ thống thông gió của một căn phòng lớn sử dụng ống dẫn tròn và ống dẫn hình chữ nhật, đồng thời so sánh đầu tổn thất áp suất của hệ thống và các thông số kinh tế liên quan.
Xem Hình 1 (Lưu ý: Phân tích kinh tế dựa trên giá thị trường Bắc Âu trong năm).
Kết quả tính toán cho thấy trong cùng một điều kiện thiết bị đầu cuối, chi phí lắp đặt tổng thể của ống gió tròn chỉ bằng một nửa so với ống dẫn hình chữ nhật, và chi phí vật liệu của ống gió tròn bằng 80% so với ống gió hình chữ nhật.
 |
 |
| Tổng tổn thất áp suất (Pa): 150.0
Tổng chi phí lắp đặt: 0,51R Tổng chi phí vật liệu: 0,8 triệu (A) |
Tổn thất áp suất tổng (Pa): 165,4
Tổng chi phí lắp đặt: R Tổng chi phí vật liệu: M （B） |
Hình 1: So sánh các sơ đồ thiết kế ống gió
(A) Ống gió tròn (B) Ống gió hình chữ nhật
Phân tích kinh tế của không gian chiếm dụng bởi hệ thống ống dẫn là khó khăn vì nó phụ thuộc vào cấu trúc và mục đích của tòa nhà.
Nói chung, một trong những lý do chính để sử dụng ống dẫn hình chữ nhật là chúng có thể tiết kiệm không gian.
Nhưng trên thực tế, đối với các ống dẫn hình chữ nhật có tỷ lệ khung hình gần nhau, diện tích chiếm dụng thực tế của chúng lớn hơn so với các ống dẫn hình tròn.
Điều này chủ yếu là do các ống dẫn hình chữ nhật yêu cầu các mặt bích để kết nối và chiều cao của các cạnh mặt bích thường lớn hơn 20mm, xem Hình 2 (A).
Ống gió xoắn ốc hiện đại có thể được kết nối với tính linh hoạt được tiêu chuẩn hóa, xem Hình 2 (B).
Phương pháp này không chỉ không yêu cầu thêm dung lượng mà còn dễ dàng cài đặt hơn.
Do đó, đối với các ống gió hình chữ nhật có tỷ lệ khung hình gần bằng 1, ưu điểm của ống gió hình tròn không thể thay thế được.
 |
 |
| (A) | (B) |
Hình 2: So sánh sơ đồ kết nối ống gió
(A) Ống gió hình chữ nhật (B) Ống gió tròn
Đối với các ống dẫn hình chữ nhật có tỷ lệ khung hình lớn, có thể sử dụng một số ống dẫn hình tròn để thay thế, như trong Hình 3.
Phương án thay thế này có thể giúp việc kiểm soát lượng không khí dễ dàng hơn nhiều.
Đồng thời, chi phí lắp đặt cũng sẽ giảm đi đáng kể.
Mặc dù chi phí vật liệu có thể tăng lên, tuy nhiên, một cuộc khảo sát cho thấy theo sơ đồ này, mức đầu tư ban đầu gần như tương đương với ống gió hình chữ nhật.
Hình 3: Một phương án thay thế mà ống dẫn hình chữ nhật 550mm × 150mm được thay thế bằng hai ống dẫn hình tròn D = 200mm
3. Chi phí hoạt động
Trong những trường hợp bình thường, phần lớn nhất trong chi phí vận hành của hệ thống điều hòa không khí là tiêu thụ năng lượng.
Chi phí năng lượng bao gồm năng lượng tiêu thụ để làm nóng hoặc làm mát không khí và cũng để vận chuyển không khí này đến thiết bị cuối.
Nếu toàn bộ hệ thống ống dẫn được cách nhiệt tốt, lượng khí rò rỉ từ ống dẫn sẽ trở thành nguồn tiêu thụ năng lượng dư thừa quan trọng.
Đối với hệ thống ống gió, quạt là nguồn cung cấp năng lượng tuần hoàn và áp suất gió của quạt nói chung không vượt quá 650Pa.
Không bao gồm tổn thất áp suất của thiết bị cuối của bộ xử lý không khí, cột áp khả dụng của toàn bộ hệ thống ống dẫn là khoảng 200-300Pa.
Do đó, bạn nên cố gắng tránh tổn thất đầu lớn cho hệ thống ống dẫn khí.
Đồng thời, lượng gió lọt ra ngoài cũng ảnh hưởng trực tiếp đến việc lựa chọn công suất của quạt.
Theo định lý quạt, công suất của quạt tỷ lệ với lập phương của thể tích không khí, nghĩa là, nếu tỷ lệ rò rỉ của ống không khí là 6%, thì công suất của quạt sẽ tăng lên 20% và tỷ lệ rò rỉ của không khí tròn xoắn ống nhỏ hơn nhiều so với ống dẫn khí hình chữ nhật.
3.1 Tỷ lệ rò rỉ khí
Tốc độ rò rỉ của ống dẫn khí có thể được tính theo công thức sau:
- f ref = tỷ lệ rò rỉ khu vực
- q vl = rò rỉ không khí
- A = diện tích bề mặt ống dẫn
- K = hằng số rò rỉ không khí
- △ p ref = chênh lệch áp suất giữa ống dẫn và bên ngoài
Ở Châu Âu, độ kín khí của ống dẫn khí được chia thành bốn cấp (A, B, C, D) theo hằng số rò rỉ không khí.
Bảng 2 Thể hiện các hằng số rò rỉ khí tối đa cho phép đối với các cấp tương ứng.
| Hạng A | KA = | 0,027 × 10 -3 m 3 giây -1 m -2 Pa -0,65 |
| Hạng B | KB = | 0,009 × 10 -3 m 3 giây -1 m -2 Pa -0,65 |
| Lớp C | KC = | 0,003 × 10 -3 m 3 giây -1 m -2 Pa -0,65 |
| Lớp D | KD = | 0,001 × 10 -3 m 3 giây -1 m -2 Pa -0,65 |
Bảng 2: Phân loại độ kín khí trong hệ thống ống gió Châu Âu
So với ống dẫn tròn, ống dẫn hình chữ nhật đòi hỏi nhiều bu lông và đinh tán để kết nối, do đó, sự rò rỉ không khí chắc chắn lớn hơn nhiều.
Hình 4 là một tập hợp các dữ liệu đo được ở Bỉ.
Dữ liệu cho thấy tỷ lệ rò rỉ trung bình của ống dẫn hình chữ nhật cao hơn gấp 7 lần so với ống dẫn hình tròn.
“Quy phạm thi công và nghiệm thu công việc thông gió và điều hòa không khí” GB50243-2002 cũng nêu rõ rằng sự rò rỉ không khí cho phép của các ống dẫn hình tròn là 50% của các ống dẫn hình chữ nhật.
Hình 4: Các phép đo tỷ lệ rò rỉ không khí trong 21 tòa nhà của Bỉ (Carrié và cộng sự, 1999)
3.2 Đầu tiên
Thủy lực tương đương được sử dụng trực tiếp để ước tính tổn thất áp suất hệ thống của các ống dẫn hình chữ nhật đối với các ống dẫn có cùng đường kính thủy lực tương đương.
Mặc dù hình dạng mặt cắt ngang khác nhau, chúng vẫn có cùng một tổn thất áp suất trên đường đi.
Hình 5 So sánh tổn thất áp suất của một ống dẫn hình tròn (D = 0,5m, U = 5m / s, ∑ = 0,15mm) và một ống dẫn hình chữ nhật có cùng diện tích và lưu lượng.
Rõ ràng, trong trường hợp này, tổn thất áp suất của ống dẫn hình chữ nhật lớn hơn nhiều so với ống dẫn hình tròn, và khi tỷ lệ khung hình của ống dẫn tăng, tổn thất áp suất tăng lên.
Điều này có nghĩa là công suất của quạt phải lớn hơn.
Hình 5: So sánh tổn thất áp suất giữa ống dẫn hình chữ nhật và ống dẫn hình tròn với lưu lượng và vận tốc dòng chảy không đổi (lưu lượng = 1m³ / s, v = 5m / s)
Khái niệm “đường kính thủy lực tương đương” dựa trên giả định rằng ứng suất cắt trung bình dọc theo đường biên của ống hình chữ nhật phải nhất quán.
Nói cách khác, đường đẳng tốc nên song song với đường biên ống gió, nhưng kết quả đo thực tế cho thấy trong ống gió hình chữ nhật, gradient tốc độ dọc theo đường chéo phân rã chậm nhất và gradient tốc độ dọc theo đường tâm phân rã chậm nhất.
Vì vậy, về lý thuyết, đường kính thủy lực tương đương nên được sử dụng thận trọng trong hai trường hợp sau.
- Dòng chảy quá nhỏ, và trường dòng chảy không thể đạt đến trạng thái hỗn loạn hoàn toàn.
- Tiết diện của ống khác xa hình tròn, tức là hình chữ nhật với tỷ lệ chiều dài – chiều rộng lớn.
Dữ liệu thực nghiệm cũng nghi ngờ tính phổ quát của đường kính thủy lực tương đương.
Các kỹ sư đã tiến hành một loạt thí nghiệm về sự mất mát áp suất của các ống dẫn trơn hình chữ nhật.
Mặc dù thiếu dữ liệu cho 10 <tỷ lệ khung hình <25, dữ liệu trong Hình 6 vẫn gợi ý rõ ràng về tác động tăng đơn điệu của tỷ lệ chiều dài-rộng đối với tổn thất áp suất đường kính tương đương thủy lực.
Các thí nghiệm của Griggsetal với các ống dẫn thô hình chữ nhật cũng cho kết quả tương tự.
Hình 6: So sánh tổn thất áp suất giữa ống gió trơn hình chữ nhật và ống gió tròn với tỷ lệ chiều dài-chiều rộng khác nhau
3.3 Chi phí bảo trì
- Để tránh các tòa nhà bị bệnh, các ống dẫn cần được làm sạch thường xuyên.
- Phương pháp làm sạch bao gồm cách khô (sử dụng máy hút bụi và bàn chải) hoặc cách ướt (sử dụng cây lau dài).
- Trong cả hai trường hợp, làm sạch ống dẫn tròn dễ dàng hơn so với ống dẫn hình chữ nhật.
4.Kết luận
- Phân tích kinh tế của hệ thống ống dẫn khí là một nhiệm vụ khó khăn.
- Nó phải tính đến nhiều yếu tố khác nhau, và tuổi thọ của hệ thống ống gió có khả năng vượt quá mười năm.
- Trong trường hợp này, một thiết kế nhỏ và cải tiến chất lượng có thể làm tăng lợi nhuận của khoản đầu tư.
- Về vấn đề này, việc sử dụng các ống dẫn tròn nên là một giải pháp kinh tế hơn.
Cuối cùng, cần chỉ ra rằng, vì lý do yên tĩnh và không gian, các ống dẫn hình chữ nhật vẫn được khuyến nghị cho một số bộ phận có lưu lượng lớn và kích thước lớn của hệ thống ống gió, chẳng hạn như cửa hút gió tươi và cửa ra thiết bị xử lý khí.
