在设计管道系统时，设计师应该考虑几个因素。其中一个关键因素是管道系统的性能。其他包括制造、安装、经济和声学。
本文着眼于这些因素，以显示圆形/螺旋管道和相关配件创建一个比矩形管道系统更节能的管道系统，并节省大量劳动力。
根据噪声标准，美国的加热，制冷和空调工程师协会开发了一套基于管道位置的管道系统中最大气流速度的指导方针。
更高的速度有助于更好地利用静态回弹设计管道。静态回收设计通常导致低运行成本和平衡的系统。所有系统的最初设计或尺寸都是圆形的。如果矩形系统设计师的愿望,或者由于空间的限制需要使用平坦的椭圆,圆的大小必须转化为矩形或扁椭圆形通过计算当量的大小,能产生相同的压力损失每100英尺的管道系统或通过保持速度一样圆的大小。这通常是通过管道计算器、智能手机应用程序或电子表格完成的。
然而，矩形系统中的较高速度比圆形或平椭圆形导管更容易产生压力损失和噪音问题。
让我们看一下将矩形转换为圆形的两个例子，使用相同的压降和使用速度。例如，我们将假设圆形尺寸，每分钟携带5000立方英尺，每分钟2,000英尺。
案例1：矩形尺寸与圆形尺寸相同的速度。
案例2：矩形尺寸与圆形相同的压力损失。
与矩形导管一样的相同压降的等效圆形尺寸：
该表总结了长径比为1-1至10-1的矩形管道在矩形和圆形尺寸中保持相同速度的结果。圆形尺寸为21英寸，静态压力损失为0.26英寸的水表。
最节能的矩形形状是长径比为1比1的矩形。即使在这个长径比下静压也会增加19%通常的长径比是3比1，静压损失增加了46%。相比之下，宽高比为1比1的扁平椭圆形是圆形的。在与圆的速度相同的情况下，扁平椭圆的压力损失也比矩形的低。
下表是不同长宽比下，摩擦损失相同的矩形与圆形的比较。
压力损失是圆形的。注意速度如何减小以具有等效压降。这些意味着矩形管道的横截面积越大，导致周边增加。对于1比1的纵横比，周边增加了15％。在3比1纵横比上，周长增加33％。
当比较扁平椭圆形与矩形时保持速度相同时，当纵横比为约1至1时，静压损失将从约3％增加到超过17％的约3％。如果我们通过纵横比保持相同的静压损失，则矩形周边的高纵横比率约为3％，当纵横比接近1-1时，大约增加16％。
与圆形或扁平椭圆形相比，矩形周长的增加将导致需要更多的热量损失或增益，并且需要更含糊的管道和更多的加固。
圆形和扁平椭圆形管道的长度通常为12英尺或更长，而矩形管道的长度限制为4英尺、5英尺或6英尺，这需要更多的连接，安装时需要更多的劳动力，导致比圆形或扁平椭圆形管道更多的泄漏点。
至于拟合压力损失，配件类似地建造了类似的损失共同效能。以下是基于Ashrae管道配件数据库的配件的一些示例。
平坦椭圆形与矩形的拟合损耗类似于相似的形状。理解的主要想法是有符合效率的配件，可以执行相同的功能。例如，使用平滑的半径弯头而不是斜纹弯头，以及转动叶片是否有圆形，扁平的椭圆形或矩形配件。流畅的半径弯头将损失不到一半的斜线弯头。使用45度入口配件而不是直接水龙头。同样，无论圆形，平椭圆形或矩形，45度的压力损失将是一半的直链。
圆形/平椭圆形螺旋管道系统总体上更有效，但设计师应使用配件，无论管道的形状如何，都可以最小化压力损失。如果拟合导致运营成本的增加，因为它效率较低，但业主将看到管道系统的寿命增加。您可以在下面的等式中看到直接关系。较少的效率配件将呼吁较高的风扇总压力，每年在运营中创造较高的成本。
矩形导管的泄漏影响也可能是显着的。如果管道系统没有泄漏，则操作点是系统曲线与风扇曲线相交的位置。
当系统有泄漏时，压力基本上被释放，使得工作压力较低，但是正确的空气量没有得到所需的位置。如果风扇速度增加以补偿原始工作压力，则由于泄漏，仍然无法达到所需位置的正确量。为了完全补偿泄漏而无需额外的密封，操作压力和气流量将不得不增加到图中的点D。这将需要更多的制动马力，可能会影响风扇外壳和叶轮的施工要求。
假设你有一个20,000 cfm的系统在4英寸水表的风扇总压力下运行，每年运行约4,000小时，电力成本为每千瓦时10美分。总体效率是75%。运营成本为:
现在假设原始系统的泄漏率为10%。如果必须将气流增加到22,222 cfm，并将风机总压力增加到4.5英寸水表，则每年的运行成本为:
如果不进行额外的密封，那么解决这个问题将增加25%的运营成本，而且这种成本每年都会发生。还有额外的加热或冷却费用。把系统密封起来更经济。圆形/平椭圆形系统比矩形系统更容易密封。
制造
圆形和扁椭圆形管道系统的主要优点可能是能够比标准矩形管道系统制造更长的长度。12英尺长的部分对于圆形和扁平的椭圆形来说并不罕见。矩形管道系统的长度通常限制在5英尺以内。这使得圆形和扁椭圆形系统的接头数量不到矩形管道系统的一半。
已知矩形导管泄漏远远超过圆形和平坦的管道。首先，矩形管道通常用两个匹兹堡接缝制造，因为通常组装两个矩形管道以制造单管件。匹兹堡纵向接缝需要将乳香插入口袋里，从端到端伸展。往往错过了最后一英寸左右的创建泄漏网站，如果没有正确应用乳香，也可以创建泄漏网站。然后，如果拐角未正确密封，则关节可能存在更多的泄漏部位。通常，密封牢密的矩形系统仍然可能泄漏到密封圆形椭圆形系统的两倍。The Sheet Metal and Air-Conditioning Contractors’ National Association says unsealed rectangular systems can have a leakage class of 48 compared with a sealed round system that may be leakage class 6. Even a well-sealed rectangular system may have a leakage class of 12. Poorly sealed rectangular systems could leak as much as 15 or more times than a well-sealed round or flat-oval system. You have already seen how much leakage can increase operating costs.
当平面在管道系统中进行静压时，倾向于侧面膨胀，导管想要变成圆形。通常需要矩形管道的侧面的加强。需要联合和中间钢筋，以保持这种偏转合理。圆形电源系统不需要这一点。可能需要加强扁平椭圆形管道，但比矩形导管的速率低得多。
由于制造平椭圆形配件所需的许多图案，因此涉及与矩形相比，扁平椭圆形配件的成本更高。但是通过计算机数字控制机（等离子弧或激光桌），在过去的20年里，扁平椭圆形配件的制造成本在大大降低。
安装
除了减少泄漏之外，较少数量的关节使圆形和扁平椭圆形导管比矩形更容易安装。轮也是一个非常强大的形状，所以可以变得更轻。用预涂垫片安装非常快速，安装正确的垫片，不需要凌乱的密封胶。
甚至施加密封胶的传统滑动接头也将超过矩形的5英尺长度的速度更快。承包商可以使用垫片配件进行较大尺寸。其他限制使用垫圈到24英寸直径，较大的尺寸安装着法兰连接器。
在决定使用垫片配件或何时开始使用法兰的直径时，HVAC建筑承包商必须考虑易于安装，特别是当导管在空气中安装高时，使管道制作更加困难。
矩形管道可以在一些矩形线圈线上用预先形成的法兰制造。如果没有，可能必须安装应用的法兰。圆形和平坦的椭圆形法兰可以安装在商店中，因此它们可以配合并拧紧在一起。或者可以在法兰围绕法兰施加箍以将它们固定到位。无论是矩形还是圆形椭圆形的管道，必须在配合表面施加垫圈，所以接头不会泄漏。圆形和扁平的椭圆形管道将有更少的关节，因此与矩形导管相比，整个系统将更快地安装。
此外，必须安装矩形的加固支撑增加更多的时间。圆形导管不需要供应系统的任何增强，并且扁平椭圆形都需要更少。
经济学
在以前的性能，制造和安装讨论后，显而易见的是，圆形系统比矩形更具成本效益。在SMACNA的管道系统设计手册中，该协会表示，圆形管道成本约为方形或矩形导管成本的67％。随着矩形管道纵横比增加，矩形在圆形的相对成本也增加。在3-1的比率下，矩形管道成本约为圆的两倍。
虽然我们与矩形安装成比较，但您可能会将其推断出来，以比较扁平椭圆形。具有1比1方面的平椭圆形导管是圆形的。因此，从圆点开始，可能会绘制类似的曲线。它可能比矩形曲线更陡峭，但可能在下面是至少4比1的纵横比。另外，注意，具有4-1纵横比的矩形管道比具有1-1纵横比的矩形管道多30％。保持宽高比尽可能低，而是使用矩形或平椭圆形导管是非常重要的。
下表显示了六个示例，由John Reints，P.E.，网站www.staticregain.net的六个例子组成：
在这些示例中，螺旋管道系统重约一半作为矩形管道。圆形管道成本为矩形管道成本的63％或节省37％。在60吨系统之一，保存超过52,000美元。看www.staticregain.com了解更多信息。
声学
来自管道系统的噪音（不需要的声音）是一个常见问题。金属管道系统是非常有效地传输声音的导管。风扇通常是远程传播管道系统中大多数噪声的来源，但这不是唯一的噪音。由于配件和管道产生压力（压力损失）产生噪声。矩形管道可以“迅雷”作为可变空气体积系统循环，或者在恒流系统的开关系统中。管道可以通过管道拾取管道运行的嘈杂环境。
所有这些声音都可以通过管道系统传播，并在办公室，学校室，教堂和另一个敏感区域中表现出来，其中噪音不需要。
在管道系统中包含声音的能力是其传输损耗。高传输损耗意味着管道系统包含噪声。低传输损耗意味着通过导管系统的壁传递更多的声音。这被称为突破噪声。如果导管通过嘈杂的环境运行，您可能会遇到携带到下一个插座的噪声。
矩形管道不含声音，以及圆形管道，在较低的频率下确实。HVAC承包商希望导管尽可能地遏制噪音，以便可以处理它。护理包括购买更安静的风扇，将管道消声器添加到系统中或使用双壁绝缘管道。通常使用消音器在管道系统中对安静的噪音。通常，一组矩形消音器放置在空气处理单元的出口增压室中，以吸收风扇噪音。
设计师应该比较使用消声器和使用双壁绝缘管道系统。评价中应包括压降和成本。在双壁管道系统中有穿孔内衬，额外的压力损失和产生的噪音应该是最小的。但要记住，声音必须看到隔音材料才能被吸收。如果管道系统有内壁，它应该不少于23%的开放面积。坚固的内墙或用聚乙烯片包裹的穿孔墙可能会破坏双壁管道的大部分噪声控制。
圆形或平椭圆形管道系统比矩形管道更经济。螺旋风管的安装成本要比矩形风管低得多，性能要好。安装将更容易，泄漏将更低，更容易控制。它们将更好地包含噪音，并通过适当的声学处理，可以设计出更安静的系统。你想要哪一个?
本文由Patrick J. Brooks，P.E.是东钣金和螺旋管道制造商协会技术委员会的总经理。
文章资料来源：剪辑杂志
