Сравнение воздуховодов прямоугольного и круглого сечения проводилось по следующим ключевым параметрам. 1. Воздухонепроницаемость Это важнейший показатель качества вентиляционной системы. Во-первых, качество внутреннего воздуха регламентировано санитарными нормами. По мере роста этих требований растет и число зданий, классифицируемых как «нездоровые». Одно из решений этой проблемы — увеличение притока свежего воздуха, для чего необходимы системы вентиляции с минимальной потерей воздушного потока. Во-вторых, постоянное повышение цен на энергоносители, что заставляет искать пути снижения затрат электроэнергии, затрачиваемой для фильтрации, нагрева, охлаждения и распределения воздуха. Для этого также необходимо свести к минимуму утечку воздуха через систему воздуховодов, чтобы он доставлялся к расчетным выпускным точкам с минимальными потерями. Европейский стандарт Eurovent 2.2 определяет три класса утечки: A — самый низкий класс, коэффициент утечки 1,32 (л/с)/м2 при 400 Па; B — средний класс, коэффициент утечки 0,44 (л/с)/м2 при 400 Па; C — самый высокий класс, коэффициент утечки: 0,15 (л/с)/м2 при 400 Па; Российский СНиП 2.04.05–91* определяет два класса утечки: Н — нормальный класс, коэффициент утечки 1,61 (л/с)/м2 при 400 Па; П — плотный класс, коэффициент утечки 0,53 (л/с)/м2 при 400 Па. Степень воздухонепроницаемости воздуховодов круглого сечения относительно прямоугольных более высокая, потому что соединить отдельные части системы воздуховодов с круглым сечением намного проще и экономичнее. Соединение двух спирально-навивных воздуховодов круглого сечения предполагает использование только одного фитинга, тогда как для решения аналогичной задачи при помощи воздуховодов прямоугольного сечения необходима система двух фланцев с уплотнением. При использовании воздуховодов круглого сечения подлежащий уплотнению периметр короче: если сравнить свободные участки поперечного сечения круглого и квадратного воздуховодов, то обнаружится, что периметр воздуховода квадратного сечения на 13 % длиннее, а если сравнить круглое и прямоугольное (с отношением сторон 1:2) сечение, то периметр окажется длиннее на 20 % (с соотношением 1:3 — на 30 %; 1:4 — на 41 %; 1:5 — на 51 % длиннее). 2. Стоимость монтажа Стоимость готовых воздуховодов круглого сечения составляет примерно 65 % от стоимости воздуховода прямоугольного сечения. Вместо одного воздуховода прямоугольного сечения можно использовать два круглого, что также предполагает более низкую общую стоимость (рис. 1–2). В ряде случаев стоимость второго варианта может быть даже меньше. Кроме того, применение двух или более воздуховодов круглого сечения вместо одного воздуховода прямоугольного сечения обеспечивает преимущества в регулировании расхода воздуха, упрощенной увязки давлений в воздуховодах и более гибком секционировании пожарных зон. По ряду причин стоимость систем воздуховодов круглого сечения более низкая, чем при использовании воздуховодов прямоугольного сечения: система воздуховодов круглого сечения состоит из меньшего количества узлов и отличается меньшими линейными размерами; изготовление воздуховодов круглого сечения и фитингов для них — более легкий автоматизированный процесс; на монтаж системы воздуховодов круглого сечения затрачивается меньше времени, иногда в два-три раза; стоимость изоляции снижается, т.к. для более короткого периметра воздуховода круглого сечения требуется меньший объем изоляционного материала. Например, для изоляции воздуховода круглого сечения диаметром 500 мм требуется примерно на 13 % меньше материала, чем для равнозначного воздуховода прямоугольного сечения 500×400 мм; при использовании более тонкого слоя изоляции воздуховодами круглого сечения по сравнению с воздуховодами прямоугольного сечения достигается та же потеря тепла; система круглых воздуховодов более доступна и, таким образом, более удобна для проведения изоляционных работ; свойства, влияющие на затухание колебаний, у систем круглого сечения выражены лучше, главным образом, вследствие более высокой степени жесткости; стоимость на месте (включая упаковку, транспортировку, обработку отходов и т.д.) значительно ниже при использовании воздуховодов круглого сечения (рис. 3). Все системы рассчитаны на расход воздуха 1800 м3/ч. Показаны самое высокое и самое низкое значения падения давления, а также максимальная скорость. В правой части каждого рисунка указана стоимость на месте для систем в сравнении со стоимостью систем прямоугольного сечения; сокращено количество и уменьшены размеры подвесных опор воздуховодов. Расстояние между двумя подвесными опорами для воздуховода прямоугольного сечения составляет 2,5 м, а для воздуховода круглого сечения — 3 м, таким образом, снижается число подвесных опор и примерно на 20 % сокращаются стоимость и требуемое на установку время; воздуховоды круглого сечения часто предполагают улучшенное регулирование воздухораспределения. На гистограмме (рис. 4) приведена стоимость, например, трех воздуховодов диаметром 315 мм в сравнении со стоимостью воздуховодов прямоугольного сечения 1000×250 мм. За основу принят один воздуховод круглого сечения с диаметром равнозначным воздуховоду прямоугольного сечения. Как видно из графика, круглое сечение — это всегда наиболее экономичный вариант. 3. Доставка и складирование Вследствие стандартизации диаметры круглых воздуховодов увеличиваются с каждой очередной ступенью примерно на 25 % в геометрической прогрессии, как показано в табл. 1. Следовательно, на складе может храниться широкий выбор фитингов и воздуховодов. Таким образом, они могут быстро доставляться, что облегчает строительство объекта. 4. Пространство для монтажа Пространство, необходимое для монтажа воздуховодов круглого сечения, часто меньше пространства, требуемого для организации воздуховодов прямоугольного сечения при одинаковых показателях падения давления. При монтаже воздуховодов прямоугольного сечения нужно предусматривать дополнительное пространство, во-первых, для выступов над поверхностью воздуховодов, которые образуют фланцы воздуховодов, во-вторых, для соединения фланцев болтами и скобами. Часто в условиях ограниченного пространства, например, при установке воздуховодов над подвесным и потолками в коридоре или шахте, воздуховоды доступны только с одной стороны (торца) — рис. 5. И из-за невозможности применения мастики или ленты с внутренней стороны соединенных участков могут возникнуть серьезные проблемы. Это не только повышает стоимость монтажа и увеличивает время работы, но и снижает качество воздухонепроницаемости воздуховодов. 5. Измерение расхода воздуха Уменьшение потока воздуха в системах вентиляции часто становится причиной так называемого «синдрома больного здания».На рынке существует множество устройств для измерения расхода воздуха, специально сконструированных для воздуховодов круглого сечения. Системы вентиляции, смонтированные на основе круглых воздуховодов, могут оснащаться недорогими стационарными измерительными устройствами высокой точности. Они позволяют проводить регулярные проверки и непрерывный текущий контроль. К тому же проводить измерения на месте воздуховодов с круглым сечением проще.При использовании классического метода Прандтля воздуховоды круглого сечения, независимо от геометрического размера, должны измеряться через два отверстия под прямым углом (рис. 6).Воздуховоды прямоугольного сечения должны измеряться через несколько проверочных отверстий, причем, чем длиннее воздуховод, тем большее число отверстий для сбора данных необходимо для достижения измерительной точности. 6. Монтаж, обработка и транспортировка Вес и габариты систем воздуховодов круглого сечения меньше аналогичных значений систем прямоугольного сечения. Это снижает стоимость и облегчает монтаж. Монтаж систем воздуховодов круглого сечения диаметром до 200 мм способен выполнить один человек, тогда как для установки вентиляционной системы прямоугольного сечения любого геометрического размера всегда требуются два человека и более. Для аналогичных участков эквивалентного поперечного сечения, воздуховод круглого сечения предусматривает меньший расход материалов вследствие меньшего периметра и более простых соединений. Кроме того, из-за более жесткой конструкции спирально-навивного воздуховода круглого сечения для наиболее часто используемых размеров воздуховодов может быть уменьшена толщина стального листа. Окончательный вес типовой системы, включающей комбинацию прямых воздуховодов, отводов и диффузоров на 30–40 % выше для систем прямоугольного сечения относительно систем круглого сечения. 7. Падение давления Падение давления в вентиляционной системе обуславливает требуемую мощность вентилятора и влияет, соответственно, на потребляемую электроэнергию. Падение давления для типовой системы, включающей комбинацию прямых участков воздуховодов, отводов и диффузоров в вентиляционной системе круглого сечения обычно ниже, чем в системах прямоугольного сечения, что способствует снижению эксплуатационных затрат. 8. Внутренняя очистка воздуховодов Обследование систем вентиляции в зданиях, признанных «больными», показали, что пыль, плесень и т.д., аккумулирующиеся в подающих и вытяжных воздуховодах, увеличивают нагрузку вентиляционного выброса и, таким образом, еще более усугубляют нездоровый климат в помещениях. Строительными правилами предусмотрены регулярные осмотры системы воздуховодов и, при необходимости, их внутренняя очистка. Способы очистки (сухой или влажный) и чистящие инструменты (вращающиеся щетки, соединенные с мощными пылесосами), используемые для внутренней очистки воздуховодов, более удобны и дешевы для применения в воздуховодах круглого сечения, чем в прямоугольных каналах. 9. Воздуховоды плоскоовального сечения Если пространство между подвесным потолком и перекрытием очень маленькое и систему воздуховодов круглого сечения использовать нецелесообразно, то возможным предпочтительным вариантом может стать система воздуховодов плоскоовального сечения. Они изготавливаются из спирально-навивных воздуховодов круглого сечения с приданием им эллиптической формы на специально сконструированных для таких операций станках. Ряд основных преимуществ спирально-навивных воздуховодов круглого сечения характерен и для воздуховодов плоскоовального сечения: увеличенная жесткость по сравнению с воздуховодами прямоугольного сечения (благодаря производства из отфальцованных спиральных воздуховодов); эллиптическая форма без углов обеспечивает меньшую площадь контакта определенного поперечного сечения по сравнению с системой прямоугольного сечения, что способствует свободному потоку воздуха; жесткость снижает распространение звуковых волн, отраженных от поверхностей воздуховодов (реверберацию); система воздуховодов соединяется с помощью ниппельных соединений без необходимости подгонки и скрепления болтовым способом отдельных фланцев на воздуховодах и фитингах; эстетичный внешний вид. По сравнению с воздуховодами круглого сечения у воздуховодов плоскоовального есть ряд недостатков, присущих воздуховодам прямоугольного сечения: бесконечное число вариантов значений ширины и высоты делает невозможными стандартизацию, серийное производство и доставку со склада; сам процесс производства более трудоемкий и требует навыков; стоимость на месте примерно такая же, что и для воздуховодов прямоугольного сечения. 10. Шум Для современной конструкции воздуховодов, включающей системы кондиционирования с переменным и постоянным расходом воздуха, характерны повышенные шумовые характеристики. Во всех случаях это низкочастотный шум, который легко передается через стенки воздуховода прямоугольного сечения в потолок. Применение воздуховодов круглого сечения в значительной степени способствует устранению этой проблемы за счет более жестких стенок. Если для обеспечения расчетных параметров притока воздуха необходим воздуховод диаметром, превышающим расстояние между подвесным потолком, следует использовать либо несколько воздуховодов меньшего диаметра, либо воздуховоды плоскоовального сечения (первое решение предпочтительнее). 11. Предварительно уплотненные системы воздуховодов Еще одно существенное преимущество систем круглого сечения — возможность изготовления всех фитингов и узлов с предварительно запрессованными уплотнениями, что упрощает монтаж и является гарантией малой утечки (рис. 7). Уплотнения выполнены из износостойкого каучука на основе сополимера этилена, пропилена и диенового мономера. Рекомендованная температура воздуха от –30 до 100 °С, возможно кратковременное понижение нижнего температурного предела до –50 °С и повышение верхнего до 120 °С.В системах «Провенто» уплотняющая прокладка спроектирована в виде замкнутого профиля специальной формы из гомогенного каучука. Каучуковая прокладка находится в канавке в концевой части фитинга и надежно закреплена. После соединения фитинга с прямым участком воздуховода кромки прокладки будут загнуты назад. Таким образом, прокладка легко справляется с давлением разрежения, т.к. этом случае обеспечивается напряжение на кромки вовнутрь воздуховода. Система выдерживает положительное давление до 3000 Па и давление разрежения до 5000 Па. Преимущества системы сборки воздуховодов с предварительно уплотненным ниппельным соединением — уменьшенное время монтажа и более экономичный ввод в эксплуатацию. Благодаря этому она заменила традиционную систему в таких странах, как Швеция, Дания, Финляндия, Норвегия и постепенно распространяется на другие рынки европейского континента. 12. Прочность Традиционная технология изготовления воздуховодов круглого сечения представляет собой соединение полосовой стали 137 мм фальцевым швом с приданием формы идеального круглого сечения. Такой способ обеспечивает достаточную жесткость воздуховода, не требующую дополнительных элементов. Давление разрежения В установленных системах, где давление существенно ниже атмосферного, существует риск разрушения вентиляционных воздуховодов. В профессиональной среде это явление известно как «продольный изгиб», оно возникает без предварительных проявлений в самой слабой точке системы. Продольный изгиб распространяется вдоль воздуховода и по мере увеличения давления разрежения приводит к полному сплющиванию. Самая слабая точка часто представляет собой «переходную впадину» воздуховода. На рис. 8 показано максимальное давление разрежения, которое может выдержать неповрежденный спирально-навивной воздуховод без разрушения. Положительное давление Риск разрыва вентиляционных труб в результате положительного давления значительно ниже риска разрушения вследствие низкого давления разрежения. При определенном положительном давлении также возможны трещины в местах стыка между воздуховодами задолго до их полного разрушения в месте фальцевого шва. Так как соединения обычно закреплены надежно, воздуховод будет разрываться вдоль фальцевого шва. На рис. 9 показано максимальное положительное давление, которое может выдержать без разрыва неповрежденный воздуховод. Графики построены по протоколу сертификационных испытаний №100/361624 от 22.11.05 г., выданного независимым государственным органом по испытаниям ИЦ НИИК ОКБМ. Резюме Преимущества воздуховодов круглого сечения сегодня очевидны, что явилось причиной многих изменений в традиционных направлениях развития во всей Европе и в России.