Decodifica del processo di progettazione delle condotte, metodi e standard

Oggi, uno degli obiettivi significativi nella progettazione ingegneristica MEP per gli ingegneri progettisti HVAC è migliorare l'efficienza energetica, mantenere la qualità dell'aria e il comfort termico. L'efficienza energetica, la qualità dell'aria e il comfort in un edificio dipendono da come sono progettati i sistemi di riscaldamento, raffreddamento e distribuzione dell'aria ed è qui che un'attenta progettazione delle condotte gioca un ruolo significativo. Le canalizzazioni e il design del sistema HVAC sono importanti in quanto garantiscono la qualità dell'aria interna, il comfort termico e la ventilazione. Se il sistema HVAC e i condotti non sono progettati in modo accurato, ciò potrebbe comportare una scarsa qualità dell'aria, perdita di calore e rendere scomodo lo spazio condizionato nell'edificio.

La funzione principale del sistema di progettazione delle condotte è quella di garantire un canale meno invadente attraverso il quale può viaggiare aria fredda e calda. Se progettati accuratamente, i sistemi di distribuzione dell'aria HVAC svolgeranno un ruolo importante nel contrastare le perdite di energia termica, nel mantenere la qualità dell'aria interna (IAQ) e nel fornire comfort termico.

Per comprendere come progettare le condotte in modo conveniente ed efficiente, questo articolo decodifica la progettazione delle condotte e fornisce una breve descrizione del processo di progettazione, dei metodi e degli standard.

Cos'è Ductwork?

Il principio base della progettazione delle condotte è di riscaldare, raffreddare o ventilare un edificio nel modo più efficiente e conveniente -modo effettivo. La funzione principale delle condotte è quella di progettare condotte o passaggi che consentano al flusso d'aria di fornire riscaldamento, raffreddamento, ventilazione e condizionamento dell'aria (HVAC).

Nel processo di progettazione del condotto, è necessario comprendere le basi del flusso d'aria. L'aria di ritorno entra in un'unità di trattamento dell'aria (AHU), attraverso un filtro e nella soffiante e con la pressione passa attraverso la bobina A o lo scambiatore di calore e quindi esce nel sistema dell'aria di mandata. Se il condotto è progettato correttamente, consente all'AHU di produrre la giusta quantità di aria attraverso lo scambiatore di calore. In un tipico sistema di distribuzione dell'aria, i condotti devono accogliere il flusso dell'aria di mandata, di ritorno e di scarico. I condotti di alimentazione forniscono l'aria necessaria per il condizionamento dell'aria e la ventilazione, i condotti di ritorno forniscono aria regolata per mantenere IAQ e i sistemi di temperatura e di flusso dell'aria di scarico forniscono ventilazione.

Perché la progettazione delle condotte sia efficiente, i team di progettazione ingegneristica MEP devono disporre di progettisti con un background meccanico e ingegneristico. Gli specialisti della progettazione delle condotte o gli ingegneri dei servizi di costruzione devono inoltre possedere una conoscenza approfondita di altre discipline come concetti architettonici, civili e strutturali per garantire che i sistemi HVAC siano liberi da scontro.

The Ductwork Design Process

Il processo di progettazione del sistema di canalizzazione è semplice, a condizione che le specifiche siano chiaramente menzionate e gli input relativi all'applicazione, attività, orientamento e materiale da costruzione sono forniti. Sulla base delle informazioni fornite, è possibile completare i calcoli per creare un design efficiente dal punto di vista energetico e privo di scontro. In genere, i sistemi di condizionamento dell'aria e di distribuzione sono progettati per soddisfare tre requisiti principali quali:

• Dovrebbe fornire il flusso d'aria a velocità e velocità specifiche nei luoghi previsti.

• Dovrebbe essere efficiente dal punto di vista energetico ed economico.

• Dovrebbe fornire comfort e non generare disturbi o rumori discutibili.

Il processo di progettazione delle condotte inizia dopo che il cliente o i consulenti MEP hanno fornito layout architettonici e piani di progettazione degli interni. Il servizio di assistenza edilizia richiede quindi requisiti di specifica come l'applicazione, il numero di persone, l'orientamento dell'edificio e le caratteristiche architettoniche per effettuare calcoli sul carico termico e sul flusso d'aria. Prima di eseguire qualsiasi calcolo, vengono disegnati disegni a linea singola per mostrare il flusso di condotte nell'edificio. Una volta approvati, vengono eseguiti i calcoli per il carico termico e il flusso d'aria. Una volta completati i calcoli del carico termico, le portate d'aria richieste sono note e le prese d'aria sono fisse. Con i calcoli, le specifiche e il layout, il layout del sistema di canalizzazione viene quindi progettato tenendo conto dei dettagli architettonici e strutturali dello spazio condizionato e degli scontri con altri servizi di costruzione come i servizi elettrici, idraulici (idraulici) e meccanici.

Per avviare il processo di progettazione delle condotte sono necessari input relativi ai dettagli sul tipo di applicazione, requisiti di specifica, orientamento dell'edificio, caratteristiche architettoniche e materiale.

• Tipo di applicazione – La progettazione della condotta varierà in base al tipo di applicazione per la quale l'edificio verrà utilizzato come produzione, data center, applicazioni mediche, ricerca scientifica e confortare applicazioni come ristoranti, uffici, residenze, edifici istituzionali come scuole e università.

• Requisito di specifica – Per creare una progettazione efficiente del condotto, i progettisti devono sapere che tipo di attività sarà condotta e il numero medio di persone che useranno il spazio condizionato. Ciò contribuirà a calcolare il flusso d'aria, la velocità e il carico termico necessari per mantenere temperature e IAQ. Nelle applicazioni di comfort, ad esempio, un ufficio o un ristorante richiedono un design del condotto e una velocità dell'aria diversi rispetto a una residenza.

• Orientamento e materiale dell'edificio – L'orientamento dell'edificio e del materiale utilizzato svolge un ruolo chiave nella misurazione dell'assorbimento di calore che aiuterà a determinare i requisiti di raffreddamento e ventilazione . In base al fatto che un edificio sia esposto a nord, sud, est o ovest e dove si trova geograficamente, è possibile calcolare l'assorbimento di calore. Il tipo di materiale utilizzato per la costruzione influisce anche sulla quantità di calore e perdita di calore dell'edificio.

Le sfide relative agli input incompleti o alla non disponibilità degli input richiesti sono discusse in un prossimo articolo su Sfide e raccomandazioni relative alla progettazione di condotte.

Metodi di progettazione delle condotte

I metodi di progettazione delle condotte sono generalmente determinati in base a costi, requisiti, specifiche e standard di efficienza energetica. In base al carico del condotto dalla pressione dell'aria, i sistemi di condotti possono in genere essere classificati in sistemi ad alta velocità, media e bassa velocità. Esistono tre metodi comunemente usati per la progettazione dei condotti:

1. Metodo a velocità costante – Questo metodo, progettato per mantenere la velocità minima, è uno dei modi più semplici per progettare sistemi di condotte per i condotti dell'aria di mandata e di ritorno. Tuttavia, è richiesta esperienza nell'uso di questo metodo in quanto la scelta errata di velocità, dimensioni dei condotti e scelta dei dispositivi potrebbe aumentare i costi. Inoltre, per mantenere lo stesso tasso di caduta di pressione nelle condotte dei condotti, questo metodo richiede la chiusura parziale degli ammortizzatori nelle condotte dei condotti (tranne la corsa degli indici) che potrebbe influire sull'efficienza.

2. Metodo di attrito uguale – Questo metodo convenzionale utilizzato per entrambi i condotti di alimentazione e di ritorno mantiene la stessa caduta di pressione di attrito tra i condotti principale e di derivazione. Questo metodo garantisce la dissipazione delle cadute di pressione durante l'attrito nei condotti anziché negli ammortizzatori di bilanciamento. Tuttavia, come il metodo della velocità, è necessaria una chiusura parziale degli ammortizzatori e ciò potrebbe causare la generazione di rumore.

3. Metodo di recupero statico – Questo metodo comunemente usato per grandi sistemi di alimentazione con condotti lunghi è un sistema ad alta velocità che mantiene costante la pressione statica prima di ogni ramo o terminale. Sebbene si tratti di un sistema bilanciato in quanto non comporta smorzamenti, condotti più lunghi possono influire sulla distribuzione dell'aria negli spazi condizionati.

Mentre i diversi metodi di progettazione dei condotti utilizzati variano da un'applicazione all'altra, è necessario prendere in considerazione le prestazioni del sistema di condotte e il bilanciamento e l'ottimizzazione del sistema. Dopo l'installazione dell'unità di trattamento dell'aria (AHU), il sistema deve essere bilanciato e ottimizzato per migliorare le prestazioni. Nel bilanciamento e nell'ottimizzazione del sistema, vengono misurate le portate d'aria delle uscite dell'aria di mandata e di quelle dell'aria di ritorno e vengono regolati gli ammortizzatori e la velocità della ventola. Soprattutto negli edifici di grandi dimensioni, il bilanciamento dei sistemi di condizionamento dell'aria può essere costoso e richiede tempo, ma è necessario in quanto fornisce vantaggi che superano i costi sostenuti per l'installazione del sistema. Per ridurre al minimo i costi totali e operativi, vengono utilizzati molti metodi di ottimizzazione come l'ottimizzazione del metodo T descritta nel Manuale applicativo DA3 di AIRAH (Australian Institute of Refrigeration Air Conditioning).

Per progettare sistemi di distribuzione dell'aria efficienti dal punto di vista energetico ed economici, i progetti di sistemi HVAC devono includere linee guida di ingegneria di base e aderire a determinati standard di progettazione. Consideriamo alcune delle linee guida e degli standard utilizzati nel settore in diversi paesi.

Standard di progettazione dei condotti

Durante la progettazione di sistemi di condizionamento dell'aria, Tecnici di progettazione HVAC deve essere a conoscenza dei metodi di base, delle linee guida e delle norme applicabili, dal tipo di unità utilizzate, dai calcoli richiesti, dai metodi di costruzione, dal tipo di materiale, dai layout del sistema di condotte, dalle perdite di pressione, dalla perdita di condotte, da considerazioni di rumore all'ottimizzazione mediante test, regolazione e bilanciamento (TAB). Di seguito sono elencate alcune delle organizzazioni e associazioni di standard negli Stati Uniti, nel Regno Unito, in Australia e in India, che forniscono manuali, codici e standard per l'industria HVAC.