Ilmanvaihdon suorakaidekanaviston mitoitusmenetelmien vertailu

Abstract

Ilmanvaihtojärjestelmien suunnittelussa kanavistosuunnittelulla ja kanaviston virtausominaisuuksilla on suuri vaikutus ilmanvaihtojärjestelmän energiankulutukseen. Mikäli ilmanvaihtokanavisto toteutetaan suorakaidekanavistona pyöreän kanaviston sijaan, korostuu kanavageometrian suunnittelun tärkeys optimoidun virtaustehokkuuden saavuttamiseksi. Tässä opinnäytetyössä tarkastellaan suorakaidekanaviston painehäviön eri laskentamenetelmiä sekä kanaviston ja kanavaosien geometrian vaikutusta mitoitusmenetelmien laskentatuloksiin.

Opinnäytetyössä vertaillut suorakaidekanaviston painehäviön laskentamenetelmät olivat laskenta laskentakaavojen ja taulukkoarvojen avulla, laskenta alalla yleisesti käytetyn suunnitteluohjelmiston MagiCAD for AutoCAD avulla ja laskenta virtauslaskentaohjelmiston ANSYS Discovery AIM avulla. Mitoitusmenetelmävertailu tehtiin tutkimusta varten MagiCAD for AutoCAD:llä luotuun kanavistoon, jota tarkasteltiin muuttamalla kanavan poikkileikkauksen muotoa sekä kanavaosien geometriaa.

Työn tuloksena huomattiin, että mitoitusmenetelmien laskentatuloksissa on eroja. Laskentakaavoja ja kirjallisuudesta löytyviä taulukkoarvoja käytettäessä on tärkeää tuntea niiden soveltuvuus tarkasteltavaan kanavistoon. Suurimpana erona suunnitteluohjelmiston ja virtauslaskentaohjelmiston välillä on virtauslaskennan yksityiskohtaisempi virtaustarkastelu, mikä huomioi lähekkäisten virtaushäiriön aiheuttajien vaikutuksen syntyviin painehäviöihin sekä virtauksen turbulenttisuuteen.

Suorakaidekanaviston suunnittelussa on tärkeä tuntea käytettävän mitoitusmenetelmän laskentaperusteet sekä kanaviston geometriavalintojen vaikutus ilmanvaihtojärjestelmän virtausominaisuuksiin. Perinteisempien mitoitusmenetelmien rinnalle on syytä harkita virtauslaskentaa suunnittelun työkaluna kohteissa, joissa ilmanvaihtojärjestelmän tavoitetasot poikkeavat tavanomaisesta. Virtauslaskennan avulla pystytään tarkastelemaan virtauksessa syntyviä ongelmakohtia ja optimoimaan suorakaidekanavistogeometrian energiatehokkuus.

The purpose of this thesis was to gather information about different calculation methods for pressure loss in rectangular ventilation ducts. Comparisons were made between calculations with formulas and charts, an HVAC design software MagiCAD for AutoCAD, and a CFD simulation software ANSYS Discovery AIM. The goal of this thesis was to examine differences between these calculation methods and the results they give with different duct geometries.

The theoretical section explores the theory of fluid dynamics in general and the calculation principles of the compared methods. The calculation method comparison was made for ventilation duct systems designed using MagiCAD for AutoCAD software. The pressure losses in duct systems were calculated with different ducts and duct fitting geometries.

The comparisons suggest that the most significant difference in calculation methods is CFD’s ability to calculate pressure losses across multiple close fittings more accurately than the others. Therefore, using CFD should be considered when designing rectangular ducts with exceptionally high quality requirements for ventilation systems.