| Tratto | Portata d'aria, m³/h | Lunghezza tratto, m | Dimensione richiesta, mm | Dimensione selezionata, mm | Velocità effettiva, m/s | Perdita per 1 m, Pa/m | Perdita per attrito, Pa | Elementi locali, pz. | Perdita locale, Pa | Perdita totale, Pa | ||
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Metodo di calcolo della canalizzazione dell'aria
Questo calcolatore per il calcolo della canalizzazione aria determina i parametri aerodinamici dei singoli tratti di un sistema di ventilazione: ricava la sezione necessaria dalla portata d’aria, seleziona le dimensioni di un condotto circolare o rettangolare, calcola la velocità reale dell’aria e stima le perdite di pressione. Le perdite per attrito e le perdite locali selezionate vengono calcolate separatamente per ogni tratto e poi sommate per ottenere la perdita di pressione totale.
Il calcolo può essere utilizzato per il dimensionamento preliminare dei condotti di ventilazione e per confrontare diverse soluzioni in base alla velocità dell’aria e alla resistenza al flusso.
Valori indicativi e raccomandazioni
Velocità di progetto e sezione richiesta
Velocità di progetto dell’aria determina l’area iniziale necessaria del condotto. Il calcolatore utilizza valori fissi: ventilazione naturale — 1.5 m/s, ventilazione meccanica in ambienti residenziali — 3 m/s, uffici — 4.5 m/s e ambienti industriali — 9 m/s.
Area della sezione richiesta viene calcolata dalla portata d’aria Q in m3/h e dalla velocità di progetto vdesign in m/s. La portata viene prima convertita da m3/h a m3/s dividendola per 3600.
A = (Q / 3600) / vdesign
L’area risultante A in m2 rappresenta la sezione minima calcolata utilizzata per determinare la dimensione richiesta del condotto.
Dimensionamento dei condotti circolari e rettangolari
Condotto circolare viene dimensionato in base all’area del cerchio. Il diametro interno richiesto d viene determinato in millimetri.
d = 1000 · sqrt(4A / π)
Il calcolatore seleziona quindi il primo diametro della serie di dimensioni che non sia inferiore al valore calcolato: 63, 80, 100, 125, 150, 160, 200, 250, 300, 315, 355, 400, 450, 500, 560, 630, 710, 800, 900, 1000, 1120 o 1250 mm.
Condotto rettangolare viene dimensionato specificando l’altezza h oppure la larghezza b. Il secondo lato viene calcolato a partire dall’area richiesta.
b = A · 106 / h
h = A · 106 / b
Il lato calcolato viene arrotondato per eccesso al primo valore adatto della serie 100, 150, 200, 250, 300, 400, 500, 600, 800, 1000, 1200, 1400, 1600, 1800 o 2000 mm. Il lato specificato dall’utente non viene modificato durante il dimensionamento automatico.
Dimensione selezionata del condotto viene utilizzata per tutti i calcoli successivi. Se l’utente modifica manualmente il diametro selezionato o i lati di un condotto rettangolare, la velocità dell’aria e le perdite di pressione vengono ricalcolate utilizzando le dimensioni inserite.
Velocità reale dell’aria e diametro idraulico
Velocità reale dell’aria viene calcolata in base alla sezione selezionata del condotto e non all’area teorica richiesta. Per questo motivo, dopo l’arrotondamento della dimensione del condotto, la velocità reale differisce generalmente dalla velocità di progetto iniziale.
v = (Q / 3600) / Aactual
Qui Aactual è l’area reale della sezione del condotto selezionato in m2.
Diametro idraulico di un condotto circolare è uguale al suo diametro. Per un condotto rettangolare con lati a e b viene calcolato come segue:
dh = 2ab / (a + b)
I valori a, b e dh devono essere espressi nelle stesse unità. Per il calcolo delle perdite di pressione, il diametro idraulico viene convertito da millimetri a metri.
Rugosità del materiale del condotto
Rugosità assoluta ε influisce sul fattore di attrito. Il calcolatore utilizza i seguenti valori in millimetri:
- acciaio zincato — 0.09 mm;
- acciaio inox — 0.015 mm;
- alluminio — 0.05 mm;
- plastica PVC, PP o PE — 0.0015 mm;
- FRP o GRP — 0.005 mm;
- intonaco — 0.3 mm;
- calcestruzzo liscio — 0.6 mm;
- calcestruzzo ordinario — 1.0 mm;
- muratura in mattoni — 3.0 mm.
Il calcolo utilizza la rugosità relativa ε / dh. Pertanto, lo stesso materiale può avere un effetto diverso su condotti di dimensioni differenti.
Regime di flusso e fattore di attrito
Proprietà dell’aria sono considerate costanti: densità ρ = 1.2041 kg/m3 e viscosità cinematica ν = 0.000015 m2/s.
Numero di Reynolds viene calcolato dalla velocità reale dell’aria e dal diametro idraulico.
Re = v · (dh / 1000) / ν
Fattore di attrito di Darcy λ dipende dal regime di flusso. Quando Re < 2300 viene utilizzata la relazione per il flusso laminare:
λ = 64 / Re
Quando Re ≥ 2300, λ viene determinato risolvendo iterativamente l’equazione di Colebrook-White utilizzando il numero di Reynolds e la rugosità relativa:
1 / sqrt(λ) = -2 · log10(ε / (3.7dh) + 2.51 / (Re · sqrt(λ)))
La resistenza del condotto dipende quindi contemporaneamente dalla velocità dell’aria, dalle dimensioni del condotto e dalla rugosità della superficie interna.
Perdita di pressione per attrito
Perdita di pressione per metro viene calcolata con l’equazione di Darcy-Weisbach. Nel calcolo viene utilizzata la velocità reale dell’aria dopo la selezione della dimensione finale del condotto.
R′ = (λ / dh) · (ρ · v2 / 2)
Qui dh è espresso in metri e il risultato R′ è ottenuto in Pa/m.
Perdita di pressione per attrito in un tratto è proporzionale alla sua lunghezza L in metri:
R = R′ · L
Pertanto, due tratti con la stessa dimensione del condotto e la stessa portata d’aria hanno la stessa perdita di pressione per metro, ma perdite totali per attrito differenti se le loro lunghezze sono diverse.
Perdite di pressione locali
Pressione dinamica viene calcolata dalla velocità reale dell’aria:
Pd = ρ · v2 / 2
Coefficienti di perdita locale ζ sono predefiniti nel calcolatore per elementi comuni dei condotti:
- ingresso nel condotto a spigolo vivo — 0.50;
- ingresso arrotondato nel condotto — 0.05;
- uscita libera dal condotto — 1.00;
- curva dolce a 45° — 0.10;
- curva dolce a 90° con R/D = 1.5 — 0.15;
- curva a 90° con alette direttrici — 0.20;
- curva a segmenti a 90° senza alette direttrici — 1.20;
- raccordo a T o croce, flusso nel condotto principale — 0.10;
- raccordo a T o croce, flusso verso la diramazione — 1.00;
- diramazione a 45°, flusso verso la diramazione — 0.35;
- serranda dell’aria completamente aperta — 0.30.
Per un elemento con una resistenza diversa, il coefficiente ζ può essere inserito manualmente. Se sono presenti più elementi identici, il loro numero viene moltiplicato per il coefficiente di un singolo elemento.
Coefficiente totale delle perdite locali viene ottenuto sommando i coefficienti di resistenza di tutti gli elementi del tratto, tenendo conto della loro quantità.
Σζ = ζ1 · n1 + ζ2 · n2 + ...
Perdita di pressione locale viene calcolata moltiplicando la pressione dinamica per il coefficiente totale delle perdite locali:
Z = Pd · Σζ
Perdita di pressione totale
Perdita di pressione totale di un tratto è la somma delle perdite per attrito e delle perdite locali:
ΔP = R + Z
Quando vengono aggiunti più tratti di condotto, la perdita di pressione totale viene calcolata come somma dei valori ΔP di tutti i tratti aggiunti.
Selezione della dimensione finale del condotto segue un principio semplice: prima viene calcolata la sezione minima richiesta dalla portata d’aria e dalla velocità di progetto specificate, quindi la dimensione viene aumentata fino al valore disponibile immediatamente superiore. Tutti i parametri aerodinamici della canalizzazione aria vengono quindi ricalcolati utilizzando la dimensione selezionata e non la sezione teorica richiesta.
Norme europee correlate
EN 16798-3 «Prestazione energetica degli edifici. Ventilazione per gli edifici. Parte 3: per edifici non residenziali. Requisiti prestazionali per i sistemi di ventilazione e climatizzazione degli ambienti» definisce requisiti generali relativi alle prestazioni dei sistemi di ventilazione e climatizzazione.
EN 1506 «Ventilazione degli edifici. Condotti d’aria e raccordi in lamiera a sezione circolare. Dimensioni» si applica al sistema dimensionale dei condotti circolari in lamiera e dei relativi raccordi.
EN 1505 «Ventilazione degli edifici. Condotti d’aria e raccordi in lamiera a sezione rettangolare. Dimensioni» si applica alle dimensioni dei condotti rettangolari in lamiera e dei relativi raccordi.
EN 12237 «Ventilazione degli edifici. Canalizzazioni. Resistenza e tenuta dei condotti circolari in lamiera» e EN 1507 «Ventilazione degli edifici. Condotti rettangolari in lamiera. Requisiti di resistenza e tenuta» vengono utilizzate per valutare le caratteristiche costruttive dei condotti. Il calcolo delle perdite di pressione in questo calcolatore utilizza le relazioni aerodinamiche descritte sopra.
FAQs
Perché la dimensione selezionata del condotto è maggiore di quella richiesta
La dimensione richiesta viene calcolata direttamente dalla portata d’aria e dalla velocità di progetto e può assumere qualsiasi valore numerico. Per il dimensionamento automatico, il calcolatore seleziona il valore immediatamente superiore della serie disponibile affinché la sezione reale non sia inferiore a quella calcolata.
Perché la perdita di pressione diminuisce quando aumenta la dimensione del condotto
A parità di portata d’aria, l’aumento della sezione del condotto riduce la velocità reale dell’aria. La pressione dinamica dipende dal quadrato della velocità, quindi aumentando il condotto diminuiscono sia le perdite per attrito sia le perdite di pressione locali.
Perché le perdite di pressione locali possono essere maggiori delle perdite per attrito
In un tratto corto, la resistenza del condotto rettilineo può essere ridotta, mentre curve, raccordi a T, diramazioni e altri accessori possono aggiungere perdite significative. Maggiori sono la velocità dell’aria e il valore totale Σζ, maggiore è il contributo delle resistenze locali alla perdita di pressione totale.
In che modo il materiale del condotto influisce sul calcolo della canalizzazione aria
Il materiale del condotto viene considerato attraverso la rugosità assoluta della superficie interna. Una maggiore rugosità aumenta generalmente il fattore di attrito e quindi la perdita di pressione per attrito quando portata, dimensioni e lunghezza del condotto rimangono invariate.
Perché la velocità reale dell’aria è diversa dalla velocità di progetto selezionata
La velocità di progetto viene utilizzata per determinare la sezione necessaria del condotto. Dopo aver selezionato la dimensione disponibile più vicina, l’area reale cambia, quindi il calcolatore ricalcola la velocità dell’aria in base alle dimensioni selezionate e utilizza questo valore per tutti i calcoli delle perdite di pressione.