الأدلة التقنية · التصميم
رقمان يحددان مقاس المجرى: سرعة مرور الهواء فيه، ومقدار الضغط الذي يفقده لكل وحدة طول حتى يصل. هذا دليل عملي عن فقد الاحتكاك وسرعة الهواء في المجاري، ومخطط الاحتكاك وطريقة تساوي الاحتكاك اللذين تقوم عليهما معظم الأنظمة منخفضة الضغط، والسرعات الموصى بها التي تُبقي النظام هادئًا، وكيف يجتمع الاثنان ليحددا الضغط الساكن للمروحة وفئة الضغط التي على الورشة أن تصنع المجرى بموجبها.
كل قدم من المجرى المستقيم تكلّف الهواء قدرًا من الضغط الساكن وهو يحتك بالجدار. وعند التعبير عن هذه الكلفة لكل وحدة طول نسميها معدل الاحتكاك: بوصة عمود ماء لكل 100 قدم من المجرى في النظام الإمبراطوري، أو باسكال لكل متر في النظام الدولي. أما السرعة فهي سرعة تحرك الهواء في المقطع، بالقدم في الدقيقة أو بالمتر في الثانية. والمقداران مرتبطان. فإذا مُرّر تدفق ثابت من الهواء في مجرى أصغر ارتفعت السرعة وارتفع معها معدل الاحتكاك؛ وإذا وُسّع المجرى انخفض الاثنان معًا.
تحديد مقاس المجرى هو اختيار موضع على هذه المفاضلة. فالمجرى الأكبر أهدأ ويفقد ضغطًا أقل ويوفر طاقة المروحة طوال عمر المبنى، لكنه يكلف مزيدًا من الصلب ويشغل حيزًا أكبر في السقف. والمجرى الأصغر أرخص وأسهل في تمرير المسار، لكنه أعلى ضجيجًا ويُجهد المروحة في كل ساعة تشغيل. ومعدل الاحتكاك والسرعة هما المقبضان اللذان يضبطان هذا التوازن.
الأداة الكلاسيكية هي مخطط احتكاك المجاري. فهو يربط أربع كميات للمجرى الدائري الذي يحمل هواءً قياسيًا: تدفق الهواء بوحدة cfm، وقطر المجرى، والسرعة، ومعدل الاحتكاك. وإذا ثبّتَّ أي كميتين قرأت الكميتين الأخريين مباشرة من المخطط. ولتكوين فكرة عملية عن الأرقام: نحو 6000 cfm في مجرى دائري قطره 28 in. تجري بسرعة 1400 fpm تقريبًا وتفقد نحو 0.08 in. w.g. لكل 100 ft. والمخطط حل بياني لمعادلة دارسي-فايسباخ للاحتكاك، ولهذا يرتفع فقد الاحتكاك بحدة مع السرعة: فهو يرتفع تقريبًا مع مربعها.
وأشيع طريقة لاستخدام المخطط في الأنظمة التجارية منخفضة الضغط هي طريقة تساوي الاحتكاك. فتختار معدل احتكاك واحدًا وتحدد مقاس كل مقطع من المجرى على أساسه. ولأن تدفق الهواء يتناقص كلما تفرع المسار بينما يبقى معدل الاحتكاك ثابتًا، تنخفض السرعة من تلقاء نفسها باتجاه نهايات النظام، مما يخفض ضجيج الهواء قرب المخارج دون عناء. ويُعد معدل احتكاك يبلغ نحو 0.08 إلى 0.10 in. w.g. لكل 100 ft نقطة بداية نموذجية، وغالبًا قرب 0.10 للتغذية وقرب 0.08 للرجوع. وهذا إرشاد تصميمي وليس حدًا واردًا في الكود. ويمتد النطاق المعقول من نحو 0.05 in. w.g. لكل 100 ft لنظام هادئ وموفر للطاقة إلى نحو 0.15 لنظام أضيق وأرخص، والقيمة الصحيحة تتبع المشروع دائمًا.
تحظى طريقة تساوي الاحتكاك بشعبية لأنها بسيطة وتناسب الأنظمة ذات الحجم الثابت من الهواء. وأبرز نقاط ضعفها أنها لا تساوي بين الضغط المتاح عند كل فرع ما لم يكن التخطيط متماثلًا بالصدفة، ولذلك تلزم مخمدات الموازنة لضبط الأفرع القصيرة القريبة من المروحة مقابل الأفرع الطويلة الممتدة إلى الغرف البعيدة.
الحد الأعلى للسرعة تفرضه اعتبارات الضجيج والتكلفة وليس قوانين الفيزياء، لذا فالأرقام المفيدة توصيات وليست حدودًا. وسرعات تكييف الهواء للراحة المعتمدة منذ زمن طويل، بحسب نوع المبنى، هي:
| المجرى | المساكن | المدارس والمكاتب والمباني العامة | الصناعية |
|---|---|---|---|
| المجرى الرئيسي | 700-900 fpm | 1000-1300 fpm | 1200-1800 fpm |
| مجرى الفرع | 500-700 fpm | 600-900 fpm | 800-1000 fpm |
هذه إرشادات تصميمية موصى بها وليست أرقامًا واردة في الكود. وتقوم قاعدة تقريبية على تحديد مقاس مجاري الأفرع عند نحو 80 بالمئة من سرعة المجرى الرئيسي، والفرع الأخير المؤدي إلى الموزّع عند نحو 50 بالمئة، وهذا يُبقي الهواء بطيئًا وهادئًا عند دخوله الغرفة. وتُبقى سرعة الهواء عند وجه موزعات التغذية وشبكات الرجوع عادةً عند بضع مئات من fpm للسبب نفسه.
تتصاعد أضرار السرعة تصاعدًا حادًا. فيرتفع فقد الاحتكاك مع مربع السرعة تقريبًا، وقدرة المروحة اللازمة للتغلب عليه مع مكعبها، بحيث إن مضاعفة السرعة عند التدفق نفسه تضاعف الاحتكاك أربع مرات وقدرة المروحة ثماني مرات. كما تولّد السرعة الأعلى ضجيج هواء أكبر بصورة مباشرة، ولهذا تُخفَّض السرعة للإبقاء على مستوى ضجيج NC أو RC مقبولًا في الأماكن المأهولة. وكثيرًا ما يُبقى المجرى الرئيسي المستطيل الذي يمر في حيز مأهول قرب 2000 fpm لهدف ضجيج متساهل، وتحت 1000 fpm لهدف صارم؛ أما المجرى الدائري فيتحمل سرعات أعلى قبل أن يصبح مزعجًا.
ويمكن تصنيف الأنظمة بحسب السرعة تصنيفًا تقريبيًا إلى منخفضة السرعة حتى نحو 2000 fpm، ومتوسطة من نحو 2000 إلى 2500 fpm، وعالية فوق نحو 2500 fpm. وخط الفصل ليس رقمًا ثابتًا واحدًا؛ فقد وُضع في مواضع مختلفة بين 1500 و2500 fpm بحسب المصدر.
طريقة تساوي الاحتكاك هي الأصل في الأعمال منخفضة الضغط، لكن هناك طريقتين أخريين تظهران في الأنظمة الأكبر أو الأعلى سرعة.
شكل المجرى يغيّر الاحتكاك قبل تطبيق أي طريقة. فلمساحة مقطع معينة يملك المجرى الدائري أصغر محيط، أي أقل جدار يحتك به الهواء، وبذلك يكون له أدنى فقد احتكاك بين جميع الأشكال. وتتسع هذه الميزة كلما انضغط المجرى المستطيل إلى نسبة أبعاد أكثر استطالة. ولهذا فإن المجرى الدائري والحلزوني هو الخيار الكفء في المسارات الطويلة عالية التدفق حيث يهم الاحتكاك وطاقة المروحة، وهو أحد أسباب أن ماكينة التشكيل الحلزوني تستحق مكانها إلى جانب خط المجاري المستطيلة لا بدلًا منه.
ولمقارنة الشكلين مقارنة عادلة يُستخدم القطر المكافئ: قطر المجرى الدائري الذي يحمل تدفق الهواء نفسه بفقد الاحتكاك نفسه الذي يحمله مجرى مستطيل معين. وهو الأساس الصحيح لقراءة مقاس مستطيل من مخطط احتكاك دائري. راجع مقارنة المجرى الدائري والمستطيل للاطلاع على المفاضلة الكاملة، ومخططي مقاسات المجاري المستطيلة والحلزونية للأبعاد.
اسأل Taokron أي خط يناسب مزيج المجاري لديك →
معدل الاحتكاك والسرعة ليسا مجرد تمرين في تحديد المقاسات. فهما يحددان المروحة. إذ يجب أن تولّد المروحة ضغطًا ساكنًا يكفي للتغلب على كل فقد على طول المسار الحرج، أي المسار الأعلى مقاومة من المروحة إلى أبعد مخرج، إضافة إلى الضغط الساكن الخارجي للملفات والمرشحات والوحدات الطرفية. وهذا الضغط الساكن الكلي هو ما تُختار المروحة على أساسه، وهو أيضًا ما يحدد فئة الضغط للمجرى. فارتفاع الضغط الساكن للنظام يدفع المقطع الأقرب إلى المروحة إلى فئة ضغط أعلى، وهذا يحدد إنشاء SMACNA الذي تصنع الورشة بموجبه: سماكة أكبر وتقوية أقرب ودرزة أقوى وفئة إحكام أشد. وإذا بالغت في تصغير المجرى لتوفير الصلب فقد ترفع فئة الضغط وطاقة المروحة أكثر مما وفرت. فقرار المقاسات وتكلفة التصنيع طرفان لحساب واحد.
تحدد المواصفة الميكانيكية عادةً طريقة تحديد المقاسات وحدًا أقصى للسرعة أو للاحتكاك بدلًا من كل مقاس مجرى: «يجب تحديد مقاسات مجاري التغذية منخفضة الضغط بطريقة تساوي الاحتكاك بمعدل احتكاك لا يتجاوز 0.10 in. w.g. لكل 100 ft، وبسرعة في المجرى الرئيسي لا تتجاوز 1300 fpm في الأماكن المأهولة.» أما مواصفة VAV فتنص بدلًا من ذلك: «يجب تحديد مقاسات المجاري عالية الضغط بين وحدة مناولة الهواء ووحدات VAV الطرفية بطريقة استرداد الضغط الساكن.» وفي الحالتين تضع المواصفة المفاضلة بين مقاس المجرى والضجيج وطاقة المروحة التي يتبعها بقية التصميم.
هو الضغط الساكن الذي يفقده الهواء بالاحتكاك بجدار المجرى المستقيم، ويُعبَّر عنه بمعدل احتكاك بوحدة in. w.g. لكل 100 ft (أو Pa/m). ويربط مخطط الاحتكاك بين تدفق الهواء والقطر والسرعة ومعدل الاحتكاك، بحيث تعطي أي كميتين الكميتين الأخريين.
نحو 0.08 إلى 0.10 in. w.g. لكل 100 ft قيمة تصميمية شائعة لطريقة تساوي الاحتكاك، وغالبًا 0.10 للتغذية و0.08 للرجوع. وهي إرشاد وليست حدًا في الكود؛ والنطاق المعقول من نحو 0.05 لمجرى هادئ وكفء إلى نحو 0.15 لمجرى أضيق وأرخص، والرقم الصحيح يتبع المشروع.
تتراوح السرعات الموصى بها في المجرى الرئيسي بين نحو 700 و900 fpm في المساكن، و1000 و1300 fpm في المباني التجارية، و1200 و1800 fpm في الصناعية. والأفرع أقل. وتقوم قاعدة تقريبية على تحديد مقاس الأفرع عند نحو 80 بالمئة من سرعة المجرى الرئيسي والفرع الأخير عند نحو 50 بالمئة منها. وهذه إرشادات وليست أرقام كود.
يرتفع الاحتكاك تقريبًا مع مربع السرعة وقدرة المروحة مع مكعبها، فمضاعفة السرعة تضاعف الاحتكاك أربع مرات وقدرة المروحة ثماني مرات. كما تصدر عن السرعة الأعلى ضجيج هواء أكبر، لذا تُحدّد السرعة للإبقاء على مستوى ضجيج NC أو RC في الأماكن المأهولة.
نعم. فللمجرى الدائري أصغر محيط لمساحة معينة، وبالتالي أقل احتكاك بالجدار وأدنى فقد بين جميع الأشكال، وتتسع الفجوة كلما صار المجرى المستطيل أكثر استطالة. والقطر المكافئ هو المقاس الدائري الذي يطابق تدفق الهواء والاحتكاك في المجرى المستطيل.
هل لديك سؤال عن مواصفة تتعلق بهذا الدليل؟ يرد عليك مهندس ميكانيكي من Taokron خلال 12 ساعة، وليس مندوب مبيعات.
اسأل مهندسًارد المهندس
صف عملك وما الذي تريد تصنيعه. يرد عليك مهندس ميكانيكي من Taokron خلال 12 ساعة، وليس مندوب مبيعات.
الدليل: شرح فقد الاحتكاك وسرعة الهواء في مجاري HVAC
لست جاهزًا لعرض سعر؟ احصل على كتالوج 2026 عبر البريد الإلكتروني: 66 ماكينة، وصفحة واحدة لكل ماكينة.
