لماذا يهم شكل المجاري
تحجيم المجاري: المساحة والمحيط والاحتكاك
كل مجرى HVAC هو أنبوب ينقل الهواء المكيف من معالج الهواء إلى الغرف التي يخدمها. تعتمد سعة تدفق الهواء في المجرى على شيء واحد: المساحة المقطعية العرضية.
CFM = المساحة × السرعة: هذه هي المعادلة الأساسية. CFM هي الأقدام المكعبة في الدقيقة. المساحة هي مقطع المجرى بالأقدام المربعة. السرعة هي سرعة الهواء بالأقدام في الدقيقة.
لكن المساحة ليست القصة كاملة. محيط المجرى يحدد مقدار السطح الذي يحتك به الهواء. المزيد من المحيط يعني احتكاك أكثر، مما يعني انخفاض الضغط الأكبر، مما يعني أن المنفاخ يجب أن يعمل بجهد أكبر.
مجرى دائري بقطر 12 بوصة له مساحة مقطعية تبلغ pi × 6² = 113.1 بوصة مربعة. محيطه هو pi × 12 = 37.7 بوصة.
مجرى مستطيل بأبعاد 14" × 8" له مساحة تبلغ 14 × 8 = 112 بوصة مربعة: متطابقة تقريبًا. لكن محيطه هو 2(14 + 8) = 44 بوصة: 17% سطح احتكاك أكثر لنفس سعة تدفق الهواء.
هذا يشرح لماذا تكون المجاري الدائرية أكثر كفاءة. الدائرة لديها أقل نسبة محيط إلى مساحة من أي شكل آخر. من حيث HVAC: المجاري الدائرية تنتج خسارة احتكاك أقل لكل CFM يتم توصيله.
حساب مساحة المجاري
يحتاج نظام HVAC سكني إلى توصيل 400 CFM إلى غرفة نوم. سرعة التصميم هي 600 قدم في الدقيقة.
الرمي والانتشار وتأثير كواندا
كيف يتحرك الهواء عبر الغرفة
عندما يغادر الهواء المكيف المجرى، يدخل الغرفة عبر سجل أو ناشر. تحدد هندسة كيفية تحرك ذلك الهواء ما إذا كانت الغرفة مريحة أو بها نقاط ساخنة وباردة.
الرمي هو المسافة التي يقطعها الهواء من الناشر قبل أن تنخفض سرعته إلى أقل من 50 FPM (قدم في الدقيقة). يجب أن يكون لناشر السقف في غرفة بعمق 20 قدم رمي كافٍ للوصول إلى الجدار البعيد.
الانتشار هو عرض نمط الهواء. ينشئ ناشر الفتحة الخطية نمطًا مسطحًا وعريضًا. ينشئ ناشر السقف الدائري نمطًا شعاعيًا.
سجلات التوريد تنشئ أنماط هواء مخروطية أو على شكل مروحة: يندفع الهواء للخارج في شكل هندسي محدد.
سجلات الإرجاع تنشئ مناطق شفط كروية: يتم سحب الهواء من جميع الاتجاهات بالتساوي. هذا هو السبب في أنه يمكن وضع سجلات الإرجاع في أي مكان تقريبًا في الغرفة.
تأثير كواندا: يميل الهواء المتحرك إلى اتباع الأسطح القريبة. الهواء المنفوخ عبر السقف سيلتصق به، ويسافر بعيدًا جدًا أكثر من الهواء المنفوخ في المساحة المفتوحة. هذا هو السبب في أن الناشرات المثبتة على السقف تعمل بشكل جيد: يلتصق الهواء بالسقف، ويسافر عبر الغرفة، ثم ينخفض أسفل الجدار البعيد. تصبح هندسة السقف جزءًا من نظام توزيع الهواء.
فهم توزيع الهواء
غرفة المؤتمرات طولها 30 قدم بها ناشر مثبت على السقف في أحد الطرفين. يخرج الهواء المزود من الناشر بسرعة 700 FPM.
الزعانف والأنابيب ومساحة السطح
نقل الحرارة هو مشكلة مساحة السطح
ملف المبخر في مكيف الهواء أو مضخة الحرارة هو حيث يحدث نقل الحرارة فعليًا بين الهواء والمبرد. يعتمد معدل نقل الحرارة على ثلاثة أشياء: فرق درجة الحرارة، الموصلية الحرارية للمادة، ومساحة السطح.
لا يمكنك بسهولة تغيير فرق درجة الحرارة (تحدده دورة التبريد) أو الموصلية (النحاس والألمنيوم موصلات ممتازة بالفعل). لذا يزيد مهندسو HVAC مساحة السطح.
يتكون ملف المبخر من أنابيب نحاسية مع زعانف ألمنيوم رقيقة مضغوطة عليها. الزعانف عبارة عن أوراق رقيقة: عادة 0.006 بوصة سمك: تباعدها من 8 إلى 20 زعنفة في البوصة.
المزيد من الزعانف في البوصة = مساحة سطح أكبر = نقل حرارة أكثر. لكن هناك مقايضة هندسية: المزيد من الزعانف يعني أيضًا فجوات هواء أضيق بينها، مما يزيد من مقاومة الهواء ويقلل تدفق الهواء.
عند 8 زعانف في البوصة، تدفق الهواء سهل لكن مساحة السطح محدودة. عند 20 زعنفة في البوصة، مساحة السطح ضخمة لكن الملف يخنق تدفق الهواء. تستخدم معظم الأنظمة السكنية 12-14 زعنفة في البوصة كأفضل حل وسط.
هذه مشكلة هندسية بحتة: كيف تجمع أقصى مساحة سطح في حجم معين مع الحفاظ على مقطع عرضي مفتوح كافٍ لمرور الهواء؟
مقايضة مساحة السطح
ملف المبخر السكني له زعانف متباعدة 14 زعنفة في البوصة. كل زعنفة سمكها 0.006 بوصة. وجه الملف عرضه 20 بوصة وارتفاعه 18 بوصة.
خصائص الهواء كهندسة
الرسم البياني السيكروميتري: خريطة هندسية للهواء
الرسم البياني السيكروميتري هو أحد أهم الأدوات في HVAC. قد يبدو معقدًا، لكنه في الواقع مجرد تمثيل هندسي لخصائص الهواء.
المحور X: درجة حرارة المصباح الجاف: ما يقرأه ميزان الحرارة العادي.
المحور Y (الجانب الأيمن): نسبة الرطوبة: الكتلة الفعلية لبخار الماء لكل كتلة من الهواء الجاف (حبات الرطوبة لكل رطل من الهواء الجاف).
الخطوط المنحنية: الرطوبة النسبية. منحنى الرطوبة النسبية 100% هو خط التشبع: لا يمكن للهواء أن يحمل رطوبة أكثر من هذا المنحنى. تنحني منحنيات RH الأقل تحتها.
كل نقطة على الرسم البياني تمثل حالة هواء فريدة. إذا كنت تعرف أي خاصيتين (درجة حرارة المصباح الجاف، درجة حرارة المصباح الرطب، الرطوبة النسبية، نقطة الندى، الإنثالبيا)، يمكنك تحديد موقع النقطة بالضبط وقراءة جميع الخصائص الأخرى.
عمليات HVAC هي مسارات هندسية على هذا الرسم البياني:
- التدفئة الحسية (الفرن): التحرك لليمين على طول خط أفقي: تزداد درجة الحرارة، تبقى نسبة الرطوبة ثابتة.
- التبريد الحسي (فوق نقطة الندى): التحرك لليسار على طول خط أفقي.
- التبريد وإزالة الرطوبة (مكيف الهواء النموذجي): التحرك لليسار والأسفل: تنخفض درجة الحرارة وتتكاثف الرطوبة.
- إضافة الرطوبة: التحرك للأعلى: إضافة رطوبة في درجة حرارة ثابتة.
- التبريد التبخري (مكيف هواء صحراوي): التحرك لليسار والأعلى على طول خط المصباح الرطب الثابت: تنخفض درجة الحرارة لكن الرطوبة تزداد.
تتبع عمليات HVAC
خذ بعين الاعتبار يوم صيفي: الهواء الخارجي درجة حرارته 95 درجة فهرنهايت بمصباح جاف، رطوبة نسبية 50%. تريد تكييف هذا الهواء إلى 75 درجة فهرنهايت، رطوبة نسبية 50% للراحة في الأماكن المغلقة.