Warum die Rohrform wichtig ist
Lüftungsabmessungen: Fläche, Umfang & Reibung
Jedes Heizungs- und Lüftungsröhrensystem ist ein Roh, das beheizte oder gekühlte Luft von der Luftzufuhr bis in die zu versorgenden Räume transportiert. Die Luftrückgewinnungskapazität eines Rohres hängt von einer Sache ab: der Querschnittsfläche.
CFM = Fläche x Geschwindigkeit: das ist die grundlegende Gleichung. CFM ist der Kubikfuß pro Minute. Fläche ist der Querschnitt des Rohres in Quadratfuß. Geschwindigkeit ist die Geschwindigkeit des Luftstroms in Fuß pro Minute.
Aber die Fläche ist nicht das Ganze. Der Umfang des Rohres bestimmt, wie viel Oberfläche die Luft berührt. Mehr Umfang bedeutet mehr Reibung, was mehr Druckverlust bedeutet, was bedeutet, dass der Lüfter mehr Arbeit leisten muss.
Ein 12-Zoll-Rohr hat einen Querschnitt von pi x 6² = 113,1 Quadratzoll. Sein Umfang beträgt pi x 12 = 37,7 Zoll.
Ein 14" x 8" rechteckiges Rohr hat eine Fläche von 14 x 8 = 112 Quadratzoll: fast identisch. Sein Umfang beträgt jedoch 2(14 + 8) = 44 Zoll: 17% mehr Reibungsfläche für die gleiche Luftrückgewinnungskapazität.
Das erklärt, warum runde Rohre effizienter sind. Der Kreis hat die niedrigste Umfangs-Flächen-Verhältnis von allen Formen. In Heizungs- und Lüftungstermen: Runde Rohre erzeugen weniger Reibungsverlust pro CFM geliefert.
Berechnung der Rohrfläche
Ein Wohnungs-Heizungs- und Lüftungssystem muss 400 CFM in ein Schlafzimmer liefern. Die geplante Geschwindigkeit beträgt 600 Fuß pro Minute.
Wurf, Ausbreitung und der Coanda-Effekt
Wie Luft durch einen Raum strömt
Sobald gekühlte Luft den Rohrleitungsabschnitt verlässt, tritt sie durch ein Register oder Lüfter in den Raum ein. Die Geometrie, wie sich diese Luft bewegt, bestimmt, ob der Raum angenehm ist oder warme und kalte Stellen hat.
Wurf ist die Entfernung, die die Luft von dem Lüfter aus vor dem ihre Geschwindigkeit unter 50 FPM (Fuß pro Minute) fällt. Eine Deckenlüfteranlage in einem 20-Fuß-Zimmer muss einen ausreichenden Wurf haben, um die ferne Wand zu erreichen.
Ausbreitung ist die Breite des Luftstroms. Eine lineare Schlitllüfteranlage erzeugt einen flachen, breiten Muster. Eine runde Deckenlüfteranlage erzeugt ein radiäres Muster.
Zulieferregister erzeugen konische oder flächenförmige Luftmuster: Die Luft drängt in einer definierten geometrischen Form nach außen.
Rückgaberegister erzeugen kugelförmige Saugzonen: Die Luft wird von allen Seiten gleichmäßig gezogen. Dies ist der Grund, warum Rückgaberegister fast überall im Raum platziert werden können.
Der Coanda-Effekt: Bewegende Luft neigt dazu, nahe liegende Oberflächen zu folgen. Luft, die über eine Decke geblasen wird, klebt daran, reist viel weiter als Luft, die in den freien Raum geblasen wird. Dies ist der Grund, warum Deckenmontagelüfter so gut funktionieren: Die Luft hält sich an der Decke, reist über den Raum, fällt dann die ferne Wand hinunter. Die Geometrie der Decke wird Teil des Luftverteilungssystems.
Luftverteilungsverständnis
Ein Konferenzzimmer ist 30 Fuß lang mit einer Deckenmontage an einem Ende. Die Zuleitluft tritt aus dem Lüfter mit 700 FPM aus.
Fächer, Rohre und Oberfläche
Wärmeverlust ist eine Oberflächenproblematik
Das Verdampferrohr in einer Klimaanlage oder Wärmepumpe ist der Ort, an dem die Wärme tatsächlich zwischen der Luft und dem Kältemittel übertragen wird. Die Wärmeübergangsgeschwindigkeit hängt von drei Dingen ab: der Temperaturdifferenz, der thermischen Leitfähigkeit des Materials und der Oberfläche.
Sie können die Temperaturdifferenz (die durch das Kältemittelzyklus festgelegt ist) oder die Leitfähigkeit (Kupfer und Aluminium sind bereits ausgezeichnete Leiter) leicht ändern. Daher maximieren Heizungsklima-Ingineure die Oberfläche.
Ein Verdampferrohr besteht aus Kupferrohren mit dünnen Aluminium-Kämmen, die darauf gepresst sind. Die Kämme sind dünne Blechstreifen: typischerweise 0,006 Zoll dick: mit 8 bis 20 Kämmen pro Zoll.
Mehr Kämme pro Zoll = mehr Oberfläche = mehr Wärmeübergang. Aber es gibt ein geometrisches Gegenseitigen: mehr Kämme bedeuten auch schmalere Luftwege zwischen ihnen, was den Luftwiderstand erhöht und die Luftzirkulation reduziert.
Bei 8 Kämmen pro Zoll ist die Luftzirkulation einfach, aber die Oberfläche ist begrenzt. Bei 20 Kämmen pro Zoll ist die Oberfläche enorm, aber das Rohr verengt die Luftzirkulation. Die meisten stationären Systeme verwenden 12-14 Kämme pro Zoll als das ideale Gleichgewicht.
Das ist eine rein geometrische Problem: Wie packt man die maximale Oberfläche in einem gegebenen Volumen, während genügend offener Querschnitt für die Luft bleibt?
Oberflächen-Ausgleich
Ein stationäres Verdampferrohr hat Kämme, die 14 Kämme pro Zoll haben. Jeder Kamm ist 0,006 Zoll dick. Die Rohroberfläche ist 20 Zoll breit und 18 Zoll hoch.
Luft Eigenschaften als Geometrie
Das Psychrometrische Diagramm: Eine geometrische Karte der Luft
Das Psychrometrische Diagramm ist eine der wichtigsten Werkzeuge in der Heizungsklima-Technik. Es sieht kompliziert aus, aber es ist eigentlich nur eine geometrische Darstellung von Luft Eigenschaften.
Achse X: Trockentemperatur: was eine normale Thermometer-Anzeige zeigt.
Y-Achse (rechte Seite): Relativfeuchte: die tatsächliche Masse des Wasserdampfs pro Masse trockener Luft (Gewichte der Feuchtigkeit pro Pfund trockener Luft).
Krummlinige Linien: Relativfeuchte. Die 100% RH-Kurve ist die Sättigungslinie: die Luft kann mehr Feuchtigkeit nicht aufnehmen als diese Kurve. Niedrigere relativen Feuchtekurven bilden sich unterhalb dieser.
Jeder Punkt auf dem Diagramm repräsentiert einen eindeutigen Luftzustand. Wenn Sie zwei Eigenschaften kennen (Trockentemperatur, feuchte Bulb-Temperatur, relative Feuchte, Taupunkt, Enthalpie), können Sie den genauen Punkt finden und alle anderen Eigenschaften ablesen.
HVAC-Prozesse sind geometrische Pfade auf diesem Diagramm:
- Sinnvolle Heizung (Heizung): Bewegen Sie sich rechts entlang einer horizontalen Linie: Die Temperatur steigt, die Feuchte bleibt konstant.
- Sinnvolle Kühlung (über Taupunkt): Bewegen Sie sich links entlang einer horizontalen Linie.
- Kühlung und Entfeuchtung (typisches Klimagerät): Bewegen Sie sich links und runter: Die Temperatur fällt und der Dampf kondensiert aus.
- Befeuchung: Bewegen Sie sich nach oben: Hinzufügen von Feuchtigkeit bei konstanter Temperatur.
- Evaporative Kühlung (Schwitzkühler): Bewegen Sie sich links und nach oben entlang einer konstanten feuchten Bulb-Linie: Die Temperatur fällt, aber die Feuchtigkeit steigt.
Nachzeichnen von HVAC-Prozessen
Stellen Sie sich einen sommerlichen Tag vor: Die Außenluft beträgt 95 Grad F Trockentemperatur und 50% relative Feuchte. Sie möchten diese Luft auf 75 Grad F, 50% relative Feuchte vorbereiten, um eine innenkomfortable Situation zu schaffen.