Mengapa Bentuk Saluran Penting
Penentuan Ukuran Saluran: Luas, Keliling, & Gesekan
Setiap saluran HVAC adalah tabung yang membawa udara berkondisi dari unit pemroses udara ke ruangan yang dilayani. Kapasitas aliran udara saluran tergantung pada satu hal: luas penampang silang.
CFM = Luas x Kecepatan: itu adalah persamaan fundamental. CFM adalah kaki kubik per menit. Luas adalah penampang silang saluran dalam kaki persegi. Kecepatan adalah kecepatan udara dalam kaki per menit.
Tetapi luas bukanlah seluruh cerita. Keliling saluran menentukan berapa banyak permukaan yang digesek udara. Keliling lebih besar berarti lebih banyak gesekan, yang berarti penurunan tekanan lebih besar, yang berarti blower harus bekerja lebih keras.
Saluran bulat 12 inci memiliki luas penampang silang pi x 6² = 113,1 inci persegi. Kelilingnya adalah pi x 12 = 37,7 inci.
Saluran persegi panjang 14" x 8" memiliki luas 14 x 8 = 112 inci persegi: hampir identik. Tetapi kelilingnya adalah 2(14 + 8) = 44 inci: 17% lebih banyak permukaan gesekan untuk kapasitas aliran udara yang sama.
Ini menjelaskan mengapa saluran bulat lebih efisien. Lingkaran memiliki rasio keliling terhadap luas terendah dari semua bentuk. Dalam istilah HVAC: saluran bulat menghasilkan kehilangan gesekan yang lebih kecil per CFM yang disampaikan.
Menghitung Luas Saluran
Sistem HVAC residensial perlu memberikan 400 CFM ke kamar tidur. Kecepatan desain adalah 600 kaki per menit.
Jangkauan, Penyebaran, dan Efek Coanda
Bagaimana Udara Bergerak Melalui Ruangan
Setelah udara berkondisi meninggalkan saluran, udara memasuki ruangan melalui register atau diffuser. Geometri cara udara bergerak menentukan apakah ruangan nyaman atau memiliki titik panas & dingin.
Jangkauan adalah jarak udara bergerak dari diffuser sebelum kecepatannya turun di bawah 50 FPM (kaki per menit). Diffuser plafon di ruangan 20 kaki memerlukan jangkauan yang cukup untuk menjangkau dinding jauh.
Penyebaran adalah lebar pola udara. Diffuser celah linear menciptakan pola datar dan lebar. Diffuser plafon bulat menciptakan pola radial.
Register pasokan menciptakan pola udara berbentuk kerucut atau kipas: udara mendorong keluar dalam bentuk geometris yang terdefinisi.
Register return menciptakan zona penghisapan bola: udara ditarik masuk dari semua arah dengan sama. Inilah mengapa return register dapat ditempatkan hampir di mana saja di ruangan.
Efek Coanda: Udara yang bergerak cenderung mengikuti permukaan terdekat. Udara yang dihembus melintasi plafon akan menempel padanya, bepergian jauh lebih jauh daripada udara yang dihembus ke ruang terbuka. Inilah mengapa diffuser yang dipasang di plafon bekerja dengan sangat baik: udara memeluk plafon, bepergian melintasi ruangan, kemudian jatuh di dinding jauh. Geometri plafon menjadi bagian dari sistem distribusi udara.
Memahami Distribusi Udara
Ruang konferensi panjangnya 30 kaki dengan diffuser yang dipasang di plafon di salah satu ujungnya. Udara pasokan keluar dari diffuser pada 700 FPM.
Sirip, Tabung, dan Luas Permukaan
Transfer Panas Adalah Masalah Luas Permukaan
Koil evaporator dalam pendingin udara atau pompa panas adalah tempat panas benar-benar ditransfer antara udara & refrigeran. Laju transfer panas tergantung pada tiga hal: perbedaan suhu, konduktivitas termal material, & luas permukaan.
Anda tidak dapat dengan mudah mengubah perbedaan suhu (yang ditetapkan oleh siklus refrigeran) atau konduktivitas (tembaga & aluminium adalah konduktor yang sangat baik). Jadi insinyur HVAC memaksimalkan luas permukaan.
Koil evaporator dibuat dari tabung tembaga dengan sirip aluminium tipis yang ditekan padanya. Sirip adalah lembaran tipis: biasanya 0,006 inci tebal: dengan spasi 8 hingga 20 sirip per inci.
Lebih banyak sirip per inci = luas permukaan lebih besar = transfer panas lebih besar. Tetapi ada pertukaran geometris: lebih banyak sirip juga berarti celah udara yang lebih sempit di antara mereka, yang meningkatkan resistensi udara & mengurangi aliran udara.
Pada 8 sirip per inci, aliran udara mudah tetapi luas permukaan terbatas. Pada 20 sirip per inci, luas permukaan sangat besar tetapi koil menghambat aliran udara. Sebagian besar sistem residensial menggunakan 12-14 sirip per inci sebagai titik manis.
Ini adalah masalah geometri murni: bagaimana Anda mengemas luas permukaan maksimum ke dalam volume tertentu sambil mempertahankan penampang terbuka yang cukup untuk udara melewati?
Pertukaran Luas Permukaan
Koil evaporator residensial memiliki sirip dengan spasi 14 sirip per inci. Setiap sirip tebal 0,006 inci. Wajah koil lebarnya 20 inci & tingginya 18 inci.
Properti Udara sebagai Geometri
Grafik Psikrometrik: Peta Geometris Udara
Grafik psikrometrik adalah salah satu alat paling penting dalam HVAC. Terlihat rumit, tetapi benar-benar hanya representasi geometris dari properti udara.
Sumbu X: Suhu bola kering: apa yang dibaca termometer biasa.
Sumbu Y (sisi kanan): Rasio kelembaban: massa aktual uap air per massa udara kering (butir kelembaban per pon udara kering).
Garis melengkung: Kelembaban relatif. Kurva 100% RH adalah garis saturasi: udara tidak dapat menahan lebih banyak kelembaban melampaui kurva ini. Kurva RH yang lebih rendah melengkung di bawahnya.
Setiap titik di grafik mewakili keadaan udara yang unik. Jika Anda mengetahui dua properti apa pun (suhu bola kering, suhu bola basah, kelembaban relatif, titik embun, entalpi), Anda dapat menemukan titik yang tepat & membaca semua properti lainnya.
Proses HVAC adalah jalur geometris di grafik ini:
- Pemanasan sensibel (tungku): Bergerak ke kanan sepanjang garis horizontal: suhu meningkat, rasio kelembaban tetap konstan.
- Pendinginan sensibel (di atas titik embun): Bergerak ke kiri sepanjang garis horizontal.
- Pendinginan dan penghilangan kelembaban (A/C khas): Bergerak ke kiri DAN ke bawah: suhu turun dan kelembaban mengembun.
- Pelembaban: Bergerak ke atas: menambah kelembaban pada suhu konstan.
- Pendinginan evaporatif (pendingin rawa): Bergerak ke kiri dan ke atas sepanjang garis bola basah konstan: suhu turun tetapi kelembaban meningkat.
Melacak Proses HVAC
Pertimbangkan hari musim panas: udara luar adalah 95 derajat F bola kering, 50% kelembaban relatif. Anda ingin mengkondisikan udara ini ke 75 derajat F, 50% kelembaban relatif untuk kenyamanan dalam ruangan.