덕트 형태가 중요한 이유
덕트 크기: 면적, 둘레 & 마찰
모든 HVAC 덕트는 공기를 공급하는 실들로 운반하는 튜브입니다. 덕트의 기류 용량은 한 가지에 달려 있습니다: 단면적.
CFM = 면적 x 속도: 이것이 기본 방정식입니다. CFM은 분당 입방피트입니다. 면적은 덕트의 단면을 제곱피트로 나타낸 것입니다. 속도는 분당 피트 단위의 공기 속도입니다.
하지만 면적만이 전부는 아닙니다. 덕트의 둘레는 공기가 닿는 표면의 크기를 결정합니다. 둘레가 클수록 마찰이 많이 발생하고, 이는 압력 손실이 더 크다는 의미이며, 이는 송풍기가 더 열심히 일해야 한다는 의미입니다.
12인치 원형 덕트의 단면적은 파이 x 6² = 113.1 제곱인치입니다. 둘레는 파이 x 12 = 37.7인치입니다.
14" x 8" 직사각형 덕트의 면적은 14 x 8 = 112 제곱인치입니다: 거의 동일합니다. 하지만 둘레는 2(14 + 8) = 44인치입니다: 같은 기류 용량에 대해 17% 더 많은 마찰 표면입니다.
이것이 원형 덕트가 더 효율적인 이유를 설명합니다. 원은 어떤 도형보다도 둘레 대 면적 비율이 가장 낮습니다. HVAC 용어로: 원형 덕트는 공급되는 CFM당 더 낮은 마찰 손실을 생성합니다.
덕트 면적 계산
주거 HVAC 시스템은 침실에 400 CFM을 공급해야 합니다. 설계 속도는 분당 600피트입니다.
스로우, 확산 그리고 코안다 효과
공기가 실을 통해 움직이는 방법
냉방된 공기가 덕트를 나가면 레지스터 또는 디퓨저를 통해 실에 들어갑니다. 공기가 움직이는 기하학은 실이 쾌적한지 아니면 온냉점이 있는지를 결정합니다.
스로우는 공기가 디퓨저에서 나가 속도가 분당 50피트 아래로 떨어지기 전까지 여행하는 거리입니다. 20피트 실에 있는 천장 디퓨저는 먼 벽에 도달할 수 있는 충분한 스로우가 필요합니다.
확산은 공기 패턴의 너비입니다. 선형 슬릿 디퓨저는 평평한 넓은 패턴을 생성합니다. 원형 천장 디퓨저는 방사형 패턴을 생성합니다.
공급 레지스터는 원뿔형 또는 부채꼴 공기 패턴을 생성합니다: 공기는 정의된 기하학적 모양으로 바깥쪽으로 밀려나갑니다.
리턴 레지스터는 구형 흡입 영역을 생성합니다: 공기는 모든 방향에서 동일하게 빨려 들어갑니다. 이것이 리턴 레지스터가 실의 거의 모든 곳에 배치될 수 있는 이유입니다.
코안다 효과: 움직이는 공기는 근처 표면을 따르는 경향이 있습니다. 천장에 불어 들어간 공기는 천장에 붙어 실을 가로질러 열린 공간에 불어 들어간 공기보다 훨씬 더 멀리 이동합니다. 이것이 천장에 설치된 디퓨저가 잘 작동하는 이유입니다: 공기는 천장을 따라 이동하고, 실을 가로질러 이동한 후 먼 벽을 내려갑니다. 천장의 기하학은 공기 분배 시스템의 일부가 됩니다.
공기 분배 이해
회의실은 길이가 30피트이고 한쪽 끝에 천장 설치 디퓨저가 있습니다. 공급 공기는 디퓨저를 빠져나와 분당 700피트입니다.
핀, 튜브 그리고 표면적
열 전달은 표면적 문제입니다
에어컨 또는 히트펌프의 증발 코일은 공기와 냉매 사이의 열이 실제로 전달되는 곳입니다. 열 전달 속도는 세 가지에 달려 있습니다: 온도 차이, 재료의 열 전도도 & 표면적.
온도 차이를 쉽게 바꿀 수 없습니다(이는 냉매 사이클에 의해 설정됩니다) 또는 전도도(구리 & 알루미늄은 이미 우수한 전도체입니다). 따라서 HVAC 엔지니어는 표면적을 최대화합니다.
증발 코일은 얇은 알루미늄 핀이 눌려붙은 구리 튜브로 만들어집니다. 핀은 얇은 시트입니다: 일반적으로 0.006인치 두께: 인치당 8~20핀으로 간격이 떨어져 있습니다.
인치당 더 많은 핀 = 더 많은 표면적 = 더 많은 열 전달. 하지만 기하학적 트레이드오프가 있습니다: 더 많은 핀은 또한 그들 사이의 더 좁은 공기 통로를 의미하며, 이는 공기 저항을 증가시키고 기류를 감소시킵니다.
인치당 8핀에서는 기류가 쉽지만 표면적은 제한적입니다. 인치당 20핀에서는 표면적이 엄청나지만 코일이 기류를 질식시킵니다. 대부분의 주거 시스템은 스위트 스팟으로 인치당 12~14핀을 사용합니다.
이것은 순수 기하학 문제입니다: 공기가 통과할 수 있도록 충분한 열린 단면을 유지하면서 주어진 부피에 최대 표면적을 어떻게 채우느냐입니다?
표면적 트레이드오프
주거용 증발 코일의 핀은 인치당 14핀으로 간격이 떨어져 있습니다. 각 핀은 0.006인치 두께입니다. 코일 면은 20인치 너비 & 18인치 높이입니다.
공기 특성을 기하학으로
심로계 차트: 공기의 기하학적 지도
심로계 차트는 HVAC에서 가장 중요한 도구 중 하나입니다. 복잡해 보이지만 정말로는 공기 특성의 기하학적 표현입니다.
X축: 건구 온도: 일반 온도계가 읽는 것.
Y축(오른쪽): 습도비: 건조 공기의 질량당 수증기 질량의 실제 값(건조 공기 1파운드당 습기의 그레인).
곡선: 상대습도. 100% RH 곡선은 포화선입니다: 공기는 이 곡선 너머로 더 많은 습기를 보유할 수 없습니다. 더 낮은 RH 곡선은 아래에 호형입니다.
차트의 모든 점은 고유한 공기 상태를 나타냅니다. 두 특성(건구 온도, 습구 온도, 상대습도, 이슬점, 엔탈피)을 알면 정확한 점을 찾을 수 있고 다른 모든 특성을 읽을 수 있습니다.
HVAC 프로세스는 이 차트의 기하학적 경로입니다:
- 현열 난방(보일러): 수평선을 따라 오른쪽으로 이동: 온도가 상승하고 습도비는 일정합니다.
- 현열 냉각(이슬점 위): 수평선을 따라 왼쪽으로 이동.
- 냉각 및 제습(일반적인 에어컨): 왼쪽 및 아래로 이동: 온도가 떨어지고 습기가 응축됩니다.
- 가습: 위로 이동: 일정한 온도에서 습기 추가.
- 증발식 냉각(습식 냉각기): 일정한 습구선을 따라 왼쪽 및 위로 이동: 온도는 떨어지지만 습도는 증가합니다.
HVAC 프로세스 추적
여름 날씨를 생각해보세요: 외부 공기는 건구 95도, 상대습도 50%입니다. 실내 쾌적을 위해 이 공기를 75도, 상대습도 50%로 냉방하고 싶습니다.