Rzut, rozrzut i efekt Coanda

Jak powietrze porusza się w pomieszczeniu

Gdy uwarunkowane powietrze opuszcza kanał, wchodzi do pomieszczenia przez rejestrator lub dyfuzor. Geometria sposobu, w jaki powietrze się porusza, określa, czy pomieszczenie jest wygodne, czy ma gorące i zimne miejsca.

Rzut to odległość, na jaką powietrze podróżuje z dyfu zanim jego prędkość spadnie poniżej 50 FPM (stóp na minutę). Dyfuzor sufitowy w pokoju o długości 20 stóp musi mieć wystarczającą zasięg, aby dotrzeć do dalekiej ściany.

Rozrzut to szerokość wzoru przepływu powietrza. Liniowy dyfuzor szczelinowy tworzy płaski, szeroki wzór. Okrągły dyfuzor sufitowy tworzy wzór promieniowy.

Rejestry zasilające tworzą stożkowate lub wachlarzowate wzory przepływu powietrza: powietrze rozprzestrzenia się w określonym kształcie geometrycznym.

Rejestry powrotu tworzą sferyczne strefy ssania: powietrze jest wciągane ze wszystkich kierunków równomiernie. Dlatego rejestry powrotu można umieścić prawie gdziekolwiek w pokoju.

Efekt Coanda: Poruszające się powietrze ma tendencję do podążania za pobliskimi powierzchniami. Powietrze zdmuchane w suficie będzie przylegać do niego, podróżując znacznie dalej niż powietrze zdmuchane w otwartą przestrzeń. Dlatego dyfuzory montowane na suficie działają tak dobrze: powietrze przylega do sufitu, podróżuje przez pokój, a następnie spada po dalekiej ścianie. Geometria sufitu staje się częścią systemu dystrybucji powietrza.

Zrozumienie dystrybucji powietrza

Sala konferencyjna ma długość 30 stóp z dyfu montowanym na suficie na jednym końcu. Powietrze zasilające opuszcza dyfuzor z prędkością 700 FPM.

Żeberka, tuby i powierzchnia

Transfer ciepła to problem powierzchni

Wymiennik parujący w klimatyzatorze lub pompie ciepła to miejsce, w którym rzeczywisty transfer ciepła między powietrzem a chłodziwem. Szybkość transferu ciepła zależy od trzech rzeczy: różnicy temperatury, przewodnictwa cieplnego materiału i powierzchni.

Nie możesz łatwo zmienić różnicę temperatury (jest to ustalane przez cykl chłodziwa) ani przewodnictwa (miedź i aluminium są już doskonałymi przewodnikami). Dlatego inżynierowie HVAC maksymalizują powierzchnię.

Wymiennik parujący zrobiony jest z miedzianego rurek z cienkim żeberkami aluminium wciśniętymi na nich. Żeberka to cienkie arkusze: typowo 0,006 cala grubości: rozmieszczone co 8 do 20 żeberek na cal.

Więcej żeberek na cal = więcej powierzchni = więcej transferu ciepła. Ale jest geometryczna wymiana: więcej żeberek oznacza również węższe przepusty powietrza między nimi, co zwiększa opór powietrza i zmniejsza przepływ powietrza.

Przy 8 żeberkach na cal przepływ powietrza jest łatwy, ale powierzchnia jest ograniczona. Przy 20 żeberkach na cal powierzchnia jest ogromna, ale wymiennik zmniejsza przepływ powietrza. Większość systemów mieszkalnych używa 12-14 żeberek na cal jako kompromisu.

To jest czysty problem geometrii: jak pakować maksymalną powierzchnię w daną objętość, jednocześnie utrzymując wystarczającą otwartą przekrojową dla przepływu powietrza?

Wymiana powierzchni

Mieszkalny wymiennik parujący ma żeberka rozmieszczone co 14 żeberek na cal. Każde żebro ma grubość 0,006 cala. Twarz wymiennika ma szerokość 20 cali i wysokość 18 cali.

Właściwości powietrza jako geometria

Diagram psychrometryczny: mapa geometryczna powietrza

Diagram psychrometryczny jest jednym z najważniejszych narzędzi w HVAC. Wygląda na skomplikowany, ale to naprawdę tylko geometryczna reprezentacja właściwości powietrza.

Oś X: Temperatura suchego termometru: co czyta zwykły termometr.

Oś Y (prawa strona): Stosunek wilgotności: rzeczywista masa pary wodnej na masę suchego powietrza (ziarna wilgoci na funt suchego powietrza).

Krzywe: Wilgotność względna. Krzywa 100% RH to linia nasycenia: powietrze nie może trzymać więcej wilgoci poza tą krzywą. Niższe krzywe RH łuczą się poniżej niej.

Każdy punkt na diagramie reprezentuje unikalny stan powietrza. Jeśli znasz dowolne dwie właściwości (temperatura suchego termometru, temperatura mokrego termometru, wilgotność względna, punkt rosy, entalpia), możesz zlokalizować dokładny punkt i przeczytać wszystkie inne właściwości.

Procesy HVAC to geometryczne ścieżki na tym diagramie:

- Ogrzewanie przesycające (piec): przesuń się w prawo wzdłuż linii poziomej: temperatura wzrasta, stosunek wilgotności pozostaje stały.

- Chłodzenie przesycające (powyżej punktu rosy): przesuń się w lewo wzdłuż linii poziomej.

- Chłodzenie i osuszanie (typowy A/C): przesuń się w lewo I w dół: temperatura spada i wilgoć się kondensuje.

- Nawilżanie: przesuń się w górę: dodawanie wilgoci przy stałej temperaturze.

- Chłodzenie odparowania (cooler evaporacyjny): przesuń się w lewo i w górę wzdłuż linii stałego mokrego termometru: temperatura spada, ale wilgotność rośnie.

Śledzenie procesów HVAC

Rozważ letni dzień: powietrze na zewnątrz ma 95 stopni F suchego termometru, 50% wilgotności względnej. Chcesz uwarunkować to powietrze do 75 stopni F, 50% wilgotności względnej dla komfortu w domu.