Дальность полета, распространение и эффект Коанда

Как воздух движется через комнату

Как только кондиционированный воздух выходит из воздуховода, он попадает в комнату через решетку или диффузор. Геометрия того, как движется воздух, определяет, будет ли комната комфортной или будут ли горячие и холодные зоны.

Дальность полета — это расстояние, на которое воздух проходит от диффузора, прежде чем его скорость упадет ниже 50 FPM (футов в минуту). Потолочный диффузор в комнате длиной 20 футов должен иметь достаточную дальность, чтобы достичь дальней стены.

Распространение — это ширина воздушного потока. Линейный щелевой диффузор создает плоский, широкий поток. Круглый потолочный диффузор создает радиальный поток.

Воздухораспределительные решетки создают конические или веерообразные воздушные потоки: воздух выталкивается наружу в определенной геометрической форме.

Обратные решетки создают сферические зоны всасывания: воздух втягивается со всех сторон равномерно. Вот почему обратные решетки можно располагать почти везде в комнате.

Эффект Коанда: движущийся воздух имеет тенденцию следовать по близлежащим поверхностям. Воздух, выдуваемый вдоль потолка, будет прилипать к нему, путешествуя намного дальше, чем воздух, выдуваемый в открытое пространство. Вот почему потолочные диффузоры работают так хорошо: воздух прилипает к потолку, путешествует через комнату, а затем опускается по дальней стене. Геометрия потолка становится частью системы воздухораспределения.

Понимание воздухораспределения

Конференц-зал длиной 30 футов с потолочным диффузором на одном конце. Приточный воздух выходит из диффузора со скоростью 700 FPM.

Ребра, трубки и площадь поверхности

Теплопередача — это задача площади поверхности

Испаритель кондиционера или тепловой насос — это место, где тепло фактически передается между воздухом и хладагентом. Скорость теплопередачи зависит от трех факторов: разности температур, теплопроводности материала и площади поверхности.

Вы не можете легко изменить разность температур (это устанавливается циклом хладагента) или теплопроводность (медь и алюминий уже отличные проводники). Поэтому инженеры HVAC максимизируют площадь поверхности.

Испаритель состоит из медных трубок с тонкими алюминиевыми ребрами, прижатыми к ним. Ребра — это тонкие листы: обычно толщиной 0,006 дюйма: расстояние 8-20 ребер на дюйм.

Больше ребер на дюйм = больше площади поверхности = больше теплопередачи. Но есть геометрический компромисс: больше ребер также означает более узкие промежутки воздуха между ними, что увеличивает сопротивление воздуха и уменьшает поток воздуха.

При 8 ребрах на дюйм воздушный поток легкий, но площадь поверхности ограничена. При 20 ребрах на дюйм площадь поверхности огромна, но катушка перекрывает поток воздуха. Большинство жилых систем используют 12-14 ребер на дюйм как оптимальное соотношение.

Это чистая геометрическая задача: как вы упаковываете максимальную площадь поверхности в данный объем при сохранении достаточного открытого поперечного сечения для прохождения воздуха?

Компромисс площади поверхности

Жилой испаритель имеет ребра с расстоянием 14 ребер на дюйм. Каждое ребро толщиной 0,006 дюйма. Передняя панель катушки 20 дюймов в ширину и 18 дюймов в высоту.

Свойства воздуха как геометрия

Психрометрическая диаграмма: геометрическая карта воздуха

Психрометрическая диаграмма — один из самых важных инструментов в HVAC. Она выглядит сложно, но на самом деле это просто геометрическое представление свойств воздуха.

Ось X: температура сухого термометра: то, что показывает обычный термометр.

Ось Y (справа): коэффициент влажности: фактическая масса водяного пара на массу сухого воздуха (гроссы влаги на фунт сухого воздуха).

Кривые линии: относительная влажность. Кривая 100% RH — это линия насыщения: воздух не может содержать больше влаги за этой кривой. Более низкие кривые RH находятся ниже.

Каждая точка на диаграмме представляет уникальное состояние воздуха. Если вы знаете любые два свойства (температура сухого термометра, температура влажного термометра, относительная влажность, точка росы, энтальпия), вы можете найти точную точку и прочитать все другие свойства.

Процессы HVAC — это геометрические пути на этой диаграмме:

- Чувствительное нагревание (печь): движитесь вправо по горизонтальной линии: температура повышается, коэффициент влажности остается постоянным.

- Чувствительное охлаждение (выше точки росы): движитесь влево по горизонтальной линии.

- Охлаждение и осушение (типичный кондиционер): движитесь влево и вниз: температура падает и влага конденсируется.

- Увлажнение: движитесь вверх: добавление влаги при постоянной температуре.

- Испарительное охлаждение (испарительный охладитель): движитесь влево и вверх по линии постоянного влажного термометра: температура падает, но влажность увеличивается.

Отслеживание процессов HVAC

Рассмотрим летний день: наружный воздух имеет температуру 95 градусов по Фаренгейту и относительную влажность 50%. Вы хотите кондиционировать этот воздух до 75 градусов по Фаренгейту и 50% относительной влажности для внутреннего комфорта.