Чому форма повітропровода має значення
Розміри повітропровода: площа, периметр та тертя
Кожен повітропровід HVAC — це трубка, яка переносить кондиціоноване повітря від повітрообробного пристрою до кімнат, яким він служить. Пропускна здатність повітропровода залежить від однієї речі: площі поперечного перерізу.
CFM = площа × швидкість: це фундаментальне рівняння. CFM — кубічні фути в хвилину. Площа — поперечний переріз повітропровода в квадратних футах. Швидкість — це швидкість повітря в футах на хвилину.
Але площа — це не все. Периметр повітропровода визначає, скільки поверхні повітря тре об. Більший периметр означає більше тертя, що означає більший перепад тиску, що означає, що нагнітач повинен працювати більше.
12-дюймовий круглий повітропровід має площу поперечного перерізу π × 6² = 113,1 квадратного дюйма. Його периметр π × 12 = 37,7 дюйма.
14" × 8" прямокутний повітропровід має площу 14 × 8 = 112 квадратних дюймів: майже ідентична. Але його периметр 2(14 + 8) = 44 дюйма: на 17% більше поверхні тертя для однакової пропускної здатності повітряного потоку.
Це пояснює, чому круглі повітропроводи більш ефективні. Коло має найменший коефіцієнт периметра до площі з усіх фігур. У термінах HVAC: круглі повітропроводи створюють менше втрат від тертя на одиницю CFM доставленого.
Розрахунок площі повітропровода
Житлова система HVAC повинна подати 400 CFM у спальню. Розрахункова швидкість 600 футів за хвилину.
Дальність кидка, розповсюдження й ефект Коанда
Як повітря рухається по кімнаті
Як тільки кондиціоноване повітря покидає повітропровід, воно входить у кімнату через вентиляційне отвір або дифузор. Геометрія того, як це повітря рухається, визначає, чи кімната комфортна чи має гарячі та холодні плями.
Дальність кидка — це відстань, на яку повітря подорожує від дифузора, перш ніж його швидкість впаде нижче 50 FPM (фути на хвилину). Стельовий дифузор у 20-футовій кімнаті повинен мати достатню дальність кидка, щоб досягти протилежної стіни.
Розповсюдження — це ширина схеми повітря. Лінійний щілинний дифузор створює плоску широку схему. Круглий стельовий дифузор створює радіальну схему.
Вентиляційні отвори подачі створюють конічні або веретеноподібні схеми повітря: повітря штовхається назовні в певній геометричній формі.
Вентиляційні отвори повернення створюють сферичні зони всмоктування: повітря всмоктується з усіх боків рівномірно. Ось чому вентиляційні отвори повернення можна розташовувати майже будь-де в кімнаті.
Ефект Коанда: повітря, що рухається, має тенденцію дотримуватися неподалік розташованих поверхонь. Повітря, вдмухуване поперек стелі, прилипатиме до неї, подорожуючи набагато далі, ніж повітря, вдмухуване у відкритий простір. Ось чому стельові дифузори працюють так добре: повітря вбирається в стелю, подорожує по кімнаті, потім падає вниз по протилежній стіні. Геометрія стелі стає частиною системи розповсюдження повітря.
Розуміння розподілу повітря
Конференц-зал довжиною 30 футів має стельовий дифузор на одному кінці. Повітря подачі виходить з дифузора зі швидкістю 700 FPM.
Ребра, трубки та площа поверхні
Теплопередача — це проблема площі поверхні
Випарна котушка в кондиціонері або тепловому насосі — це місце, де тепло насправді передається між повітрям і холодоагентом. Швидкість теплопередачі залежить від трьох речей: різниці температур, теплопровідності матеріалу та площі поверхні.
Ви не можете легко змінити різницю температур (це встановлюється циклом холодоагенту) чи теплопровідність (мідь та алюміній вже відмінні теплопровідники). Тому інженери HVAC максимізують площу поверхні.
Випарна котушка виготовляється з мідних трубок з тонкими алюмінієвими ребрами, натиснутими на них. Ребра — це тонкі листи: зазвичай товщиною 0,006 дюйма: розташовані на відстані від 8 до 20 ребер на дюйм.
Більше ребер на дюйм = більше площі поверхні = більше теплопередачі. Але є геометричний компроміс: більше ребер також означає вужчі повітряні проходи між ними, що збільшує опір повітря та зменшує повітряний потік.
При 8 ребрах на дюйм повітряний потік легкий, але площа поверхні обмежена. При 20 ребрах на дюйм площа поверхні величезна, але котушка перекриває повітряний потік. Більшість житлових систем використовують 12–14 ребер на дюйм як оптимальний компроміс.
Це чиста геометрична проблема: як ви розташовуєте максимальну площу поверхні в заданому обсязі, зберігаючи при цьому достатній відкритий поперечний переріз для проходження повітря?
Компроміс площі поверхні
Житлова випарна котушка має ребра розташовані на відстані 14 ребер на дюйм. Кожне ребро товщиною 0,006 дюйма. Лице котушки розміром 20 дюймів на 18 дюймів.
Властивості повітря як геометрія
Психрометрична діаграма: геометрична карта повітря
Психрометрична діаграма — один із найважливіших інструментів у HVAC. Він виглядає складно, але це насправді просто геометричне представлення властивостей повітря.
Вісь X: температура сухої лампочки: те, що читає звичайний термометр.
Вісь Y (права сторона): коефіцієнт вологості: фактична маса водяної пари на масу сухого повітря (зерна вологи на фунт сухого повітря).
Вигнуті лінії: відносна вологість. Крива 100% RH — це лінія насичення: повітря не може утримати більше вологи поза цією кривою. Нижчі криві RH дугуються нижче неї.
Кожна точка на діаграмі представляє унікальний стан повітря. Якщо ви знаєте будь-які дві властивості (температура сухої лампочки, температура мокрої лампочки, відносна вологість, точка роси, ентальпія), ви можете знайти точну точку та прочитати всі інші властивості.
Процеси HVAC — це геометричні шляхи на цій діаграмі:
- Чуттєве нагрівання (піч): рухайтеся вправо вздовж горизонтальної лінії: температура збільшується, коефіцієнт вологості залишається постійним.
- Чуттєве охолодження (вище точки роси): рухайтеся вліво вздовж горизонтальної лінії.
- Охолодження та осушення (типовий A/C): рухайтеся вліво та вниз: температура падає та вологість конденсується.
- Зволоження: рухайтеся вгору: додавання вологи при постійній температурі.
- Випарне охолодження (болотний охолоджувач): рухайтеся вліво та вгору вздовж постійної лінії мокрої лампочки: температура падає, але вологість збільшується.
Відстеження процесів HVAC
Розглянемо літній день: зовнішнє повітря 95 градусів F сухої лампочки, 50% відносної вологості. Ви хочете кондиціювати це повітря до 75 градусів F, 50% відносної вологості для внутрішнього комфорту.