Tại sao Hình dạng Ống dẫn Lại Quan trọng
Kích thước Ống dẫn: Diện tích, Chu vi & Ma sát
Mỗi ống dẫn HVAC là một ống vận chuyển không khí được điều hòa từ bộ xử lý không khí đến các phòng nó phục vụ. Khả năng vận chuyển dòng khí của một ống dẫn phụ thuộc vào một điều: diện tích mặt cắt ngang.
CFM = Diện tích x Vận tốc: đó là phương trình cơ bản. CFM là feet khối trên một phút. Diện tích là mặt cắt ngang của ống dẫn tính bằng square feet. Vận tốc là tốc độ của không khí tính bằng feet trên một phút.
Nhưng diện tích không phải là toàn bộ câu chuyện. Chu vi của ống dẫn xác định bao nhiêu bề mặt mà không khí chạm vào. Chu vi càng lớn đồng nghĩa ma sát càng lớn, điều này có nghĩa là sụt áp lớn hơn, điều này có nghĩa là quạt thổi phải làm việc khó hơn.
Một ống dẫn tròn 12 inch có diện tích mặt cắt ngang là pi x 6² = 113.1 square inches. Chu vi của nó là pi x 12 = 37.7 inches.
Một ống dẫn hình chữ nhật 14" x 8" có diện tích là 14 x 8 = 112 square inches: gần như giống nhau. Nhưng chu vi của nó là 2(14 + 8) = 44 inches: cao hơn 17% bề mặt ma sát cho cùng khả năng vận chuyển dòng khí.
Điều này giải thích tại sao ống dẫn tròn hiệu quả hơn. Hình tròn có tỷ lệ chu vi-diện tích thấp nhất của bất kỳ hình dạng nào. Theo cách HVAC: ống dẫn tròn tạo ra sụt ma sát ít hơn trên mỗi CFM được cung cấp.
Tính toán Diện tích Ống dẫn
Một hệ thống HVAC dân dụng cần cung cấp 400 CFM đến một phòng ngủ. Vận tốc thiết kế là 600 feet trên một phút.
Tầm bắn, Sự lan rộng, & Hiệu ứng Coanda
Cách Không khí Di chuyển Qua một Phòng
Khi không khí được điều hòa rời khỏi ống dẫn, nó vào phòng qua một lỗ thổi hoặc khuếch tán. Hình học của cách không khí di chuyển xác định liệu phòng có thoải mái hay có các điểm nóng & lạnh.
Tầm bắn là khoảng cách không khí di chuyển từ khuếch tán trước khi vận tốc của nó giảm xuống dưới 50 FPM (feet trên một phút). Một khuếch tán trần nhà trong một phòng 20 foot cần đủ tầm bắn để tới tường xa.
Sự lan rộng là chiều rộng của hình dạng không khí. Một khuếch tán khe tuyến tính tạo ra một hình dạng phẳng, rộng. Một khuếch tán trần nhà tròn tạo ra một hình dạng tia.
Các lỗ thổi cung cấp tạo ra hình nón hoặc hình quạt hình không khí: không khí đẩy ra ngoài theo một hình dạng hình học xác định.
Các lỗ trả lại tạo ra các vùng hút cầu: không khí được hút vào từ mọi hướng đều nhau. Đây là lý do tại sao các lỗ trả lại có thể được đặt ở gần như bất cứ nơi nào trong một phòng.
Hiệu ứng Coanda: Không khí đang di chuyển có xu hướng theo bề mặt gần đó. Không khí thổi qua trần nhà sẽ dính vào nó, di chuyển nhiều hơn so với không khí thổi vào không gian mở. Đây là lý do tại sao khuếch tán gắn trần hoạt động rất tốt: không khí bám vào trần, di chuyển qua phòng, sau đó rơi xuống tường xa. Hình học của trần nhà trở thành một phần của hệ thống phân phối không khí.
Hiểu Phân phối Không khí
Một phòng hội thảo dài 30 feet với khuếch tán gắn trần ở một đầu. Không khí cung cấp rời khỏi khuếch tán ở 700 FPM.
Vây, Ống, & Diện tích Bề mặt
Truyền Nhiệt Là một Vấn đề Diện tích Bề mặt
Cuộn dây bay hơi trong máy điều hòa không khí hoặc bơm nhiệt là nơi nhiệt thực sự truyền giữa không khí & chất làm lạnh. Tốc độ truyền nhiệt phụ thuộc vào ba điều: sự khác biệt nhiệt độ, độ dẫn nhiệt của vật liệu & diện tích bề mặt.
Bạn không thể dễ dàng thay đổi sự khác biệt nhiệt độ (điều đó được đặt bởi chu kỳ chất làm lạnh) hoặc độ dẫn (đồng & nhôm đã là những bộ dẫn điện tuyệt vời). Vì vậy các kỹ sư HVAC tối đa hóa diện tích bề mặt.
Một cuộn dây bay hơi được làm từ các ống đồng với vây nhôm mỏng được ép vào chúng. Các vây là những tờ mỏng: thường là 0.006 inches dày: được cách nhau ở 8 đến 20 vây trên một inch.
Vây trên một inch càng nhiều = diện tích bề mặt càng lớn = truyền nhiệt càng tốt. Nhưng có một sự đánh đổi hình học: nhiều vây cũng có nghĩa là các khe hở không khí hẹp hơn giữa chúng, điều này làm tăng sức cản không khí & giảm dòng khí.
Ở 8 vây trên một inch, dòng khí rất dễ dàng nhưng diện tích bề mặt bị giới hạn. Ở 20 vây trên một inch, diện tích bề mặt rất lớn nhưng cuộn dây chống dòng khí. Hầu hết các hệ thống dân dụng sử dụng 12-14 vây trên một inch như một điểm ngọt ngào.
Đây là một vấn đề hình học thuần túy: làm thế nào để bạn gói dòng diện tích bề mặt tối đa vào một thể tích nhất định trong khi duy trì đủ mặt cắt ngang mở để không khí có thể đi qua?
Sự đánh đổi Diện tích Bề mặt
Một cuộn dây bay hơi dân dụng có các vây cách nhau ở 14 vây trên một inch. Mỗi vây dày 0.006 inches. Mặt cuộn dây rộng 20 inches & cao 18 inches.
Tính chất Không khí như một Hình học
Biểu đồ Tâm lý sống: Một Bản đồ Hình học của Không khí
Biểu đồ tâm lý sống là một trong những công cụ quan trọng nhất trong HVAC. Nó trông có vẻ phức tạp, nhưng thực sự nó chỉ là một biểu diễn hình học của tính chất không khí.
Trục X: Nhiệt độ bóng khô: những gì một nhiệt kế thông thường đọc.
Trục Y (bên phải): Tỷ lệ độ ẩm: khối lượng thực tế của hơi nước trên khối lượng không khí khô (hạt độ ẩm trên một pound không khí khô).
Các đường cong: Độ ẩm tương đối. Đường cong 100% RH là đường bão hòa: không khí không thể giữ nhiều độ ẩm hơn ngoài đường cong này. Các đường cong RH thấp hơn cung cấp dưới nó.
Mỗi điểm trên biểu đồ đại diện cho một trạng thái không khí duy nhất. Nếu bạn biết bất kỳ hai tính chất nào (nhiệt độ bóng khô, nhiệt độ bóng ướt, độ ẩm tương đối, điểm sương, enthalpy), bạn có thể định vị điểm chính xác & đọc tất cả các tính chất khác.
Các quá trình HVAC là các đường dẫn hình học trên biểu đồ này:
- Sưởi ấm cảm giác (lò sưởi): Di chuyển sang phải dọc theo một đường ngang: nhiệt độ tăng, tỷ lệ độ ẩm vẫn không đổi.
- Làm lạnh cảm giác (trên điểm sương): Di chuyển sang trái dọc theo một đường ngang.
- Làm lạnh & loại bỏ độ ẩm (điều hòa không khí tiêu biểu): Di chuyển sang trái VÀ xuống: nhiệt độ giảm và độ ẩm ngưng tụ ra.
- Làm ẩm: Di chuyển lên: thêm độ ẩm ở nhiệt độ không đổi.
- Làm lạnh bay hơi (máy làm lạnh bay hơi): Di chuyển sang trái và lên dọc theo một đường bóng ướt không đổi: nhiệt độ giảm nhưng độ ẩm tăng.
Tracing Các quá trình HVAC
Hãy xem xét một ngày hè: không khí bên ngoài là 95 độ F bóng khô, 50% độ ẩm tương đối. Bạn muốn điều hòa không khí này thành 75 độ F, 50% độ ẩm tương đối để thoải mái trong nhà.