Mengapa Bentuk Saluran Penting
Pengukuran Saluran: Luas, Keliling, & Hambatan
Setiap saluran HVAC adalah tabung yang mengangkut udara yang disetel dari pengaturan udara ke kamar yang di layani. Kapasitas aliran udara dari saluran bergantung pada satu hal: luas silang.
CFM = Luas x Kecepatan: itu adalah persamaan dasar. CFM adalah kubik kaki per menit. Luas adalah silang sebidang dari saluran dalam kaki kubik. Kecepatan adalah kecepatan udara dalam kaki per menit.
Tapi luas bukanlah cerita seluruhnya. Keliling saluran menentukan seberapa banyak permukaan yang udara sentuh. Semakin banyak keliling, semakin banyak gesekan, yang berarti lebih banyak turunnya tekanan, yang berarti blower harus bekerja lebih keras.
Sebuah saluran lingkaran 12 inci memiliki luas sebidang sebesar pi x 6² = 113,1 kotak inci. Kelilingnya adalah pi x 12 = 37,7 inci.
Sebuah saluran segiempat 14" x 8" memiliki luas sebidang sebesar 14 x 8 = 112 kotak inci: hampir identik. Tapi kelilingnya adalah 2(14 + 8) = 44 inci: 17% lebih banyak permukaan gesek untuk kapasitas aliran udara yang sama.
Ini menjelaskan mengapa saluran lingkaran lebih efisien. Lingkaran memiliki rasio keliling-ke-luas terendah dari segala bentuk. Dalam istilah HVAC: saluran lingkaran menghasilkan kerugian gesekan yang lebih sedikit per CFM yang disalurkan.
Menghitung Luas Saluran
Sistem HVAC rumah tangga perlu mengirimkan 400 CFM ke kamar tidur. Kecepatan desain adalah 600 kaki per menit.
Luncur, Tabur, dan Efek Coanda
Bagaimana Udara Bergerak Melalui Ruangan
Setelah udara yang di kondisikan keluar dari saluran, udara tersebut masuk ke dalam ruangan melalui register atau diffuser. Geometri cara bagaimana udara tersebut bergerak menentukan apakah ruangan tersebut nyaman atau memiliki titik panas & dingin.
Jangkauan adalah jarak yang ditempuh udara dari diffuser sebelum kecepatannya turun di bawah 50 FPM (kaki per menit). Sebuah diffuser langit-langit di dalam ruangan 20 kaki harus memiliki jangkauan yang cukup untuk mencapai dinding yang jauh.
Penyebaran adalah lebar pola udara. Sebuah diffuser slot linear menghasilkan pola datar dan lebar. Sebuah diffuser langit-langit bulat menghasilkan pola radial.
Register suplai menghasilkan pola udara konis atau segi tiga: udara mendorong ke luar dalam bentuk geometri yang ditentukan.
Register kembalian menghasilkan zona hisap sferis: udara dihisap dari berbagai arah secara merata. Hal ini adalah mengapa register kembalian dapat dipasang hampir di mana saja dalam ruangan.
Efek Coanda: Udara yang bergerak cenderung mengikuti permukaan yang dekat. Udara yang ditiupkan di atas langit-langit akan menempel pada permukaannya, berjalan jauh lebih jauh daripada udara yang ditiupkan ke ruang terbuka. Hal ini adalah mengapa diffuser yang dipasang di langit-langit bekerja dengan baik: udara mengikuti langit-langit, bergerak di sepanjang ruangan, lalu jatuh ke dinding yang jauh. Geometri langit-langit menjadi bagian dari sistem distribusi udara.
Memahami Distribusi Udara
Ruangan pertemuan berukuran 30 kaki panjang dengan diffuser yang dipasang di langit-langit di ujungnya. Udara suplai keluar dari diffuser dengan kecepatan 700 FPM.
Fins, Tubes, dan Luas Permukaan
Pengaliran Panas Adalah Masalah Luas Permukaan
Pipa evaporator di kondensor udara atau pompa panas adalah di mana panas benar-benar mentransfer antara udara dan refrigeran. Laju transfer panas tergantung pada tiga hal: perbedaan suhu, konduktivitas termal dari bahan, dan luas permukaan.
Anda tidak bisa dengan mudah mengubah perbedaan suhu (yang ditentukan oleh siklus refrigeran) atau konduktivitas (tembaga dan aluminium sudah merupakan konduktor yang sangat bagus). Jadi insinyur HVAC meningkatkan luas permukaan.
Sebuah pipa evaporator terbuat dari tabung tembaga dengan lapisan aluminium selubung yang disatukan pada mereka. Selubung adalah lembaran tipis: tipis biasanya 0,006 inci tebal: terpisah pada 8 hingga 20 selubung per inci.
Lebih banyak selubung per inci = lebih banyak luas permukaan = lebih banyak transfer panas. Tapi ada perdagangan geometri: lebih banyak selubung juga berarti ruang udara yang lebih sempit antara mereka, yang meningkatkan hambatan udara dan mengurangi aliran udara.
Pada 8 selubung per inci, aliran udara mudah tetapi luas permukaan terbatas. Pada 20 selubung per inci, luas permukaan luar biasa tetapi pipa menghalangi aliran udara. Sistem rumah tangga mayoritas menggunakan 12-14 selubung per inci sebagai titik yang sempurna.
Ini adalah masalah geometri murni: bagaimana Anda memuat luas permukaan maksimum dalam volume yang diberikan sambil menjaga cukup cross-section terbuka untuk udara melewati?
Perdagangan Luas Permukaan
Sebuah pipa evaporator rumah tangga memiliki selubung yang terpisah pada 14 selubung per inci. Setiap selubung memiliki ketebalan 0,006 inci. Wajah pipa adalah 20 inci lebar dan 18 inci tinggi.
Sifat Udara sebagai Geometri
Diagram Psikrometri: Peta Geometri Sifat Udara
Diagram psikrometri adalah salah satu alat paling penting dalam HVAC. Ini terlihat kompleks, tetapi itu sebenarnya hanya representasi geometri sifat udara.
Sumbu X: Suhu termal (dry-bulb temperature): apa yang dibaca termometer biasa.
Sumbu Y (sisi kanan): Rasio kelembapan: massa air nyata per massa udara kering (butir kelembapan per pound udara kering).
Garis melengkung: Kelembapan relatif. Garis kelembapan 100% adalah garis kelembapan: udara tidak dapat menahan lebih banyak kelembapan di atas garis ini. Kurva kelembapan rendah melengkung di bawahnya.
Setiap titik pada grafik mewakili keadaan udara unik. Jika Anda tahu dua properti (suhu termal, suhu uap basah, kelembapan relatif, titik uap, entalpi), Anda dapat menemukan titik yang tepat & membaca semua properti lain.
Proses HVAC adalah jalur geometri pada grafik ini:
- Panas yang dapat dirasakan (sensible heating) (kipas angin): Gerak ke kanan sepanjang garis horizontal: suhu meningkat, rasio kelembapan tetap konstan.
- Pengaturan panas yang dapat dirasakan (sensible cooling) (di atas titik uap): Gerak ke kiri sepanjang garis horizontal.
- Pengaturan panas dan pengurangan kelembapan (cooling dan dehumidifying) (AC umum): Gerak ke kiri DAN turun: suhu turun dan kelembapan mengkondens.
- Pengaturan kelembapan: Gerak naik: menambah kelembapan pada suhu konstan.
- Pengaturan pendinginan evaporatif (swamp cooler): Gerak ke kiri dan naik sepanjang garis uap basah konstan: suhu turun tetapi kelembapan meningkat.
Mengikuti Proses HVAC
Pertimbangkan hari musim panas: udara luar 95 derajat F dry-bulb, 50% kelembapan relatif. Anda ingin mengondisikan udara ini menjadi 75 derajat F, 50% kelembapan relatif untuk kenyamanan dalam ruangan.