投げ飛ばし、広がり、そしてコアンダ効果

室内で空気がどのように移動するか

空調された空気は、ダクトから離れて、登録所または散流器を通じて部屋に入ります。空気がどのように移動するかというジオメトリが、部屋が快適であるか、または暑いと寒いスポットがあるかを決定します。

投擲は、散流器から離れて速度が50フィート毎分(FPM)以下になるまでの空気の移動距離です。20フィートの部屋にある天井の散流器には、遠くの壁に到達するための十分な投擲が必要です。

広がりは、空気パターンの横幅です。線形スロット散流器は平らで広いパターンを作ります。丸い天井の散流器は放射状のパターンを作ります。

供給登録所は、空気が定義された幾何学的形状で外に押し出されるコニカルまたはファン状の空気パターンを作ります。

戻り登録所は、空気がすべての方向から等速で引き込まれる球状の吸引ゾーンを作ります。このため、部屋に戻り登録所をほぼどこにでも設置できます。

コアンダ効果：移動する空気は近くの表面に付いていく傾向があります。天井に空気を吹き付けると、天井に沿って空気が付いていき、遠くの壁に降りてきます。空気は開放空間に入れるよりも遥かに遠くに移動します。このため、天井に設置された散流器が非常に効果的な理由です：空気は天井に沿ってついて、部屋を横切って、遠くの壁に降りてきます。空調システムの空気分布の部分として、天井のジオメトリが使用されます。

空気分布の理解

会議室は30フィート長で、天井に設置された散流器が一端にあります。供給空気は散流器から700フィート毎分(FPM)で出力されます。

フィン、チューブ、および表面積

熱伝達は表面積の問題です

エアコンやヒートポンプの蒸発器冷媒は、実際に空気と冷媒間で熱が転送される場所です。熱転送の速度は、温度差、材料の熱伝導率、および表面積の3つのことに依存します。

温度差（冷媒サイクルによって決定される）は簡単に変更できず、導電性（すでに優れた導電性を持つ銅とアルミニウムである）は変えられません。したがって、HVACエンジニアは表面積を最大限に増やすことができます。

蒸発器冷媒は、0.006インチの厚さのアルミニウム縞が押されて付いた銅管で作られています。縞は薄いシートで、通常はインチ当たり8から20の縞です。

インチ当たりの縞が多いほど表面積が大きになり、熱転送も増します。しかし、幾何学的なトレードオフがあります：縞が多いほど、間を空気が通う空気抵抗が増加し、流速が減少します。

インチ当たり8の縞では、空気の流れが簡単ですが、表面積は限定的です。インチ当たり20の縞では、表面積はとても大きですが、コイルが空気の流れを押さえ込むことがあります。多くの住宅用システムでは、最適なポイントであるインチ当たり12-14の縞が使用されています。

これは純粋な幾何学の問題です：ある一定の体積に最大の表面積を詰め込む方法は何ですか。また、空気が通うための十分な開放断面積を維持することができますか？

表面積のトレードオフ

住宅用蒸発器冷媒は、インチ当たり14の縞で構成されており、各縞の厚さは0.006インチです。コイルの面は20インチ幅で、18インチの高さです。

空気の性質は幾何学

気象図：空気性質の幾何学的表現

気象図はHVACの最も重要なツールの1つです。ただ、実際には空気の性質を幾何学的に表現したものです。

X軸: 乾式温度：普通温度计读取的温度。

Y軸（右側）: 濕度比：實際的水汽質量對乾空氣質量的比率（每磅乾空氣中的水汽顆粒）。

弧線: 相對濕度。飽和線是100%RH曲線：空氣無法持續容納更多的水汽。RH曲線低於它的弧線。

圖表上的每個點都代表一個獨特的空氣狀態。如果您知道任何兩個屬性（乾式溫度、濕式溫度、相對濕度、露點、內能），您可以找到正確的點並讀取所有其他屬性。

HVAC過程是這個圖表上的幾何路線：

- 感覺加熱（爐子）：沿著水平線向右移動：溫度上升，濕度比保持不變。

- 感覺降溫（上方露點）：沿著水平線向左移動。

- 降溫與去濕（典型的A/C）：向左和向下移動：溫度下降，水分結晶出來。

- 加濕: 向上移動：在恒定的溫度下添加水分。

- 蒸發冷卻（沼氣凈）：沿著恒定的濕式溫度線向左和向上移動：溫度下降但濕度上升。

在心理學圖表上描繪HVAC過程

考慮一個夏季的日子：室外空氣是95°F的乾式溫度，50%的相對濕度。你想將這些空氣調節到75°F，50%的相對濕度以滿足室內舒適。