Die Grundprinzipien des Kanaldesigns, Teil 1
Wenn es um das Heizen und Kühlen von Häusern geht, ist die Zwangsluftverteilung König. Ja, mein kanadischer Freund Robert Bean von Healthy Heating wirbt für Strahlungsheizungen und -kühlungen, und mein texanischer Freund Kristof Irwin hat dieses Koolaid getrunken und das vielleicht erste Strahlungskühlsystem in Texas installiert. Aber selbst wenn sich Strahlungssysteme vollständig durchsetzen, werden wir immer noch Luftkanalsysteme benötigen. Und warum? Weil wir immer noch Luft zur Belüftung und, in feuchten Klimazonen wie dem Südosten der USA, zur Entfeuchtung bewegen müssen.
Wenn wir also Luft durch Kanäle bewegen wollen, müssen wir die Physik der Luft verstehen und wissen, wie wir sie dazu bringen, unsere Aufgaben zu erfüllen. In dieser Artikelserie werde ich Sie durch diese Dinge führen. Heute fange ich damit an, was Sie im HLK-Planungsprozess tun, bevor Sie zur Kanalplanungsphase kommen (Manual D), sowie mit der Physik der Luftströmung, wenn sie durch Kanäle eingeschränkt wird. Danach folgen Artikel über den Prozess, den wir bei der Auslegung von Kanalsystemen verwenden, einschließlich des verfügbaren statischen Drucks, der äquivalenten Länge und der Auswahl von Formteilen.
Bereit?
Vor der Kanalauslegung
Die Auslegung eines Kanalsystems ist wichtig, aber es gibt ein paar kritische Schritte, die zuerst kommen. Nummer eins ist die Berechnung der Heiz- und Kühllast mit Hilfe eines Protokolls wie ACCA’s Manual J* oder dem ASHRAE Handbook of Fundamentals.* Sie müssen wissen, wie viel Heizung und Kühlung Sie für jeden Raum benötigen (in BTU/Stunde). Diese BTU pro Stunde werden dann sofort in den Luftstrombedarf für jeden einzelnen Raum in Kubikfuß pro Minute (cfm) umgerechnet. Das geschieht automatisch in der Software, die wir verwenden (RightSuite Universal von WrightSoft).
Sobald Sie die BTU/hr- und cfm-Zahlen für das Gebäude kennen, müssen Sie die richtigen Geräte für Heizung und Kühlung auswählen. Das Manual S-Protokoll* von ACCA hilft Ihnen dabei. Dabei geht es um mehr als nur darum, ein Gerät zu finden, das die gesamte Heiz- und Kühllast des Hauses erfüllt. Sie müssen sicherstellen, dass Sie die Innen- und Außenbedingungen des Hauses berücksichtigen. Idealerweise haben Sie die Leistungsdatentabellen des Herstellers zur Hand, um das richtig hinzubekommen.
Dann können Sie mit der Auslegung des Kanalsystems beginnen.
Das Gewicht der Luft
Das erste, was Sie wissen müssen, ist, dass Luft ein Gewicht hat. David Hill hat auf dem Building Science Summer Camp einige großartige Vorträge über die Auslegung von Kanälen gehalten, und dies ist sein Ausgangspunkt. (Siehe Michael Chandlers exzellente Zusammenfassung von Hills Vortrag beim Summer Camp 2011 auf Green Building Advisor). Auf dem Foto unten hält Hill einen 1-Kubikfuß-Block, der seiner Meinung nach fast 0,1 Pfund wiegen würde, wenn es sich um Luft handeln würde. Die tatsächliche Zahl ist 0,0807 lb bei Standardtemperatur und -druck.
Wenn Sie eine 2,5-Tonnen-Klimaanlage haben, würde der Nennluftstrom 1.000 cfm betragen. (Die Regel ist hier 400 cfm pro Tonne.) Das bedeutet, dass das Gebläse etwa 81 Pfund Luft pro Minute durch das System drücken muss. Es kostet Arbeit, ein Gewicht zu bewegen.
Nun, wenn Sie sich an Ihren einführenden Physikunterricht erinnern, wissen Sie, dass das nicht ganz richtig ist. Sie können ein Gewicht umsonst bewegen, wenn Sie es waagerecht und ohne jeglichen Widerstand bewegen. Es braucht Arbeit, um es gegen die Schwerkraft nach oben zu bewegen oder es gegen die Reibung in irgendeine Richtung zu schieben. Und das bringt uns zu…
Die Physik des Luftstroms
Wenn Sie an einem windstillen Tag einen Ventilator in den Garten stellen und ihn einschalten, erhalten Sie den maximalen Luftstrom. Wenn Sie den gleichen Ventilator nehmen und die Luft in eine Pappröhre blasen, muss er gegen den Druck arbeiten, der sich in diesem Raum aufbaut. Je mehr Sie dieses Rohr verkleinern oder verlängern oder die Luft damit drehen, desto mehr statischer Druck baut sich auf. Und desto mehr wird der Luftstrom reduziert.
Das ist das Grundprinzip, mit dem man bei der Konstruktion von Luftkanälen arbeiten muss. Ich habe bereits über die zwei Faktoren geschrieben, die bei der Reduzierung des Luftstroms in Kanälen eine Rolle spielen. Der eine ist die Reibung. Während sich die Luft durch einen Kanal bewegt, interagiert sie mit den Oberflächen. Je glatter die innere Oberfläche ist, desto besser ist sie für die Luftströmung. Je rauer die Oberfläche, desto mehr verlangsamt sie die Luft.
Der zweite Faktor ist die Turbulenz. Diese entstehen in der Regel, wenn Sie die Luft durch Formstücke bewegen oder wenn Sie die Luft drehen. Bei starren Kanälen wird die Luft mit Formstücken gedreht, aber leider ist das bei flexiblen Kanälen nicht immer der Fall.
Wenn die Luft aus dem Klimagerät kommt, passieren mehrere Dinge mit ihr. Sie wird zu den verschiedenen Räumen im Haus geschickt. Auf dem Weg durch ein Kanal- und Abzweigsystem wird die Menge immer geringer, da ein Teil der Luft auf dem Weg zum Ende des Kanals in jedem Abzweig umgelenkt wird.
Jeder Kanalabschnitt, jede Armatur, jede Luftumdrehung fügt dem Luftstrom aufgrund von Reibung und Turbulenzen einen Widerstand hinzu. Gitter und Register, Filter und Ausgleichsklappen fügen ebenfalls Widerstand hinzu. Dieser Widerstand führt zu einer Verringerung des statischen Drucks oder Druckabfalls.
So beginnen wir am Gebläse mit einem hohen Druck. Wenn die Luft aus den Zuluftöffnungen austritt, ist dieser Druck auf Null gesunken (relativ zum Raumdruck).
Der nächste Schritt in der Kanalplanung
Im nächsten Artikel werde ich mehr über diese Druckverluste und wie sie den verfügbaren statischen Druck bestimmen, der dann zur effektiven Gesamtlänge unseres Kanalsystems führt, erzählen. Zu den anderen Artikeln der Serie gelangen Sie über die unten stehenden Links.
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Andere Artikel in der Serie Duct Design:
Kanalauslegung 2 – Verfügbarer statischer Druck
Kanalauslegung 3 – Effektive Gesamtlänge
Kanalauslegung 4 – Berechnung der Reibungsrate
Kanalauslegung 5 – Dimensionierung der Kanäle
Die 2 Hauptursachen für reduzierten Luftstrom in Kanälen
Töten Sie Ihren Luftstrom nicht mit dieser Flexkanal-Krankheit
Die Wissenschaft von Sag – Flexkanal und Luftstrom
Das Geheimnis, Luft effizient durch Ihr Kanalsystem zu bewegen – mein Artikel über David Hills Sommercamp-Vortrag 2015 über ovale Kanäle