The Basic Principles of Duct Design, Part 1

Wanneer het aankomt op het verwarmen en koelen van huizen, is geforceerde luchtdistributie koning. Ja, mijn Canadese vriend Robert Bean van Healthy Heating hamert op radiant voor zowel verwarming als koeling, en mijn Texaanse vriend Kristof Irwin dronk van die kool-aid en installeerde wat misschien wel het eerste radiant koelsysteem in Texas is. Maar zelfs als stralingsdistributiesystemen het volledig overnemen, zullen we nog steeds geforceerde luchtkanalen nodig hebben. Waarom? Omdat we nog steeds lucht moeten verplaatsen voor ventilatie en, in vochtige klimaten zoals in het zuidoosten van de VS, voor ontvochtiging.

Dus, als we lucht door kanalen gaan verplaatsen, moeten we de fysica van lucht begrijpen en weten hoe we die kunnen gebruiken om ons werk te doen. In deze serie artikelen, neem ik je mee door deze dingen. Vandaag zal ik beginnen met wat u doet in het HVAC-ontwerpproces voordat u bij de kanaalontwerpfase komt (Manual D) en met de fysica van luchtstroming wanneer deze wordt beperkt door kanalen. Daarna volgen artikelen over het proces dat we gebruiken bij het ontwerpen van kanaalsystemen, waaronder beschikbare statische druk, equivalente lengte en het kiezen van fittingen.

Klaar?

Vóór het kanaalontwerp

Het ontwerpen van een kanaalsysteem is belangrijk, maar er zijn een paar cruciale stappen die eerst moeten worden doorlopen. De eerste stap is de berekening van de verwarmings- en koelbelasting met behulp van een protocol zoals ACCA’s Manual J* of het ASHRAE Handbook of Fundamentals.* U moet weten hoeveel verwarming en koeling u voor elke kamer nodig hebt (in BTU/uur). Dan vertalen deze BTU per uur vereisten zich onmiddellijk naar luchtdebiet vereisten per kamer in kubieke voet per minuut (cfm). Dit gebeurt automatisch in de software die wij gebruiken (RightSuite Universal van WrightSoft).

Als u eenmaal de BTU/hr- en cfm-getallen voor het gebouw weet, moet u de juiste apparatuur voor verwarming en koeling selecteren. ACCA’s Manual S protocol* helpt u daarbij. Er komt meer bij kijken dan alleen het vinden van een apparaat dat voldoet aan de totale verwarmings- en koelbelasting van het huis. U moet ervoor zorgen dat u de binnen- en buitencondities van het huis aanpast.

Dan ben je klaar om te beginnen met het ontwerp van het kanaalsysteem.

Het gewicht van lucht

Het eerste wat je moet weten is dat lucht gewicht heeft. David Hill heeft een aantal geweldige presentaties gegeven over het ontwerpen van kanalen op het Building Science Summer Camp en dit is zijn uitgangspunt. (Zie Michael Chandler’s uitstekende samenvatting van Hill’s 2011 Summer Camp lezing op Green Building Advisor). Op de foto hieronder houdt Hill een blok van 1 kubieke voet vast, dat volgens hem bijna 0,1 pond zou wegen als het lucht was. Het werkelijke getal is 0,0807 pond bij standaardtemperatuur en -druk.

Als je een airconditioner van 2,5 ton hebt, zou de nominale luchtstroom 1.000 cfm zijn. (De regel hier is 400 cfm per ton.) Dat betekent dat de blower elke minuut ongeveer 81 pond lucht door het systeem moet persen. Er is dus werk voor nodig om gewicht te verplaatsen.

Als je je de natuurkundelessen nog herinnert, weet je dat dat niet helemaal waar is. Je kunt gewicht gratis verplaatsen als je het horizontaal en zonder enige weerstand verplaatst. Het kost moeite om het tegen de zwaartekracht in omhoog te bewegen of het tegen de wrijving in een andere kant op te duwen. En dat brengt ons bij…

De fysica van luchtstroming

Als u op een rustige dag een ventilator in uw tuin aanzet, krijgt u de maximale luchtstroom. Als u diezelfde ventilator in een kartonnen buis blaast, moet hij tegen de druk in werken die zich in die ruimte opbouwt. Hoe meer je die buis verkleint of langer maakt of hoe meer je de lucht erin blaast, hoe meer statische druk er wordt opgebouwd. En hoe meer de luchtstroom wordt gereduceerd.

Dat is het basisprincipe waar je mee moet werken bij het ontwerpen van kanalen. Ik heb eerder geschreven over de twee factoren die een rol spelen bij het verminderen van de luchtstroom in kanalen. De ene is wrijving. Als de lucht door een kanaal beweegt, treedt er interactie op met de oppervlakken. Hoe gladder dat binnenoppervlak is, hoe beter het is voor de luchtstroom. Hoe ruwer het oppervlak, hoe meer het de lucht vertraagt.

De tweede factor is turbulentie. Deze ontstaat over het algemeen wanneer je lucht door armaturen beweegt, of wanneer je de lucht draait. Bij starre kanalen draai je de lucht met fittingen, maar dat is helaas niet altijd het geval bij flexibele kanalen.

Als de lucht uit de luchtbehandelingskast komt, gebeurt er verschillende dingen mee. De lucht wordt naar de verschillende kamers in het huis gestuurd. Terwijl de lucht door een leidingstelsel met buizen en takken stroomt, neemt de hoeveelheid steeds verder af, omdat een deel van de lucht op weg naar het eind via elke aftakking wordt omgeleid.

Elk deel van het kanaal, elke fitting, elke draai van de lucht voegt door wrijving en turbulentie weerstand toe aan die luchtstroom. Roosters en registers, filters en inregelkleppen voegen ook weerstand toe. Die weerstand resulteert in verlagingen van de statische druk, of drukverlagingen.

Dus, we beginnen bij de aanjager met een hoge druk. Tegen de tijd dat de lucht uit de luchttoevoeropeningen komt, is die druk gedaald tot nul (ten opzichte van de ruimtedruk).

De volgende stap in het kanaalontwerpproces

In het volgende artikel zal ik meer vertellen over deze drukverliezen en hoe ze de beschikbare statische druk bepalen, die vervolgens leidt tot de totale effectieve lengte van ons kanaalsysteem. U kunt de andere artikelen in de serie vinden via de links hieronder.

Koop de ACCA-handleidingen op Amazon*

Andere artikelen in de serie Duct Design:

Ontwerp van het kanaal 2 – Beschikbare statische druk

Ontwerp van het kanaal 3 – Totale effectieve lengte

Ontwerp van het kanaal 4 – Berekening van de wrijvingscoëfficiënt

Ontwerp van het kanaal 5 – Dimensionering van het kanaal

De 2 hoofdoorzaken van verminderde luchtstroom in kanalen

Dood uw luchtstroom niet met deze Flex Duct-ziekte

The Science of Sag – Flex Duct and Air Flow

The Secret to Moving Air Efficiently through Your Duct System – mijn artikel over David Hill’s 2015 Summer Camp presentatie over ovale kanalen