Podstawowe zasady projektowania kanałów, część 1
Jeśli chodzi o ogrzewanie i chłodzenie domów, wymuszona dystrybucja powietrza jest królem. Tak, mój kanadyjski przyjaciel Robert Bean z Healthy Heating pcha promieniowanie zarówno do ogrzewania jak i chłodzenia, a mój teksański przyjaciel Kristof Irwin wypił ten koolaid i zainstalował to, co może być pierwszym systemem chłodzenia promiennikowego w Teksasie. Jednak nawet jeśli promiennikowe systemy dystrybucji całkowicie przejmą kontrolę, nadal będziemy potrzebować systemów kanałów powietrznych z wymuszonym obiegiem powietrza. Dlaczego? Ponieważ nadal musimy przemieszczać powietrze do wentylacji, a w wilgotnym klimacie, takim jak południowo-wschodni USA, do osuszania.
Jeśli więc zamierzamy przemieszczać powietrze przez kanały, musimy zrozumieć fizykę powietrza i to, jak sprawić, by spełniało ono nasze zadania. W tej serii artykułów przedstawię Ci te zagadnienia. Dzisiaj zacznę od tego, co należy zrobić w procesie projektowania HVAC przed przejściem do fazy projektowania kanałów (Manual D), a także od fizyki przepływu powietrza, gdy jest on ograniczony przez kanały. Następnie przedstawię artykuły dotyczące procesu projektowania systemów kanałów, w tym dostępnego ciśnienia statycznego, długości równoważnej i doboru kształtek.
Gotowi?
Przed projektowaniem kanałów
Projektowanie systemu kanałów jest ważne, ale najpierw należy wykonać kilka krytycznych kroków. Pierwszym z nich jest obliczenie obciążenia grzewczego i chłodniczego przy użyciu protokołu takiego jak ACCA’s Manual J* lub ASHRAE Handbook of Fundamentals.* Trzeba wiedzieć, ile ogrzewania i chłodzenia potrzeba dla każdego pomieszczenia (w BTU/godz.). Następnie zapotrzebowanie na BTU na godzinę natychmiast przekłada się na zapotrzebowanie na przepływ powietrza w poszczególnych pomieszczeniach w stopach sześciennych na minutę (cfm). W używanym przez nas oprogramowaniu (RightSuite Universal firmy WrightSoft) odbywa się to automatycznie.
Kiedy już znasz liczby BTU/hr i cfm dla budynku, musisz wybrać odpowiedni sprzęt do ogrzewania i chłodzenia. Pomoże Ci w tym protokół Podręcznik S* opracowany przez ACCA. Nie chodzi tylko o znalezienie urządzenia, które spełni całkowite obciążenia grzewcze i chłodnicze domu. Musisz upewnić się, że dostosujesz się do wewnętrznych i zewnętrznych warunków projektowych domu. Idealnie byłoby, gdybyś miał tabele danych wydajności producenta, które pomogą Ci to zrobić.
Wtedy będziesz gotowy, aby rozpocząć projektowanie systemu kanałów.
Waga powietrza
Pierwszą rzeczą, którą musisz wiedzieć jest to, że powietrze ma wagę. David Hill wygłosił kilka świetnych prezentacji na temat projektowania kanałów na Building Science Summer Camp i to jest jego punkt wyjścia. (Zobacz doskonałe podsumowanie wykładu Hilla z Summer Camp 2011 autorstwa Michaela Chandlera na Green Building Advisor). Na zdjęciu poniżej Hill trzyma blok o objętości 1 stopy sześciennej, który według niego ważyłby prawie 0,1 funta, gdyby był powietrzem. Rzeczywista liczba to 0,0807 lb w standardowej temperaturze i ciśnieniu.
Jeśli masz 2,5 tonowy klimatyzator, nominalny przepływ powietrza wynosiłby 1,000 cfm. (Reguła tutaj jest 400 cfm na tonę.) Oznacza to, że dmuchawa musi przepchnąć około 81 funtów powietrza przez system w każdej minucie. Przesuwanie ciężaru wymaga pracy.
Właściwie, jeśli pamiętasz swoje początkowe lekcje fizyki, wiesz, że to nie do końca prawda. Możesz przemieszczać ciężar za darmo, jeśli przemieszczasz go poziomo i bez żadnego oporu. Potrzeba pracy, aby przesunąć go w górę wbrew grawitacji lub popchnąć go w dowolnym kierunku wbrew tarciu. I to prowadzi nas do…
Fizyka przepływu powietrza
Jeśli weźmiesz wentylator na podwórko w spokojny dzień i włączysz go, otrzymasz maksymalny przepływ powietrza. Jeśli weźmiesz ten sam wentylator i wdmuchniesz powietrze do kartonowej tuby, będzie on musiał walczyć z ciśnieniem, które wytwarza się w tej przestrzeni. Im bardziej zmniejszamy rozmiar tej rurki, wydłużamy ją lub obracamy nią powietrze, tym większe ciśnienie statyczne powstaje. I tym bardziej zmniejsza się przepływ powietrza.
To podstawowa zasada, z którą trzeba się zmierzyć przy projektowaniu kanałów. Pisałem już wcześniej o dwóch czynnikach wpływających na zmniejszenie przepływu powietrza w kanałach. Jednym z nich jest tarcie. Gdy powietrze porusza się w kanale, wchodzi w interakcje z powierzchniami. Im gładsza jest powierzchnia wewnętrzna, tym lepiej dla przepływu powietrza. Im bardziej chropowata powierzchnia, tym bardziej spowalnia przepływ powietrza.
Drugim czynnikiem są turbulencje. Powstają one zazwyczaj podczas przepływu powietrza przez kształtki lub podczas obracania powietrza. W przypadku kanałów sztywnych, powietrze można obracać za pomocą kształtek, ale niestety nie zawsze tak jest w przypadku kanałów giętkich.
Gdy powietrze wychodzi z centrali, dzieje się z nim kilka rzeczy. Zostaje wysłane do różnych pomieszczeń w domu. W trakcie podróży przez system kanałów, ilość maleje, ponieważ część z nich zostaje przekierowana w dół każdej gałęzi na drodze do końca.
Każda sekcja kanału, każde mocowanie, każdy obrót powietrza dodaje opór do przepływu powietrza z powodu tarcia i turbulencji. Kratki i rejestry, filtry i przepustnice równoważące również dodają opór. Opór ten skutkuje spadkiem ciśnienia statycznego, czyli spadkiem ciśnienia.
Zaczynamy więc od dmuchawy z wysokim ciśnieniem. Zanim powietrze wyjdzie z otworów nawiewnych, ciśnienie to spadnie do zera (w stosunku do ciśnienia w pomieszczeniu).
Kolejny krok w procesie projektowania kanałów
W następnym artykule opowiem więcej o tych spadkach ciśnienia i o tym, jak określają one dostępne ciśnienie statyczne, które następnie prowadzi do całkowitej efektywnej długości naszego systemu kanałów. Do pozostałych artykułów z tej serii można przejść korzystając z poniższych linków.
Kup podręczniki ACCA na Amazon*
Inne artykuły z serii Projektowanie kanałów:
Duct Design 2 – Available Static Pressure
Duct Design 3 – Total Effective Length
Duct Design 4 – Calculating Friction Rate
Duct Design 5 – Sizing the Ducts
The 2 Primary Causes of Reduced Air Flow in Ducts
Pierwotne przyczyny zmniejszonego przepływu powietrza w kanałach
Dzięki temu, że nie ma już żadnych problemów z przepływem powietrza w kanałach, nie trzeba się martwić o to, że nie będzie on wystarczający.
Don’t Kill Your Air Flow with This Flex Duct Disease
The Science of Sag – Flex Duct and Air Flow
The Secret to Moving Air Efficiently through Your Duct System – mój artykuł na temat prezentacji Davida Hilla z 2015 roku Summer Camp na temat kanałów owalnych
The Secret to Moving Air Efficiently through Your Duct System – mój artykuł na temat prezentacji Davida Hilla z 2015 roku Summer Camp na temat kanałów owalnych