空気調和設備
空気調和
日射量
地表での太陽光線に垂直な平面の単位面積が受ける日射量のうち直達日射量は、太陽の通過率をP、太陽の高度をh度とすれば次式で表せれる。
I=I₀・P^(1/sinh) [kcal/m^2・h]
水平面日射量
Ih=Q/S'=Q/(Scosech)=Q/S [kcal/m^2・h]
室内気候の表示
グローブ温度
放射によって移動する熱量は周壁面温度によって変化するので、室内のある点に周壁から放射される熱量の程度は、グローブ温度ta℃によって次式のMRT(平均輻射温度)式で示される。
MRT=tg+2.4√υ・(tg-t) [℃]
υ：風速[m/s]
熱の移動
壁体を通過する熱量qは壁体の両側の流体の温度差に比例する。
q=(ti-t₀)A/Rt、q=K・A(ti-t₀)
ti：高温側温度
t₀：低温側温度
K：熱通過率[kcal/m^2h℃]
管の通過熱量
管1m当りの単位時間についての伝動熱量q
q=2π(θi-θ₀)/(∑(1/λn)logeRn)=2π(θi-θ₀)/(2.3∑(1/λn)log₁₀Rn
また、管内外面の熱伝達率をαi,α₀とし、管内外の流体の温度をti,t₀とすると、
q=2π(ti-t₀)/(1/αiri+2.3∑(1/λn)log₁₀Rn+1/α₀r₀)[kcal/mh] となる。
放射による熱の移動
高温物体は、その分子の熱振動の為、放射線(熱線)を放射している。
絶対温度T°Kの完全黒体の単位表面積から出る放射エネルギの総和Ebは、
Eb=Cb(T/100)^4 [kcal/m^2h]
Cb：完全黒体の放射常数 ≒4.95[kcal/m^2h°k^4]
作動流体
η：熱効率は、W/Q₁=(Q₁-Q₂)/Q₁<1で表される。Q₁/T₁≦Q₂/T₂となるので、熱効率は最大値すなわち、カルノー効率ηc=(T₁-T₂)/T₁となる。
冷凍機においてはQ₂/Wを、ヒートポンプの場合はQ₁/Wを其々、成績係数または動作係数といい、冷凍機については(COP)R、ヒートポンプでは(COP)Hで表せれる。
即ち、(COP)R=Q₂/W=Q₂/(Q₁-Q₂)可逆機関では=T₂/(T₁-T₂)
(COP)H=Q₁/W=Q₁(Ｑ₁-Q₂)可逆機関では=T₁/(T₁-T₂)
理想サイクルは、熱機関では、
①一定の温度T₁を保ちながら等温膨張する。
②熱源から切り離して断熱膨張させて温度をT₂にする。
③一定温度T₁を保ちながら等温圧縮させる。
④熱源から切り離して断熱膨張させて温度をT₂にもどす。
①~④までの1サイクルをライキンサイクルという。
エンタルピーhを使って、ライキンサイクルの熱効率ηRは、
ηR=((h₃-h₄)-(h₂-h₁))/(h₃-h₁)-(h₂-h₁))≒(h₃-h₄)/(h₃-h₂)
一方、逆ランキングサイクルでは、
(COP)R=(h₁-h₄)/(h₂-h₁)
(COP)H=(h₂-h₃)/(h₂-h₁)
車室内温熱環境
人体の対流熱伝導率ｈｃ 単位W/m^2k＝max（2.38(Tsk-Ｔair)^0.25、12.1√ν） 0 0
外部環境への熱流ｑeν＝ｗ・LR・FpclfclhcAsk(ｐsk-Pa) 0
Tsk :人体表面温度 Tair ：周囲平均温度 ｗ :濡れ面積率 LR :ﾙｲｽ数
Fpcl :衣服の 皮膚と衣服 の透湿効率 fcl: 皮膚と衣服の表面積比 Ask :皮膚表面
X：室内絶対湿度 Pa：室内蒸気圧 Psk：皮膚表面の飽和蒸気圧 he：熱伝導率
σ：ステファン定数
HVAC機能
1.ｲﾝﾃｰｸﾄﾞｱによる内気、外気の取り込み
2.ﾌﾞﾛｱﾌｧﾝによる送風
3.ｴﾊﾞﾎﾟﾚｰﾀによる冷却
4.ﾋｰﾀｺｱでの加熱
5.ﾐｯｸｽﾄﾞｱによる温調
6.ﾓｰﾄﾞﾄﾞｱによる配風
蒸発による熱移動は相対湿度φと空気と皮膚表面の飽和水蒸気圧Pair、Ｐsk単位ＫＰａを用いて次で表される。
Eｅυ＝ωheＡsk(φＰair-Psk)
濡れ率ω＝0.06+(0.94Ｅsω/(heＡsk(φPair-Psk))
潜熱伝達率ｈｅ＝LRhc 0
放射収支Qrd＝Ａiεiσ(ΣN、j=1・Gｉ、j(Ｔj+273.15)^4-(Ｔi+273.15)^4) 0
クーリングタワー
冷却能力の計算
循環水負荷側出口温度、入口温度が解っている場合
Q：負荷容量=yb・Lb・cb・(Tout-Tin)・0.07
cb：循環水比熱[cal/g・℃]
yb：循環水密度[g/cm^3]
Lb：循環水流量[ℓ/min]
Tout：負荷出口温度[℃]
Tin：負荷入口温度[℃]
被冷却対象物の冷却時間と湿度が判明している場合
Q=Vs・Cs・γs・(Tb-Ta)/t
Vs：比冷却対象物体積[m^3]
Cs：被冷却対象物比熱[kJ/g・℃]
ys：被冷却対象物密度[g/cm^3]
Ta：被冷却対象物冷却前の温度
Tb：被冷却対象物冷却後の温度
t：被冷却対象物冷却時間[sec]
蒸発量E
E=Δt・L/600 [L/min]
Δt：循環水入口・出口の温度差[℃]
L：循環水量[L/min]
補給水量M
M=E・C・B
C：キャリーオーバ量
B：ブローダウン量=E/(N-1)-1
濃縮倍数Nと補給水量Mとの関係
N：濃縮倍数=(E+C+B)/(C+B)=M/(C+B)
M：補給水量=N/(N-1)・E
循環水温度差が5.5℃の時、濃縮倍数を3とすると、補給水は概略1.5%見込む必要があります。
飽和空気の絶対温度、比エンタルピー及び比容積
20~50℃の温度範囲で誤差1%未満となるような近似式
xs：絶対湿度=-0.010165+1.8914・10^-3t-5.4854・10^-5・t^2+1.1152・10^-6・t^3
(E<0.8%、22~50℃の範囲ではE<0.5%)
hs：比エンタルピー=27.02+6.027t-0.1478t^2+0.002967t^3
(E<0.8%、22~50℃の範囲ではE<0.6%)
vs：比容積=1/(1.2573-2.8729・10^-3・t-6.1406・10^-5・t^2)
(E<0.12%、22~50℃の範囲ではE<0.06%)
エネルギーの保存式
水の入口、出口に於ける質量流量：Gw₁、Gw₂[kg/hr=1/hr]
水の入口、出口の比エンタルピー：hw₁、hw₂[kJ/kg]
水の入口、出口温度：tw₁、tw₂[℃]
湿り空気中の乾き空気の質量流量：GA[kg(DA)/hr]
湿り空気の入口、出口比エンタルピー：hA₁、hA₂[kJ/kg(DA)]
湿り空気の入口、出口の湿球温度：tA₁、tA₂[℃]
エネルギーの保存式
Gw₁hw₁-Gw₂hw₂=GA(hA₂-hA₁)