Pomiary wydajności nawiewników i
wywiewników
2002-07-19
Podobnie jak pomiary przepływu powietrza w przewodach, tak i pomiary wydajności na samych elementach
nawiewnych czy wywiewnych są podstawowymi badaniami dokonywanymi podczas testowania instalacji
wentylacyjnej. W badaniach tych można zastosować różne techniki pomiarowe i aparaturę. Wszystko zależy od
typu nawiewnika lub elementu wywiewnego.
Jak dokładny ma być pomiar i kiedy wydajność jest zgodna z projektem?
• W pomiarach technicznych strumienia objętości powietrza, ostateczna dokładność określania przepływu
ma być nie gorsza niż 10%
• Mierzony przepływ oceniamy jako właściwy, jeżeli nie różni się od projektowanego o więcej niż 10%.
Jak zmierzyć wydajność kratki?
Procedura pomiarowa w kratkach wentylacyjnych polega na wyznaczeniu prędkości średniej, a następnie
przemnożeniu jej przez pole powierzchni wypływu powietrza. Aby tego dokonać, dzielimy domyślnie kratkę na
pola o równej powierzchni. Takich pól powinno być co najmniej cztery, a ich wymiary raczej nie większe niż 15x15
cm (rys. 1a). Za pomocą anemometru dokonujemy pomiaru prędkości w środku każdego pola, a wyniki
uśredniamy. Jako zasadę w pomiarach kratek przyjmuje się dwukrotne określenie prędkości czy wydajności.
Jeżeli otrzymane wyniki nie różnią się o więcej niż 10%, jest to dla nas wskazanie o poprawnie wykonanym
pomiarze. Ostateczny wynik może być wtedy średnią z dwukrotnie zmierzonych wydajności.
Istnieje jeszcze jeden sposób na określenie prędkości średniej w kratce wentylacyjnej. Polega on na stopniowym,
równomiernym przesuwaniu sondy anemometru z jednoczesnym zapamiętywaniem i uśrednianiem wyników.
Pozwala na to większość nowoczesnych anemometrów skrzydełkowych (fot. 1 – przyrząd wielofunkcyjny z sondą
anemometru skrzydełkowego o średnicy 60 mm TESTO), które są wyposażone w funkcję uśredniania w czasie.
Aby dokonać pomiaru, umieszczamy sondę w jednym z rogów kratki, uruchamiamy funkcję uśredniania,
przesuwamy równomiernie sondę po całej powierzchni wypływu, a na koniec zatrzymujemy uśrednianie (rys. 1b).
Należy pamiętać, aby przesuwać sondę niezbyt szybko, tak aby skrzydełko anemometru, o pewnej bezwładności,
zdążyło dostosować obroty do prędkości w poszczególnych punktach kratki. Trzeba zaznaczyć jednak, że
metoda ta nie jest zalecana przez większość wytycznych pomiarowych, a przez niektóre wręcz wyraźnie
zabroniona. Dokładność takiego pomiaru zależy w dużej mierze od umiejętności osoby, która go wykonuje.
Jednak, jak wykazuje praktyka, jeśli badanie zostało przeprowadzone poprawnie, jego wyniki nie odbiegają od
tych, które uzyskuje się w metodzie z podziałem na równe powierzchnie. Jednocześnie jest to pomiar szybki i
wygodny.
Rys.1 Pomiar wydajności kratek wentylacyjnych: a) podział na pola o równej powierzchni; b)
równomierne przesuwanie sondy po powierzchni kratki
Do pomiaru wydajności kratek najlepiej nadają się, wspomniane już wcześniej, anemometry skrzydełkowe.
Najlepiej takie o średnicach sond znacznie większych od stopnia perforacji powierzchni czołowej kratki. Z
występujących na rynku, można polecić te z sondami co najmniej fi60 mm (fot. 2 - nasadka pomiarowa firmy
TESTO przeznaczona do pomiarów wydajności wywiewników). Zastosowanie anemometru skrzydełkowego
czasami niesie za sobą ograniczenia. Minimalna mierzona prędkość to 0,2÷0,25 m/s. Nie ma więc sensu
dokonywanie pomiaru, jeśli prędkość w kratce jest niższa. Trzeba też czasami pamiętać o prędkości
dopuszczalnej, która dla sond o większej średnicy wynosi 12÷15 m/s. Jej przekroczenie najprawdopodobniej
spowoduje mechaniczne uszkodzenie takiej sondy.
Niestety dokładny pomiar powyższymi metodami, za pomocą anemometrów skrzydełkowych, jest możliwy tylko w
„typowych kratkach”, to znaczy kratkach o niewielkim stopniu przesłonięcia powierzchni przez elementy kierujące
(łopatki) i równoległym wypływie strumieni powietrza. W innych elementach, takich jak: nawiewniki szczelinowe,
wirowe, anemostaty czy zawory, występuje bardziej złożona struktura przepływu.
Jak mierzyć wydajność innych nawiewników?
Jeżeli jesteśmy w stanie zidentyfikować wielkość powierzchni i kierunki wypływu strumieni, możemy pokusić się o
pomiar prędkości w szczelinach czy otworach nawiewnych za pomocą termoanemometru. Działanie takie jednak,
dla większości typów nawiewników, obarczone będzie znacznym błędem. Aby wyniki były jak najbardziej
wiarygodne warto zastosować różnego rodzaju nasadki pomiarowe. Rolą takiej nasadki jest sprowadzenie
przepływu do bardziej regularnej formy, możliwej do przeprowadzenia pomiaru. Sam pomiar odbywa się wtedy
nie na powierzchni wypływu z nawiewnika czy wywiewnika, a w przekroju samej nasadki pomiarowej (rys. 2 -
zasada działania nasadki pomiarowej).
Do określania wydajności większych elementów nie są stosowane nasadki do mierników prędkości, a
samodzielne przyrządy pomiarowe, zwane często balometrami (fot. 3 - urzadzenie pomiarowe AccuBalance firmy
TSI). Mierniki tego typu składają się ze szczelnego rękawa obejmującego całą powierzchnię nawiewnika oraz
elementów pomiarowych, najczęściej w postaci rurek spiętrzających. Standardowa dokładność pomiaru wynosi
±5%.
Dokonywanie pomiaru takimi urządzeniami jest bardzo wygodne, a co najważniejsze bardzo szybkie. Czasami
mogą one jednak ograniczać dostęp do elementów regulacyjnych nawiewnika i wtedy nie jest możliwy
jednoczesny pomiar i nastawianie przepływu. Ale poza tym drobnym mankamentem, generalnie można
powiedzieć, że jest to obecnie najlepszy przyrząd do pomiaru wydajności elementów nawiewnych i wywiewnych.
Jak zmierzyć wydajność poprzez pomiar ciśnienia?
Każdy element powinien mieć, w katalogu producenta, zamieszczoną charakterystykę spadku ciśnienia w funkcji
przepływu. Z danych tych można pośrednio skorzystać w celu określenia wydajności. Najpierw należy zmierzyć
nadciśnienie w przewodzie przed nawiewnikiem, a następnie korzystając z charakterystyki, wyznaczyć przepływ
odpowiadający temu nadciśnieniu. Trzeba jednak pamiętać, że króćcem pomiarowym, osadzonym w ściance
przewodu, mierzymy ciśnienie statyczne. Charakterystyki oporów podają zwykle ciśnienie całkowite przed
nawiewnikiem. Aby z nich skorzystać, należy skorygować odczytaną wielkość o wartość ciśnienia dynamicznego.
Poza tym, wykresy oporów sporządzane są dla pewnych specyficznych warunków np. pełnego otwarcia
przepustnicy w skrzynce nawiewnika. Dlatego też skuteczność stosowania tej metody
pomiarowej jest ograniczona.
Dla niektórych elementów, producenci podają specjalne charakterystyki do określania wydajności poprzez pomiar
ciśnienia. Przykładem mogą być zawory nawiewne lub wyciągowe. Pomiar ciśnienia odbywa się za pomocą rurki
wsuniętej przez szczelinę zaworu (rys. 3). Na podstawie tak zmierzonego ciśnienia, można odczytać wydajność,
korzystając z charakterystyki regulacyjnej.
Rys.3 Pomiar ciśnienia za zaworem wyciągowym i charakterystyka regulacyjna (HALTON)
O nawiewnikach wyposażonych w elementy pomiarowe
Zdecydowanie najłatwiejszy jest pomiar i regulacja wydajności nawiewnika, który jest do tego specjalnie
przygotowany tj. zaopatrzony w odpowiednie elementy pomiarowe. Możliwe są dwa rozwiązania pomiaru
wydajności.
• Pierwsze polega na podaniu przez producenta, zależności pomiędzy nadciśnieniem w skrzynce rozprężnej i
strumieniem przepływającego powietrza. Oczywiście nawiewnik powinien być zaopatrzony w rurkę impulsową do
podłączenia mikromanometru. Na podstawie odczytanego nadciśnienia określamy przepływ. W trakcie ustawiania
wydajności nawiewnika, tak przymykamy przepustnicę regulacyjną, aby uzyskać nadciśnienie odpowiadające
wymaganemu przepływowi (rys. 4).
Rys.4 Pomiar i regulacja na podstawie nadciśnienia w skrzynce rozprężnej nawiewnika
Fot4 Skrzynka rozprężna z pomiarem przepływu i przepustnicą regulacyjną (ABB)
Powyższa metoda ma zastosowanie zarówno dla nawiewników, jak i wywiewników jednak wymaga podania
charakterystyk dla wszystkich par nawiewnik+skrzynka rozprężna.
• Bardziej zaawansowanym rozwiązaniem – jednak tylko dla nawiewników – jest zainstalowanie kompletnego
elementu pomiarowego w króćcu przyłącznym skrzynki. W przeciwieństwie do poprzedniej metody, pomiar jest
prawidłowy, niezależnie od rodzaju podłączonego do skrzynki nawiewnika (fot. 4). Zasada pomiaru oraz sposób
obliczania strumienia powietrza pokazany został na rys. 5. Podczas pomiaru rurki impulsowe oraz cięgno
regulacyjne przechodzą przez nawiewnik, a po pomiarze chowane są do skrzynki. Dodatkowo cały element
regulacyjny można wyjąć, co bardzo ułatwia dostęp do przewodów w celu czyszczenia instalacji.
Rys.5 Pomiar za pomocą elementu pomiarowego w króćcu skrzynki rozprężnej (ABB)
Gdy zawiodą wszystkie sposoby...
Czasami – ze względu na brak odpowiedniej aparatury, charakterystyk elementu czy utrudniony dostęp – nie
można dokonać pomiaru na samym nawiewniku. Należy pamiętać, że gdy nie ma sposobu na skuteczny pomiar
na nawiewniku, to zawsze można określić strumień w przewodzie przyłącznym, w pewnej odległości od
nawiewnika. Stosujemy wtedy wszelkie zasady dotyczące pomiarów przepływu w sieci przewodów
wentylacyjnych.
dr inż. Jacek Hendiger
Instytut Ogrzewnictwa i Wentylacji Politechniki Warszawskiej