Pomiar przepływu powietrza w instalacji wentylacyjnej (cz. I i II)

Autor: Jacek HENDIGER  |  data: 24.05.2005

Prowadzenie pomiarów parametrów powietrza jest podstawową drogą do oceny prawidłowości funkcjonowania instalacji wentylacyjnej. Porównanie z wartościami projektowanymi, uzyskiwanej temperatury, ciśnienia, czy przepływu oraz odpowiednie wyregulowanie układu jest warunkiem do odbioru instalacji po jej wykonaniu. Na podstawie pomiaru strumienia objętości powietrza możemy ocenić poprawność pracy układu oraz podejmować działania związane z jego naprawą.

Określenie przepływu w przewodzie wentylacyjnym

Wartość strumienia objętości jest iloczynem prędkości średniej i pola przekroju poprzecznego przewodu. Drogą do obliczenia strumienia powietrza w przewodzie wentylacyjnym jest określenie prędkości średniej w przekroju pomiarowym. Jedną z podstawowych metod wyznaczania prędkości średniej jest tzw. "sondowanie". Badanie polega na pomiarach prędkości w poszczególnych punktach pomiarowych przekroju, a następnie wyliczeniu średniej arytmetycznej.

Rozmieszczenie punktów pomiarowych

W przypadku kanałów prostokątnych najwygodniej jest podzielić przekrój pomiarowy na pola o równej powierzchni. Zalecana liczba pól to od 16 do 64. Przez otwory wywiercone w ściance przewodu wprowadza się sondę pomiarową i mierzy prędkości w środkach wyznaczonych pól. Otrzymane wyniki należy uśrednić. W przypadku przewodów o przekroju kołowym, rozłożenie punktów pomiarowych na średnicy nie jest równomierne i trzeba je każdorazowo wyliczyć. Pomiary wykonuje się na dwóch prostopadłych średnicach. Ostateczny wynik jest także średnią arytmetyczną, podobnie jak w przekroju prostokątnym. Na rys. 1 podano odległości punktów pomiarowych od ścianki przewodu w funkcji jego średnicy. (...)

Rys. 1. Rozmieszczenie punktów pomiarowych wg metody podziału na pola o równej powierzchni

Przyrządy do pomiaru prędkości
Podstawowym, najbardziej znanym przyrządem do pomiaru prędkości w przewodzie wentylacyjnym jest rurka Prandtla. Sygnałem wyjściowym z rurki jest ciśnienie dynamiczne, będące różnicą pomiędzy ciśnieniem całkowitym a statycznym. Wyliczenia prędkości w każdym punkcie można dokonać po zastosowaniu zależności:

(...)

Rys. 3. Rurki Prandtla: a) pomiar prędkości za pomocą rurki Prandtla i miernika różnicy ciśnienia (Testo), b) rurka teleskopowa (Airflow), c) rurki Prandtla, w tym rurka ze zintegrowanym czujnikiem temperatury (Kimo)

Lokalizacja przekrojów pomiarowych

Dokładność pomiaru wymaga, aby przepływ był ustabilizowany, a strumień jak najmniej zakłócony. Aby badanie było poprawne trzeba zachować odpowiedni odstęp od elementów zakłócających takich jak kolana, trójniki, przepustnice i inne elementy sieci kanałów. Szczególnie nie wskazany jest pomiar bezpośrednio za wentylatorem gdzie w przekroju mogą występować prędkości o znaku przeciwnym do głównego kierunku ruchu powietrza. Długości prostych odcinków przewodu, wyrażone jako wielokrotność średnicy przewodu D powinny wynosić: 8-10 D przed przekrojem pomiarowym i 3-4 D za miejscem sondowania. W pomiarach technicznych można te odcinki nieco zmniejszyć i przyjąć ok. 4 D przed i 1-2 D za przekrojem. W rzeczywistym układzie wentylacyjnym, znalezienie odpowiednio długiego, prostego odcinka może być trudne. Należy wtedy wyznaczyć przekrój pomiarowy w miejscu gdzie spodziewane są najmniejsze zaburzenia przepływu oraz zagęścić siatkę punktów pomiarowych. Norma PN-EN12599 podaje zależność pomiędzy odległością od miejsca zaburzeń przepływu, uzyskiwaną niepewnością pomiaru, a wymaganą minimalną liczbą punktów pomiarowych w przekroju.

Rys. 3. Elementy pomiarowe wbudowywane w sieć przewodów wentylacyjnych: a) pierścień pomiarowy (FläktWoods), b) kryza IRYS (FläktWoods), c) kryzy IRYS, w tym kryza z możliwością zamknięcia przepływu (Systemair)

Pomiar wydajności kratki wentylacyjnej

W przypadku kratek wentylacyjnych, procedura pomiarowa polega na wyznaczeniu prędkości średniej, a następnie przemnożeniu jej przez pole powierzchni wypływu powietrza. Aby tego dokonać trzeba podzielić domyślnie kratkę na pola o równej powierzchni. Takich pól powinno być co najmniej cztery, a ich wymiary raczej nie większe niż 15x15 cm (rys. 7a.). Za pomocą anemometru dokonuje się pomiaru prędkości w środku każdego pola, a wyniki uśrednia. Jako zasadę w pomiarach kratek przyjmuje się dwukrotne określenie prędkości czy wydajności. Wyniki nie różniące się o więcej niż 10%, wskazują o prawidłowości dokonanego pomiaru. Inna metoda, pomiaru wydajności kratki, polega na stopniowym, równomiernym przesuwaniu sondy anemometru z jednoczesnym zapamiętywaniem i uśrednianiem wyników. Pozwala na to większość anemometrów skrzydełkowych, które są wyposażone w funkcję uśredniania w czasie. Aby dokonać pomiaru, umieszcza się sondę w jednym narożniku kratki, uruchamia funkcję uśredniania, przesuwa równomiernie sondę po całej powierzchni wypływu, a na koniec zatrzymuje uśrednianie (rys. 7b). Należy pamiętać, aby przesuwać sondę nie zbyt szybko, tak aby skrzydełko anemometru, o pewnej bezwładności, zdążyło dostosować obroty do prędkości w poszczególnych punktach kratki. Prędkość przesuwu sondy powinna być rzędu 1/5 prędkości mierzonej.

Rys. 5. 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. Wskazane są takie o średnicach sond znacznie większych od stopnia perforacji powierzchni czołowej kratki. Z występujących na rynku, można polecić te z sondami co najmniej ok. 60 mm, często wchodzącymi w skład uniwersalnych zestawów pomiarowych ). Zastosowanie anemometru skrzydełkowego, w pewnych przypadkach, niesie ze sobą ograniczenia. Minimalna mierzona prędkość to 0,20÷0,25 m/s. Trzeba także czasami pamiętać o prędkości dopuszczalnej, która dla sond o większej średnicy wynosi ok. 12÷15 m/s. Jej przekroczenie najprawdopodobniej spowoduje mechaniczne uszkodzenie anemometru. Niestety dokładny pomiar podobnymi metodami, za pomocą anemometrów skrzydełkowych, jest możliwy tylko dla kratek typowych, o niewielkim stopniu przesłonięcia powierzchni przez elementy kierujące (łopatki) i równoległym wypływie strumieni powietrza. Dla innych elementów, takich jak nawiewniki szczelinowe, wirowe, anemostaty czy zawory, występująca bardziej złożona struktura przepływu, w zasadzie uniemożliwia zastosowanie powyższej metody.
(...)

Dokładność pomiarów

Pomiary kontrolne pracy instalacji wentylacyjnej wykonywane są na różnych etapach funkcjonowania obiektu. Począwszy od uruchamiania instalacji, regulacji układu, sprawdzenia urządzeń, poprzez późniejsze modernizacje, czy wykrywanie usterek, zawsze niezbędny jest pomiar wielkości fizycznych. Uzyskane dane trzeba jednak odpowiednio zinterpretować tak, aby ocenić jakość pracy instalacji i stwierdzić, czy uzyskiwane parametry są odpowiednie i zgodne z projektem. Do niedawna informacje na ten temat można było znaleźć w normie PN-78/B-10440 pt. Urządzenia wentylacyjne. Wymagania i badania przy odbiorze. W grudniu 2002 roku ustanowiona została nowa norma PN-EN 12599 Wentylacja budynków - Procedury badań i metody pomiarowe dotyczące odbioru wykonanych instalacji wentylacji i klimatyzacji, która dodatkowo opisuje sposoby wykonywania pomiarów.

Określanie wydajności nawiewnika poprzez pomiar ciśnienia


Każdy element powinien mieć, w katalogu producenta, zamieszczoną charakterystykę spadku ciśnienia w funkcji przepływu. Z tych danych można pośrednio skorzystać w celu określenia wydajności. Można bowiem zmierzyć nadciśnienie w przewodzie przed nawiewnikiem, a następnie z charakterystyki wyznaczyć odpowiadający temu nadciśnieniu przepływ. Trzeba tylko pamiętać, że króćcem pomiarowym, osadzonym w ściance przewodu, mierzymy ciśnienie statyczne. Charakterystyki oporów podają zwykle ciśnienie całkowite przed nawiewnikiem. Aby z nich skorzystać, należy je skorygować 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.
(...)

http://www.instalsystem.pl/document,,id,16689,pageNo,1.html

---