Problem pomiaru przepływu powietrza

Pomiary w kanałach wentylacyjnych

Wentylacja, jak każda inna instalacja wewnątrz budynku, działa, by dostarczać nam medium, w tym przypadku powietrze, które do prawidłowego funkcjonowania jest nam tak samo potrzebne jak woda. W naszej bazie znajdziecie Państwo artykuły dotyczące jak ważne jest świeże powietrze w pomieszczeniu dla prawidłowego funkcjonowania i jakie znaczenie ma badanie stężenia dwutlenku węgla CO₂. W tym artykule skupimy się na zagadnieniu, jak prawidłowo badać wydatek instalacji wentylacyjnej w czasie rzeczywistym.

Jak mierzyć przepływ powietrza w instalacjach HVAC?

Europejskie przepisy wymuszają coraz wyższą sprawność odzysku w wentylacji i wykorzystania energii elektrycznej na przygotowanie powietrza do odpowiednich parametrów. Coraz częściej wykonywane są systemy BMS inteligentnych budynków, które są w stanie w sposób ciągły sprawdzać pracę poszczególnych instalacji oraz alarmować, jeżeli dzieje się coś niepożądanego. W naszej pracy często spotykamy się z pytaniem instalatorów, działów utrzymania ruchu, projektantów jak wykonać to w sposób prawidłowy. Często jest tak, że coś, co wydaje nam się bardzo skomplikowane, w praktyce w cale takie nie jest.

Nasza firma proponuje kilka urządzeń, które mogą wykonać badanie przepływu powietrza w instalacjach HVAC. Bazujemy na przetwornikach różnicy ciśnienia, które wraz z odpowiednią kryzą pomiarową typu Iris pozwalają na dokładne wskazanie przepływu powietrza w m³/h.

Przyjrzyjmy się na czym polega proponowana zasada pomiaru. Rysunek 1 przedstawiające standardową kryzę pomiarową (przepustnica typu Iris), która posiada już przygotowane króćce pomiarowe do pomiaru spadku ciśnienia na elemencie. Kryza pomiarowa jest równocześnie elementem regulacyjnym – ręczna kierownica pozwala bowiem na zmniejszenie przepływu. Każda przepustnica posiada własną charakterystykę zależności różnicy ciśnienia mierzonego przed i za elementem do przepływu powietrza. Posiada również wyznaczony współczynnik ‘K’, który określa stopień przymknięcia elementu i zmniejszenia przepływu powietrza przez tzw. ‘oczko’. Przykładowy wykres przedstawia rysunek 2.

 

Rysunek 1. Przepustnica typu Iris rozmiar DN125 mm

 

W opisywanym rozwiązaniu podstawą jest zależność przedstawiona jako funkcja matematyczna:

Gdzie :

• q_v – przepływ powietrza [l/s lub m3/h]
• k – współczynnik określający stopień przymknięcia przepustnicy
• Δp_m – różnica ciśnień, badana przed i za elementem kryzującym [Pa]

Dla lepszego zobrazowania tematu warto przeanalizować przykład, w oparciu o wykres przedstawiony na rysunku 2.

 

 

Rysunek 2. Wykres prezentujący zależność różnicy ciśnienia od przepływu powietrza i stopnia przymknięcia przepustnicy.

Dla ułatwienia na czerwono zaznaczony wartość, którą analizujemy w przykładzie. Załóżmy, że na przetworniku różnicy ciśnienia odczytujemy wartość 100 Pa, a kryza jest przymknięta na stopień ‘1’. Według wykresu odczytana wartość powinna być w granicach ~ 140 l/s [504 m³/h]. Podstawmy wartości do wzoru:

138 l/s = 496,8 m³/h

 

Oczywiście wynik obliczeniowy jest zdecydowanie dokładniejszy niż ten, odczytany z wykresu. Jak widać funkcja matematyczna dokładnie odzwierciedla opisaną w formie wykresu zależność.

 

Jaki czujnik przepływu powietrza wybrać?

Do realizacji opisywanego w artykule zadania możemy wykorzystać przetworniki, które podzieliliśmy na dwie kategorie (ze względu na poziom zaawansowania urządzenia):

• Kategoria I – przetwornik, który mierzy wyłącznie różnicę ciśnień (zazwyczaj prostsze i tańsze rozwiązanie, ale przeliczenie na faktyczną ilość powietrza realizowane jest przez urządzenie współpracujące, np. sterownik PLC; dla ułatwienia niektóre przetworniki dają na wyjściu sygnał proporcjonalny do pierwiastka ze zmierzonej różnicy ciśnień (wykorzystywane we wzorze).
• Kategoria II – przetwornik różnicy ciśnienia z funkcją obliczeń matematycznych, który na podstawie zmierzonej różnicy ciśnień i wprowadzonego do pamięci przetwornika wartości współczynnika ‘K’ wylicza i na wyjściu podaje wynik wyrażony w [m³/h].

Mierniki (przetworniki) przepływu powietrza – które najlepsze rozwiązanie?

Do opisanej wyżej kategorii I należy przetwornik z serii 699 firmy Huba Control. Są to chętnie stosowane w systemach HVAC, BMS urządzenia pomiarowe szwajcarskiego producenta, które cechuje niezawodność i wysoka jakość.

Podstawowe parametry przetworników różnicy ciśnień 699:

• Zakres pomiarowy: konfigurowany (0…50 Pa, 0…100 Pa, 0…300 Pa LUB 0…500 Pa, 0…1000 Pa, 0…1600 Pa – zależy od modelu przetwornika).
• Wyjście analogowe: konfigurowane (0…10 V / 0…20 mA / 4…20 mA (3-żyłowy) / 4…20 mA (2-żyłowy)).
• Zasilanie: konfigurowane (13.5…33 VDC / 24 VAC / 8…33 VDC (2-żyłowy) – dot. wyjścia 4…20 mA (2-żyłowego)).
• Filtracja pomiarów: konfigurowana (ON / OFF).
• Działanie wyjścia: konfigurowane (liniowe / pierwiastkowe).

Opisane przetworniki różnicy ciśnień Huba Control posiadają wyjścia analogowe, proporcjonalne do zmierzonej różnicy ciśnień. Zaletą rozwiązania jest możliwość aktywowania funkcji liczenia pierwiastka ze zmierzonej różnicy ciśnień, co ułatwia sprawę wyliczeń (po stronie układu sterowania) przepływu. Parametry przetworników można zmienić we własnym zakresie, podczas instalacji (służą do tego odpowiednio opisane przełączniki typu DIP-Switch).

Do kategorii II możemy zaliczyć programowalny przetwornik parametrów powietrza APONE z serii SiOne – model Si-D50R2…

• Zakres pomiarowy: programowalny (w zakresie 0…500 Pa).
• Interfejs: RS-485 (Modbus RTU) lub Ethernet (Modbus TCP).
• Wyjścia analogowe:
  • Typ wyjść: programowalny (0…5V, 0…10V, 0…20mA lub 4…20mA).
  • Liczba wyjść: do trzech wyjść analogowych (wyjścia proporcjonalne do zmierzonej różnicy ciśnień, do zmierzonego przepływu, do zmierzonej temperatury, …).
• Dodatkowe funkcje:
  • Funkcja pomiaru temperatury (w zakresie -10…+60 °C).
  • Funkcje matematyczne: możliwość wprowadzenia współczynnika ‘k’ do przeliczenia wydatku (przepływu) powietrza.
• Zasilanie: 5…27 VDC, 11.5…32 VDC / 24 VAC ± 5% (opcja …-HV)

 

Jak realizować pomiar wydatku powietrza w strefie Ex?

W portfolio firmy posiadamy również przetwornik różnicy ciśnień w wykonaniu przeciwwybuchowym, również do aplikacji morskich, również do pracy w trudnych warunkach (specjalna obudowa, grzałki do pracy w niskich temperaturach, …). Przetworniki z serii ExCos-P-… firmy Schischek mogą pracować w strefach : 1, 2, 21, 22 i są to urządzenia z wyżej opisanej kategorii I.

Podstawowe parametry przetworników różnicy ciśnień z serii ExCos-P-…:

• Zakres pomiarowy: od -100 Pa do +7500 Pa (zależy od modelu).
• Wyjście analogowe: konfigurowalne (0…10 V, 0…20 mA, 4…20 mA)
• Zasilanie: 24 VDC lub 24 VAC
• Wyświetlacz LCD (aktualna wartość + parametryzacja, przy użyciu przycisków).
• Wykonania specjalne:
  • Opcja -CT (obudowa pokryta Amercoatem; do aplikacji morskich)
  • Opcja -OCT (obudowa pokryta Amercoatem (do aplikacji morskich; wersja Offshore)
  • Opcja -A (dodatkowe wyjście 0(4)…20mA do zewn. wyświetlacza EX)

Gdzie szukać informacji na temat przetworników różnicy ciśnień i przepływu?

Zapraszamy na naszą stronę internetową gdzie znajdziecie Państwo jeszcze więcej informacji na temat proponowanych przez firmę produktów: https://www.apautomatyka.pl/