Testo 400 - Praktický průvodce měření proudění vzduchu v klimatizačních a ventilačních systémech (I)
V dnešní době trávíme většinu dne v uzavřených místnostech. Proto se instalují systémy vytápění, ventilace a klimatizace (HVAC), které mají zajistit příjemné vnitřní podmínky. Ventilace je zde zvláště důležitá. Nejedná se pouze o přivádění čerstvého vzduchu, ale také o odvod znečišťujících látek, například odstranění přebytečné vlhkosti z místností.
Zajištění adekvátní výměny vzduchu a tím i stanovení objemového průtoku je důležitým faktorem kvality, pokud jde o uvádění do provozu a provoz systémů HVAC. Spolehlivé stanovení rychlosti proudění vzduchu v kanálech je jedním z nejnáročnějších měření, které musí provést ventilační a klimatizační technik.
1. Význam rychlosti proudění vzduchu
V souladu s mottem: „Čím více, tím lépe“, pracují systémy HVAC často s příliš vysokými objemy vzduchu. Tento nadměrný požadavek vede ke zvýšení provozních nákladů. Náklady na energii pro ventilační zařízení stoupají, protože musí být přesunuto větší množství vzduchu v celém systému. Náklady na klimatizaci vzduchu (chlazení, vytápění, zvlhčování nebo odvlhčování) jsou také vysoké a mohou být sníženy při správném nastavení systému. V důsledku velké výměny vzduchu dochází často k průvanu v místnosti, což způsobuje, že se lidé necítí příjemně.
Na druhé straně může být problém s příliš nízkým objemem. Lidé v místnosti mají příliš málo čerstvého vzduchu k dýchání. Vnitřní vzduch je „vydýchaný“ kvůli vysokému obsahu CO2 v místnosti. Nízké objemové průtoky mohou mít také negativní dopady na hygienu systému: existuje riziko vzniku bakterií v systému, když je pohyb zvlhčeného vzduchu v kanále příliš pomalý. Správně nastavený systém HVAC proto pomáhá nejen udržet komfortní vnitřní klima, ale také šetřit náklady.
2. Měření správné rychlosti vzduchu
Klíčovým parametrem pro vyhodnocení funkční schopnosti systému HVAC je objemový průtok vzduchu. To je produkt rychlosti proudění a oblasti potrubí. Jelikož v praxi není rychlost proudění v celém průřezu kanálu stejná, nestačí měření jednotlivých bodů pro stanovení průměrné rychlosti proudění vzduchu. Zdroje rušení, jako jsou tlumiče, kolena a podobně, mají vliv na rychlostní profil v kanále, což znamená, že musí být prováděno tzv. síťové měření na několika místech v kanále.
Aby bylo možné splnit požadavky na kvalitu, pokud jde o stanovení objemového průtoku, existují různé standardy po celém světě, které se zabývají správným měřením rychlostí proudění. Kromě normy EN 12599, která je vedoucím standardem v Německu a v mnoha částech Evropy, existují také EN 16211 a ASHRAE 111. Veškeré metody mají společné, že jsou body měření rozloženy v příčném průřezu vzduchotechnického kanálu podle jeho velikosti v souladu s definovanými specifikacemi, které se liší u hranatých a kruhových kanálů, a že hodnoty jsou zprůměrovány.
Nyní se podíváme na správné měření objemového průtoku podle EN 12599.
3. Správné místo měření
Rozhodujícím faktorem smysluplného měření je výběr vhodného bodu měření. Ten je určen autorem v plánu provedení (plán projektu). Zde je třeba vzít v úvahu následující kritéria:
- Body měření proudění vzduchu musí být stanoveny u všech hlavních potrubí a na přívodních kanálů do místností.
- Musí být dodrženy minimální vzdálenosti od přerušení: minimálně 6krát vyšší než je hydraulický průměr ve směru proudu a 2krát vyšší než hydraulický průměr proti směru proudu
- Body měření musí být snadno přístupné a musí být dostatek prostoru pro manipulaci s měřidlem.
- Proudění nesmí mít žádný zpětný proud nebo víření
Výpočet hydraulického průměru Dh pro různé tvary vzduchotechnického kanálu.
3.1. Profily proudění ve vzduchotechnickém kanálu
Vzduch, který proudí kanálem, nemá jednotnou rychlost. Vzduch uprostřed proudu proudí zpravidla rychleji než u stěny kanálu. U stěny kanálu je kvůli tření větší odpor a ten je třeba překonat. Rozlišujeme dva základní profily proudění:
Laminární proudění.
Laminární proudění zahrnuje rovnoměrné proudění vzduchu s rovnoběžným průběhem linií proudění. Ve středu kanálu nejsou žádné turbulence ani rozdíly maximálních rychlostí. Průměrná rychlost proudění je přibližně ve třetině průměru kanálu. Jakmile se rychlost vzduchu zvyšuje, laminární proudění se stále více přeměňuje na proudění turbulentní.
Turbulentní proudění.
V tomto případě jsou rychlosti proudění do značné míry totožné napříč průměrem kanálu, avšak rychlosti dramaticky klesají u jeho stěn. Průtokové linie jsou nesměrové, jinými slovy se vzduch pohybuje chaoticky a s vysokým stupněm tření.
Všem smíšeným formám mezi těmito dvěma ideálními formami je možné s každým zdrojem rušení (jako jsou tlumiče, kolena, ventily, regulátory objemového průtoku atd.), změnit profil proudění.
V praxi je tzv. síťové měření v celém průřezu kanálu nepostradatelné pro reprodukovatelné výsledky.
Laminární a turbulentní rychlost proudění vzduchu. V závislosti na rychlosti proudění se generují různé profily proudění.
3.2. Vzdálenost od zdroje rušení
Ideální profily proudění se nacházejí výhradně ve velmi dlouhých kanálech, které vedou v přímé linii a kde nejsou žádné zdroje rušení. Z tohoto důvodu je třeba dodržet minimální vzdálenosti od zdroje rušení.
Při dostatečně velké vzdálenosti od zdroje rušení, může být značně sníženo množství bodů měření, které je třeba měřit napříč průřezem kanálu.
V praxi tlumiče, ventily, kolena a jiné ohyby brání vytvoření konzistentního proudění. Za nepříznivých okolností to vede k tomu, že maximální profil proudění není ve středu potrubí, ale je posunut směrem k okraji, v horších případech mohou také vzniknout zpětné proudy nebo oblasti bez proudění.
Zpětné proudy se zpravidla zmenšují po vzdálenosti 2násobku hydraulického průměru od zdroje rušení, avšak profil proudění je tak silně zkreslený, že je zapotřebí velký počet bodů měření, aby se zachovala nízká nejistota měření.
Nepravidelnosti v profilu proudění se snižují s tím, jak se vzdálenost od zdroje rušení zvyšuje. Čím větší je vzdálenost od zdroje rušení, tím je rovnoměrnější profil proudění a přesnější měření nebo menší počet požadovaných bodů měření.
Digitální měřicí přístroje: teploměry, vlhkoměry, měřiče proudění; přístroje pro zaregulování vzduchotechniky; systémy pro validaci čistých prostorů, měření turbulencí, kvality ovzduší, hlukoměry, luxmetry, analyzátory kouřových plynů; detektory, ...