Kontinuální měření průtoku pomocí měřicích křížů Airflow
Airflow se dlouhodobě zabývá kontinuálním měřením průtoku vzduchu v potrubí. V tomto článku Vám přiblížíme jednu z realizací na FN Plzeň, kde byly pro měření použity populární měřicí kříže.
Obr. 1 Měřicí kříž v potrubí 500×500 umístěný před tlumičem hluku
Úvod
Mezi požadavky investora resp. MaR byl i požadavek na kontinuální měření průtoku vzduchu a to na přívodech i odvodech jednotlivých VZT zařízení. Na základě projektu byla vytipována nejvhodnější místa pro instalaci měřicích křížů s ohledem na požadavky přímých úseků v místě měření, tak aby bylo dosaženo investorem požadované přesnosti měření ±10 %.
V přípravné fázi naše firma konzultovala a pomohla vytipovat nejvhodnější místa instalace s firmou ELKOM Plzeň, která realizovala projekt MaR. Bylo jasné, že ve většině případů nebudou dodrženy, vzhledem k prostorovým omezením strojoven, požadavky na přímé úseky. Měřicí kříže tak bylo nutné umístit např. ihned za výstupem VZT jednotky, nebo před tlumiče hluku. V extrémních případech se přímé úseky blížili pouze hodnotám 1D, na místo požadovaných 3,5D. V takových případech se při výpočtu rozsahů měřicích křížů resp. převodníků tlaku vychází z teoretických hodnot s tím, že musí být provedeno nastavení a kalibrace po montáži a zprovoznění VZT jednotek. Postup a metodiky jsou popsány dále.
Určení konstanty kříže na základě měření průtoku v potrubí
Na zařízení VZT 90/P1 (Urgentní příjem) vyvstal v důsledku covidových nařízení požadavek na zvýšený přívod vzduchu pro vybrané místnosti. VZT jednotka měla dostatečnou rezervu, jenže po navýšení výkonu na maximum, došlo k překročení rozsahu převodníku PTSXR, který snímal průtok na daném měřicím kříži. Na základě požadavku bylo provedeno síťové měření rychlostního profilu s cílem určit přesně průtok dle ČSN EN 12599 pomocí dynamické rychlostní sondy Airflow (Prandtlova sonda) připojené k multifunkčnímu přístroji TA465P.
Současně byl měřen aktuální barometrický tlak a především teplota měřeného vzduchu (termočlánek K). Kalibrace tak probíhala za skutečných aktuálních podmínek.
Obr. 2 Nastavení nového rozsahu převodníku PTSXR přímo u zákazníka
V tomto případě byl k dispozici dostatečně přímý úsek, bez vnitřních překážek, takže výsledný průtok byl vyhodnocen s celkovou nejistotou měření ±4,3 %. Při měření rychlostního profilu v potrubí byl současně měřen a ukládán do paměti diferenční tlak na měřicím kříži, který byl po skončení měření zprůměrován. Z podílů obou tlaků (diferenčního na kříži a dynamického z rychlostní sondy) byl vypočtena konstanta K. Poté již nebyl problém přenastavit převodník PTSXR na vyšší rozsah (s desetiprocentní rezervou), současně se započtením skutečné konstanty K. Analogový výstup z převodníku tlaku (v tomto případě je to 0–10 V), odpovídá lineárně přímo průtoku. Pozn. Převodník PTSXR má aktivovanou funkci odmocniny, která zajistí právě lineární závislost pro MaR (např. 0 V = 0 m3/hod, 10 V = 8 000 m3/hod).
Určení průtoku na základě síťového měření dle ČSN EN 12599 je doporučeno vždy jako primární metoda kalibrace. Jen v případech, kdy není k dispozici dostatečný přímý úsek potrubí, pro který by stačil rozumný počet měřicích bodů je možné použít jiné metody např. určení průtoku na dýze ventilátoru.
Určení konstanty kříže na základě měření průtoku na dýze ventilátoru
S výjimkou jednoho zařízení objektu psychiatrie (VZT 409.01) jsou použity všude jednotky Fläkt Group s ventilátory od firmy Ziehl-Abegg, které jsou vybaveny odběrem statického tlaku na dýze. Díky druhému odběru statického tlaku před ventilátorovou komorou, lze změřit „aktivní tlak“ jako rozdíl obou tlaků. Na základě dodané konstanty pro každý ventilátor a rovnice je pak možné dopočíst průtok dané VZT jednotky.
Obr. 3 Mikromanometr APM800 s přímou indikací průtoku
Postup určení konstanty K kříže je následující. Po dobu 1 minuty se současně zaznamenávaly hodnoty aktivního tlaku příslušného ventilátoru a diferenční tlak na konkrétním měřicím kříži. Z „aktivního tlaku“ byl současně on-line přepočítávám a indikován i skutečný průtok. Mikromanometr AP800 má tuto rovnici přímo předdefinovanou ve své aplikaci. Z průtoku byl dopočten odpovídající dynamický tlak a následně už jen podílem obou tlaků byla vypočtena konkrétní konstanta K pro daný kříž. Poté už následovalo nastavení rozsahu převodníku (viz předchozí kapitola).
Tato metoda je podstatně rychlejší než standardní měření rychlostního profilu v potrubí. Nezbytnou podmínkou je mít k dispozici přesné konstanty pro daný ventilátor. Současně musí být zajištěny odběry obou statických tlaků (na dýze a před ventilátorovou komorou). Zvláště odběr před ventilátorem musí být proveden tak, aby nedocházelo k ovlivněné měření možným dynamickým tlakem. Při určení konstanty daného ventilátoru berte v potaz i vliv případné mřížky na sání ventilátoru (ta konstantu ovlivňuje). Měření na dýze má současně i svůj limit pro nižší průtoky a samozřejmě je nutným předpokladem nerušený (rovnoměrný) přívod vzduchu před ventilátorem. Výše uvedené je vždy nutné zkonzultovat s dodavatelem ventilátorů nebo jednotek. Při splnění všech podmínek, což byl i tento konkrétní případ, se pak lze dostat k hodnotám nejistoty měření okolo ±8 %.
Určení konstanty kříže na základě měření průtoku na koncových prvcích
Obr. 4 Instalovaný měřicí kříž včetně jeho propojení s převodníkem PVC hadičkami
U zařízení VZT 409.01 (větrání malého přednáškového sálu) byla použita VZT jednotka od firmy Elektrodesign, která nebyla vybavena odběry tlaku na dýze ventilátoru. Současně nebylo možné měřit průtok v potrubí (nedostatečný přímý úsek v kombinaci s nepřístupnými místy za podhledy). Jedinou možností bylo změřit průtok zvlášť přívodní a odtahovou větev na koncových prvcích (na každé větvi 3 anemostaty). K měření průtoku byl použit přístroj Prohood PH731. Součtem ze 3 anemostatů byl určen celkový průtok a z něj pak dopočteny hodnoty pro určení konstanty K pro převodník. Nejistota této metody je cca ±15 % a lze ji použít pouze v nevyhnutelných případech, jako byl tento.
Závěr
Je jasné, že kontinuální monitoring stavu VZT zařízení je dnes naprostým standardem, a to včetně kontroly přívodu a odvodu vzduchu jednotlivých zařízení. Měřicí kříže jsou osvědčené sondy, který lze jednoduše instalovat i do stávajícího potrubí a to i do míst, které nesplňují požadavky na požadované přímé uklidňovací délky potrubí. Je ovšem nutné provést místní „kalibraci“ jejímž cílem je určit právě konstantu K pro dané místo instalace.
K určení konstanty K můžeme doporučit všechny 3 výše uvedené metodiky. Při volbě berte v potaz požadavky MaR (zda postačí určit konstantu pro jeden provozní režim, nebo zda bude požadavek na plynulou přesnou regulaci). Dalším významným požadavkem je přesnost měření (celková nejistota měření). Je jasné, že se lze dostat např. k nejistotě ±5 %, ale tato místní kalibrace je časově hodně náročná. Naopak rychlého a poměrně přesného měření dosáhnete při využití měření průtoku na dýze ventilátoru jednotky. V tomto konkrétním případě bylo ovšem časově náročnější získat potřebná data od výrobce. Vlastní měření je potom výrazně rychlejší. Až jako poslední (krajní) možností je určit konstantu K kříže na základě součtu průtoků na jednotlivých koncových prvcích.
V kombinaci měřicího kříže a převodníku PTSXR je jasně patrná variabilita a flexibilita spojená především s možností místní kalibrace, která poté zajistí dlouholetou bezproblémovou funkci, a to i v případě dodatečných změn rozsahů průtoků atd. Měřicí kříž jako mechanická sonda zůstává a po kalibraci se pouze přenastaví rozsah daného převodníku.
Designové ventilátory ICON, přístroje pro VZT: anemometry, mikromanometry, Prandtlovy sondy, teploměry a termočlánková čidla, vlhkoměry, zvukoměry, ProHood, měření CO₂, MaR: čidla, snímače, převodníky. Odborná školení VZT. Servis a kalibrace.