Problem techniczny nr I004

Trawersowanie kanałów w celu pomiaru wartości średniej.

Dlaczego skróty często okazują się dłuższe.

Podczas pomiaru prędkości powietrza w kanałach wentylacyjnych lub na kratkach, dyfuzorach i innych urządzeniach wentylacyjnych, ważne jest wykonanie całej serii pomiarów na przekroju strumienia w celu wyznaczenia prędkości średniej. W ten sposób można wyznaczyć dokładną wartość aktualnego natężenia przepływu.

Zbyt często wykonywany jest tylko jeden błyskawiczny pomiar za pomocą rurki Pitota i manometru wewnątrz kanału lub anemometrem na wylocie kanału. Najczęściej pomiar jest dokonywany w środku strumienia (najczęściej najwyższa prędkość) prowadząc do błędnych wyników obliczeń wszystkich powiązanych parametrów i nastaw. W rezultacie wentylator, położenia przepustnic, punkty dystrybucji powietrza są źle wyregulowane co jest nieopłacalne zarówno ekonomiczne jak i ekologicznie.

Morale niedługo podupadnie i nie będzie dłużej ochoty ani siły słuchać słów wyrzutu i wyjaśniać że jest za ciepło lub za zimno, ani oglądać rachunków za duże zużycie energii. Dodatkowe koszty i czas pociągnie za sobą ponowne wzywanie inżyniera dla prawidłowej regulacji systemu. Wszystko z powodu niedopatrzenia i bezmyślnego wykonywania pomiarów przy pierwotnej regulacji systemu wentylacyjnego. Jednakże są i dobre wieści. Te problemy i kolejne próby mogą być prawie zawsze uniknięte przez zastosowanie się do kilku prostych, dobrze znanych i przy pewnym doświadczeniu szybkich, podstawowych zasad.

PRZEPŁYW W KANAŁACH

Najczęściej stosowanym i akceptowanym międzynarodowo sposobem dokładnego wyznaczania natężenia przepływu w systemie wentylacyjnym jest metoda trawersowania kanału statyczną rurką Pitota podłączoną do mikromanometru lub przetwornika różnicy ciśnień. Pomiary mogą być także wykonywane termoanemometrem, ale należy zwracać uwagę na wpływ błędów ustawienia czujnika w strumieniu (patrz Problem techniczny I001) i na fakt, że wyniki mogą nie być wystarczająco dokładne lub akceptowalne.

Aby rozpocząć należy wybrać odcinek kanału o ścianach równoległych posiadający proste odcinki o długości przynajmniej 6 średnic albo przekątnych przed punktem pomiarowym i przynajmniej 4 średnice albo przekątne za.

Otwory wywiercone w ścianie powinny mieć średnicę zapewniającą swobodne włożenie rurki Pitota. Jest ważne aby pracować zgodnie z międzynarodowo ustaloną procedurą. Jedna z nich jest zalecana przez międzynarodową normę ISO3966 i jej brytyjskiego odpowiednika BS1042 część 2.1. Położenie punktów pomiarowych określa zasada Log Czebyszew dla kanałów prostokątnych i Log Linear dla okrągłych. Alternatywne procedury oparte o podobne zasady są publikowane przez AMCA w USA i VDI w RFN.

Jest pożądane aby natężenie przepływu w czasie wykonywania pomiarów utzrymywało się na stałym stabilnym poziomie. Kolejne pomiary prędkości są wykonywane w punktach zazanczonych na rysunkach. Do obliczenia całkowitej średniej wartości prędkości w kanale, należy obliczyć średnią z pierwiatków kwadratowych wszystkich wyników pomiarów. W praktyce można obliczyć pierwiastek ze średniej wartości ciśnienia dynamicznego, co nie wprowadzi znaczącego błędu o ile poszczególne wyniki pomiarów nie będą odbiegać o więcej niż ±25% od wartości średniej. Opisane dalej wzory stanowia podstawę do dokładnego obliczenia średniej prędkości z korekcją od pozostałych parametrów. Jak tylko wyznaczona zostanie rzeczywista średnia prędkość sprawą prostą staje się obliczenie natężenia przepływu - wystarczy pomnożenie przez pole przekroju kanału.

Obliczenia prędkości powietrza w jednostkach S.I.

Podstawowym wzorem do obliczania prędkości na podstawie ciśnienia dynamicznego jest . Jest on prawdziwy tylko dla gęstości powietrza wynoszącej 1.2 kg/m3. Dla warunków niestandardowych wzór ten przyjmuje postać:

gdzie:

V = prędkość m/s
B = ciśnienie barometryczne mbar
T = temperatura bezwzględna K (= t°C + 273 gdzie t - temperatura strumienia)
P_s = ciśnienie statyczne Pa
P_v = ciśnienie dynamiczne Pa
Wyrażeniejest poprawką ze względu na ciśnienie statyczne w kanale i zwykle może być pominięte jeśli P_s nie przekracza 2500 Pa

Powyższy rysunek obowiązuje gdy stosunek średnicy kanału do średnicy głowicy rurki wynosi conajmniej 32. Pełne informacje na ten temat zawiera norma BS 1042 część 2,1.

Pozycje kolejnych punktów pomiarowych i linii trawersowania względem długości boków dla kanałów prostokątnych.

Liczba punktów pomiarowych na linii trawersowania	Pozycje względem wewnętrznej ściany
5	0.074, 0.288, 0.5, 0.712, 0.926
6	0.061, 0.235, 0.437, 0.563, 0.765, 0.939
7	0.053, 0.203, 0.366, 0.5, 0.634, 0.797, 0.947

Zasada Log Czebyszewa dla kanałów prostokątnych

Odległość między kolejnymi punktami pomiarowymi nie może przekraczać 200mm.

PRZEPŁYW NA WYLOTACH

Kilka podejść może być adaptowanych do pomiarów prędkości na kratkach, dyfuzorach i innych podobnych urządzeniach.Ze względu na dużą różnorodność konstrukcji anemostatów, dokładne pomiary mogą się okazać utrudnione bez zastosowania dzwonów pomiarowych. W stanie nieskalibrowanym zapewniają tylko możliwość proporcjonalnej regulacji rozpływu powietrza bazując na rozkładzie procentowym względem wydajności wentylatora głównego lub przepływu w kanale głównym zmierzonym metodą trawersowania. Jednakże zastosowanie kalibrowanych dzwonów (Patrz AIRCONE) pochodzących od reputowanego producenta, jak AIRFLOW^TM, zapewnia przeprowadzenie wiarygodnych pomiarów. Alternatywnym praktycznym sposobem, ale nie tak dokładnym sposobem przeprowadzenia pomiaru na obiekcie jest wykonanie samodzielne dzwonu z tektury, arkusza tworzywa sztucznego lub metalowej blachy. Powinien on posiadać równoległe ściany wygładzające strumień o długości przynajmniej dwóch przekątnych mierzonej kratki. Stosując kalibrowany anemometr turbinkowy lub termoanemometr można trawersować wylot takiego dzwonu w równych odstępach na całej jego powierzchni aby wyznaczyć profil prędkości. Obliczając wartość średnią z wszystkich pomiarów i mnożąc przez pole przekroju dzwonu otrzymuje się bardziej wiarygodny wynik niż po dokonaniu jednego tylko pomiaru.

PODSUMOWANIE

Informacje są teraz jasne dla operatorów systemów wentylacyjnych oraz inżynierów uruchamiających i regulujących. Zła praca systemu klimatyzacyjno-wentylacyjnego to marnowanie energii i wyrzucanie pieniędzy w kanał. Skracanie sobie drogi przy wykonywaniu pomiarów na starcie w celu zaoszczędzenia kilku minut może kosztować wiele godzin zakłóceń w pracy systemu i wiele pieniędzy w celu przywrócenia go do stanu normalności. Może też dać szansę konsultantowi nadzorującemu inwestycję do wstrzymania i opóźnienia zapłaty przez inwestora. Zatem wykorzystaj czas do zastosowania powyższych prostych wskazówek prowadzących prosto do celu, dających dobrą podstawę do pracy i ponad wszystko stosuj przyrządy pomiarowe dobrej jakości, z jasno określoną dokładnością (Patrz Problem techniczny I002), produkowany przez renomowanego producenta, który dostarcza certyfikat kalibracji zgodny z międzynarodowymi standardami. Pod koniec dnia reputacja inżyniera, zapłata za wykonaną pracę oraz przyszłe interesy będą zależeć nie od "skrótów" ale zadowolonego klienta i utrzymywania urządzeń w dobrym stanie.