Pomiary natężenia przepływu powietrza

Firma KIMO jest francuskim producentem urządzeń pomiarowych - mierników przenośnych, czujników, manometrów cieczowych oraz sond. Mierniki przenośne produkowane przez firmę, w zależności od ilości mierzonych parametrów, są podzielone na trzy klasy 100, 200 i 300. Klasa 100 i 200 to urządzenia służące do pomiaru jednego parametru, klasa 300 to urządzenia wielofunkcyjne, zapewniające kompleksowy pomiar parametrów powietrza.

Do prawidłowej pracy instalacji wentylacyjnej czy klimatyzacyjnej konieczne jest osiągnięcie zaprojektowanych parametrów. Najczęściej ich wielkości mierzone są bezpośrednio w przewodach lub w okolicach kratek wentylacyjnych i nawiewników. Istotnym parametrem podlegającym ocenie jest prędkość oraz ilość przepływającego powietrza. Pomiar ten powinien być dokonywany w przewodzie. Służy do tego sonda anemometryczna cieplno-oporowa lub rurki Pitota.
W przypadku rurki Pitota przyrządem pomiarowym jest sztywna rurka zakrzywiona pod kątem prostym. Zakończona otworami krótsza część przeznaczona jest do pomiaru ciśnienia całkowitego. Dłuższa część rurki zakończona jest dwoma otworami. Jeden z nich służy do pomiaru ciśnienia statycznego a drugi do ciśnienia całkowitego.
W celu określenia prędkość przepływającego powietrza należy zmierzyć wielkość ciśnienia dynamicznego. Wartość tę uzyskuje się nie wprost. Jest ona różnicą pomiędzy ciśnieniem całkowitym a ciśnieniem statycznym. Wartość prędkości dla temperatury +200C można obliczyć zgodnie ze wzorem:



gdzie:
Pd - wartość ciśnienia dynamicznego (Pa)
Jeśli wartość ciśnienia będzie podana w mmH2O wzór przyjmie postać:

Pomiar może się okazać bardziej skomplikowany jeśli temperatura przepływającego powietrza będzie inna niż +20oC. Wówczas należy posłużyć się wzorem:

gdzie:
K - współczynnik przeliczeniowy rurki Pitota (dla rurek produkowanych przez KIMO wynosi on 1,0015)
Θ - temperatura powietrza (oC)
Po - ciśnienie barometryczne (Pa)
Pd - ciśnienie dynamiczne (Pa)


Aby uniknąć konieczności ciągłego przeliczania wartości prędkości dla różnych temperatur powietrza, firma opracowała typ rurki Pitota, która jest zintegrowana z sondą temperaturową, termoelektryczną. Taki przyrząd umożliwia bezpośredni odczyt prędkości na manometrze klasy 200 lub 300.
Rurka Pitota ma szereg zalet:
• trwałość i niezawodność przyrządu pomiarowego (raz wykonana rurka nie musi być więcej kalibrowana),
• możliwość pomiaru dużych prędkości, nawet do 100 m/s,
• możliwość stosowania do pomiarów w przewodach z powietrzem zanieczyszczonym cząstkami ciał stałych, pomiar dla czynnika o temperaturze od 0 do +600oC.
Istnieją również pewne ograniczenia w zastosowaniu rurek min. brak możliwości stosowania dla prędkości poniżej 2 m/s.
Ponadto przy pomiarach w przewodzie istnieje konieczność wykonania kilku a czasem nawet kilkunastu odczytów by prawidłowo określić prędkość. Z uwagi na przepływ turbulentny nie można dokonać odczytu wyłącznie w jednym punkcie przewodu. Wykonując pomiary należy się posłużyć normą PN-EN 12599. Punktu pomiarowe dla przewodu prostokątnego i okrągłego przedstawiono na rysunkach. Dla takiej metodyki niepewność pomiarów pozostanie nie większa niż 2% odczytu.
Dla przewodu prostokątnego należy podzielić przekrój pomiarowy na pola o równej powierzchni. Pól tych powinno być od 16 do 64. Dla przewodu okrągłego rozmieszczenie punktów pomiarowych przedstawiono w poniższej tabeli:
Tabela 1 - Rozmieszczenie punktów pomiarowych w przewodzie okrągłym:

Punkt
Odległość od ścianki do punktu pomiarowego (D

1
0,044 D

2
0,146 D

3
0,296 D

4
0,704 D

5
0,854 D

6
0,956 D

Punkt
Odległość od ścianki do punktu pomiarowego (D>150 mm)

1
0,026 D

2
0,082 D

3
0,146 D

4
0,226 D

5
0,342 D

6
0,658 D

7
0,774 D

8
0,854 D

9
0,918 D

10
0,974 D
Prędkość wynikowa jest średnią z pomiarów we wszystkich punktach.


Do ciągłego monitorowania prędkości powietrza w przewodzie firma oferuje grupę urządzeń pod nazwą DEBIMO. Są to zespoły elementów, działające na tej samej zasadzie co rurka Pitota, połączone ze sobą i wbudowane na stałe w przewód. Pomiar następuje jednocześnie w kilku czasem w kilkunastu punktach, co gwarantuje dokładność uzyskanego wyniku. Zasadę instalacji i sposób pomiaru zilustrowano na rysunku nr 4. Podobnie jak w przypadku klasycznej rurki Pitota bezpośrednio mierzone są wielkości ciśnienia całkowitego i statycznego.
Do odczytów wartości ciśnienia dynamicznego, zarówno przy zastosowaniu rurki Pitota jak i DEBIMO, można stosować oprócz mierników przenośnych, również manometry cieczowe.
Bezpośredni pomiar prędkości przepływającego powietrza zarówno w przewodzie jak i w kratce wentylacyjnej mogą zapewnić sondy anemometryczne cieplno-oporowe. Czujnikiem pomiarowym w takiej sondzie jest element wykonany najczęściej z platyny, wolframu lub niklu. Na skutek przepływającego przez element prądu, wydziela się ciepło powodujące wzrost temperatury. Czujnik ustawiony prostopadle do strumienia przepływającego powietrza będzie chłodzony tym intensywniej, im większa jest prędkość omywającego go powietrza.
W sondzie mierzony jest bezpośrednio opór elektryczny czujnika, który jest z kolei funkcją temperatury.


Sonda cieplno-oporowa umożliwia pomiar prędkości w zakresie od 0 do 30 m/s. Maksymalny błąd pomiarowy wynosi +/-3% odczytu i nie więcej niż #0,03 m/s w zakresie od 0 do 3 m/s i +/-0,1 m/s. Dodatkowo dzięki umieszczeniu w sondzie elementu Pt100 istnieje możliwość odczytu temperatury w zakresie od -20 do +80oC.
Z uwagi na punktowy rodzaj pomiaru, dla kratek wentylacyjnych zaleca się dodatkowe zastosowanie dysz pomiarowych. Są to elementy w kształcie stożka, wykonane z Fiberglassu. Dysze pomiarowe posiadają różne rozmiary i dobiera się je w zależności od rodzaju kratki wentylacyjnej. Pomiar polega na odczycie prędkości. W celu uzyskania wydajności należy otrzymany wynik (prędkość) pomnożyć przez współczynnik przeliczeniowy nasady. Pomiar z wykorzystaniem dyszy przedstawiono na fotografii.


Pomiary sondą cieplno-oporową podlegają jednak pewnym ograniczeniom. Pomiar dokonywany w przewodzie musi się odbywać w kilku lub w kilkunastu punktach, podobnie jak przy pomiarach z użyciem rurki Pitota. Ponadto czujnik nie jest odporny na zanieczyszczenia powietrza, istnieje możliwość uszkodzenia, oraz na wysokie temperatury. Maksymalna temperatura gazu przy jakiej można dokonać pomiaru wynosi +80 0C. Zaletą w porównaniu do rurki Pitota jest zdolność pomiaru niewielkich prędkości od 0 m/s oraz uzyskanie bezpośredniego wyniku bez konieczności przeliczania dla różnych wartości temperatury.
Typowym elementem służącym do pomiaru prędkości w kratkach wentylacyjnych są sondy anemometryczne skrzydełkowe. W sondzie tej liczba obrotów wirnika przekłada się bezpośrednio na prędkość strugi gazu. Firma oferuje trzy sondy skrzydełkowe o średnicach 100 mm, 70 mm i 16 mm.
Sonda 100 mm umożliwia pomiar prędkości w zakresie od 0,2 do 35 m/s z maksymalnym błędem +/-2% i nie więcej niż +/-0,06 m/s w zakresie od 0,2 do 3 m/s i +/-0,2 m/s dla prędkości powyżej 3 m/s. Sonda 70 mm umożliwia pomiar prędkości w zakresie od 0,3 do 35 m/s z błędem pomiaru #2% i nie więcej niż #0,1 m/s. Dodatkowo sondy 100 i 70 mają wbudowany czujnik temperatury umożliwiający pomiar w zakresie od -20 do +800C. Sonda O16 mm pozwala na pomiar prędkości w zakresie od 0,6 do 40 m/s z błędem pomiarowym +/-2% odczytu i nie więcej niż #0,1 m/s.
Podobnie jak przy pomiarze sondą cieplno-oporową, odczytu należy dokonać w kilku/kilkunastu punktach by pomiar był prawidłowy. Do sondy 100 mm firma zaprojektowała dyszę pomiarową, której zastosowanie jest analogiczne jak dla sondy cieplno-oporowej.
Alternatywą dla pomiarów sondami w kilku/kilkunastu punktach jest zastosowanie balometru - urządzenia pomiarowego składającego się z sondy, zintegrowanego kołnierza zakładanego na kratkę oraz z urządzenia do odczytu. Pomiar jest dokonywany na tej samej zasadzie jak w sondzie cieplno-oporowej(DBM200) lub rurce Pitota (DBM700). Dwa urządzenia pomiarowe oferowane przez KIMO mają zakres pomiarowy odpowiednio DBM200 od 0 do 300 m3/h i DBM700 od 85 do 4000 m3/h. Błąd pomiarowy dla przepływomierza DBM200 wynosi +/-2% i nie więcej niż +/-2 m3/h w zakresie od 0 do 40 m3/h oraz +/-5 m3/h w zakresie powyżej 40 m3/h. DBM700 dokonuje pomiarów z błędem maksymalnym +/-3% i nie więcej niż +/-10 m3/h. Dla DBM700 oferowane jest ponadto oprogramowanie służące do analizowania pomiarów.
Zastosowanie mierników gwarantuje szybki i dokładny pomiar prędkości oraz ilości powietrza w instalacjach wentylacyjnych i klimatyzacyjnych.
Dystrybucją KIMO w Polsce zajmuje się firma aereco wentylacja sp. z o.o.
Więcej informacji o urządzeniach można uzyskać na stronie www.kimo.pl
mgr inż. Marcin Gasiński
Doradca techniczny
aereco wentylacja Sp. z o.o.

Fotografie:
fot. 1. Pomiar przepływu sondą skrzydełkową
fot. 2. Pomiar przepływu w kratce z zastosowaniem nasady pomiarowej
fot. 3. Balometr
Rysunki:
rys. 1. Pomiar temperatury powierzchni sondą kontaktową
rys. 2. Lokalizacja punktów pomiarowych dla przewodu prostokątnego lub kratki
rys. 3. Lokalizacja punktów pomiarowych dla przewodu okrągłego lub kratki