Obliczanie kanałów wentylacyjnych według prędkości i przepływu + sposoby pomiaru przepływu powietrza w pomieszczeniach

Zrównoważona wymiana powietrza to podstawa dobrego samopoczucia i wydajności ludzi. Czyż nie? Aby jednak stworzyć komfortowe warunki w pomieszczeniach mieszkalnych i przemysłowych, ważne jest prawidłowe wykonanie obliczeń kanałów wentylacyjnych pod kątem prędkości i przepływu oraz zapewnienie efektywnego trybu przepływu strumieni powietrza.

Następnie opowiemy, co jest potrzebne do obliczenia kanałów wentylacyjnych, jakie metody i urządzenia są używane do pomiaru prędkości strumienia powietrza.

Czym jest kanał wentylacyjny?

Kanał wentylacyjny – główny element systemu dystrybucji powietrza. Stanowi zespół metalowych lub plastikowych rur umieszczonych w celu zapewnienia bilansu powietrza. Zasada działania kanału wentylacyjnego polega na nawiewie i wywiewie powietrza za pomocą specjalnych wentylatorów.

Podstawowe cechy kanału wentylacyjnego:

• kształt (okrągły lub prostokątny);
• pole przekroju;
• sztywność (elastyczne, półelastyczne i sztywne).

Od tych cech zależy wydajność systemu wentylacji i jego funkcjonalność ogólnie.

Należy wybrać kanał wentylacyjny o prostokątnym przekroju, jeśli ważne jest, aby był niewidoczny. Taki kanał łatwo schować na górnej powierzchni szafek.

Prawidłowy dobór parametrów kanału wentylacyjnego z uwzględnieniem wszystkich cech pomieszczenia zapewni jego długotrwałą i efektywną pracę.

Algorytm wykonywania obliczeń

Podczas projektowania, regulacji lub modyfikacji już działającego systemu wentylacyjnego obowiązkowo wykonuje się obliczenia kanału wentylacyjnego. Jest to konieczne, aby prawidłowo określić jego parametry z uwzględnieniem optymalnych charakterystyk wydajności i hałasu w aktualnych warunkach.

Przy wykonywaniu obliczeń duże znaczenie mają wyniki pomiarów przepływu i prędkości ruchu powietrza w kanale wentylacyjnym.

Przepływ powietrza – objętość masy powietrza dostająca się do systemu wentylacji w jednostce czasu. Z reguły wskaźnik ten jest mierzony w m³/h.

Prędkość przepływu – wielkość, która pokazuje, jak szybko powietrze przemieszcza się w systemie wentylacji. Wskaźnik ten jest mierzony w m/s.

Jeżeli znane są te dwa wskaźniki, można obliczyć pole przekrojów okrągłych i prostokątnych, a także ciśnienie potrzebne do pokonania lokalnego oporu lub tarcia.

Sporządzając schemat, należy wybrać kąt widzenia z elewacji budynku znajdującej się w dolnej części planu. Kanały wentylacyjne przedstawiane są za pomocą ciągłych grubych linii.

Najczęściej stosuje się następujący algorytm przeprowadzania obliczeń:

1. Sporządzenie schematu aksonometrycznego, w którym wymienione są wszystkie elementy.
2. Na podstawie tego schematu oblicza się długość każdego kanału.
3. Mierzy się przepływ powietrza.
4. Określa się prędkość przepływu i ciśnienie na każdym odcinku systemu.
5. Przeprowadza się obliczenia strat tarcia.
6. Z wykorzystaniem odpowiedniego współczynnika przeprowadza się obliczenia strat ciśnienia przy pokonywaniu lokalnego oporu.

Podczas wykonywania obliczeń na każdym odcinku sieci dystrybucji powietrza uzyskuje się różne wyniki. Wszystkie dane należy wyrównać za pomocą przepustnic z gałęzią o największym oporze.

Obliczanie pola przekroju i średnicy

Prawidłowe obliczenie pola przekrojów okrągłych i prostokątnych jest bardzo ważne. Nieodpowiedni rozmiar przekroju uniemożliwi zapewnienie prawidłowej równowagi powietrza.

Zbyt duży kanał wentylacyjny zajmie dużo miejsca i zmniejszy efektywną powierzchnię pomieszczenia. Jeśli wybierze się zbyt mały rozmiar kanałów, pojawią się przeciągi, ponieważ wzrośnie ciśnienie przepływu.

Aby obliczyć wymagane pole przekroju poprzecznego (S), należy znać wartości przepływu i prędkości powietrza.

Do obliczeń stosuje się następujący wzór:

S = L/3600*V,

przy czym L – przepływ powietrza (m³/h), a V – jego prędkość (m/s);

Korzystając z poniższego wzoru, można obliczyć średnicę kanału wentylacyjnego (D):

D = 1000*√(4*S/π), gdzie

S – pole przekroju poprzecznego (m²);

π – 3,14.

Jeżeli planuje się montaż prostokątnych, a nie okrągłych kanałów wentylacyjnych, zamiast średnicy określa się wymaganą długość/szerokość kanału powietrznego.

Wszystkie uzyskane wartości porównuje się z normami GOST i wybiera produkty najbliższe pod względem średnicy lub pola przekroju poprzecznego

Przy wyborze takiego kanału wentylacyjnego w obliczeniach bierze się przybliżony przekrój. Stosuje się zasadę a*b ≈ S, gdzie a – długość, b – szerokość, a S – pole przekroju poprzecznego.

Zgodnie z normami, stosunek szerokości do długości nie powinien przekraczać 1:3. Należy również korzystać z tabeli standardowych wymiarów dostarczonej przez producenta.

Najczęściej spotykane są wymiary kanałów prostokątnych: minimalne gabaryty – 0,1 m x 0,15 m, maksymalne – 2 m x 2 m. Zaletą okrągłych kanałów wentylacyjnych jest mniejszy opór, a co za tym idzie, generują one mniej hałasu podczas pracy.

Obliczanie strat ciśnienia na oporach

W miarę przepływu powietrza przez przewód powstaje opór. Aby go pokonać, wentylator nawiewnika wytwarza ciśnienie, które mierzy się w paskalach (Pa).

Stratę ciśnienia można zmniejszyć, zwiększając przekrój kanału wentylacyjnego. Można przy tym zapewnić w przybliżeniu taką samą prędkość przepływu w sieci.

Aby dobrać odpowiednią instalację nawiewną z wentylatorem o wymaganej wydajności, należy obliczyć stratę ciśnienia na pokonanie lokalnego oporu.

Stosuje się ten wzór:

P=R*L+Ei*V2*Y/2, gdzie

R – jednostkowa strata ciśnienia na tarcie na danym odcinku kanału wentylacyjnego;

L – długość odcinka (m);

Ei – sumaryczny współczynnik straty lokalnej;

V – prędkość powietrza (m/s);

Y – gęstość powietrza (kg/m3).

Wartości R określane są według norm. Wskaźnik ten można również obliczyć.

Jeśli przekrój kanału wentylacyjnego jest okrągły, straty ciśnienia na tarcie (R) oblicza się w następujący sposób:

R = (X*D/B) * (V*V*Y)/2g, gdzie

X – współczynnik oporu tarcia;

L – długość (m);

D – średnica (m);

V – prędkość powietrza (m/s), a Y – jego gęstość (kg/m³);

g – 9,8 m/s².

Jeśli natomiast przekrój nie jest okrągły, a prostokątny, do wzoru należy podstawić alternatywną średnicę równą D = 2AB/(A + B), gdzie A i B to boki.

Oprogramowanie do wykonywania obliczeń

Wszystkie obliczenia można wykonać ręcznie, ale wygodniej i szybciej jest skorzystać ze specjalistycznych programów.

Za pomocą takich programów można nie tylko dokładnie wykonać niezbędne obliczenia, ale także przygotować rysunki.

W razie potrzeby do wykonywania obliczeń można skorzystać ze specjalistycznego oprogramowania. Wyeliminuje to ewentualne błędy, które mogą odegrać fatalną rolę podczas eksploatacji. Do programu wprowadza się wartości początkowe i już po kilku sekundach można uzyskać dokładne wyniki obliczeń.

Vent–Calc – funkcjonalna aplikacja do obliczania kanałów wentylacyjnych. Do obliczeń wykorzystuje się wartości przepływu i prędkości powietrza, a także temperatury.

MagiCAD – wykonuje wszelkiego rodzaju obliczenia dla sieci inżynieryjnych, obrazy przedstawione są w formatach 2D i 3D.

GIDRV – program do obliczeń wszystkich parametrów kanałów wentylacyjnych. Przewidziana jest możliwość doboru dowolnych kombinacji parametrów w celu osiągnięcia najlepszych wskaźników pracy.

Ducter 2.5 – narzędzie dokładnie obliczające średnice przekrojów kanałów wentylacyjnych. Idealnie nadaje się do doboru ich typów.

Rysunki sporządzane w tych programach pozwalają dokładniej zobaczyć schemat rozmieszczenia wszystkich komponentów systemu i zapewnić ich najbardziej efektywną pracę.

Pomiar prędkości i przepływu powietrza

Podczas wykonywania pomiarów ważne jest odpowiednie dobranie przyrządów i metod, a także przestrzeganie procedur wykonania pomiarów.

Urządzenia używane do pomiarów

Najczęściej stosowane są następujące rodzaje przyrządów kontrolno-pomiarowych:

• ultradźwiękowy anemometr 3D – wykonuje pomiary na podstawie zmiany częstotliwości dźwięku między określonymi punktami;
• rurka Pitota – rejestruje różnicę między ciśnieniem statycznym a całkowitym;
• termoanemometr – określa prędkość przepływu na podstawie szybkości spadku temperatury czujnika.
• skrzydełkowy anemometr – wykonuje pomiary na podstawie zmiany prędkości obrotowej wirnika.
• bolometr – określa przepływ powietrza poprzez koncentrację strumienia w punkcie pomiaru, przy czym przekrój ustalany jest wcześniej.

Wiele przyrządów z tej listy jest dość drogich i rzadkich. Można je wypożyczyć i przeprowadzić pomiary samodzielnie, ale lepiej wezwać doświadczonego inżyniera regulacji, który zna wszystkie niuanse wykonywania prac pomiarowych.

Rurka Pitota stosowana jest w zestawie z czujnikami. Jest to prosty w użyciu przyrząd. Rurka jest wyprowadzana otwartym końcem naprzeciwko strumienia powietrza, a drugi jej koniec podłącza się do manometru.

Pomiar prędkości jest niezbędny nie tylko do wykonywania obliczeń, ale także do kontroli parametrów higienicznych powietrza w pomieszczeniu. W ciągu pewnego okresu czasu nieuchronnie następuje zanieczyszczenie kanałów wentylacyjnych i przewodów.

W takich przypadkach połączenia mogą ulec rozszczelnieniu, wydajność urządzenia spada. Ponadto pomiary są niezbędne przy planowej konserwacji, czyszczeniu i naprawie systemu wentylacji.

Podczas wykonywania pomiarów należy przestrzegać szeregu zasad. Po pierwsze, prędkość powietrza jest regulowana normami budowlanymi i standardami. Należy kierować się tymi wartościami.

Dopuszcza się niewielkie odchylenia od tych parametrów w przypadku szczególnych okoliczności technicznych. Na przykład przy instalacji sprzętu, wykonywaniu prac naprawczych itp.

Po drugie, podczas wykonywania pomiarów należy również uwzględniać normy czynników towarzyszących – poziomy hałasu i wibracji, które są określone w dokumentach regulacyjnych.

Przekroczenie tych norm wskazuje na niedociągnięcia systemu wentylacji. Prędkość powietrza nie powinna mieć żadnego wpływu na te wskaźniki.

Metody wykonywania pomiarów przepływu powietrza

Na etapie rozruchu należy koniecznie wykonać pomiary objętościowego przepływu powietrza w systemie wentylacji i klimatyzacji. Zapewni to możliwość jakościowego ustawienia systemu i jego bezawaryjnej pracy.

Takie pomiary wykonuje się bezpośrednio w kanale wentylacyjnym lub na kratce wlotowej. Istnieje kilka prostych metod.

Pomiary na dyfuzorach sufitowych

Najczęściej do pomiarów tą metodą stosuje się bolometr. Należy zamknąć dyfuzor, a górny konfuzor przyłożyć do sufitu. Trzeba zmierzyć zarówno całkowitą objętość wyciągu powietrza z pomieszczenia, jak i strumień nawiewu.

Bolometr charakteryzuje się wysoką dokładnością dzięki temu, że wbudowany w niego prostownik przepływu zmniejsza prawdopodobieństwo błędu. Pomimo tego, że urządzenie wygląda na nieporęczne, jest dość lekkie – jego waga nie przekracza 3 kg

W niektórych źródłach do pomiarów zaleca się użycie sondy, wkładając ją w szczelinę między lamelami dyfuzora w celu uzyskania uśrednionego wyniku.

To podejście jest nieskuteczne z dwóch powodów:

1. Turbulencja przepływów jest bardzo wysoka, dlatego rzeczywistego przepływu nie można zobaczyć.
2. Nie można ustawić sondy bezpośrednio zgodnie z przepływem. Wyniki pomiarów i tak będą zniekształcone.

Zatem nie warto tracić czasu na zbędne manipulacje sondą. Istnieją o wiele prostsze i dokładniejsze sposoby pomiarów.

Istnieje jeszcze jedna metoda wykonania pomiarów według tej techniki. Zakłada ona obecność odcinka prostego i równomiernego przepływu. Pomiary wykonuje się przez wcześniej wykonane otwory.

Ta metoda charakteryzuje się wysoką dokładnością, ale nie zawsze są warunki do jej realizacji. Nie wszędzie są odcinki proste, czasami nie można przygotować dwóch otworów do pomiarów. Co więcej, do realizacji tej metody potrzeba kilku osób: jedna musi wykonywać pomiary, druga – trzymać drabinę i tak dalej.

Biorąc pod uwagę wszystko powyższe, jeśli trzeba uzyskać szybki i dokładny wynik bez zbędnego wysiłku – należy skorzystać z bolometru.

Pomiary na kratce wentylacyjnej

Do wykonywania czynności kontrolno-pomiarowych według tej metody stosuje się termoanemometr z wirnikiem o średnicy od 60 do 100 mm. Wirnik powinien być porównywalny z wymiarami kratki.

Termoanemometr – wielofunkcyjne urządzenie, które może być używane nie tylko do pomiaru prędkości powietrza, ale także do pomiaru innych parametrów. Takie urządzenie będzie bardzo przydatne w domu. Kupując termoanemometr, lepiej wybrać urządzenie z funkcją analizy i dokumentacji danych.

Metoda ta zapewnia wysoką dokładność wyników, a liczba wykonywanych pomiarów jest przy tym minimalna. Aby uzyskać dostęp do trudno dostępnych miejsc, można użyć specjalnego przedłużacza lub sondy teleskopowej.

Pomiary w przewodzie wentylacyjnym

Do wykonywania pomiarów używa się specjalnie wykonanego otworu roboczego w ścianie kanału wentylacyjnego.

Ważne jest przestrzeganie następujących warunków:

• wielkość przekroju tego otworu musi dokładnie odpowiadać średnicy sondy;
• miejsce do pomiarów należy starannie dobierać. Otwór wierci się tylko na prostym odcinku, którego długość musi wynosić co najmniej 5 średnic przewodu. Otwór należy umieścić tak, aby odległość przed nim wynosiła 3 średnice, a za nim — 2 średnice rury.

W przypadku wykonywania pomiarów wewnątrz przewodu wentylacyjnego, należy użyć przyrządu z wirnikiem o średnicy od 16 do 25 mm. Jeśli przewód znajduje się wysoko, z pomocą przyjdzie sonda teleskopowa lub przedłużacz.

Zasady używania urządzeń pomiarowych

Podczas pomiaru prędkości przepływu powietrza i jego strumienia w systemie wentylacji i klimatyzacji konieczny jest właściwy dobór przyrządów oraz przestrzeganie następujących zasad ich eksploatacji.

Pozwoli to uzyskać dokładne wyniki obliczeń przewodu wentylacyjnego, a także sporządzić obiektywny obraz systemu wentylacji.

Aby zarejestrować średnie wartości strumienia, należy wykonać kilka pomiarów. Ich liczba zależy od średnicy rury lub od wymiarów boków, jeśli kanał jest prostokątny.

Należy przestrzegać zakresu temperatur podanego w karcie katalogowej przyrządu. Należy również dbać o położenie czujnika sondy. Powinien być zawsze skierowany dokładnie naprzeciwko strumienia powietrza.

Jeśli nie będzie się przestrzegać tej zasady, wyniki pomiarów będą zniekształcone. Im większe będzie odchylenie czujnika od idealnego położenia, tym większy będzie błąd.

Podsumowanie i przydatny film na ten temat

Urządzanie wentylacji domu:

Zatem bardzo ważne jest przestrzeganie zasad wykonywania pomiarów, ponieważ najmniejszy błąd może wpłynąć na wyniki obliczeń.

Prawidłowe obliczenia przewodu wentylacyjnego pozwolą dobrać optymalną konfigurację i niezbędne komponenty, a tym samym zapewnione zostanie niezawodne i wydajne działanie wentylacji.

Jeśli mają Państwo pytania lub mogą Państwo uzupełnić materiał cennymi informacjami, prosimy o pozostawienie komentarzy i podzielenie się doświadczeniem. Blok kontaktowy znajduje się pod artykułem.