Jak określić ciśnienie wentylatora: sposoby pomiaru i obliczania ciśnienia w systemie wentylacyjnym

Jeśli poświęca Pan/Pani wystarczającą uwagę komfortowi w domu, to zapewne zgodzi się Pan/Pani, że jakość powietrza powinna być na jednym z pierwszych miejsc. Świeże powietrze jest korzystne dla zdrowia i myślenia. Do ładnie pachnącego pomieszczenia nie wstyd zapraszać gości. Wietrzenie każdego pomieszczenia dziesięć razy dziennie to niełatwe zadanie, prawda?

Wiele zależy od wyboru wentylatora, a przede wszystkim jego ciśnienia. Ale zanim określi się ciśnienie wentylatora, należy zapoznać się z niektórymi parametrami fizycznymi. Proszę przeczytać o nich w naszym artykule.

Dzięki naszemu materiałowi pozna Pan/Pani wzory, dowie się Pan/Pani o rodzajach ciśnienia w systemie wentylacyjnym. Przedstawiamy informacje o całkowitej wysokości podnoszenia wentylatora oraz dwóch sposobach jej pomiaru. W rezultacie będzie można samodzielnie zmierzyć wszystkie parametry.

Ciśnienie w systemie wentylacyjnym

Aby wentylacja była skuteczna, należy odpowiednio dobrać ciśnienie wentylatora. Istnieją dwa sposoby samodzielnego pomiaru wysokości podnoszenia. Pierwszy sposób – bezpośredni, polegający na pomiarze ciśnienia w różnych miejscach. Drugi sposób – obliczenie 2 rodzajów ciśnienia z 3 i uzyskanie na ich podstawie nieznanej wartości.

Ciśnienie (określane również jako wysokość podnoszenia) bywa statyczne, dynamiczne (prędkościowe) i całkowite. Według tego ostatniego wskaźnika wyróżnia się trzy kategorie wentylatorów.

Do pierwszej kategorii zalicza się urządzenia o wysokości podnoszenia < 1 kPa, do drugiej – 1–3 kPa i więcej, do trzeciej – powyżej 3–12 kPa i więcej. W budynkach mieszkalnych stosuje się urządzenia pierwszej i drugiej kategorii.

Charakterystyka aerodynamiczna wentylatorów osiowych na wykresie: Pv – ciśnienie całkowite, N – moc, Q – przepływ powietrza, ƞ – sprawność, u – prędkość, n – częstotliwość obrotów

W dokumentacji technicznej wentylatora zazwyczaj podaje się parametry aerodynamiczne, w tym ciśnienie całkowite i statyczne przy określonej wydajności. W praktyce parametry „fabryczne” i rzeczywiste często się nie pokrywają, a wynika to z cech konstrukcyjnych systemów wentylacyjnych.

Istnieją międzynarodowe i państwowe normy mające na celu zwiększenie dokładności pomiarów w warunkach laboratoryjnych.

W Rosji zwykle stosuje się metody A i C, w których ciśnienie powietrza za wentylatorem określa się pośrednio, na podstawie ustalonej wydajności. W różnych metodach w obszar wylotu włącza się lub nie włącza piastę wirnika.

Wzory do obliczania wysokości podnoszenia wentylatora

Ciśnienie stanowi stosunek działających sił do powierzchni, na którą są skierowane. W przypadku kanału wentylacyjnego chodzi o powietrze i przekrój.

Przepływ w kanale rozkłada się nierównomiernie i nie przechodzi pod kątem prostym do przekroju poprzecznego. Nie da się poznać dokładnego ciśnienia na podstawie jednego pomiaru, trzeba będzie znaleźć wartość średnią z kilku punktów. Należy to zrobić zarówno dla wlotu, jak i wylotu z urządzenia wentylacyjnego.

Wentylatory osiowe stosuje się osobno i w kanałach powietrznych; działają one efektywnie tam, gdzie trzeba przenosić duże masy powietrza przy stosunkowo niskim ciśnieniu.

Ciśnienie całkowite wentylatora określa się wzorem Pp = Pp (wyj.) – Pp (wej.), gdzie:

• Pp (wyj.) — ciśnienie całkowite na wylocie z urządzenia;
• Pp (wej.) — ciśnienie całkowite na wlocie do urządzenia.

Dla ciśnienia statycznego wentylatora wzór różni się nieznacznie.

Zapisuje się go jako Pst = Pst (wyj.) – Pp (wej.), gdzie:

• Pst (wyj.) — ciśnienie statyczne na wylocie z urządzenia;
• Pp (wej.) — ciśnienie całkowite na wlocie do urządzenia.

Ciśnienie statyczne nie odzwierciedla potrzebnej ilości energii do jej przekazania systemowi, ale służy jako dodatkowy parametr, na podstawie którego można poznać ciśnienie całkowite. Ten ostatni wskaźnik to podstawowe kryterium wyboru wentylatora: zarówno domowego, jak i przemysłowego. Spadek ciśnienia całkowitego odzwierciedla stratę energii w systemie.

Ciśnienie statyczne w samym kanale wentylacyjnym otrzymuje się z różnicy ciśnienia statycznego na wlocie i wylocie z wentylacji: Pst = Pst 0 – Pst 1. Jest to parametr drugorzędny.

Projektanci podają parametry z uwzględnieniem niewielkiego zanieczyszczenia lub bez niego: na obrazku pokazano niezgodność ciśnienia statycznego tego samego wentylatora w różnych sieciach wentylacyjnych

Prawidłowy wybór urządzenia wentylacyjnego obejmuje następujące niuanse:

• obliczenie przepływu powietrza w systemie (m³/s);
• dobór urządzenia na podstawie takiego obliczenia;
• określenie prędkości na wylocie według wybranego wentylatora (m/s);
• obliczenie Pp urządzenia;
• pomiar ciśnienia statycznego i dynamicznego w celu porównania z całkowitym.

Do obliczenia miejsca pomiaru ciśnienia orientuje się na średnicę hydrauliczną kanału powietrznego. Określa się ją wzorem: D = 4F / P. F to pole przekroju rury, a P to jej obwód. Odległość do określenia miejsca pomiaru na wlocie i wylocie mierzy się liczbą D.

Jak obliczyć ciśnienie w wentylacji?

Całkowite ciśnienie na wlocie mierzy się w przekroju poprzecznym kanału wentylacyjnego, znajdującym się w odległości dwóch średnic hydraulicznych przewodu (2D). Przed miejscem pomiaru idealnie powinien znajdować się prosty odcinek przewodu o długości co najmniej 4D i niezakłóconym przepływie.

W praktyce powyższe warunki występują rzadko, dlatego przed potrzebnym miejscem instaluje się honeycomb, który prostuje strumień powietrza.

Następnie do systemu wentylacyjnego wprowadza się sondę ciśnienia całkowitego: do kilku punktów w przekroju kolejno – co najmniej w 3. Na podstawie uzyskanych wartości oblicza się średni wynik. U wentylatorów z wlotem swobodnym ciśnienie całkowite na wlocie odpowiada ciśnieniu otoczenia, a nadciśnienie w takim przypadku wynosi zero.

Schemat sondy ciśnienia całkowitego: 1 — rurka pomiarowa, 2 — przetwornik ciśnienia, 3 — komora hamowania, 4 — uchwyt, 5 — kanał pierścieniowy, 6 — krawędź przednia, 7 — krata wlotowa, 8 — normalizator, 9 — rejestrator sygnału wyjściowego, α — kąt przy wierzchołkach, h — głębokość wgłębień

Jeśli mierzy się silny strumień powietrza, to na podstawie ciśnienia należy określić prędkość, a następnie porównać ją z rozmiarem przekroju. Im wyższa prędkość na jednostkę powierzchni i im większa przy tym sama powierzchnia, tym wydajniejszy jest wentylator.

Całkowite ciśnienie na wylocie to pojęcie złożone. Wychodzący strumień ma niejednorodną strukturę, która również zależy od trybu pracy i typu urządzenia. Powietrze na wylocie ma strefy ruchu powrotnego, co komplikuje obliczenia ciśnienia i prędkości.

Nie uda się ustalić prawidłowości dla czasu pojawienia się takiego ruchu. Niejednorodność przepływu sięga 7—10 D, ale wskaźnik można zmniejszyć za pomocą krat prostujących.

Rurka Prandtla jest ulepszoną wersją rurki Pitota: sondy są produkowane w 2 wariantach – dla prędkości mniejszych i większych niż 5 m/s

Czasami na wylocie z urządzenia wentylacyjnego znajduje się kolano obrotowe lub dyfuzor odrywający. W takim przypadku przepływ będzie jeszcze bardziej niejednorodny.

Ciśnienie mierzy się wtedy według następującej metody:

1. Za wentylatorem wybiera się pierwszy przekrój i skanuje go sondą. W kilku punktach mierzy się średnie ciśnienie całkowite i wydajność. Tę ostatnią następnie porównuje się z wydajnością na wlocie.
2. Dalej wybiera się dodatkowy przekrój – na najbliższym prostym odcinku po wyjściu z urządzenia wentylacyjnego. Od początku takiego fragmentu odmierzają 4–6 D, a jeśli długość odcinka jest mniejsza, wybiera się przekrój w najbardziej oddalonym punkcie. Następnie bierze się sondę i określa wydajność oraz średnie ciśnienie całkowite.

Od średniego ciśnienia całkowitego na dodatkowym przekroju odejmuje się obliczeniowe straty na odcinku za wentylatorem. Otrzymuje się ciśnienie całkowite na wylocie.

Następnie porównuje się wydajność na wlocie, a także na pierwszym i dodatkowym przekroju na wylocie. Za prawidłowe należy uznać wskaźnik na wlocie oraz jeden z wskaźników na wylocie – ten bliższy wartości.

Może się zdarzyć, że nie ma prostoliniowego odcinka o wymaganej długości. Wtedy wybiera się przekrój, który dzieli obszar pomiarowy na części w stosunku 3:1. Bliżej wentylatora powinna znajdować się większa część. Pomiarów nie należy przeprowadzać w przeponach, przepustnicach, kolanach i innych połączeniach powodujących zakłócenia przepływu powietrza.

Różnice ciśnienia można rejestrować za pomocą manometrów różnicowych, ciągomierzy zgodnych z GOST 2405-88 oraz manometrów różnicowych zgodnych z GOST 18140-84 z klasą dokładności 0,5–1,0.

W przypadku wentylatorów dachowych ciśnienie całkowite (Pp) mierzy się tylko na wlocie, a na wylocie określa się ciśnienie statyczne. Przepływ prędkości za urządzeniem wentylacyjnym jest tracony prawie całkowicie.

Polecamy również przeczytać nasz artykuł na temat wyboru rur wentylacyjnych.

Cechy obliczania wysokości podnoszenia

Pomiar ciśnienia w środowisku powietrznym jest utrudniony ze względu na szybko zmieniające się parametry. Należy kupować manometry elektroniczne z funkcją uśredniania wyników uzyskiwanych w jednostce czasu. Jeśli ciśnienie gwałtownie skacze (pulsuje), przydadzą się tłumiki (dempfry), które wygładzają różnice.

Należy pamiętać o następujących prawidłowościach:

• ciśnienie całkowite to suma ciśnienia statycznego i dynamicznego;
• całkowite ciśnienie wentylatora powinno być równe stratom ciśnienia w sieci wentylacyjnej.

Pomiar ciśnienia statycznego na wylocie nie stanowi problemu. W tym celu stosuje się rurkę do pomiaru ciśnienia statycznego: jeden koniec wkłada się do manometru różnicowego, a drugi kieruje się do przekroju na wylocie z wentylatora. Na podstawie ciśnienia statycznego oblicza się prędkość przepływu na wylocie z urządzenia wentylacyjnego.

Ciśnienie dynamiczne również mierzy się manometrem różnicowym. Do jego przyłączy podłącza się rurki Pitota-Prandtla. Do jednego złącza – rurkę do pomiaru ciśnienia całkowitego, a do drugiego – do pomiaru ciśnienia statycznego. Otrzymany wynik będzie równy ciśnieniu dynamicznemu.

Aby poznać straty ciśnienia w kanale wentylacyjnym, można kontrolować dynamikę przepływu: gdy wzrasta prędkość powietrza, zwiększa się opór sieci wentylacyjnej. Ciśnienie tracone jest z powodu tego oporu.

Anemometry i termoanemometry mierzą prędkość przepływu w kanale wentylacyjnym przy wartościach do 5 m/s lub większych; anemometr należy wybierać zgodnie z GOST 6376-74.

Wraz ze wzrostem prędkości wentylatora ciśnienie statyczne maleje, a ciśnienie dynamiczne rośnie proporcjonalnie do kwadratu wzrostu przepływu powietrza. Ciśnienie całkowite nie ulegnie zmianie.

Przy prawidłowo dobranym urządzeniu ciśnienie dynamiczne zmienia się wprost proporcjonalnie do kwadratu przepływu, a ciśnienie statyczne – odwrotnie proporcjonalnie. W takim przypadku ilość zużywanego powietrza i obciążenie silnika elektrycznego, jeśli wzrosną, to nieznacznie.

Niektóre wymagania dotyczące silnika elektrycznego:

• mały moment rozruchowy – ze względu na to, że pobór mocy zmienia się zgodnie ze zmianą liczby obrotów doprowadzonych do wirnika;
• duży zapas;
• praca na maksymalnej mocy dla większej oszczędności.

Moc wentylatora zależy od całkowitego ciśnienia, a także od sprawności i przepływu powietrza. Ostatnie dwa wskaźniki korelują z przepustowością systemu wentylacyjnego.

Na etapie projektowania trzeba ustalić priorytety. Uwzględnić koszty, straty użytecznej objętości pomieszczeń, poziom hałasu.

Podsumowanie i przydatny film na ten temat

Przegląd parametrów fizycznych potrzebnych do pomiarów:

Rola ciśnienia w sieci wentylacyjnej:

Wentylator to prosta konstrukcja w postaci koła z łopatkami. Jednocześnie jest to główna część systemu wentylacyjnego. Urządzenie mechaniczne wpływa na ciśnienie w kanale wentylacyjnym i określa efektywność wentylacji.

Jeśli chce Pan/Pani obliczyć ciśnienie wentylatora, proszę zapoznać się z takimi wielkościami jak prędkość, przepływ powietrza, moc. Będzie Pan/Pani lepiej rozumieć istotę pomiarów. Główny wskaźnik, całkowite ciśnienie, należy mierzyć według opisanych przez nas schematów.

Jeśli ma Pan/Pani pytania — proszę je zadać w formularzu pod artykułem. Proszę pisać komentarze i wymieniać się cenną wiedzą z innymi czytelnikami. Być może ma Pan/Pani doświadczenie w projektowaniu systemów wentylacyjnych – będzie ono przydatne w czyjejś konkretnej sytuacji.