Stały pomiar strumienia przepływu powietrza dzięki modułom DEBIMO

Nie możesz kontrolować tego, czego nie możesz zmierzyć
Tom DeMarco

Pomimo upływu lat, powyższe twierdzenie amerykańskiego informatyka i pisarza nie straciło na aktualności, w szczególności odnosząc je do dzisiejszego budownictwa i szeroko pojętego zarządzania nieruchomościami. Polityka zrównoważonego rozwoju i zwiększająca się świadomość społeczna w kwestii zużycia energii wymusza na uczestnikach procesu budowlanego stosowanie nowoczesnych rozwiązań zorientowanych jednocześnie na użytkowników obiektów i ochronę środowiska naturalnego. Aby sprostać tym wymaganiom konieczna jest kontrola kosztów zużycia mediów oraz monitoring jakości środowiska wewnętrznego (IEQ, ang. Indoor Environmental Quality).

Czyste i świeże powietrze jest niezbędne do prawidłowego funkcjonowania każdego budynku. Jego ilość wpływa na ogólną ocenę IEQ, co przekłada się na zdrowie i dobre samopoczucie osób przebywających wewnątrz obiektu. Zapewnienie wysokiego komfortu użytkownikom przy jednoczesnym podnoszeniu efektywności energetycznej budynków jest priorytetem dzisiejszego rynku nieruchomości. Odpowiednio zaprojektowany i obsługiwany system wentylacji podnosi jakość powietrza wewnętrznego w pomieszczeniach (IAQ, ang. Indoor Air Quality), co w przypadku biurowców oraz innych zakładów pracy przekłada się na produktywność pracowników, a co za tym idzie na wyniki finansowe najemców.

Dlaczego dokładny pomiar przepływu powietrza to priorytet w nowoczesnych instalacjach?  

Dokładny pomiar przepływu powietrza to jeden z fundamentów zarządzania instalacją HVAC. Bez znajomości rzeczywistych parametrów przepływu nie sposób zoptymalizować systemu pod kątem zużycia energii, jakości powietrza ani komfortu użytkowników. Przepływ powietrza wpływa bezpośrednio na rozkład temperatur, wilgotności i stężenia zanieczyszczeń w pomieszczeniach. Jego niewłaściwe wartości mogą prowadzić do nadmiernego hałasu, przeciągów lub niedostatecznej wymiany powietrza.

W systemach zmiennoprzepływowych (VAV), które dynamicznie dostosowują się do aktualnego zapotrzebowania, stały pomiar przepływu powietrza staje się wręcz nieodzowny. Bez precyzyjnego pomiaru system traci zdolność samoregulacji – a to oznacza albo stratę energii, albo spadek jakości powietrza.

Jednak osiągnięcie wysokiego poziomu IAQ w konsekwencji zwiększa zużycie energii potrzebnej do przygotowania powietrza zewnętrznego (ogrzewanie, chłodzenie, nawilżanie i osuszanie) oraz powoduje duże straty ciepła przez wzmożoną krotność wymian powietrza. Wymaga to od zarządcy oraz obsługi technicznej obiektu znalezienia równowagi pomiędzy czynnikiem ekonomicznym a komfortem użytkowników. W tym celu niezbędna jest znajomość rzeczywistej ilości powietrza obsługiwanego przez system wentylacyjny.

Aby ustalić realną wartość wydatku wentylacji, należy zmierzyć prędkość i objętość przepływu powietrza w kanałach i/lub na zakończeniach instalacji (anemostatach). Poprawny sposób wykonywania takich pomiarów in situ za pomocą przyrządów przenośnych firmy KIMO Sauermann został opisany w naszym poradniku. W niniejszym artykule przedstawione zostało rozwiązanie stałej kontroli ilości powietrza wentylacyjnego z wykorzystaniem modułów DEBIMO.

Przepływ powietrza jako zmienna krytyczna w eksploatacji budynków

Nawet najlepiej zaprojektowany system wentylacyjny nie utrzyma parametrów w czasie, jeśli nie jest regularnie monitorowany.

Zmiany ciśnienia, przebudowa powierzchni biurowej, zmienna liczba użytkowników - wszystkie te czynniki wpływają na zmienność przepływu powietrza. Brak kontroli nad tymi wartościami to pierwszy krok do utraty efektywności i komfortu.

Systemy, które bazują na danych sprzed lat, nie uwzględniają rzeczywistego obciążenia ani aktualnych warunków atmosferycznych. Z tego powodu pomiar przepływu powietrza w czasie rzeczywistym to dziś nie tylko zalecenie, ale często wymóg dla budynków ubiegających się o certyfikaty ekologiczne (BREEAM, LEED, WELL).

Wydajność wentylacji mierzona jest najczęściej w czasie odbioru technicznego i podczas regulacji instalacji. Sprawdzane jest działanie całości systemu, a po ocenie funkcjonowania najważniejszych jego elementów wykonywane są pomiary kontrolne, w tym strumień objętości powietrza zewnętrznego, nawiewanego i wywiewanego oraz przepływy w różnych miejscach sieci kanałów. Jednak nawet przy dobrze wykonanej i początkowo wyregulowanej instalacji, w czasie jej wieloletniej pracy może dojść do zmiany parametrów powietrza w całym obiekcie.

DEBIMO: precyzyjne moduły do stałego pomiaru przepływu powietrza - co je wyróżnia?  

W tym kontekście moduły DEBIMO stanowią skuteczne i sprawdzone rozwiązanie do pomiaru przepływu powietrza w kanałach wentylacyjnych. Pozwalają na:

• Pomiar prędkości przepływu powietrza
• Wyznaczanie rzeczywistych objętości strumieni
• Monitorowanie zmian przepływu w czasie
• Integrację z systemami BMS

Ich zastosowanie umożliwia nie tylko korektę zużycia energii, ale również detekcję anomalii – np. zablokowanych filtrów czy nieszczelności.

Zastosowanie czujników DEBIMO, w połączeniu z przetwornikami różnicy ciśnień i sondami temperaturowymi, pozwala budować systemy pomiaru przepływu powietrza o wysokiej dokładności i niezawodności, dopasowane do charakterystyki budynku. Dane zbierane w sposób ciągły mogą być przetwarzane w czasie rzeczywistym lub archiwizowane do późniejszej analizy.

Instalacja DEBIMO: jak prawidłowy montaż zapewnia dokładny pomiar przepływu powietrza?

W kontekście dokładnego pomiaru przepływu powietrza, kluczowe znaczenie ma zarówno jakość zastosowanych urządzeń pomiarowych, jak i prawidłowy montaż sond w systemie wentylacyjnym. W przypadku modułów DEBIMO deklarowany błąd pomiaru mieści się w granicach 3–5%, co stanowi bardzo dobry wynik w warunkach rzeczywistej eksploatacji.

Precyzyjny pomiar przepływu powietrza możliwy jest jedynie wtedy, gdy zachowane zostaną odpowiednie warunki instalacyjne. Z tego względu ogromne znaczenie ma miejsce montażu sondy: powinno być oddalone od wszelkich elementów zakłócających przepływ (takich jak kolanka, przepustnice, rozgałęzienia czy zmiany kierunku kanału). Tylko wtedy można uzyskać reprezentatywną średnią prędkość powietrza w przekroju poprzecznym kanału.

Im dłuższy odcinek prosty przed i za sondą oraz im więcej punktów pomiarowych obejmuje instalacja DEBIMO, tym dokładność pomiaru przepływu powietrza będzie wyższa. W przypadku większych przekrojów kanałów możliwe jest zastosowanie kilku czujników jednocześnie, co zwiększa rozdzielczość przestrzenną i minimalizuje błędy wynikające z lokalnych turbulencji.

W celu ułatwienia montażu i zapewnienia prawidłowego rozmieszczenia czujników, firma Sauermann dostarcza szczegółowe wytyczne montażowe dopasowane do kształtu kanałów - zarówno prostokątnych, jak i okrągłych. Dzięki temu cały układ pomiarowy jest zoptymalizowany pod kątem wiarygodnego i powtarzalnego pomiaru przepływu powietrza w instalacjach wentylacyjnych.

Pomiar przepływu powietrza w ekstremalnych warunkach: możliwości modułów DEBIMO

Moduły DEBIMO są projektowane z myślą o szerokim zakresie zastosowań, w których wymagany jest stabilny i ciągły pomiar przepływu powietrza. Standardowy zakres pomiarowy prędkości wynosi od 3 do 40 m/s, co umożliwia dokładne śledzenie zmian przepływu zarówno w instalacjach wentylacyjnych nawiewnych, jak i wyciągowych.

Dzięki różnorodnym długościom sond (od 100 do 3000 mm), możliwa jest integracja systemu w kanałach o bardzo zróżnicowanych przekrojach i układach geometrycznych. Moduły DEBIMO sprawdzają się w kanałach o przekroju prostokątnym, jak i okrągłym, niezależnie od tego, czy pracują w systemach nawiewu świeżego powietrza, czy też w instalacjach wyciągowych lub technologicznych.

Czujniki są przystosowane do pracy w wymagających warunkach - temperatura medium może sięgać nawet 210°C, a dopuszczalne ciśnienie robocze to 2 bary. Takie parametry techniczne umożliwiają precyzyjny pomiar przepływu powietrza także w instalacjach przemysłowych, systemach odpylania, wyciągach technologicznych czy kanałach oddymiających.

W czasie użytkowania budynków, a w szczególności biurowców wielokrotnie dochodzi do przebudowy lub całkowitej zmiany charakteru wynajmowanej powierzchni. Nowe aranżacje pomieszczeń mają wpływ na działanie wszelkich systemów budynkowych, a w głównej mierze na ilość, jakość i rozdział powietrza wewnątrz całego obiektu. Aby zapobiec obniżeniu poziomu IAQ konieczna jest kontrola ilości powietrza dostarczanego do budynku.

Znajomość rzeczywistych strumieni przepływu w wentylacji pozwala obniżyć zużycie energii oraz kontrolować ciśnienia w budynku poprzez pomiar ilościowy powietrza nawiewanego i wywiewanego. Ze względu na to, że powietrze wewnątrz budynków podlega nieustannym zmianom jakościowym i ilościowym, osiągnięcie odpowiedniego poziomu IAQ nawet przy dobrze zaprojektowanym i początkowo wyregulowanym systemie często stanowi nie lada wyzwanie. Natężenie przepływu powietrza w kanałach wentylacyjnych jest wartością zmieniającą się dynamicznie i zależy od wielu czynników, np. ciśnienia atmosferycznego, temperatury, wiatru, strat ciśnienia w instalacji, itp. 

Istnieje wiele metod sterowania powietrzem wentylacyjnym stosowanych w dzisiejszym budownictwie. Większość z nich bazuje na pośrednim określaniu ilościowego przepływu powietrza, przez co wartość natężenia przepływu w instalacji obarczona jest wysokimi wskaźnikami błędów. Duża niepewność w sposobie kontroli strumienia wydatku jest niepożądana w dzisiejszej polityce zrównoważonego rozwoju. Bezpośredni pomiar ilości przepływającego powietrza pozwala w pełni nadzorować wydajność wentylacji w budynku.

Jedną z najczęściej wykorzystywanych metod do stałego pomiaru przepływu powietrza w kanałach wentylacyjnych jest pomiar przy pomocy sondy różnicowej. Polega on na mierzeniu i uśrednianiu różnicy ciśnień równocześnie w wielu punktach przekroju kanału wentylacyjnego. Firma Sauermann (Kimo) w swojej ofercie posiada czujniki DEBIMO służące do pomiaru średniej prędkości i strumienia przepływu powietrza w instalacji. 

Zasada pomiaru przy użyciu elementów DEBIMO jest podobna jak w przypadku rurki Pitota. Czujnik mierzy ciśnienie całkowite i statyczne w wielu punktach jednocześnie, a średnia prędkość powietrza V_A w przekroju kanału jest wyznaczana na podstawie ciśnienia różnicowego ΔP (ciśnienie dynamiczne):

Aerodynamiczny kształt czujników DEBIMO montowanych wewnątrz kanałów wentylacyjnych zmniejsza opór powietrza przy pomiarach oraz ogranicza turbulencje przepływu. Dzięki prostej budowie i łatwej instalacji elementów, ingerencja w przewody wentylacji jest minimalna.

W połączeniu z urządzeniami do pomiaru różnicy ciśnień (przetworniki, mikromanometry elektroniczne, manometry cieczowe, itp.) moduły DEBIMO umożliwiają wizualizację i/lub rejestrację wyników średnich prędkości i strumieni przepływu powietrza. Elektroniczne przetworniki niskiego ciśnienia różnicowego (np. urządzenia KIMO CP210, C310) po podłączeniu do systemu BMS pozwalają na stałą kontrolę wydatku instalacji. Dodatkowo system zbudowany na urządzeniach KIMO Saurmann pozwala na kompensację prędkości i przepływu w zależności od temperatury powietrza, dzięki użyciu dodatkowej sondy temperaturowej.

Praktyczne zastosowanie modułów DEBIMO

 
Moduły DEBIMO z powodzeniem stosowane są w laboratoriach, przemyśle, systemach oddymiania i odpylania oraz wszelkiego typu wyciągach. Wysoka dokładność elementów DEBIMO potwierdzona badaniami w warunkach laboratoryjnych, pozwala na wiarygodne pomiary natężenia i prędkości przepływającego powietrza w kanałach wentylacyjnych. Sondy pomiarowe firmy KIMO są również wykorzystywane do wyznaczania przepływów w centralach wentylacyjnych czy belkach chłodzących.

Dokładność wyników i zasada montażu modułów DEBIMO

Błąd pomiarów modułów DEBIMO waha się w granicach od 3 do 5%. Jakość wyników zależy od użytego przyrządu do pomiaru ciśnienia różnicowego oraz, co jest kluczowe dla tego typu sond, od miejsca montażu czujników w instalacji. Aby zapobiec zakłóceniom wpływającym negatywnie na dokładność pomiarów, wymagane jest zachowanie minimalnych prostych odległości kanałów bez żadnych przeszkód (np. kształtki, zmiany kierunków przepływu, przepustnice). Poniższe rysunki zawierają wskazówki montażu modułów DEBIMO w zależności od przekroju kanału wentylacyjnego.

Dokładność mierzonych prędkości będzie tym wyższa, im dłuższe będą odległości od zakłóceń przepływu i im więcej będzie punktów pomiarowych. Istnieje możliwość połączenia wielu czujników DEBIMO w jednym przekroju kanału, dzięki czemu wynik będzie bardziej precyzyjny.

Zakres i warunki pomiarów

Moduły DEBIMO są przystosowane do pomiaru prędkości przepływu powietrza w zakresie od 3 do 40 m/s. Dostępne długości sond od 100 do 3000 mm pozwalają na wykorzystanie ich w praktycznie w każdej instalacji wentylacji, wykonanej zarówno z kanałów o przekroju kołowym, jak i prostokątnym. Czujniki mogą pracować w temperaturze od 0 do 210 st. C i ciśnieniu maksymalnym do 2 barów.

Konserwacja modułów

Kurz i pyłki znajdujące się w przepływającym powietrzu osadzają się na skrzydłach czujników DEBIMO i w ich otworach, przez co zakłócają pomiar. Dzięki temu, że w elementach brak jest części ruchomych, ich konserwacja sprowadza się jedynie do okresowego czyszczenia, w zależności od stopnia zanieczyszczenia powietrza.

Przykłady zastosowań czujników z urządzeniami KIMO

	Kimo-Sauermann CP 210 Przetwornik ciśnienia różnicowego i temperatury	Zakres w zależności od modelu od -/+100 Pa do +/-10000 Pa Wejście Pt100 na bloku zaciskowym dla pomiaru temperatury Dwa 4-przewodowe wyjścia analogowe 0-5/10 V lub 0/4-20 mA 2 wyjścia przekaźnikowe Dokładność: -CP211/212 : ±0.5% wartości wskazanej ±2 Pa -CP213 : ±0.5% w.w. ±10 Pa Obudowa ABS V0, IP65, z lub bez wyświetlacza Zawór elektromagnetyczny dla autokalibracji (tylko dla modeli CP 211 i CP 212)
	Kimo-Sauermann C 310 Przetwornik wielofunkcyjny	Moduł ciśnienia SPI-2: zakres w zależności od modelu od -/+100 Pa do +/-10000 Pa Jednoczesne wyświetlanie od 1 do 4 parametrów 2 wyjścia analogowe (4 przewodowe) 0/5-10 V lub 0/4-20 mA, 2 dodatkowe wyjścia (opcjonalne) 4-wyjścia przekaźnikowe (opcjonalne) Wyjście diagnostyczne Wyjście komunikacyjne Ethernet (opcjonalne) Wyjście komunikacyjne MODBUS RS485 (opcjonalne) Obudowa z ABSu z metalowym panelem czołowym, IP65, z graficznym, podświetlanym LCD lub bez LCD Wbudowany system autokalibracji
	Kimo-Sauermann CA 310 Przetwornik wielofunkcyjny z dużym wyświetlaczem	1 gniazdo do podłączenia wymiennego modułu SPI-2; zakres w zależności od modelu od -/+100 Pa do +/-10000 Pa Wyświetlanie od 1 do 3 (rotujących) wartości 3 wyjścia analogowe (4 przewodowe) 0/5-10 V albo 0/4-20 mA 3 wyjścia przekaźnikowe 3 A/230 Vac Wyjście komunikacyjne Ethernet (opcjonalne) Wyjście komunikacyjne MODBUS RS485 (opcjonalne) Pochylna obudowa z ABSu V0 Wyświetlacz o wymiarach
	Kimo-Sauermann AMI 310 Analizator wielofunkcyjny HVAC	Przenośne urządzenie wielofunkcyjne jednoczesny pomiar do 6 podstawowych wartości współpraca z modułami DEBIMO: Zakresy pomiarowe: od 3 do 20 m/s; od 21 do 100 m/s Dokładność: ±0.3 m/s; ±1% w.w. ±0.1 m/s Rozdzielczość: 0.1 m/s Automatyczne zerowanie przez zawór elektromagnetyczny (AMI310 PRO, PRF) / Ręczne zerowanie (AMI310 CLA, STD, CRF i SRF)

Moduły DEBIMO w ofercie Merserwis

Firma Merserwis jest oficjalnym dystrybutorem produktów Kimo Sauermann w Polsce i udziela pomocy podmiotom, które zakupiły urządzenia bezpośrednio u nas lub w naszej sieci dystrybucji.  Oferujemy szkolenia, kompletowanie oraz projektowanie indywidualnych systemów pomiarowych według wymagań Inwestora. Merserwis oferuje także możliwość wykonywania napraw gwarancyjnych i pogwarancyjnych urządzeń Kimo oraz sprawdzenie ich poprawnego działania w naszym Dziale Serwisu. Nowoczesne Laboratorium Badawczo-Wzorcujące umożliwia przeprowadzenie badań elementów wentylacji, a także okresowego wzorcowania aparatury oraz wystawia Świadectwo Wzorcowania wraz z tabelą wyników pomiarowych.

Antoni Klonowski

Masz pytania lub potrzebujesz doboru rozwiązania kontrolno-pomiarowego?