Tipy na úspěšné měření proudění vzduchu ve ventilačních systémech

V tomto článku se dozvíte, jak postupovat při běžných měřeních na ventilačních systémech, jakých chyb se vyvarovat a jak vybrat vhodnou měřicí techniku.

V dnešní době trávíme většinu dne v uzavřených místnostech. Proto se instalují systémy vytápění, ventilace a klimatizace (HVAC), které mají zajistit příjemné vnitřní podmínky.

Ať už se jedná o vzduchotechnické systémy v administrativních či veřejných budovách, domácnostech, v průmyslových či nemocničních provozech, správně provedené měření je klíčové pro zaregulování, servis i ověření funkčnosti vzduchotechniky.

Proudění ve vzduchotechnickém kanálu

Spolehlivé stanovení rychlosti proudění vzduchu v kanálech je jedním z nejnáročnějších měření, které ventilační a klimatizační technik musí provést. V praxi však naráží na několik úskalí. Vzduch, který proudí kanálem, nemá konstantní rychlostní profil.

Vzduch uprostřed proudu proudí zpravidla rychleji než u stěny kanálu. U stěny kanálu je kvůli tření větší odpor, což se projevuje nižšími rychlostmi proudění oproti středu kanálu. Dále je zapotřebí zohlednit, jaký typ proudění v kanále převládá. Rozlišujeme dva základní typy proudění: laminární a turbulentní.

Laminární proudění

Laminární proudění se vyznačuje parabolickým rychlostním profilem tvořeným rovnoběžnými proudnicemi, mezi nimiž nedochází k promíchávání v příčném směru. Ve středu kanálu nejsou žádné turbulence ani rozdíly maximálních rychlostí. Střední rychlost proudění je přibližně ve třetině průměru kanálu.

Turbulentní proudění

V případě turbulentního režimu proudění jsou rychlosti proudění do značné míry totožné napříč průměrem kanálu, avšak rychlosti dramaticky klesají u jeho stěn. Proudnice jsou nesměrové, jinými slovy se vzduch pohybuje chaoticky a s vysokým stupněm tření.

Obecně platí, že laminární proudění se vyskytuje při nižších rychlostech a turbulentní při vyšších. Významnou roli hrají také parametry potrubí a vlastnosti proudícího média. Přesné určení režimu proudění lze stanovit z výpočtu Reynoldsova čísla, což přesahuje rámec tohoto článku.

U všech smíšených forem mezi těmito dvěma ideálními formami proudění dochází s každým zdrojem rušení (jako jsou tlumiče, kolena, ventily, regulátory objemového průtoku atd.) k deformaci rychlostního profilu v potrubí. V praxi je proto nepostradatelné tzv. síťové měření v celém průřezu kanálu pro reprodukovatelné výsledky.

Výběr správného místa měření

V praxi se vyskytují tlumiče, ventily, kolena a jiné prvky, které brání vytvoření konzistentního profilu proudění. Za nepříznivých okolností to vede k tomu, že maximální rychlost proudění není ve středu potrubí, ale je posunuta směrem k okraji, v horších případech mohou také vzniknout zpětné proudy nebo oblasti bez proudění. Je proto důležité měřit v dostatečné vzdálenosti od zdrojů rušení.

Nejprve je nutné stanovit hydraulický průměr podle postupu na obr. 2.

Vhodné měřicí místo se nachází v šesti až sedminásobku hodnoty hydraulického průměru D_h ve směru proudění a dvojnásobku D_h ve směru opačném. Vývoj rychlostního profilu za zdrojem rušení je ukázán na obr. 3.

Co když nelze měřit přímo v potrubí?

Pokud není přístupný vhodný úsek pro měření rychlosti proudění uvnitř vzduchovodu, přistupuje se k měření na koncových prvcích. U nich je důležité počítat s tím, že může být proudění rozvířené. Zároveň je nutné zvolit vhodný postup měření se zanedbatelnou tlakovou ztrátou, tedy zvolit takový měřicí přístroj a metodu, které nepovedou ke zkreslení výsledků.

Norma ČSN EN 12599 doporučuje použití měřicích nástavců (trychtýřů) se zabudovaným anemometrickým čidlem s velkým volným průřezem pro zajištění minimální tlakové ztráty. Zvláštní důraz by měl být pak kladen na těsnost v průběhu měření a na dostatečný časový prostor pro ustálení proudění před zahájením samotného měření.

U koncových prvků s dostatečně velkou tlakovou ztrátou je pak možné stanovit objemový průtok s pomocí k-faktoru prvku daného výrobcem a měřením diferenčního tlaku.

Výběr správné měřicí techniky a metodika měření

Při výběru vhodných měřicích přístrojů je nutné zohlednit, pro jakou aplikaci bude přístroj používán. Pro měření rychlosti proudění vzduchu máme na výběr mezi termoanemometrem (sondy se žhaveným drátkem), lopatkovým anemometrem a Prandtlovou sondou, případně přístrojem pro měření diferenčního tlaku.

Pro měření od nízkých rychlostí se doporučuje použít výhradně termoanemometr, naopak pro vysoké rychlosti je vhodná Prandtlova trubice. Lopatkové anemometry se používají až od cca 1 m/s (dle konstrukce to může být už od 0,1 m/s).

Za Testo dále doporučujeme vybrat takový přístroj, který umožní snadnou manipulaci (například bezdrátově připojitelné sondy), eliminuje chyby měření pomocí integrovaných asistenčních měřicích programů a usnadní tvorbu dokumentace, například formou automaticky generovaných reportů.

Stanovení objemového průtoku v potrubí se provádí podle standardních postupů. Kromě normy ČSN EN 12599 existují také ČSN EN 16211 a ASHRAE 111. Princip těchto metod spočívá ve vytvoření měřicích bodů v příčném průřezu vzduchotechnického kanálu podle jeho velikosti v souladu s definovanými specifikacemi, které se liší u hranatých a kruhových kanálů, a následným průměrováním naměřených hodnot v daných bodech.

Nyní se podíváme na správnou metodiku měření objemového průtoku podle ČSN EN 12599. Nejprve musí být dodržena dostatečná vzdálenost od zdroje rušení. Čím blíže zdroji rušení měříme, tím více musí být síť měřicích bodů zahuštěna.

Pro kanály obdélníkového či čtvercového průřezu se používá triviální metoda, při níž je průtočná plocha rozdělena na pravidelnou síť měřicích bodů, viz obr. 4a. Pro kanály s kruhovým průřezem se vytvoří měřicí síť podle metody středové osy znázorněné na obr. 4b.

Z hodnot rychlosti proudění naměřených v jednotlivých bodech sítě vypočítáme průměrnou rychlost proudění  (v m/s) a vynásobením této hodnoty průtočnou plochou A (v m²) a konstantou 3600 obdržíme objemový průtok  (v m³/h):

Měření na vyústkách doporučujeme provádět primárně za použití anemometru s vhodným nástavcem (trychtýřem). Pokud má však daný koncový prvek atypické či příliš velké rozměry, je nutné nejprve zjistit časovou střední rychlost proudění, protože na vyústkách vlivem větrací mřížky a tření u stěn není rychlost konstantní.

Pro dosažení co možná nejpřesnější hodnoty objemového průtoku provádějte měření vyústky systematickým pohybem anemometru po celé ploše větrací mřížky, viz obr. 5. Během měření se ujistěte, že neblokujete vyústku svým tělem, aby nedocházelo ke změnám velikosti objemového průtoku, a anemometr držte cca 5 cm nad mřížkou.

Vytvořeno z podkladů firmy Testo.

Článek vyšel v TZB 01/2021.