ДМРВ – датчик масової витрати повітря. Що це таке?

У цій статті поговоримо про ДМРВ – датчик масової витрати повітря, розповімо, що це таке, основний принцип роботи та обслуговування.

Що таке ДМРВ?

ДМРВ – це датчик масової витрати повітря. Він служить для визначення кількість повітря, що йде на заповнення циліндрів при роботі двигуна. Датчик встановлений у впускному тракті після повітряного фільтра і є одним з головних при роботі системи упорскування.

Як працює датчика витрати повітря? У двигун приблизно повинно потрапляти за один такт 1 частина палива і 14 частин повітря, тоді мотор буде працювати в оптимальному режимі. Якщо порушити це взаємовідношення, буде або зменшення потужності двигуна або перевитрата палива.

ДМРВ необхідний, щоб вимірювати ідеальне кількість матеріалу, що надійшов в двигун повітря. Він розраховує кількість повітря і після цього відсилає інформацію головного комп’ютера, який на підставі цих даних розраховує кількість необхідного палива.

Чим більше ви тиснете на педаль газу, тим більше повітря поступає в двигун. ДМРВ це фіксує і дає команду головного комп’ютера збільшити кількість палива. Якщо ви їдете рівномірно, то витрата повітря не великий, а значить і витрата палива також буде невеликим. І за цим стежить датчик масової витрати повітря, який вимірює кількість повітря, що надходить у двигун. Датчик встановлюється між повітряним фільтром і впуском двигуна.

Виміряти кількість повітря, що надійшло в двигун, — значить, визначити навантаження двигуна. Коли водій натискає на педаль газу, дросельна заслінка відкривається і кількість всмоктуваного повітря збільшується. Ми говоримо: навантаження збільшилася. І навпаки, відпустили педаль — навантаження зменшилося. Все це завдання для ДМРВ.

Принцип роботи та обслуговування ДМРВ

Датчик складається з дроту з платини діаметром 70 мкм, встановленого у вимірювальній трубці, розташованої перед дросельною заслінкою. Робота датчика масового витрати повітря заснована на принципі сталості температури.

При експлуатації платиновий дріт ДМВР неминуче забруднюється. Для запобігання забруднення після вимикання двигуна провід протягом 1с нагрівається до температури 1000 С. При цьому вся налипшая на нього бруд згорає. Цей процес контролюється електронним блоком управління.

Датчик витрати повітря простий і надійний в експлуатації, але це не означає, що його ремонт потрібно робити самостійно. У разі його поломки краще звернутися до фахівців і якщо датчик витрати повітря перестав працювати – його міняють на новий. Неможливість ремонту – це недолік ДМРВ, адже вартість нового велика.

Недоліком ДМРВ є, що він вимірює об’єм повітря, що поступає. Оскільки для визначення потрібної кількості палива вимагається визначення маси повітря, необхідне коригування показань датчика відповідно до щільності повітря. Для вирішення цієї проблеми в повітрозабірник поруч з датчиком витрати ставлять датчик температури повітря. Одним з напрямів модернізації датчиків витрати повітря є – датчик вимірювання тиску.

Датчик масової витрати повітря дуже вимогливий до стану повітряного фільтра. У нього забруднюються платинові спіралі. Промити їх можна з допомогою очищувача карбюратора, але якщо зробити це неправильно – доведеться купувати новий.

Як виміряти витрати повітря в повітроводі. Як перевірити працездатність вентиляції Визначення витрати повітря

Startup of ventilation systems and their rating are carried out in accordance with GOST 12.3.018-79 “Ventilation systems. Aerodynamic test methods” and SP “73.13330.2012 “Inside sanitary and technical systems of buildings”. Матеріали аналізують основні фактори, що впливають на визначення напруги повітря в вентиляційних системах, внаслідок деяких цих факторів є оцінюваним quantitatively.

Існує безліч способів вимірювання витрати повітря у польових умовах. На відміну від інших вимірювань витрат води у воді або природному газі, потік повітря не обов’язково обмежується трубою. Витрата повітря в каналах – це одне місце, яке може вимірювати потік повітря, але в будинку є інші місця, де може знадобитися швидкість потоку повітря, наприклад, на виході з вентиляційного отвору. Деякі методи більш застосовні у короткостроковій тестовій ситуації, ніж у довгостроковій перспективі.

Збір вимірювань витрати повітря був би важливим завданням при дослідженні ефективності опалення, вентиляції та кондиціювання повітря або при пошуку витоку в каналі, наприклад. Нижче наведено деякі загальні інструменти для вимірювання витрат повітря. Трубка Піто є приладом, що використовується для вимірювання витрати текучого середовища і зазвичай використовується для вимірювання витрати повітря в польових випробуваннях. Трубка Піто є вигнутою трубкою з впускним отвором, який вказує напрямок потоку без виходу, який використовується для вимірювання загального тиску потоку.

Пусконалагодження систем вентиляції та їх паспортизація проводяться відповідно до ГОСТ 12.3.018-79 «Системи вентиляційні. Методи аеродинамічних випробувань» та СП 73.13330.2012 «Внутрішні санітарно-технічні системи будівель». У статті проаналізовано основні фактори, що впливають на точність визначення витрати у системах вентиляції, вплив деяких із цих факторів оцінено кількісно.

Анемометр із гарячим дротом або термоанемометр – це пристрій, який використовується для вимірювання швидкості рідини. Провід зазвичай виконаний із платини або вольфраму та нагрівається шляхом пропускання через нього струму. Зміна струму, необхідне підтримки постійної температури дроту, безпосередньо з втратою тепла дроту в текучому середовищі. На основі конвективного теплообміну теплові втрати можуть бути використані для розрахунку швидкості рідини.

Капот подачі – це пристрій, який вимірює витрати повітря в регістрі або з нього, коли працює маніпулятор повітря. Капот потоку спрямовує повітря через короткий тканинний канал, що містить термічні анемометри, для вимірювання потоку повітря, що надходить або виходить з регістру. Під час нормальної роботи обробника повітря капот подачі утримується над кожним регістром подачі та повернення, та реєструється витрата для цього регістру. Ці вимірювання використовуються для перевірки загального потоку повітря для будинку та балансу повітря у приміщенні.

К. Є. Таратиркін
, директор налагоджувальної організації по повітрю ТОВ «АК-ІТР», [email protected]

Д. В. Чорноіванов
, інженер, ТОВ ФПК «Космос-Нафта-Газ»

Пусконалагодження систем вентиляції та їх паспортизація проводяться відповідно до ГОСТ 12.3.018-79 «Системи вентиляційні. Методи аеродинамічних випробувань» та СП 73.13330.2012 «Внутрішні санітарно-технічні системи будівель». ГОСТ 12.3.018-79 містить вимоги до підготовки та проведення випробувань, вимоги до апаратури для вимірювання швидкостей потоку, а також визначає положення мірного перерізу, кількість точок виміру та їх координати та містить розрахунок похибки вимірювання витрати залежно від специфіки конкретного випробування, що проводиться; випробувального обладнання, характеристик мірного перерізу, атмосферних умов У СП 73.13330.2012 визначено значення максимального відхилення фактичної витрати повітря від передбаченої у проектній документації. Згідно з цим зведенням правил значення відхилення не повинно перевищувати ±8 %, проте на практиці при проведенні аеродинамічних випробувань не завжди вдається отримати результати, що відповідають зазначеному критерію. Але ж невідповідність витрати на величину більше ±8 % є приводом для відмови від приймання системи вентиляції з усіма наслідками, що звідси випливають. Причин невідповідності може бути безліч, але вся відповідальність зрештою лягає на організацію, яка проводить монтаж.

Що таке перевірка ефективності вентиляції?

Пластинчаста пластина, також відома як проточна пластина, є калібрований пристрій вимірювання повітряного потоку, зазвичай використовується для вимірювання зворотного потоку повітря в блоці очищувача повітря. Він поміщається в щілину фільтра та закривається з боків корпусу обробника повітря. Круглі отвори розташовані в плоскій пластині, а диференціальний тиск на пластині вимірюється під час роботи повітродувки. Цей тиск корелює з об’ємним потоком через отвори.

Проте давайте замислимося: наскільки вимоги, вказані в СП 73.13330.2012, можна здійснити під час проведення вимірів у «польових» умовах? Чи існують об’єктивні передумови перегляду норми ±8 %? Роздуми авторів із цього питання представлені у цій статті.

Найбільш ймовірні причини відхилень

Природно, причин невідповідності вимірюваної витрати проектному багато, і, на жаль, багато хто з них не залежить від якості монтажу вентиляційної системи або від майстерності та технічної оснащеності наладчиків.

Капот з живленням – це тип витяжного ковпака, що використовується в основному для вимірювання витрати повітря в регістрі подачі або повернення. При правильному використанні він здатний забезпечити вимірювання повітряного потоку без зміни тиску та витрати в регістрі, наскільки можна використовувати витяжний вентилятор без живлення. Привідні витяжні потоки складаються із стандартної витяжної шафи з вентилятором, манометром та контролером. Швидкість обертання вентилятора встановлюється так, щоб тиск у регістрі був таким самим, як і тиск у приміщенні.

По-перше

, як відомо, витрата в системі залежить від її аеродинамічного опору. При розробці проекту розраховуються проектні витрати, опір системи повітроводів, і, виходячи з цього, підбирається відповідний вентилятор. При монтажі вентиляційної системи її фактичні розміри дещо відрізнятимуться від проектних. Деякі повітропроводи виявляться трохи довшими, деякі – трохи коротшими, радіуси повороту відводів можуть виявитися трохи крутішими, і тому відводи будуть створювати більший опір. Повітропроводи та фасонні елементи мають конструктивні допуски, тому фактичні розміри різних виробників можуть відрізнятися. Шорсткість стін каналів теж може дещо відрізнятися від тієї, що передбачена розрахунком. У сукупності всі ці невеликі конструктивні відхилення вентиляційної мережі можуть призвести до невідповідності витрати в розрахунковій системі.

Таким чином, немає жодного протитиску від компонента вимірювання витрати в системі повітроводів. У зоні руху є лише міцні механічні датчики з нержавіючої сталі, електроніка оцінки розташована в окремій диспетчерській. Вимірювання високої роздільної здатності дозволяє здійснювати безперервне керування повітродувкою і, таким чином, ефективну оптимізацію вентиляторів та енергоспоживання.

Планова ревізія вентиляції багатоквартирних будинків

Вимірювання засноване на високоточному вимірі перепаду тиску, що призводить до точного виміру витрати повітря через тунель. Дані від окремо змонтованих польових передавачів передаються цифровим способом блок оцінки. Надійний сенсорний механізм без рухомих частин Практично без обслуговування Компактний або польовий перетворювач Вимірювання в подовжньому напрямку тунелів Можливе безперервне керування повітродувкою. Вентиляція дорожніх тунелів гарантує, що з тунелю видаляються оксиди азоту та бруду.

По-друге

, конструктивні допуски вентиляційної установки можуть призводити до відхилення від номіналу з витрат повітря. Дане відхилення регламентується в ДСТУ ISO 5802-2012 «Вентилятори промислові. Випробування за умов експлуатації» і може становити до ±1,5 % за об’ємною витратою.

По-третє

, система вентиляції є відкритою та певним чином реагує на зміну параметрів навколишнього середовища. Наведемо приклад. Вентиляційна установка знаходиться на даху. Зима, мороз. У приміщенні увімкнено опалення. Перепад температур та перепад висот створюють природну тягу, спрямовану з приміщення. Під час роботи вентиляційної установки ця тяга створює додатковий опір і витрата повітря зменшується.

Вентиляція стане ефективною та економічною, якщо її можна контролювати за допомогою витрати повітря. Місцеві турбулентності, постійно викликані рухом у тунелі, не мають жодного впливу. Навіть більша щільність трафіку в тунелі не може вплинути на вимірювання.

Досвід інших країн

Перший може призвести до значних помилок виміру в ультразвукових вимірах з використанням методу часу прольоту. Диференціальний тиск, який згідно з рівнянням Бернуллі пропорційно квадрату швидкості потоку, подається через дві лінії тиску в електронний блок оцінки, який обчислює швидкість потоку. Високоточний вимір диференціального тиску заснований на повторному автоматичному скиданні, а також на цифро-аналоговому перетворювачі високої роздільної здатності. Тому швидкість потоку може бути виміряна з дуже високою роздільною здатністю.

Пориви вітру поблизу вентиляційної установки спричиняють зміну статичного тиску. Це призводить до коливання витрати вентилятора і, як наслідок, швидкості у мірному перерізі. Тому у вітряну погоду точність аеродинамічних випробувань може бути знижена. Таким чином, зважаючи на відкритість вентиляційної системи коливання параметрів навколишнього середовища – тиску, температури, вологості, швидкості та напряму вітру – впливають на витрату повітря.

Труби Піто розроблені таким чином, що проникне забруднення або вода не можуть заважати виміру. Це гарантує безпечний та безперервний контроль вентилятора практично в будь-яких умовах експлуатації. Вимірювання витрати через тунель. Датчик призначений вимірювання параметрів кінцевих елементів кондиціонування повітря. Частина формувального верстата також є анемометром діаметром 100 мм з телескопічною прив’язкою.

Наступна технічна інформація була взята із сайту виробника. Проблема вимірювання загального обсягу потоку у різних турбінах із різною турбулентністю призвела до розвитку цього морального принципу, який забезпечить швидке досягнення правильних історій. У своєму розвитку всі позитивні риси попередніх моделей були враховані та доповнені рядом переваг, які полегшать роботу інженерів.

Наступна велика група похибок пов’язана з методикою випробувань і з технікою проведення вимірювань. Ці похибки залежать від точності показань приладів, точності позиціонування вимірювального інструменту, правильності вибору мірного перерізу тощо. Більшість цих похибок враховано в ГОСТ 12.3.018–79 в оцінці загальної похибки методики.

Розмиття потоку графічно відображається на дисплеї стрілками, спрямованими вгору або вниз. Тут, у фіксованому канаті, він вбудований у систему із двох плоско розташованих шахових трубок. Одна з труб завжди спить, а друга видмухується. Це дозволяє приладу розпізнавати напрямок повітряного потоку. У трубах отвори туману рівномірно розподілені по всій площі. Повітря, яке проникає в ці отвори в труби, спрямовує теплові датчики. Результуючий сигнал, заснований на фізичному потоці окремих потоків, дуже близький до фактичного середнього значення швидкості повітряного потоку в даному місці.

Похибка методики визначення витрати за ГОСТ 12.3.018

Відповідно до ГОСТ 12.3.018–79 гранична відносна похибка визначення витрати повітря у відсотках виражається такою формулою:

δ L
= (2σ L
+ δφ), (1)

де δφ – гранична відносна похибка визначення витрати повітря, пов’язана з нерівномірністю розподілу швидкостей у мірному перерізі;

Повітря проходить через компас від основи до підстанції. Вхідний отвір виконано з можливістю створення найкращих умов потоку. Калібрування всієї системи гарантує дуже хорошу повторюваність. Відхилення потоку, які відбуваються на практиці, пов’язані з великою частиною характеристикою потоку, обумовленою конструкцією кінцевих елементів та розташуванням всього пристрою кондиціювання повітря. Наявність екрануючого пристрою, такого як датчик об’ємної витрати, викликає зворотний ефект, який змінюється в залежності від розміру та стану пристрою.

σ L
– середньоквадратична відносна похибка, зумовлена ​​неточністю вимірів у процесі випробувань.

Значення похибки залежить від форми повітроводу, кількості точок вимірювання та відстані від місця обурення потоку до мірного перерізу. У табл. 1 наведено значення похибки δφ, представлені у ГОСТ 12.3.018-79.

Кожен кінцевий пристрій трохи відрізняється, але якщо він не змінюється у самій системі, він не робить жодних відхилень. Зі збережених медіанних значень з різних місць можна згадати цікаву інформацію про пам’ять загальну кількість замінованих місць або максимальне та мінімальне значення.

Теплові датчики частково впливають на точність і барометричний тиск. Тож корекції розглянемо окреме значення барометричного тиску повітря. Залишайтеся прикріпленим до анеметричної голівки діаметром 100 або 35 мм. Правильне та ефективне встановлення систем кондиціювання та вентиляції створює високі вимоги до вимірювальної техніки завдяки різним точкам вимірювання та різним швидкостям потоку. Точне визначення об’ємної витрати, випадковий вимір у повітряному каналі або реєстрація турбулентного потоку на виходах: без відповідних вимірювальних пристроїв неможливо забезпечити оптимальне повітря у житлових або нежитлових приміщеннях.

Як випливає з табл. 1, відхилення витрати повітря, викликане нерівномірністю профілю швидкості в повітроводі при розташуванні мірного перерізу на відстані трьох гідравлічних діаметрів (мінімально допустиме у відстань) від місця обурення потоку, може становити до 15 %. Значення похибки σ L
визначається за такою формулою:

Найбільш точні результати отримані шляхом вимірювання безпосередньо у повітроводі. Але так як ці труби на практиці переважно погано доступні або повністю недоступні, часто необхідно задовольняти вимірювання на виходах. Крім того, турбулентність у повітроводах та виходах часто може викликати спотворення результатів вимірювань. Як зрозуміло, точне вимірювання швидкості потоку не так просто.

Інноваційні рішення з інтелектуальними програмами

Вимірювання на місці: Ваш смартфон перетворюється на дисплей індикатора, який можна використовувати для виміру відстані ще більше. Зручне відображення виміряних значень: виміряні значення під рукою, коли це потрібно. Розумна документація: легко створювати журнали вимірювань та надсилати їх електронною поштою.

Запатентована технологія випрямляча потоку

Вимірювання правильних значень об’ємного потоку на вихрових анемостатах часто неможливе через турбулентність. Ця процедура зменшить похибки виміру турбулентності до 50%.

де σ p
, σ B
, σ t
– середньоквадратичні похибки вимірювань динамічного тиску P d
потоку, барометричного тиску B
a , температури потоку t
відповідно;

σ D
– середньоквадратична похибка визначення розмірів мірного перерізу повітроводу; при 100 мм ≤ D h
300 мм величина σ D
= ±3 %, за Dh
> 300 мм величина σ D
= ±2 %.

Вимірювання у вентиляційних каналах

Для забезпечення безперебійної та ефективної роботи систем кондиціювання та вентиляції необхідно регулярно перевіряти витрати у трубопроводах для кондиціювання повітря. Тільки якщо потік відповідає вимогам, осушене повітря надійно зливається – і повітря в приміщенні кімнати доводиться до потрібного стану. Якщо повітропровід легко доступний, то вимір безпосередньо всередині повітропроводу є найкращим вибором, оскільки це забезпечить найточніші результати вимірів. Проте слід пам’ятати, що потік усередині каналу зазвичай неоднорідний і турбулентен.

Значення σ p
, σ B
, t
по ГОСТ 12.3.018–79 представлені в табл. 2.

Як випливає з табл. 2 значення похибок залежать від класу точності приладу і від того, в якій частині шкали приладу знаходиться значення швидкості, що вимірюється. Однак останнім часом з’явилися прилади, які мають вищий клас точності, а також більш точно вимірюють швидкість повітря у нижній частині шкали. Можливо, це й спричинило посилення вимог та зниження значення допустимого відхилення до ±8 % (до 2012 року допустиме відхилення становило ±10 %).

Ціль перевірки вентиляції

Для отримання точних результатів вимірювання, навіть при вимірюванні турбулентного потоку, рекомендується виконувати кілька вимірювань у різних точках каналу, а потім обчислювати середнє значення виміряних значень, яке представлятиме остаточне вимірюване значення. Тип вимірювача, який буде придатним для вибраного виміру, залежить переважно від діапазону виміряних швидкостей потоку. Якість повітря в приміщенні залежить в першу чергу від того, чи оптимально встановлено подане та відпрацьоване повітря.

Наведемо приклад розрахунку граничної похибки виміру витрати, взятий із ГОСТ 12.3.018–79.

«… Мірний перетин розташований на відстані 3 діаметрів за коліном повітроводу діаметром 300 мм (
тобто D = ±3 %). Вимірювання виробляють комбінованим приймачем тиску в 8 точках мірного перерізу (тобто табл. 1 σ φ = +10 %). Клас точності пристроїв (дифманометр, барометр, термометр) – 1,0. Відліки за всіма приладами виробляються приблизно середині шкали, т. е. по табл. 2,
p
=
σ B
= t =
±
1,0 %. Гранична відносна похибка виміру витрати повітря, %, складе: …
».

Таким чином, ми бачимо, що методика аеродинамічних випробувань, описана у ГОСТ 12.3.018–79, у багатьох випадках має похибку більше, ніж допустиме у СП 73.13330.2012 відхилення виміряної витрати від проектної. У деяких випадках похибка може перевищувати 20%.

Вплив турбулентних пульсацій

Останнім часом чутливість приладів визначення швидкості повітря в повітроводі значно зросла. Сучасні прилади стали чутливі до пульсацій турбулентного потоку, які, своєю чергою, можуть зробити певну похибку в результати вимірювань.

Визначимо похибку, яку вносять турбулентні пульсації потоку. На рис. 1 представлений принциповий графік зміни поздовжньої складової миттєвої швидкості у довільній точці перерізу залежно від часу.

З рис. 1 видно, що миттєву швидкість у певній точці простору можна представити як суму опосередкованої за часом швидкості та пульсації швидкості:

Відповідно до теорії Прандтля пульсаційна складова поздовжньої швидкості потоку залежить від шляху змішування та градієнта поздовжньої швидкості від осі до стінки. Шлях змішування є довжиною пробігу макроскопічного турбулентного об’єму рідини (газу) і визначається, як:

l
= ky
, (4)

де k
– Експериментальна постійна (постійна Кишені) k
= 0,4;

y
– відстань від стінки трубопроводу до будь-якої точки перерізу.

Пульсаційна складова визначається виразом:

З теорії Прандтля випливає, що абсолютне значення пульсацій швидкості збільшується від стінки каналу до його осі, а відсоткове відношення пульсаційної складової швидкості до середньої за часом швидкості у будь-якій точці перерізу буде постійно для потоку із заданими параметрами:

Результати розрахунку пульсаційної складової швидкості залежно від швидкості потоку в повітроводі круглого перерізу діаметром 400 мм представлені в табл. 3. При цьому профіль швидкості в повітроводі приймався відповідно до статечного закону:

де u
– середня за часом швидкість у довільній точці перерізу;

u
0 – середня за часом швидкість на осі трубопроводу;

R
– радіус трубопроводу;

η
– емпіричний коефіцієнт.

Емпіричний коефіцієнт залежить
від числа Рейнольдса і визначається за графіком (рис. 2).

Точки вимірів, позначені в табл. 3 ( y
1 = 0,054 D
та y
2 = 0,28 D
), відповідають координатам виміру швидкості в круглих повітроводах згідно з ГОСТ 12.3.018–79. Таким чином, при проведенні вимірів відхилення вимірюваної швидкості від середньої за часом, спричинене турбулентними пульсаціями потоку, може становити ±5…±7 %.

Середньоквадратичне відхилення пульсаційної складової від середньої за часом швидкості при цьому дорівнює:

Отже, значення середньоквадратичного відхилення становитиме приблизно 3,5…5 %.

Оцінимо можливість отримання похибки вимірювання швидкості більше 1% або у більшу, або в меншу сторону від середньої швидкості. Оцінку ймовірності проведемо для одного, трьох та десяти вимірів. І тому умовимося, що результати умовних вимірів підпорядковуються закону нормального розподілу випадкової величини. У такому разі можливість отримати відхилення, що перевищує середнє значення швидкості більш ніж на 1 %, складе:

• для одного виміру – 42 %;
• для трьох вимірів – 7,4 %;
• для десяти вимірів – 0,17%.

Наведені вище результати розрахунків показують, вплив турбулентних пульсацій швидкості може відчуватися лише за невеликій кількості вимірів. Наприклад, вимірявши швидкість в одній точці три рази, ми з ймовірністю 7,4% помилимося більш ніж +1% або –1%. При цьому результати вимірювання швидкості в інших точках перерізу з великою часткою ймовірності нівелюють це відхилення.

Досвід інших країн

Європейські норми, що регламентують приймання систем вентиляції, менш жорсткі, ніж українські. Наприклад, стандарт EN 12599 «Вентиляція для будівель – Процедури проведення випробувань та вимірювальні методи передачі систем кондиціювання повітря та систем вентиляції» допускає відхилення витрати всієї системи від проектного ±15 %, а для кожного окремого приміщення допускається відхилення до ±20 %. При таких нормативах здавання та налагодження систем вентиляції стають цілком вирішуваним завданням і перестає бути «подвигом».

У роботі зроблено хорошу спробу розібратися у питанні, яке відхилення витрати вважати справедливим. Автори провели пряме чисельне моделювання турбулентних течій за числами Рейнольдса, притаманних вентиляційних систем. Чисельне моделювання проводилося із застосуванням спеціалізованого програмного забезпечення. Результати, отримані за комп’ютерною моделлю, звірялися з даними експериментів. При цьому було показано хорошу збіжність моделі з досвідом. Далі було проведено дослідження відхилення фактичної витрати, визначеної за моделлю, від заміряної за методиками стандартів ISO 3966, EN 12599, Pr EN 16211 у тих же модельних течіях. Методики зазначених вище стандартів аналогічні ГОСТ 12.3.018-79, але відрізняються кількістю точок вимірів та їх розташуванням. Також було досліджено вплив видалення мірного перерізу від місць обурення потоку (від відводів). Деякі результати, отримані для прямокутних повітроводів, наведені в табл. 4.

Відповідно і профіль швидкості в повітроводі повністю встановлюється лише на відстані, що дорівнює приблизно 45 гідравлічним діаметрам від місця обурення.

Висновок

У цій статті було проаналізовано основні фактори, що впливають на точність визначення витрати у системах вентиляції, причому вплив деяких із цих факторів було оцінено кількісно. Наприклад, ГОСТ 12.3.018–79 допускає похибку описаної у ньому методики визначення витрати повітря понад 20 %. Відхилення параметрів вентиляційної установки від номіналу може становити до ±1,5%.

EN 12599, що регламентує приймання систем вентиляції в Європі, визначає максимальне відхилення виміряної витрати від проектної не більше ±15 % для системи в цілому, а для окремих приміщень не більше ±20 %.

З огляду на об’єктивні обставини, викладені в цій статті, критерій приймання системи вентиляції, визначений у СП 73.13330.2012, – максимальне відхилення виміряної витрати від проектної не більше ±8 % – є необґрунтованим, що не має під собою жодної – ні наукової, ні практичної бази. Тому авторам представляється необхідним порушити питання про перегляд значення відхилення у бік збільшення відповідно до останніх досягнень теорії та практики.

Література

1. ГОСТ 12.3.018-79 «Системи вентиляційні. Методи аеродинамічних випробувань». – М., 1979.
2. СП 73.13330.2012 “Внутрішні санітарно-технічні системи будівель”. – М., 2012.
3. ДЕРЖСТАНДАРТ ІСО 5802–2012 «Вентилятори промислові. Випробування за умов експлуатації». – М., 2012.
4. Абрамович Г. Н. Прикладна газова динаміка. – М.: Держсуд. вид. техн.-теор. літ-ри, 1953.
5. EN 12599 «Вентиляція для будівель – Процедури проведення випробувань та вимірювальні методи для передачі систем кондиціювання повітря та систем вентиляції». 2012 року.
6. Care I., Bonthoux F., Fountane J.-R. Measurement of air flow in duct by velocity measurements. EDP ​​Sciences, 2014.
7. Bonthoux F., Fountane J.-R. Місячність протікання в дужку за investigation of velocity field. Напевно спрямовані на позицію і кількість елементів оцінки. – Roomvent, 2002.

Пусконалагодження систем вентиляції та їх паспортизація проводяться відповідно до ГОСТ 12.3.018-79 «Системи вентиляційні. Методи аеродинамічних випробувань» (далі за текстом) та СП73.13330.2012 «Внутрішні санітарно-технічні системи будівель» (далі за текстом). Стандарт містить вимоги до підготовки та проведення випробувань, вимоги до апаратури для вимірювання швидкостей потоку, а також визначає положення мірного перерізу, кількість точок виміру та їх координати. Також містить розрахунок похибки вимірювання витрати в залежності від специфіки конкретного проведеного випробування – від випробувального обладнання, характеристик мірного перерізу, атмосферних умов. У зведенні правил визначено значення максимального відхилення фактичної витрати повітря від передбаченого в проектній документації. Відповідно до значення відхилення не повинно перевищувати ±8%, однак, на практиці, при проведенні аеродинамічних випробувань не завжди вдається отримати результати, що відповідають зазначеному критерію. Але ж невідповідність витрати на величину більше ±8 % є приводом для відмови від приймання системи вентиляції з усіма наслідками, що звідси випливають. Причин невідповідності може бути безліч, але вся відповідальність, зрештою, лягає на організацію монтажу.
Проте давайте замислимося, наскільки вимоги, вказані в , здійснені під час проведення вимірів у «польових» умовах? Існують об’єктивні передумови перегляду норми ± 8 %. Роздуми авторів із цього питання представлені у цій статті.

Найбільш ймовірні причини відхилень

Природно, причин невідповідності вимірюваної витрати проектному багато, і на жаль, багато з них не залежать від якості монтажу вентиляційної системи або від майстерності та технічної оснащеності наладчиків.
По-перше, як відомо, витрата в системі залежить від її аеродинамічного опору. При розробці проекту розраховується проектна витрата, опір системи повітроводів, і виходячи з цього підбирається відповідний вентилятор. При монтажі вентиляційної системи її фактичні розміри дещо відрізнятимуться від проектних. Деякі повітропроводи виявляться трохи довшими, деякі – трохи коротшими, радіуси повороту відводів можуть виявитися трохи крутішими, і тому відводи будуть створювати більший опір. Повітропроводи та фасонні елементи мають конструктивні допуски, тому фактичні розміри різних виробників можуть відрізнятися. Шорсткість стін каналів теж може дещо відрізнятися від тієї, що передбачена розрахунком. У сукупності, всі ці невеликі конструктивні відхилення вентиляційної мережі можуть призвести до невідповідності витрати в розрахунковій системі.
По-друге, конструктивні допуски вентиляційної установки можуть призводити до відхилення від номіналу з витрат повітря. Дане відхилення регламентується і може становити до ±1,5% за об’ємною витратою.
По-третє, система вентиляції є відкритою системою і певним чином реагує на зміну параметрів навколишнього середовища. Наведемо приклад. Вентиляційна установка знаходиться на даху. Зима, мороз. У приміщенні увімкнено опалення. Перепад температур та перепад висот створюють природну тягу, спрямовану з приміщення. Під час роботи вентиляційної установки ця тяга створює додатковий опір і витрата повітря зменшується.
Пориви вітру поблизу вентиляційної установки спричиняють зміну статичного тиску. Це призводить до коливання витрати вентилятора і, як наслідок, швидкості в мірному перерізі. Тому у вітряну погоду точність аеродинамічних випробувань може бути знижена.
Таким чином, зважаючи на відкритість вентиляційної системи, коливання параметрів навколишнього середовища – тиску, температури, вологості, швидкості та напряму вітру, впливають на витрату повітря.
Наступна велика група похибок пов’язана з методикою випробувань, і з технікою проведення вимірювань. Це похибки, що залежать від точності показань приладів, точності позиціонування вимірювального інструменту, правильності вибору мірного перерізу тощо. Більшість цих похибок враховано в оцінці загальної похибки методики.

Похибка методики визначення витрати за ГОСТ 12.3.018

Відповідно до граничної відносної похибки визначення витрати повітря у відсотках виражається такою формулою:

δ L =(2σ L +δ φ) (1)

де: σ L
– гранична відносна похибка визначення витрати повітря, пов’язана з нерівномірністю розподілу швидкостей у мірному перерізі; δ φ
– середньоквадратична відносна похибка, зумовлена ​​неточністю вимірювань у процесі випробувань.
Значення похибки δ φ
залежить від форми повітроводу, кількості точок вимірювання та відстані від місця обурення потоку до мірного перерізу. У таблиці 1 наведено значення похибки φ
, представлені в .

Як випливає з таблиці 1, відхилення витрати повітря, викликане нерівномірністю профілю швидкості в повітроводі при розташуванні мірного перерізу на відстані 3 гідравлічних діаметрів (мінімально допустиме у відстань) від місця обурення потоку може становити до 15%.

Значення похибки визначається за формулою

де σ p
, σ B , σ t
– середньоквадратичні похибки вимірювань динамічного тиску Pd потоку, барометричного тиску Ba, температури потоку t відповідно;

σ D – середньоквадратична похибка визначення розмірів мірного перерізу повітроводу; при 100 мм ≤ Dh300 мм величина σD = ±3 %, при Dh > 300 мм величина σD= ±2 %.

Значення σp, σB, σt згідно з ГОСТ 12.3.018–79 представлені у табл. 2.

Як випливає з табл. 2 значення похибок залежать від класу точності приладу і від того, в якій частині шкали приладу знаходиться значення швидкості, що вимірюється. Однак останнім часом з’явилися прилади, які мають вищий клас точності, а також більш точно вимірюють швидкість повітря у нижній частині шкали. Можливо, це й спричинило посилення вимог та зниження значення допустимого відхилення до ±8 % (до 2012 року допустиме відхилення становило ±10 %).

Наведемо приклад розрахунку граничної похибки виміру витрати, взятий із ГОСТ 12.3.018–79.

«… Мірний перетин розташований на відстані 3 діаметрів за коліном повітроводу діаметром 300 мм (тобто D = ±3 %). Вимірювання виробляють комбінованим приймачем тиску в 8 точках мірного перерізу (тобто табл. 1 σφ = +10 %). Клас точності пристроїв (дифманометр, барометр, термометр) – 1,0. Відліки за всіма приладами виробляються приблизно середині шкали, т. е. по табл. 2, σp = σB = σt = ±1,0%. Гранична відносна похибка вимірювання витрати повітря, %, становитиме:

Таким чином, ми бачимо, що методика аеродинамічних випробувань, описана у ГОСТ 12.3.018–79, у багатьох випадках має похибку більше, ніж допустиме у СП 73.13330.2012 відхилення виміряної витрати від проектної. У деяких випадках похибка може перевищувати 20%.

Вплив турбулентних пульсацій

Останнім часом чутливість приладів визначення швидкості повітря в повітроводі значно зросла. Сучасні прилади стали чутливі до пульсацій турбулентного потоку, які, своєю чергою, можуть зробити певну похибку в результати вимірювань.

Визначимо похибку, яку вносять турбулентні пульсації потоку. На рис. 1 представлений принциповий графік зміни поздовжньої складової миттєвої швидкості у довільній точці перерізу залежно від часу.

З рис. 1 видно, що миттєву швидкість у певній точці простору можна представити як суму опосередкованої за часом швидкості та пульсації швидкості:

Відповідно до теорії Прандтля пульсаційна складова поздовжньої швидкості потоку залежить від шляху змішування та градієнта поздовжньої швидкості від осі до стінки. Шлях змішування є довжиною пробігу макроскопічного турбулентного об’єму рідини (газу) і визначається, як:

де k
– Експериментальна постійна (постійна Кишені) k
= 0,4; y – відстань від стінки трубопроводу до будь-якої точки перерізу.

Пульсаційна складова визначається виразом:

Результати розрахунку пульсаційної складової швидкості залежно від швидкості потоку в повітроводі круглого перерізу діаметром 400 мм представлені в табл. 3. При цьому профіль швидкості в повітроводі приймався відповідно до статечного закону:

де u
– середня за часом швидкість у довільній точці перерізу;

u 0
– середня за часом швидкість на осі трубопроводу;

R
– радіус трубопроводу;

η
– емпіричний коефіцієнт.

Емпіричний коефіцієнт залежить від числа Рейнольдса і визначається за графіком (рис. 2).

Рисунок 2. Залежність коефіцієнта n від числа Рейнольдса

Точки вимірів, позначені в табл. 3 (y 1 = 0,054D та y 2 = 0,28D), відповідають координатам виміру швидкості в круглих повітроводах згідно з ГОСТ 12.3.018–79. Таким чином, при проведенні вимірів відхилення вимірюваної швидкості від середньої за часом, спричинене турбулентними пульсаціями потоку, може становити ±5…±7 %.

Середньоквадратичне відхилення пульсаційної складової від середньої за часом швидкості при цьому дорівнює:

Отже, значення середньоквадратичного відхилення становитиме приблизно 3,5…5 %.

Оцінимо можливість отримання похибки вимірювання швидкості більше 1% або у більшу, або в меншу сторону від середньої швидкості. Оцінку ймовірності проведемо для одного, трьох та десяти вимірів. І тому умовимося, що результати умовних вимірів підпорядковуються закону нормального розподілу випадкової величини. У такому разі можливість отримати відхилення, що перевищує середнє значення швидкості більш ніж на 1 %, складе:

для одного виміру – 42 %;
для трьох вимірів – 7,4 %;
для десяти вимірів – 0,17%.
Наведені вище результати розрахунків показують, вплив турбулентних пульсацій швидкості може відчуватися лише за невеликій кількості вимірів. Наприклад, вимірявши швидкість в одній точці три рази, ми з ймовірністю 7,4% помилимося більш ніж +1% або –1%. При цьому результати вимірювання швидкості в інших точках перерізу з великою часткою ймовірності нівелюють це відхилення.

Досвід інших країн

Європейські норми, що регламентують приймання систем вентиляції, менш жорсткі, ніж українські. Наприклад, стандарт EN 12599 «Вентиляція для будівель – Процедури проведення випробувань та вимірювальні методи передачі систем кондиціювання повітря та систем вентиляції» допускає відхилення витрати всієї системи від проектного ±15 %, а для кожного окремого приміщення допускається відхилення до ±20 %. При таких нормативах здавання та налагодження систем вентиляції стають цілком вирішуваним завданням і перестає бути «подвигом».

У роботі зроблено хорошу спробу розібратися у питанні, яке відхилення витрати вважати справедливим. Автори провели пряме чисельне моделювання турбулентних течій за числами Рейнольдса, притаманних вентиляційних систем. Чисельне моделювання проводилося із застосуванням спеціалізованого програмного забезпечення. Результати, отримані за комп’ютерною моделлю, звірялися з даними експериментів. При цьому було показано хорошу збіжність моделі з досвідом. Далі було проведено дослідження відхилення фактичної витрати, визначеної за моделлю, від заміряної за методиками стандартів ISO 3966, EN 12599, Pr EN 16211 у тих же модельних течіях. Методики зазначених вище стандартів аналогічні ГОСТ 12.3.018-79, але відрізняються кількістю точок вимірів та їх розташуванням. Також було досліджено вплив видалення мірного перерізу від місць обурення потоку (від відводів). Деякі результати, отримані для прямокутних повітроводів, наведені в табл. 4.

Відповідно і профіль швидкості в повітроводі повністю встановлюється лише на відстані, що дорівнює приблизно 45 гідравлічним діаметрам від місця обурення.

У цій статті було проаналізовано основні фактори, що впливають на точність визначення витрати у системах вентиляції, причому вплив деяких із цих факторів було оцінено кількісно. Наприклад, ГОСТ 12.3.018–79 допускає похибку описаної у ньому методики визначення витрати повітря понад 20 %. Відхилення параметрів вентиляційної установки від номіналу може становити до ±1,5%.

EN 12599, що регламентує приймання систем вентиляції в Європі, визначає максимальне відхилення виміряної витрати від проектної не більше ±15 % для системи в цілому, а для окремих приміщень не більше ±20 %.

З огляду на об’єктивні обставини, викладені в цій статті, критерій приймання системи вентиляції, визначений у СП 73.13330.2012, – максимальне відхилення виміряної витрати від проектної не більше ±8 % – є необґрунтованим, що не має під собою жодної – ні наукової, ні практичної бази. Тому авторам представляється необхідним порушити питання про перегляд значення відхилення у бік збільшення відповідно до останніх досягнень теорії та практики.

Література

1. ГОСТ 12.3.018-79 «Системи вентиляційні. Методи аеродинамічних випробувань». – М., 1979.
2. СП 73.13330.2012 “Внутрішні санітарно-технічні системи будівель”. – М., 2012.
3. ГОСТ ИСО 5802-2012 «Вентилятори промислові. Випробування за умов експлуатації». – М., 2012.
4. Абрамович Г. Н. Прикладна газова динаміка. – М.: Держсуд. вид. техн.-теор. літ-ри, 1953.
5. EN 12599 «Вентиляція для будівель – Процедури проведення випробувань та вимірювальні методи для передачі систем кондиціювання повітря та систем вентиляції». 2012.
6. Care I., Bonthoux F., Fountane J.-R. Measurement of air flow in duct by velocity measurements. EDP ​​Sciences, 2014.
7. Bonthoux F., Fountane J.-R. Місячність протікання в дужку за investigation of velocity field. Напевно спрямовані на позицію і кількість елементів оцінки. – Roomvent, 2002