Wstęp

Gdy na ekranie sterownika centrali widzimy przepływ w m³/h, łatwo przyjąć, że gdzieś w urządzeniu znajduje się czujnik mierzący bezpośrednio ilość powietrza. Najczęściej tak nie jest. Przetwornik mierzy różnicę ciśnienia, a przepływ jest obliczany na podstawie współczynnika przypisanego do konkretnego wentylatora i jego leja wlotowego.

Ten współczynnik to K-Factor.

Jeżeli w sterowniku wpisano niewłaściwy K-factor, błędnie ustawiono zakres przetwornika albo przewody impulsowe są źle podłączone, nieszczelne lub niedrożne, na ekranie nadal może pojawiać się pozornie wiarygodna wartość przepływu. Będzie ona jednak obliczona na podstawie błędnych danych i może istotnie różnić się od rzeczywistej wydajności centrali.

Gdzie wykonywany jest pomiar?

W wentylatorach promieniowych typu plug fan wykorzystuje się różnicę ciśnienia pomiędzy dwoma punktami.

Pierwszy znajduje się w komorze ssawnej, przed lejem wlotowym wentylatora. Drugi umieszczony jest na leju, w miejscu określonym przez producenta. Często wokół leja wykonuje się kilka otworów połączonych wspólnym przewodem pierścieniowym. Pozwala to uśrednić ciśnienie na obwodzie i ograniczyć wpływ miejscowych zaburzeń przepływu.

Podczas pracy wentylatora ciśnienie na leju jest niższe niż ciśnienie statyczne w komorze ssawnej. Zwykle króciec „+” przetwornika podłącza się do punktu o wyższym ciśnieniu w komorze, a króciec „–” do punktu na leju. Połączenie zawsze trzeba jednak wykonać zgodnie z dokumentacją konkretnego wentylatora i przetwornika.

Mierzona na króćcach pomiarowych różnica ciśnień nie jest ciśnieniem statycznym ani całkowitym wentylatora, nie jest też ciśnieniem dyspozycyjnym instalacji czy spadkiem ciśnienia na filtrze. To ciśnienie musi być zmierzone, gdyż ta sama centrala w innych warunkach może dać inne ciśnienie, a co za tym idzie – wskaże inną wydajność.

Sposób pomiary ciśnienia na wentylatorze

Jak z różnicy ciśnienia powstaje wynik w m³/h?

Najczęściej stosowana zależność ma postać wzoru:

Q = K × √Δp

Przykład: dla K = 250 oraz zmierzonej różnicy ciśnienia 400 Pa:

Q = 250 × √400 = 5000 m³/h

Obliczenie jest prawidłowe wyłącznie wtedy, gdy K podano dla przepływu w m³/h i ciśnienia w Pa. Współczynnika nie można bez sprawdzenia przepisywać pomiędzy różnymi urządzeniami i sterownikami.

Różnica ciśnienia na leju rośnie w przybliżeniu proporcjonalnie do kwadratu przepływu. Dwukrotne zwiększenie strumienia powoduje więc około czterokrotny wzrost Δp. Z tego powodu przetwornik dobiera się do spodziewanej różnicy ciśnienia na leju, a nie do sprężu wentylatora. Zbyt szeroki zakres pogorszy rozdzielczość przy małych wydajnościach, a zbyt mały zostanie przekroczony przy dużym przepływie.

Co właściwie zawiera K-factor?

K-factor jest wynikiem kalibracji układu utworzonego przez wentylator, lej wlotowy i punkty poboru ciśnienia. Opisuje zależność pomiędzy rzeczywistym przepływem a mierzoną różnicą ciśnienia.

Nie dobiera się go do wymaganej wydajności centrali i nie wylicza z mocy silnika, obrotów, ciśnienia statycznego czy średnicy wirnika. Prawidłową wartość należy odczytać z dokumentacji dokładnie tego modelu i wielkości wentylatora.

Po wymianie wentylatora K-factor trzeba sprawdzić ponownie.

K-factor a gęstość powietrza

Uproszczony wzór Q = K × √Δp zwykle odnosi się do określonej gęstości powietrza – dla wysokości 0 m n.p.m oraz ciśnienia atmosterycznego. W typowych warunkach wpływ zmian gęstości, czy wysokości, na której położony jest obiekt jest niewielki, ale przy wysokiej temperaturze, dużej wysokości nad poziomem morza albo znacznie obniżonym ciśnieniu atmosferycznym może mieć znaczenie.

Jeżeli K wyznaczono dla gęstości ρ₀, a rzeczywista gęstość wynosi ρ, przepływ można skorygować:

Q rzeczywisty = Q odczytany × √(ρ₀ / ρ)

Przy mniejszej gęstości ta sama różnica ciśnienia odpowiada większemu strumieniowi objętości. Korektę należy stosować tylko wtedy, gdy znamy definicję K i wiemy, czy sterownik nie wykonuje jej już automatycznie.

Jak K-factor pracuje w regulacji CAV?

W układzie stałego przepływu przetwornik mierzy Δp, sterownik przelicza wynik na m³/h i porównuje go z wartością zadaną. Następnie zwiększa lub zmniejsza prędkość wentylatora.

Jeżeli filtr się zabrudzi, opory centrali rosną. Przy stałych obrotach przepływ i różnica ciśnienia na leju spadłyby. W regulacji CAV sterownik zwiększa więc obroty, aby utrzymać zadaną wydajność.

Pomiar na leju nie zastępuje kontroli filtrów. Δp na leju służy do obliczania przepływu, natomiast Δp przed i za filtrem służy do oceny jego oporu.

Co sprawdzić podczas uruchomienia centrali?

  • zgodność K-factora z modelem i wielkością wentylatora,
  • jednostki i postać wzoru używanego przez sterownik – jeżeli K-factor był wyliczany np. w oparciu o system anglosaski, jego wartość będzie zupełnie inna niż wyznaczona w systemie metrycznym,
  • zakres oraz skalowanie przetwornika,
  • prawidłowe podłączenie króćców „+” i „–”,
  • szczelność i drożność przewodów impulsowych,
  • brak kondensatu w przewodach,
  • wyzerowanie przetwornika,
  • porównanie wskazania z niezależnym pomiarem przepływu.

Podsumowanie

K-factor pozwala wyznaczyć przepływ wentylatora na podstawie różnicy ciśnienia mierzonej pomiędzy komorą ssawną a lejem wlotowym. Jest współczynnikiem konkretnego układu pomiarowego, a nie uniwersalną stałą dla wszystkich podobnych wentylatorów.

Największe błędy wynikają zwykle nie z samego wzoru, lecz z niewłaściwego K, pomylonych jednostek, źle dobranego przetwornika albo problemów z przewodami impulsowymi. Prawidłowo skonfigurowany pomiar daje automatyce wiarygodną informację o przepływie i pozwala stabilnie realizować regulację CAV. Błędna konfiguracja może natomiast sprawić, że centrala będzie stale pracowała z inną wydajnością, niż wynika to z odczytu w sterowniku.