1. Méréstechnikai ismeretek KLÍMABERENDEZÉSEK SZABÁLYOZÁSA M é r é s é s s z a b á l y o z á s a. Mérőműszerek méréstechnikai jellemzői Pontosság: a műszer jelzésének hibája nem lehet nagyobb, mint a felső méréshatár értékének a pontossági osztályjel százalékos értékével való szorzata. (Például 6 bar végkitérésű nyomásmérő pontossági osztályjele 0, pontossági osztálya hibaszázalékban 0, % akkor a hitelesítéskor a rákapcsolt 6 bar értéket legfeljebb 6, 01 bar értéknek mérheti.) Érzékenység: a mérőműszer skálájának egy meghatározott pontjához tartozó érzékenység kifejezhető az E = L/ M hányadossal, ahol L hosszegységben a leolvasott érték változása, M pedig a mérendő mennyiség egységében kifejezett érték, amely a változást előidézte. (Például 150 o C közelében 0 o C változásra 1 osztást mozdul, amely 6 mm-nek felel meg, akkor a műszer érzékenysége E = 6mm/0 o C E = 0,3 mm/ o C) b. Hőmérsékletmérés Beállási idő: azon időtartam, amely alatt a műszer a mérendő anyag hőmérsékletét felveszi. (Minél nagyobb a műszer tömege, fajhője, a kezdeti hőfok-különbség annál nagyobb a beállási idő.) A hivatalos (törvényes) mértékegysége a kelvin [K], mely a víz hármaspontja termodinamikai hőmérsékletének 1/73,16 szorosa. (A víznek 0,006 bar nyomáson mindhárom fázisa (szilárd, folyékony, légnemű) létezhet. A o C, mint hőmérséklet-különbség egyenlő a kelvinnel. c. Nyomásmérés A mérendő nyomás lehet abszolút nyomás, melynek vonatkoztatási alapja a légüres térként értelmezett úgynevezett vákuum. A túlnyomást általában az atmoszférikus (barometrikus) légköri nyomáshoz, mint túlnyomást viszonyítanak, illetve általánosságban nyomáskülönbséget értelmeznek. p absz = p bar + p túl Mértékegysége: 1 [N/m ] = 1 [Pa] Épületgépészetben használatos: 1 [Pa] = 1 * 10 [mbar] vagy 1 bar = 1 * 10 5 Pa ~ 10, mvo d. Mennyiségmérés A mennyiségmérés módszerét alapvetően az határozza meg, hogy a feladat a mennyiség egyszeri (tömeg) mérése, vagy pedig egy (cső-, szerelvény-) keresztmetszeten időegység alatt áramló, áthaladó mennyiség (tömeg) meghatározása a feladat. V = térfogat [m 3 ], m = tömeg [kg], V = térfogatáram [m 3 /óra], m = tömegáram [kg /óra] Építőipari, Faipari Szakképző Iskola és Kollégium; Kaposvár Cseri út 6. 1
. Szabályozástechnikai ismeretek a. Vezérlés: a vezérlőjel (rendelkező jel) végighalad a hatásláncon, eljut a beavatkozó szervhez és a beavatkozó szerven át működteti a vezérelt szakaszt. Legfőbb jellemzője, hogy hatáslánca nyitott, a rendelkezés és a beavatkozás az irányítani (vezérelni) kívánt jellemző értékétől függetlenül, külső jel hatására jön létre, és ennek eredménye nem hat vissza a vezérlőberendezésre. b. Szabályozás: hatáslánca zárt, a rendelkezés és a beavatkozás az irányítani kívánt (szabályozott) jellemző tényleges és kívánt (előírt) értékének elérése alapján az eltéréstől függő értelemben jön létre és hatására az eltérés csökken. (Negatív visszacsatolás!) 3. Légtechnikai mérésekhez szükséges alapismeretek a. Ideális gázok áramlási törvényei: - Folytonosság (kontinuitás) [anyag-megmaradás szűkület] A 1 * = A * v = állandó - Bernoulli tétel: Energia-megmaradás [Egyenletesen áramló ideális folyadék munkavégző képessége állandó] v + p + gh + p = o állandó Az összefüggés minden tagjának nyomásdimenziója van, szokás első tagját dinamikus nyomásnak, második tagját statikus nyomásnak, harmadik tagját hidrosztatikus nyomásnak, és a nyomások összegét össznyomásnak nevezni. Dinamikus nyomás: a nyugvó közeget egy adott sebességre képes felgyorsítani. Statikus nyomás: az egyenesen áramló közeg belső nyomása Hidrosztatikus nyomás: a közeg tömegének valamely felületre ható nyomása. Össznyomás: A fentiek számtani összege, azaz p Ö = p DIN + p ST + p H = állandó Vízszintes csőszűkületre felírható: v 1 V A 1 A P DIN P DIN P Ő P ST P ST Építőipari, Faipari Szakképző Iskola és Kollégium; Kaposvár Cseri út 6.
b. Valóságos gázok áramlási törvényei: - Folytonosság (kontinuitás) [anyag-megmaradás szűkület] A 1 * = A * v = állandó, azaz ideális és valóságos közegre egyaránt érvényes! - Bernoulli tétel: Energia-megmaradás [Egyenletesen áramló ideális folyadék munkavégző képessége az áramlási veszteségek 1 miatt csökken] v 1 + p1 + gh1 = v + p + gh + p A légtechnikában általában elhanyagolható a hidrosztatikai nyomás, így valóságos gázokra felírható: v 1 + p1 = v + p + p A légtechnikában szokásos jelöléssel: p DIN1 + p ST1 = p DIN + p ST + p amiből p = (p DIN1 + p ST1 ) (p DIN + p ST ) = p Ö1 - p Ö azaz levezethető, hogy a légcsatorna 1-es és -es keresztmetszete között az áramló gáz nyomásvesztesége az össznyomások különbségével lesz egyenlő. p = p Ö1 - p Ö c. Súrlódás és ütközés hatása az áramló gázok jellemzőire: Bernoulli tételéből látható, hogy a p nyomásveszteség egyenesen arányos a súrlódás mértékével. Az áramlás minőségét Reynolds bizonyította, hogy Re= vd/ν alapján Re<30 az áramlás lamináris (réteges) Re>30 estében az áramlás turbulens (örvénylő). [Re Reynolds szám, v áramlási sebesség, d átmérő, ν kinematikai viszkozitás.] A súrlódási nyomásveszteség felírható: p v l λ d S = = Az l = a légcsatorna hossza, d = a légcsatorna egyenértékű átmérője és a λ = légcsatorna anyagától és kivitelétől függő súrlódási tényező. A p din az áramló közeg átlagsebességéből számított dinamikus nyomás. A négyszög keresztmetszetű légcsatorna egyenértékű átmérője: 4A d e = K A = légcsatorna keresztmetszete, K = a légcsatorna kerülete p din l d λ 1 A valóságos gázok részecskéi súrlódnak egymással és a légcsatorna falával is. Építőipari, Faipari Szakképző Iskola és Kollégium; Kaposvár Cseri út 6. 3
Ha a légcsatorna keresztmetszete vagy iránya megváltozik, elágazik, szabályozót vagy elzáró szerelvényt, szűrőt, hőcserélőt (kalorifert) építenek be. Ezeken a helyeken az áramló közeg ellenállásokba ütközik, veszít nyomásából. Ezeket a nyomásveszteségeket okozó ellenállásokat ütközési vagy alaki ellenállásoknak nevezzük. Számításuk: Az össznyomásveszteség: p = ζ v = ζ A p DIN p = Σ p S + Σ p A 4. A légtechnikában alkalmazott gyakoribb mérések a. Nyomás mérése: - Higanytöltésű barométer, membrános barométer (légköri nyomáshoz) [1 5000Pa] - U csöves, ferdecsöves mikro-manométerek (folyadékos mérők) [1 100Pa] - Fémrugós nyomásmérők [1 0Pa] A statikus nyomást, - mint az áramló közeg belső nyomását - a csatorna falán képezett -4 mm es legalább 4 darab furaton keresztül mérjük és számtani középpel határozzuk meg a mért nyomás értékét. A gondosan kiképzett furat nem befolyásolja a közeg áramképét, míg a helytelen kiképzés örvényeket keltve torzítja az eredményt. Statikus nyomást meghatározhatunk úgynevezett Prandtl csővel is. Lényege, hogy az áramlás közepébe helyezzük a mérőfejet. Ez tulajdonképpen két egymást koncentrikusan körülvevő 90 o -ban hajlított cső. A belső cső a csatornában áramló levegő össznyomásának meghatározására szolgál. A cső orrsíkján kialakuló torlóponti nyomás az össznyomás. A külső cső homloklapja zárt, de palástján a kis furatok szolgálnak a statikus nyomás érzékelésre. A műszer oldalsó kivezető csonkja csatlakozik a statikus nyomást mérőeszközre, míg alsó kivezetése az össznyomást mérőre. A dinamikus nyomás is mérhető, mint nyomáskülönbség, mert pdin = pö pst. b. Sebesség mérése: - Anemométerek (lapátos, szárnykerekes, kanalas, platina hődrótos) - Közvetett mérés Prandtl csővel a dinamikus nyomásból számítva, ám 4 [m/s] felett. Ez utóbbinál különösen fontos, hogy a csővég az áramlással párhuzamos legyen. Általánosságban fontos, hogy ott kell mérni, ahol az áramlás képe már viszonylag egyenletes, tehát megfelelő távolságra minden alaki, ütközési ellenállástól, főleg a hosszú egyenes csőszakaszok alkalmasak erre. p DIN Építőipari, Faipari Szakképző Iskola és Kollégium; Kaposvár Cseri út 6. 4
c. Áramló levegő mennyiségének mérése: Az áramló levegő mennyiségének, más szóval térfogatáramának mérésére három alapvető módszer terjedt el: - Térfogatáram meghatározás átlagsebesség méréséből - Térfogatáram meghatározása rotaméterrel - Térfogatáram meghatározás szűkítő nyíláson mért nyomáskülönbségből Átlagsebesség mérése: V = v * A = [m/s] * [m ] = [m 3 /s] átlagsebesség-mérés Prandtl csővel, anemométerekkel stb. Rotaméter: úgynevezett úszóval ellátott mérőcső, melyről közvetlen leolvasható a térfogatáram. Az áramló levegő az átáramló mennyiséggel arányosan emeli meg (lebegteti) az úszót. (Laboratóriumokban használatos többnyire.) Szűkítőnyílás lehet mérőperem, vagy Venturi-cső. A mérés alapelve: a szűkületben nyomáscsökkenés és sebesség növekedés lép fel, mely arányos a geometriai méretekkel. A két oldalon mérni kell a nyomásokat megfelelő távolságban a szűkülettől! A Venturi-csőnél a szűkület előtt és a szűkületben mérünk. d. Ventilátor munkapontja: A sorozatban gyártott ventillátorok munkaponti eltérése átlagban + 6 és 9 %, míg egyedi megrendelésre gyártott ventillátornál ±15 % is lehet a megengedett legnagyobb eltérés. Feladat lehet az üzemi jellemzők mérése, így a munkapont meghatározása, melynek ismeretében a légtechnikai rendszer könnyebben beszabályozható. e. Anemosztátok vizsgálata: Az anemosztát szelep beállításához a nyomásesés függvényében meghatározható a térfogatáram illetve a szabályozási jelleggörbe, a szelep beállítása. 5. A légtechnikában alkalmazott ventillátorok nyomásviszonyai Légcsatornából szívó légcsatornába fújó ventilátor nyomásviszonyai Építőipari, Faipari Szakképző Iskola és Kollégium; Kaposvár Cseri út 6. 5
Szabadból szívó légcsatornába fújó ventilátor nyomásviszonyai Légcsatornából szívó szabadba fújó ventilátor nyomásviszonyai Szabadból szívó szabadba fújó ventilátor nyomásviszonyai Építőipari, Faipari Szakképző Iskola és Kollégium; Kaposvár Cseri út 6. 6