Razumevanje ključne vloge gostote vlažnega zraka v sistemih za obravnavo zraka je bistvenega pomena za optimizacijo učinkovitosti delovanja HVAC sistemov. Gostota vlažnega zraka neposredno vpliva na masni in volumenski pretok, kar je ključno za zagotavljanje pravilne distribucije zraka in energetske učinkovitosti. S prilagajanjem volumenskega pretoka na podlagi podatkov o gostoti zraka lahko prezračevalni sistemi preprečijo nepotrebno porabo energije ter izboljšajo celotno zmogljivost, še posebej pri uporabi senzorjev gostote vlažnega zraka za natančno regulacijo masnega pretoka. Poglejmo podrobneje.

Izraz Vlažen zrak se nanaša na zrak, ki nas obdaja, in vsebuje vodno paro v mešanici različnih plinskih sestavin. Te prosto gibljive molekule vode imajo zelo majhno molekulsko maso, zaradi česar je vlažen zrak manj gost in se dviguje. Zaradi tega v prostorih, kot so bazeni, vlažen zrak običajno narašča proti stropu.
Gostota vlažnega zraka je prav tako odvisna od atmosferskega tlaka, ki pada z višanjem nadmorske višine.
Posledično so vedenje in distribucija vlažnega zraka pod vplivom tako njegove vsebnosti vlage kot tudi okolijskih pogojev tlaka.
Pomembnost gostote vlažnega zraka v AHU: Izračun masnega pretoka v prezračevalnih sistemih in enotah za obravnavo zraka
Masni pretok Vs. volumenskemu pretoku
Najprej se poglobimo v razliko med masnim in volumskim pretokom v enotah za obdelavo zraka (AHU), da bi bolje razumeli osnove.
Hitrost masnega pretoka se nanaša na količino mase zraka, ki prehaja skozi določeno točko v sistemu AHU na enoto časa. Običajno se meri v kilogramih na sekundo (kg/s) ali funtih na minuto (lb/min). Ta metrika upošteva gostoto zraka, ki se lahko spreminja glede na temperaturo, tlak in vlažnost. Zato hitrost masnega pretoka natančneje prikazuje dejansko količino zraka, ki se premika, ne glede na njegove fizikalne pogoje.
Primer: Predstavljajte si, da napolnite balon z zrakom. Če je zrak hladen in gost, bo balon hitreje napolnjen, saj vstopi več mase zraka. Na vroč dan je zrak manj gost, zato bo potrebno več časa, da se balon napolni do enake velikosti. Hitrost masnega pretoka meri skupno težo zraka, ki vstopi v balon na sekundo, kar ostaja konstantno ne glede na temperaturo.
Masni pretok se nanaša na količino mase zraka, ki prehaja skozi točko v sistemu AHU v časovni enoti. Običajno se meri v kilogramih na sekundo (kg/s) ali funtih na minuto (lb/min). Ta metrika upošteva gostoto zraka, ki se lahko spreminja glede na temperaturo, tlak in vlažnost. Zato masni pretok natančneje prikazuje dejansko količino zraka, ki se premika, ne glede na njegove fizikalne pogoje.
Primjer: Zamislite vodu koja teče kroz vrtnu crijevo. Ako mjerite volumetrijski protok, gledate koliko litara vode prolazi kroz crijevo svake minute. Bilo da je voda hladna ili topla, to neće promijeniti volumetrijski protok. Slično tome, u AHU sustavima, volumetrijski protok pokazuje koliko zraka (u volumenu) se pomiče, bez obzira na njegovu gustoću.
Za AHU strokovnjaka je razumevanje obeh pretokov ključnega pomena:
- Volumski pretok zraka se pogosto uporablja v praktičnih aplikacijah, kjer je treba poznati fizični volumen zraka, kot so dimenzioniranje cevi, zagotavljanje ustrezne porazdelitve zraka in kakovosti zraka v prostoru.
- Masni pretok je ključen za izračune energije, saj zagotavlja, da sistem premika pravilno količino mase zraka za dosego ustrezne notranje kakovosti zraka, ogrevanja, hlajenja in prezračevanja.Primer v praksi: Pozimi, ko je zrak hladnejši in gostejši, je lahko volumski pretok nižji, vendar masni pretok ostaja enak, ker gostejši zrak vsebuje več mase v istem volumnu. Nasprotno pa bo poleti, ko je zrak toplejši in manj gost, morda potreben višji volumski pretok za premikanje enake količine mase zraka. Zato morajo sodobni AHU prilagoditi svoje delovanje glede na masni pretok, da zagotovijo energetsko učinkovitost in optimalno delovanje.
Na kratko, medtem ko volumski pretok meri prostor, ki ga zrak zavzema, masni pretok meri dejansko količino zraka po teži. Obe metrični vrednosti sta ključni za različne vidike delovanja AHU, saj zagotavljata učinkovito, učinkovito in udobno ravnanje z zrakom skozi vse leto.
Prilagoditev volumnskega pretoka na podlagi podatkov o gostoti zraka

V procesu oblikovanja stavbe se potrebna količina svežega zraka vedno izračuna pod standardiziranimi pogoji temperature 20°C in gostote zraka približno 1,2 kg/m³.
To nam omogoča tudi izračun masnega pretoka, ki ga je vedno treba zagotoviti za dosego optimalnih pogojev udobja. Sodobni prezračevalni sistemi večinoma merijo volumski pretok v AHU in uporabljajo vnaprej nastavljeno vrednost za gostoto za izračun masnega pretoka.
Z uporabo senzorja, ki meri temperaturo, relativno vlažnost in zračni tlak, lahko izračunamo gostoto zraka in uporabimo te podatke za natančnejše izračune masnega pretoka. Ti podatki se izračunajo znotraj senzorja.
Z natančnimi podatki o meritvi gostote zraka bo ventilator AHU neprekinjeno prilagajal volumski pretok v AHU, da bo ustrezal natančnim zahtevam. Učinki bodo izjemni—zagotovili bodo, da se vedno zagotovi pravilen masni pretok.
Razlike med poletjem in zimskim časom lahko povzročijo do 20% ali več pri končnih prihrankih količine zraka.
S tem pristopom bo masa zraka, ki se dovaja, vedno ustrezala specifikacijam projekta in zagotovila optimalne pogoje za uporabnike v stavbi.
Ta pristop zagotavlja, da so prezračevalni sistemi bolj učinkoviti in odzivni, kar vodi do izboljšane kakovosti zraka in udobja ter znatnih prihrankov energije skozi vse leto.
Zakaj je pomembno meriti masni pretok in ne samo volumski pretok?
V tem razdelku želimo prikazati, zakaj je ključno regulirati dejanski volumenski vnos zunanjega zraka v prezračevalne sisteme na podlagi izmerjenega masnega pretoka po toplotni obnovi ali regeneraciji. Te informacije so prav tako ključne pri določanju količine zraka, ki ga je treba odvesti iz prostora.
Primer: Upoštevajmo prezračevalni sistem z volumskim pretokom 1000 m³/h.
ZUNANJI ZRAK:
Temperatura zunanjega zraka: -15°C
Gostota zunanjega zraka: 1,355 kg/m³
Merilna točka za vnos zunanjega zraka: zunanji rešetki
Masni pretok: 1,355 kg/m³ × 1000 m³/h = 1355 kg/h
Enthalpija: -13 kJ/kg
NOTRANJI ZRAK:
- Temperatura notranjega zraka: 20°C
- Gostota notranjega zraka: 1,185 kg/m³
- Merilna točka za vnos zraka: po regeneraciji ali toplotni obnovi
- Masni pretok: 1,185 kg/m³ × 1000 m³/h = 1185 kg/h
- Enthalpija: 38 kJ/kgKo si prizadevamo za želeni masni pretok 1185 kg/h (za oskrbo prostora z zrakom), bomo dejansko v prostor vnesli 1355 kg/h, kar predstavlja 14,3% presežek količine dovajanega zraka.Če zanemarimo dejstvo, da se bo hladen zunanji zrak po regeneraciji segrel na 20°C in s tem povečal svoj volumen, bomo na koncu dovajali preveč zraka v prostor, kar bo ustvarilo nepotreben presežek. Ta napaka zmanjša energetsko učinkovitost prezračevalnega sistema in poveča operativne stroške.Primerjava entalpijskih stanj med zunanjim in notranjim zrakom razkriva potrebno ogrevalno moč za volumenski pretok zgolj 1000 m³/h:Razmerje med gostotama zraka: Razmerje med gostoto zunanjega in notranjega zraka je 1,355 / 1,185 = 1,143, ali 14,3%, kar pomeni, da je zunanji zrak 14,3% gostejši od notranjega zraka.Izračun potrebne ogrevalne moči: Qogrevanje = 1000 m³/h × 1,335 kg/m³ × 51 kJ/kg / 3600 s = 19,5 kW Zahtevana dodatna moč za grelec je 14,3%, kar pomeni, da je kapaciteta 19,5 kW previsoka za ta odstotek, kar privede do približno 2,7 kW dodatne ogrevalne moči, potrebne za hidronski grelec v HVAC enoti.Za srednje velik prezračevalni sistem s pretokom 10.000 m³/h bi to pomenilo dodatnih 27 kW. Za večjo stavbo, ki zahteva pretok 100.000 m³/h, bi to pomenilo nepotrebnih 270 kW dodatne ogrevalne moči.To je dodatna toplotna energija, ki jo je treba zagotoviti za delovanje prezračevalnega sistema — pogosto skozi toplotne črpalke — kar vodi do povsem izogibljivih stroškov.Preverjanje izračunov “na roke” v Mollierjevi h,x diagramu:

Nepotrebno povečanje potrebne transportne energije
V zgornjem primeru bi bil volumenski pretok zraka približno 14 % višji. Ker se električna moč ventilatorja spreminja s kubom hitrosti pretoka zraka v cevi, bi to povzročilo znatno povečanje moči ventilatorja.
Če je hitrost pretoka zraka v cevi zasnovana na 5 m/s, bi povečanje pretoka zraka to hitrost povečalo na 5,7 m/s v opisanem scenariju.
Povečanje moči ventilatorja, izračunano s kubom hitrosti pretoka zraka, bi bilo višje za 10-12 %.
To pomeni, da bi bila električna moč, potrebna za ventilator za dovod zraka, pod temi pogoji za 10-12 % višja. Podobno bi ventilator za odvod zraka potreboval 10-12 % več moči.
Kot rezultat tega nepotrebnega povečanja obremenitve bi bil dodatno obremenjen tudi električni distribucijski sistem, kar bi vodilo do višjih stroškov priključitve.
Pomen regulacije masnega pretoka v prezračevalnih sistemih z uporabo senzorjev gostote vlažnega zraka
Glede na težave, izpostavljene v zgornjem primeru, je ključno, da se v kontrolnem sistemu prezračevalnih enot programira regulacija dejanskega volumenskega vnosa zunanjega zraka na podlagi izmerjenega masnega pretoka po toplotni obnovi ali regeneraciji.
Če bi bil volumenski vnos osnovan zgolj na pretoku po toplotni obnovi ali regeneraciji, bi neizogibno prišlo do napak pri določanju količine vnosa zraka.
Vendar pa z uporabo senzorjev, ki lahko merijo gostoto vlažnega zraka, lahko določimo pravilen volumenski vnos, potreben za prezračevalno enoto, iz masnega pretoka po toplotni obnovi ali regeneraciji.
Enak princip velja za odvod zraka v prezračevalnih sistemih: regulirajte volumenski odvod na podlagi izmerjenega masnega pretoka po toplotni obnovi ali regeneraciji.
Na kratko, ključno je regulirati dejanski volumenski vnos zunanjega zraka na podlagi izmerjenega masnega pretoka po toplotni obnovi ali regeneraciji, da zagotovimo optimalno delovanje in učinkovitost.
Senzorji z izhodnimi podatki o gostoti vlažnega zraka
Andivi ponuja napredne senzorje, ki omogočajo natančno izračunavanje gostote vlažnega zraka z natančnim merjenjem temperature, vlažnosti in tlaka.
Ti industrijski senzorji so zasnovani za trpežnost in zanesljivost, kar zagotavlja dosledno delovanje v različnih aplikacijah za obdelavo zraka, vključno z enotami AHU in prezračevalnimi sistemi v stanovanjskih hišah.
Poleg tega lahko brez težav prenašajo podatke preko protokolov Modbus ali BACnet, kar omogoča enostavno integracijo v sodobne sisteme za upravljanje stavb.
Zmožnost zagotavljanja podrobnih in natančnih meritev gostote zraka naredi senzorje Andivi ključna komponenta za optimizacijo kakovosti zraka in energetske učinkovitosti tako v komercialnih kot v stanovanjskih okoljih.
Kako izračunati gostoto vlažnega ali suhega zraka
Za izračun gostote vlažnega zraka (kg/m³) so potrebni naslednji vhodni podatki:
- Temperatura zraka
- Tlak zraka
- Relativna vlažnost ali absolutna vlažnost
Za izračun gostote suhega zraka (kg/m³) so potrebni naslednji vhodni podatki:
- Temperatura zraka
- Tlak zraka
Preprost in hiter spletni kalkulator za izračun gostote zraka je na voljo tukaj:
Na voljo na: https://www.omnicalculator.com/physics/air-density. Dostop: 7. december 2024.
Mollier h,x diagram ===>>>>
– – – – –
Ta članek je zasnoval Danijel Mursic, strojni inženir ter strokovnjak za termodinamiko z več kot 30 leti izkušenj na področju AHU in HVAC sistemov ter nekdanji izvršni direktor podjetja Menerga Slovenija.