Свежият, чист въздух е от съществено значение за човешкото здраве и комфорт, но много хора рядко се замислят за невидимите сили, които правят възможна правилната вентилация. Зад всяко вдишване на закрито стои баланс на газове, налягания и потоци, които определят дали въздухът се усеща свеж и енергизиращ — или застоял и задушаващ. Един от ключовите играчи в този процес е въздушното налягане и по-специално диференциалното налягане, движещата сила, която кара въздуха да се движи през вентилационните системи. Като разберем как работи въздушното налягане и как разликите в налягането влияят на въздушния поток, можем по-добре да оценим значението на добре поддържаните вентилационни системи и сензорите, които ги поддържат да работят ефективно.
Какво е въздушното налягане?
Хората не могат да живеят без свеж въздух. Нашите тела се нуждаят от кислород (O₂), за да произвеждат енергия. Без достатъчно кислород се чувстваме уморени или замаяни и дори можем да се задушим. Докато дишаме, ние вдишваме кислород и издишваме въглероден диоксид (CO₂).
Когато много хора са в затворено пространство, нивата на CO₂ ще се повишат. Вентилацията или подаването на свеж въздух може да намали натрупването на CO₂. Без подаване на свеж въздух, CO₂ се натрупва на закрито и може да причини главоболие, сънливост... или по-лошо. Вентилационната система гарантира достатъчно подаване на свеж въздух, за да отмие CO₂ и други замърсители.
Свежият въздух е чистият, външен въздух, който има естествен баланс на газове и е свободен от вредни нива на замърсители, дим или натрупване на застоял въздух (като в затворени помещения). В близост до морското равнище, свежият въздух се състои от:
- Азот (N₂): ~ 78 %
- Кислород (O₂): ~ 21 %
- Аргон и други благородни газове: ~ 0,9 %
- Въглероден диоксид (CO₂): ~ 0,04 %
- Водна пара: променлива (0–4 %, в зависимост от влажността)
Въздухът се състои от малки частици, наречени „молекули“. Милиарди молекули се движат с всяко вдишване, което правите. Въпреки че са много леки, те имат собствено тегло. Молекулите се движат с висока скорост и се сблъскват с всичко, включително с вас. Всеки сблъсък е малък тласък. Тласъкът от една молекула е малък, но има толкова много от тях, сблъскващи се с повърхности от всички посоки, че заедно създават забележима сила, въздушно налягане.
На морското равнище, теглото на въздушния стълб над вас натиска с около 1 bar (100.000 Pascal) налягане. Това е приблизително 1 килограм сила на всеки квадратен сантиметър от кожата ви. Сравнимо с теглото на торба с 5-6 ябълки, натискащи всеки cm² от тялото ви! Не се чувствате смазани, защото течностите вътре в тялото ви са под същото налягане, балансирайки го.
Въздушното налягане представлява всъщност колко силно въздухът натиска дадена повърхност. Работи точно като налягането на водата, когато се гмуркате: колкото по-дълбоко отивате, толкова по-силен е натискът. Въздухът е като невидим океан от газ, винаги притискащ всичко около нас.
За по-запознатите с технологиите: Въздушното налягане се измерва в Паскали (Pa), които представляват количеството сила, действащо на повърхност. По-конкретно, 1 Pa = 1 Нютон на квадратен метър (N/m²). Официалната SI (Международната система от единици) използва Паскала като стандартна единица за налягане, но на практика налягането често се изразява и в bar, където 1 bar = 100 000 Pa. Самата SI е модерната, международно договорена версия на метричната система.
Какво е диференциално налягане?
Въздухът, в който живеем, оказва определено налягане върху всички обекти. Това налягане не е еднакво навсякъде. На някои места въздушното налягане е по-високо, отколкото на други. Диференциалното налягане е разликата във въздушното налягане между две точки.
Това диференциално налягане също кара въздуха да се движи, избутвайки го от области с по-високо налягане към области с по-ниско налягане. Диференциалното налягане е „натискът“, който движи въздушния поток, премествайки въздуха от зона с високо налягане към зона с ниско налягане.
Но можете да го разгледате и от друга гледна точка: Когато вървите навън в бурно време с чадър, той ще блокира много вятър. Това ще доведе до натрупване на въздух от едната страна на чадъра, създавайки положително налягане или свръхналягане. От другата страна ще се създаде отрицателно налягане или подналягане. Така: като поставите обект във въздушен поток, вие създавате диференциално налягане.
Във вентилационните системи, диференциалното налягане обикновено се измерва през компонент като вентилатор или въздушен филтър. Мониторингът на диференциалното налягане помага да се оцени състоянието на филтъра, въздушния поток, скоростта на въздуха и производителността на системата.
1. Диференциално налягане и мониторинг на филтъра
Представете си тесен коридор с врата по средата, която брои преминаващите хора. Тази врата ще причини опашка (свръхналягане). Зад вратата потокът от хора отново ще тече гладко. Въздушен филтър може да се разглежда като вратата, позиционирана във въздушен поток. Въздушният поток се сблъсква с филтъра, създавайки свръхналягане. Частиците се задържат, докато въздушните молекули могат да преминат през филтъра. Затова ще се развие диференциално налягане през въздушния филтър. Колкото по-трудно е за въздуха да премине през филтъра, толкова по-високо ще бъде диференциалното налягане през филтъра.
Нарастваща разлика в налягането през филтъра сигнализира, че той може да е запушен и се нуждае от почистване или подмяна. Вентилационната система може да осигури чист въздух само ако филтрите ѝ са правилно поддържани. Запушените или лошо поддържани филтри ограничават въздушния поток и губят ефективността си при улавяне на частици. Навременното почистване или подмяна е от съществено значение, за да се гарантира, че системата функционира правилно.
Когато един филтър е чист, той само леко ограничава въздушния поток, което води до минимално диференциално налягане през филтъра. С натрупването на прах и частици във филтъра, въздушният поток става все по-затруднен, което води до повишаване на диференциалното налягане. Мониторингът на тази разлика в налягането предоставя ясна индикация за състоянието на филтъра с течение на времето.
В системи като SenteraWeb Cloud, могат да се задават прагове за всеки сензор. Когато диференциалното налягане достигне зоната за предупреждение, трябва да се насрочи поддръжка. Ако достигне зоната "извън обхват", се изисква спешна подмяна, за да се предотврати компрометиране на качеството на въздуха на закрито.
За измерване на замърсяването на въздушния филтър могат да се използват следните решения:
-Сензори за диференциално налягане предоставят измервания в реално време на разликата в налягането през филтъра (подобно на това как термометърът измерва температурата). Това измерване на диференциалното налягане предоставя индикация за състоянието на филтъра. Колкото по-високо е диференциалното налягане, толкова по-замърсен е въздушният филтър.
-Съществуват и по-опростени решения, като реле за диференциално налягане. Релето за налягане превключва, когато превключващата точка е превишена. Релетата за налягане показват дали разликата в налягането е над или под зададена стойност, но не предоставят действителната измерена стойност. То само сигнализира, когато въздушният филтър трябва да бъде подменен.
-Sentera комбинира предимствата на сензорите за диференциално налягане и релетата за диференциално налягане в цялостно решение за мониторинг на въздушните филтри: серията FIM. Измерванията на диференциалното налягане се съхраняват непрекъснато в облака. Когато прагът бъде превишен, се изпраща известие по имейл или текстово съобщение.
2. Диференциално налягане и въздушен поток
Въздушният поток е движението на въздушни частици. Въздушните частици се избутват от зона с високо въздушно налягане към място с по-ниско въздушно налягане. Това движение на въздушни частици се нарича въздушен поток. Следователно въздушният поток тече от област с високо въздушно налягане към област с по-ниско въздушно налягане. В природата, метеорологичните явления създават тези разлики в налягането и причиняват вятър. В една сграда ние искаме да създадем въздушен поток, за да осигурим достатъчно свеж въздух. Подава се свеж външен въздух, докато застоялият вътрешен въздух и замърсителите се изсмукват. Във вентилационните системи, разлика в налягането се създава от вентилатор. Вентилаторът увеличава налягането от изходната си страна (свръхналягане) и го намалява от входната си страна (подналягане). Този дисбаланс произвежда въздушен поток. Колкото по-голяма е разликата в налягането през вентилатора, толкова по-силен е въздушният поток.
Накратко: по-високата скорост на вентилатора създава по-големи разлики в налягането и по-силно движение на въздуха.
Сега си представете въздушния поток като хора, движещи се по улица: по-широката улица позволява на повече хора да преминат, и ако хората се движат по-бързо, още повече преминават за същото време. По същия начин, във въздуховод, по-голямото напречно сечение позволява на повече въздух да тече, и колкото по-бързо се движи въздухът, толкова повече въздух преминава на час. Математически, обемът на въздушния поток се изчислява, като се умножи скоростта на въздуха по напречното сечение на въздуховода.
Сензорите за диференциално налягане измерват разликата в налягането преди и след вентилатор (или филтър). От тази разлика, сензорът може да изчисли въздушния поток, което го прави лесен начин да се провери дали вентилаторът доставя правилното количество въздух. Ако точното количество на въздушния поток е по-малко важно и е необходима само индикация за въздушния поток, може да се използва реле за налягане.
Въздушният поток може да се изчисли или въз основа на напречното сечение на въздуховода, или на K-фактора на вентилатора. K-факторът е константа, която свързва въздушния поток през вентилатора с налягането, което той произвежда — по същество описва колко въздух премества конкретен вентилатор за дадена разлика в налягането. Всеки вентилатор има свой собствен K-фактор, който обикновено може да бъде получен от доставчика.
За да се измери въздушният поток с помощта на вентилатор с известен K-фактор, сензор за диференциално налягане се комбинира с обикновен комплект за свързване. Точките за измерване трябва да бъдат поставени достатъчно далеч от входа и изхода на вентилатора, за да се избегне поставянето им в турбулентната зона на въздушния поток. Входната страна (по-ниско налягане) се свързва към дюзата „–“ на сензора, а изходната страна (по-високо налягане) се свързва към дюзата „+“. За по-опростен подход, дюзата „–“ може да остане отворена към налягането на околната среда, което служи като референция и предоставя сравнително точно измерване на обема на въздушния поток.
За по-запознатите с технологиите: Обемният поток на въздуха се измерва в кубични метри на час (m³/h) и показва количеството свеж въздух, подадено или изсмукано за даден период. Въздушният поток може да се определи чрез измерване на диференциалното налягане.
Ето пример за изчисляване на обема на въздушния поток, използвайки измерване на диференциалното налягане. Да предположим, че вентилатор има K-фактор от 150 и докато работи, диференциалното налягане през вентилатора е 100 Pa. Това налягане се измерва със сензор за диференциално налягане, използвайки стандартен комплект за свързване. Изчислението протича по следния начин:
В този пример, вентилаторът генерира въздушен поток от 1.500 кубични метра на час.
3. Скорост на въздуха и въздушен поток
Скоростта на въздуха описва колко бързо се движи въздухът, подобно на това как автомобил има определена скорост. Тя обикновено се определя от скоростното налягане, което може да се измери с помощта на Пито тръба. Пито тръбата е малък инструмент, който може да бъде поставен вътре във въздуховод, тръба или дори около самолет, и измерва налягането, създадено от движещия се въздух. По един начин, тя работи като малък „въздушен скоростомер“. От налягането, което улавя, сензорът може да изчисли скоростта на въздушния поток. В горната част на Пито тръбата има две точки за свързване, които са свързани със сензора с прозрачни въздушни маркучи.
За да се измери скоростта на въздуха, Пито тръбата се свързва със сензор за диференциално налягане. Тръбата има два отвора: един, насочен директно във въздушния поток, който улавя общото (ударно) налягане, и един отстрани, който усеща статичното налягане на въздуха. Разликата между тези две налягания се нарича скоростно налягане и предоставя мярка за това колко бързо се движи въздухът.
След като скоростта на въздуха е известна, обемът на въздушния поток може да се изчисли, ако е известен размерът на въздуховода.
Чрез комбиниране на сензор за диференциално налягане с Пито тръба, е възможно точно да се измерят както скоростта на въздуха, така и обемът на въздушния поток, предоставяйки съществена информация за производителността и ефективността на вентилационната система.
Как работят сензорите за диференциално налягане?
Сензорът за диференциално налягане винаги има две точки за свързване, наречени „дюзи“. Тези дюзи позволяват на въздуха да тече през електронния сензорен елемент. Затова е много важно измереният въздух да бъде чист и свободен от корозивни елементи.
- Дюзата, която е обозначена с „+“, трябва да бъде свързана към точката с най-високо налягане (страната на свръхналягането). Това е преди въздушния филтър или от изходната страна на вентилатора.
- Дюзата, която е обозначена с „–“, трябва да бъде свързана към точката с най-ниско налягане (страната на подналягането или налягането на околната среда). В някои приложения тази дюза може да не бъде свързана, за да се измери налягането на околната среда. Това е след въздушния филтър или от входната страна на вентилатора.
Дюзите могат да бъдат свързани или към нормален комплект за свързване (комплект от пластмасови тръби), или към Пито тръба.
Когато Пито тръба е свързана към сензора за диференциално налягане, може да се изчисли скоростта на въздуха. Сензорът използва измереното диференциално налягане и диаметъра на въздуховода, за да изчисли скоростта на въздуха.
Комплект за свързване, свързан към сензора за диференциално налягане, може да се използва за измерване на диференциалното налягане или обема на въздушния поток. Комплектът за свързване се състои от два пластмасови фитинга, които лесно се монтират във въздуховод. Тези фитинги също се свързват със сензора за диференциално налягане, използвайки прозрачен въздушен маркуч.
Ако K-факторът на вентилатора е неизвестен, обемът на въздушния поток може да се изчисли по друг начин. Въз основа на скоростта на въздуха (измерена от Пито тръба) и диаметъра на въздуховода, сензорът за диференциално налягане може да изчисли обема на въздушния поток. В този пример ще изчислим обема на въздушния поток. Да предположим, че напречното сечение на въздуховода е 0,02 m² (кръгъл въздуховод с D160 мм) и че скоростта на въздуха е 1 m/s.
Това води до обем на въздушния поток от 72 m³/h.
Диференциалното налягане играе централна роля в разбирането и контролирането на вентилационните системи. Чрез мониторинг на разликите в налягането през вентилатори, филтри и въздуховоди, управителите на съоръжения могат да гарантират, че свежият въздух се доставя ефективно, филтрите се поддържат навреме и енергията не се губи. Независимо дали чрез усъвършенствани сензори с облачен мониторинг или по-прости механични релета, измерването на диференциалното налягане предоставя надеждна информация за обема на въздушния поток, скоростта на въздуха и общата производителност на системата.
На практика, това означава по-здравословно качество на въздуха на закрито, оптимизирана ефективност на системата и намалени експлоатационни разходи. Точно както термометърът е незаменим за контрола на температурата, измерването на диференциалното налягане е основен инструмент за гарантиране, че вентилационните системи работят по предназначение — тихо, непрекъснато и ефективно, защитавайки комфорта и благосъстоянието на обитателите на сградата.
Устройства за диференциално налягане на Sentera – Продуктовата гама
Продуктовата гама на Sentera от устройства за диференциално налягане е разделена на релета за налягане, сензори за диференциално налягане и контролери за диференциално налягане. Релетата и сензорите за налягане измерват диференциалното налягане, докато контролерите поддържат диференциалното налягане постоянно на желаната зададена точка. Те контролират устройства като вентилатор или клапа.
Реле за налягане: над или под превключващата точка?
Реле за налягане е много просто устройство, което открива дали диференциалното налягане е по-високо или по-ниско от определена стойност. То не предоставя точно измерване на диференциалното налягане, а само показва дали диференциалното налягане превишава превключващата точка или не. То работи механично и затова не изисква захранване, за да функционира. Превключващата точка може да се регулира с помощта на отвертка.
- Серията PSW са релета за налягане, които обикновено се използват за проверка дали въздушният филтър се нуждае от почистване (или подмяна). Друго типично приложение е да се провери дали вентилаторът функционира нормално (дали има минимален въздушен поток). Серията PSW е налична за определен обхват на налягане (20-200 Pa или 50-500 Pa). Те могат да бъдат закупени индивидуално или като пакет със съответния комплект за свързване.
Сензорите измерват диференциалното налягане
Сензор за диференциално налягане измерва диференциалното налягане и го предава чрез аналогов изходен сигнал (обикновено 0-10 волта или 0-20 mA) и чрез Modbus RTU комуникация (ако е налична). Измерването на диференциалното налягане е точно и целият обхват се превежда в сигнал 0-10 волта (или 0-20 mA или PWM), където 0 волта съответства на минималното диференциално налягане, а 10 волта на максималното диференциално налягане. Минималните и максималните стойности могат да бъдат променяни в рамките на работния обхват на сензора. Измереното диференциално налягане може да бъде прочетено и чрез Modbus входния регистър. Sentera предлага сензори за диференциално налягане за мониторинг на вентилатори и въздушни филтри, както и сензори за диференциално налягане, оптимизирани за въздушно-обработващи устройства.
Измерване на въздушен поток и замърсяване на въздушен филтър:
Серията HPS е налична в следните обхвати на налягане: -125 до +125 Pa | 0-1000 Pa | 0-2000 Pa | 0-4000 Pa | 0-10.000 Pa. За всеки обхват на налягане, ние предлагаме F версията и G версията. F версията се нуждае от 24 VDC захранване и разполага с отделни (изолирани) GND връзки за захранването и аналоговия изход. Затова тя е подходяща за 4-жилно свързване. G версията може да се захранва с 24 VDC или 24 VAC. Тя има само една обща GND за захранването и аналоговия изход. Затова тя е подходяща за 3-жилно свързване.
Серията DPS е идентична със серията HPS, но допълнително предлага дисплей. Те също са налични в същите обхвати на налягане: -125 до +125 Pa | 0-1000 Pa | 0-2000 Pa | 0-4000 Pa | 0-10.000 Pa. За всеки обхват на налягане, ние предлагаме F версията и G версията.
Серията FIM18 следи диференциалното налягане през въздушен филтър (или вентилатор). Те нямат аналогов изход. Диференциалното налягане се записва в облака SenteraWeb. Еволюцията на диференциалното налягане може да бъде визуализирана. Тя изпраща предупреждения и алармени съобщения по имейл или SMS в случай на превишаване на праг и необходимост от подмяна на филтъра. Серията FIM изисква 24 VDC захранване и локална интернет връзка чрез Wi-Fi или LAN етернет кабел.
Мониторинг на въздушни филтри във въздушно-обработващи устройства
Серията HPD са сензори за диференциално налягане, които са специално разработени за мониторинг на двата въздушни филтъра във въздушно-обработващите устройства (AHU). Един сензор позволява измервания на диференциалното налягане на две различни места. Затова този сензор разполага с два аналогови изхода. Той е наличен за следните обхвати на диференциално налягане: 0-1000 Pa | 0-2000 Pa | 0-4000 Pa | 0-10.000 Pa. За всеки обхват на налягане, ние предлагаме F версията и G версията. F версията се нуждае от 24 VDC захранване и разполага с отделни (изолирани) GND връзки за захранването и аналоговия изход. Затова тя е подходяща за 4-жилно свързване. G версията може да се захранва с 24 VDC или 24 VAC. Тя има само една обща GND за захранването и аналоговия изход. Затова тя е подходяща за 3-жилно свързване.
Серията DPD е идентична със серията HPD, но допълнително предлага дисплей. Те също са налични в същите обхвати на налягане: 0-1000 Pa | 0-2000 Pa | 0-4000 Pa | 0-10.000 Pa. За всеки обхват на налягане, ние предлагаме F версията и G версията.
Серията FIM28 следи диференциалното налягане през двата въздушни филтъра на въздушно-обработващото устройство. Те нямат аналогов изход. Диференциалното налягане се записва в облака SenteraWeb. Еволюцията на диференциалното налягане може да бъде визуализирана. Тя изпраща предупреждения и алармени съобщения по именал или SMS в случай на превишаване на праг. Серията FIM изисква 24 VDC захранване и локална интернет връзка чрез Wi-Fi или LAN етернет кабел.
Контролерите регулират скоростта на вентилатора или клапите
Контролерът за диференциално налягане работи различно от сензор. Той ви позволява да дефинирате зададена точка на диференциалното налягане – можете да го разглеждате като желаното диференциално налягане или желания обем на въздушния поток. Зададената точка може да се регулира чрез Modbus RTU комуникация. Modbus Master устройството може да запише зададената точка на диференциалното налягане в съответния регистър на контролера за диференциално налягане. Понякога те се наричат и CAV контролери или контролери за постоянен въздушен обем. Подава се постоянно количество въздух, независимо от търсенето или необходимостта от вентилация. Контролерът за диференциално налягане генерира аналогов изходен сигнал (обикновено 0-10 волта или 0-20 mA), за да поддържа диференциалното налягане равно на тази зададена точка. За да постигне това, сензорът използва PI контрол. PI контролът комбинира пропорционални и интегрирани действия. Благодарение на PI контрола, диференциалното налягане може да се поддържа възможно най-близо до желаната стойност по решителен, но неагресивен начин. Ние разграничаваме контролерите за диференциално налягане за вентилатори и за клапи. И в двата случая, PI контролът гарантира оптимален контрол на вентилатора или клапата.
Контролиране на скоростта на вентилатора за поддържане на постоянно налягане
Контролерът за диференциално налягане регулира скоростта на вентилатора (това означава: създаване на повече или по-малко въздушен поток), за да поддържа желаното диференциално налягане. Ако диференциалното налягане е твърде ниско, скоростта на вентилатора трябва да се увеличи, за да се натрупа повече налягане (разлика).
Серията HPSP е налична в следните обхвати на налягане: -125 до +125 Pa | 0-1000 Pa | 0-2000 Pa | 0-4000 Pa | 0-10.000 Pa. За всеки обхват на налягане, ние предлагаме F версията и G версията. F версията се нуждае от 24 VDC захранване и разполага с отделни (изолирани) GND връзки за захранването и аналоговия изход. Затова тя е подходяща за 4-жилно свързване. G версията може да се захранва с 24 VDC или 24 VAC. Тя има само една обща GND за захранването и аналоговия изход. Затова тя е подходяща за 3-жилно свързване.
Серията DPSP: Те са идентични със серията HPSP, но допълнително предлагат дисплей. Те също са налични в същите обхвати на налягане: -125 до +125 Pa | 0-1000 Pa | 0-2000 Pa | 0-4000 Pa | 0-10.000 Pa. За всеки обхват на налягане, ние предлагаме F версията и G версията.
Серията SPS2: Понякога трябва да се превключва между висок и нисък обем на въздуха. Серията SPS2G е проектирана за приложения, които понякога изискват постоянен нисък въздушен поток, а понякога постоянен висок въздушен поток. За тази цел те разполагат с две зададени точки. Една от двете зададени точки може да бъде избрана чрез сухия контактен вход. Серията SPS2G е налична в следните обхвати на налягане: 0-2000 Pa | 0-6000 Pa. За всеки обхват на налягане, ние предлагаме F версията и G версията. F версията се нуждае от 24 VDC захранване и разполага с отделни (изолирани) GND връзки за захранването и аналоговия изход. Затова тя е подходяща за 4-жилно свързване. G версията може да се захранва с 24 VDC или 24 VAC. Тя има само една обща GND за захранването и аналоговия изход. Затова тя е подходяща за 3-жилно свързване.
Контролиране на клапа за поддържане на постоянно налягане
Контролерът за диференциално налягане регулира позицията на лопатката на клапата (това означава: повече или по-малко въздух може да премине), за да поддържа желаното диференциално налягане. Ако диференциалното налягане е твърде ниско, клапата трябва да се затвори, за да се натрупа повече налягане и да се позволи на по-малко въздух да премине.
Серията HPSA е налична в следните обхвати на налягане: 0-1000 Pa | 0-2000 Pa. За всеки обхват на налягане, ние предлагаме F версията и G версията. F версията се нуждае от 24 VDC захранване и разполага с отделни (изолирани) GND връзки за захранването и аналоговия изход. Затова тя е подходяща за 4-жилно свързване. G версията може да се захранва с 24 VDC или 24 VAC. Тя има само една обща GND за захранването и аналоговия изход. Затова тя е подходяща за 3-жилно свързване.
Серията DPSA: Те са идентични със серията HPSA, но допълнително предлагат дисплей. Те също са налични в същите обхвати на налягане: 0-1000 Pa | 0-2000 Pa. За всеки обхват на налягане, ние предлагаме F версията и G версията.