Co to jest ciśnienie powietrza?
Ludzie nie mogą żyć bez świeżego powietrza. Nasze ciała potrzebują tlenu (O₂) do produkcji energii. Bez wystarczającej ilości tlenu czujemy się zmęczeni lub zawroty głowy, a nawet możemy się udusić. Podczas oddychania wdychamy tlen, a wydychamy dwutlenek węgla (CO₂).
Ludzie nie mogą żyć bez świeżego powietrza. Nasze ciała potrzebują tlenu (O₂) do produkcji energii. Bez wystarczającej ilości tlenu czujemy się zmęczeni lub zawroty głowy, a nawet możemy się udusić. Podczas oddychania wdychamy tlen, a wydychamy dwutlenek węgla (CO₂).
Gdy wiele osób znajduje się w zamkniętej przestrzeni, poziom CO₂ wzrasta. Wentylacja lub dostarczanie świeżego powietrza może zmniejszyć nagromadzenie CO₂. Bez dostępu świeżego powietrza CO₂ gromadzi się w pomieszczeniu i może powodować bóle głowy, senność … lub coś gorszego. System wentylacyjny gwarantuje wystarczającą podaż świeżego powietrza, które usuwa CO₂ i inne zanieczyszczenia.
Świeże powietrze to czyste, zewnętrzne powietrze, które ma naturalną równowagę gazów i jest wolne od szkodliwych poziomów zanieczyszczeń, dymu lub nagromadzenia zużytego powietrza (jak w zamkniętych pomieszczeniach). Na poziomie morza świeże powietrze składa się z:
•Azot (N₂): ~ 78 %
•Tlen (O₂): ~ 21 %
•Argon i inne gazy szlachetne: ~ 0,9 %
•Dwutlenek węgla (CO₂): ~ 0,04 %
•Para wodna: zmienna (0–4 %, w zależności od wilgotności)
•Azot (N₂): ~ 78 %
•Tlen (O₂): ~ 21 %
•Argon i inne gazy szlachetne: ~ 0,9 %
•Dwutlenek węgla (CO₂): ~ 0,04 %
•Para wodna: zmienna (0–4 %, w zależności od wilgotności)
Powietrze składa się z malutkich cząsteczek zwanych „cząsteczkami”. Miliardy cząsteczek poruszają się przy każdym Twoim oddechu. Choć są bardzo lekkie, mają własną wagę. Cząsteczki poruszają się z dużą prędkością i zderzają się ze wszystkim, także z Tobą. Każde zderzenie to małe pchnięcie. Siła pojedynczej cząsteczki jest niewielka, ale jest ich tak wiele uderzających w powierzchnie ze wszystkich stron, że razem tworzą zauważalną siłę – ciśnienie powietrza.
Na poziomie morza ciężar kolumny powietrza nad Tobą naciska z siłą około 1 bara (100 000 paskali) ciśnienia. To mniej więcej 1 kilogram siły na każdy centymetr kwadratowy Twojej skóry. Porównywalne do ciężaru torby z 5-6 jabłkami naciskającymi na każdy cm² Twojego ciała! Nie czujesz się zgnieciony, ponieważ płyny wewnątrz Twojego ciała mają takie samo ciśnienie, wyrównując je.
Ciśnienie powietrza to po prostu to, jak mocno powietrze naciska na powierzchnię. Działa to podobnie jak ciśnienie wody podczas nurkowania: im głębiej, tym silniejsze naciskanie. Powietrze jest jak niewidzialny ocean gazu, który ciągle naciska na wszystko wokół nas.
Dla technicznych: ciśnienie powietrza mierzy się w paskalach (Pa), które oznaczają ilość siły działającej na powierzchnię. Konkretnie, 1 Pa = 1 niuton na metr kwadratowy (N/m²). Oficjalny SI (Międzynarodowy Układ Jednostek) używa paskala jako standardowej jednostki ciśnienia, ale w praktyce ciśnienie często wyraża się także w barach, gdzie 1 bar = 100 000 Pa. Sam SI jest nowoczesną, międzynarodowo uzgodnioną wersją systemu metrycznego.
Co to jest różnica ciśnień?
Powietrze, w którym żyjemy, wywiera określone ciśnienie na wszystkie obiekty. To ciśnienie nie jest jednak wszędzie takie samo. W niektórych miejscach ciśnienie powietrza jest wyższe niż w innych. Różnica ciśnień to różnica ciśnienia powietrza między dwoma punktami.Ta różnica ciśnień powoduje też ruch powietrza, wypychając je z obszarów o wyższym ciśnieniu do miejsc o niższym ciśnieniu. Różnica ciśnień to „pchnięcie”, które napędza przepływ powietrza, przemieszczając je z obszaru o wysokim ciśnieniu do obszaru o niskim ciśnieniu.Można też spojrzeć na to z innej strony: gdy idziesz na zewnątrz podczas burzliwej pogody z parasolem, ten parasol blokuje dużo wiatru. Powoduje to nagromadzenie powietrza po jednej stronie parasola, tworząc ciśnienie dodatnie lub nadciśnienie. Po drugiej stronie powstaje ciśnienie ujemne lub podciśnienie. Tak więc, umieszczając obiekt w przepływie powietrza, tworzysz różnicę ciśnień.
Powietrze, w którym żyjemy, wywiera określone ciśnienie na wszystkie obiekty. To ciśnienie nie jest jednak wszędzie takie samo. W niektórych miejscach ciśnienie powietrza jest wyższe niż w innych. Różnica ciśnień to różnica ciśnienia powietrza między dwoma punktami.Ta różnica ciśnień powoduje też ruch powietrza, wypychając je z obszarów o wyższym ciśnieniu do miejsc o niższym ciśnieniu. Różnica ciśnień to „pchnięcie”, które napędza przepływ powietrza, przemieszczając je z obszaru o wysokim ciśnieniu do obszaru o niskim ciśnieniu.Można też spojrzeć na to z innej strony: gdy idziesz na zewnątrz podczas burzliwej pogody z parasolem, ten parasol blokuje dużo wiatru. Powoduje to nagromadzenie powietrza po jednej stronie parasola, tworząc ciśnienie dodatnie lub nadciśnienie. Po drugiej stronie powstaje ciśnienie ujemne lub podciśnienie. Tak więc, umieszczając obiekt w przepływie powietrza, tworzysz różnicę ciśnień.
W systemach wentylacyjnych różnicę ciśnień zazwyczaj mierzy się na elemencie takim jak wentylator lub filtr powietrza. Monitorowanie różnicy ciśnień pomaga ocenić stan filtra, przepływ powietrza, prędkość powietrza i wydajność systemu. Np.: różnica ciśnień na wentylatorze wskazuje, jak dużą „siłę” ma powietrze do przemieszczania się.
1.Różnica ciśnień i monitorowanie filtrów
Wyobraź sobie wąski korytarz z bramką pośrodku, która liczy przechodzące osoby. Ta bramka powoduje kolejkę (nadciśnienie). Za bramką ruch osób płynie już gładko. Filtr powietrza można porównać do takiej bramki umieszczonej w przepływie powietrza. Przepływ powietrza zderza się z filtrem, tworząc nadciśnienie. Cząstki zostają zatrzymane, podczas gdy cząsteczki powietrza mogą przejść przez filtr. W efekcie na filtrze rozwija się różnica ciśnień. Im trudniej powietrzu przejść przez filtr, tym większa jest różnica ciśnień nad filtrem.
Wyobraź sobie wąski korytarz z bramką pośrodku, która liczy przechodzące osoby. Ta bramka powoduje kolejkę (nadciśnienie). Za bramką ruch osób płynie już gładko. Filtr powietrza można porównać do takiej bramki umieszczonej w przepływie powietrza. Przepływ powietrza zderza się z filtrem, tworząc nadciśnienie. Cząstki zostają zatrzymane, podczas gdy cząsteczki powietrza mogą przejść przez filtr. W efekcie na filtrze rozwija się różnica ciśnień. Im trudniej powietrzu przejść przez filtr, tym większa jest różnica ciśnień nad filtrem.
Wzrastająca różnica ciśnień na filtrze sygnalizuje, że może być on zatkany i wymaga czyszczenia lub wymiany. System wentylacyjny może dostarczać czyste powietrze tylko wtedy, gdy jego filtry są odpowiednio konserwowane. Zatkane lub źle utrzymane filtry ograniczają przepływ powietrza i tracą skuteczność w zatrzymywaniu cząstek. Terminowe czyszczenie lub wymiana jest kluczowa, aby system działał prawidłowo.
Gdy filtr jest czysty, tylko nieznacznie ogranicza przepływ powietrza, co skutkuje minimalną różnicą ciśnień na filtrze. W miarę gromadzenia się kurzu i cząstek przepływ powietrza jest coraz bardziej utrudniony, powodując wzrost różnicy ciśnień. Monitorowanie tej różnicy ciśnień daje jasny obraz stanu filtra w czasie.
W systemach takich jak SenteraWeb cloud można ustawić progi dla każdego czujnika. Gdy różnica ciśnień osiągnie strefę alarmową, należy zaplanować konserwację. Jeśli przekroczy strefę poza zakresem, konieczna jest pilna wymiana, aby zapobiec pogorszeniu jakości powietrza w pomieszczeniu.
Do pomiaru zabrudzenia filtrów powietrza można stosować następujące rozwiązania:
—Czujniki różnicy ciśnień zapewniają pomiary różnicy ciśnień na filtrze w czasie rzeczywistym (podobnie jak termometr mierzy temperaturę). Ten pomiar różnicy ciśnień daje wskazówkę o stanie filtra. Im wyższa różnica ciśnień, tym bardziej zabrudzony jest filtr powietrza.
—Istnieją też prostsze rozwiązania, takie jak przekaźnik różnicy ciśnień. Przekaźnik ciśnieniowy załącza się, gdy przekroczony zostanie punkt przełączania. Przekaźniki ciśnieniowe wskazują, czy różnica ciśnień jest powyżej czy poniżej ustawionego progu, ale nie pokazują rzeczywistej zmierzonej wartości. Sygnalizują jedynie moment, kiedy filtr powietrza wymaga wymiany.
—Firma Sentera połączyła zalety czujników różnicy ciśnień i przekaźników różnicy ciśnień w gotowym rozwiązaniu do monitorowania filtrów powietrza: serię FIM. Pomiar różnicy ciśnień jest ciągle zapisywany w chmurze. Gdy przekroczony zostanie próg, wysyłane jest powiadomienie e-mailem lub SMS-em.
—Czujniki różnicy ciśnień zapewniają pomiary różnicy ciśnień na filtrze w czasie rzeczywistym (podobnie jak termometr mierzy temperaturę). Ten pomiar różnicy ciśnień daje wskazówkę o stanie filtra. Im wyższa różnica ciśnień, tym bardziej zabrudzony jest filtr powietrza.
—Istnieją też prostsze rozwiązania, takie jak przekaźnik różnicy ciśnień. Przekaźnik ciśnieniowy załącza się, gdy przekroczony zostanie punkt przełączania. Przekaźniki ciśnieniowe wskazują, czy różnica ciśnień jest powyżej czy poniżej ustawionego progu, ale nie pokazują rzeczywistej zmierzonej wartości. Sygnalizują jedynie moment, kiedy filtr powietrza wymaga wymiany.
—Firma Sentera połączyła zalety czujników różnicy ciśnień i przekaźników różnicy ciśnień w gotowym rozwiązaniu do monitorowania filtrów powietrza: serię FIM. Pomiar różnicy ciśnień jest ciągle zapisywany w chmurze. Gdy przekroczony zostanie próg, wysyłane jest powiadomienie e-mailem lub SMS-em.
2.Różnica ciśnień i przepływ powietrza
Przepływ powietrza to ruch cząsteczek powietrza. Cząsteczki powietrza są wypychane z obszaru o wysokim ciśnieniu do miejsca o niższym ciśnieniu. Ten ruch cząsteczek powietrza nazywamy przepływem powietrza. Zatem przepływ powietrza płynie z obszaru o wysokim ciśnieniu do obszaru o niższym ciśnieniu. W przyrodzie zjawiska pogodowe tworzą te różnice ciśnień i powodują wiatr. W budynku chcemy stworzyć przepływ powietrza, aby dostarczyć wystarczającą ilość świeżego powietrza. Świeże powietrze z zewnątrz jest dostarczane, podczas gdy zużyte powietrze i zanieczyszczenia są usuwane. W systemach wentylacyjnych różnica ciśnień jest tworzona przez wentylator. Wentylator zwiększa ciśnienie po stronie wylotowej (nadciśnienie) i obniża je po stronie wlotowej (podciśnienie). Ta nierównowaga powoduje przepływ powietrza. Im większa różnica ciśnień na wentylatorze, tym silniejszy przepływ powietrza. Prędkość wentylatora również odgrywa rolę: wyższe prędkości tworzą większe różnice ciśnień i silniejszy ruch powietrza.
Wyobraź sobie teraz przepływ powietrza jak ludzi przemieszczających się ulicą: szersza ulica pozwala przejść większej liczbie osób, a jeśli ludzie poruszają się szybciej, jeszcze więcej osób przejdzie w tym samym czasie. Podobnie w przewodzie powietrznym większy przekrój pozwala przepływać większej ilości powietrza, a im szybciej powietrze się porusza, tym więcej powietrza przechodzi na godzinę. Matematycznie objętość przepływu powietrza oblicza się mnożąc prędkość powietrza przez przekrój poprzeczny kanału.
Czujniki różnicy ciśnień mierzą różnicę ciśnień przed i za wentylatorem (lub filtrem). Na podstawie tej różnicy czujnik może obliczyć przepływ powietrza, co jest łatwym sposobem sprawdzenia, czy wentylator dostarcza właściwą ilość powietrza. Jeśli dokładna ilość przepływu powietrza nie jest tak istotna, a potrzebne jest tylko wskazanie przepływu, można użyć przekaźnika ciśnieniowego.
Przepływ powietrza można obliczyć albo na podstawie przekroju kanału powietrznego, albo współczynnika K wentylatora. Współczynnik K jest stałą, która łączy przepływ powietrza przez wentylator z wytwarzanym przez niego ciśnieniem — opisując, ile powietrza dany wentylator przemieszcza przy określonej różnicy ciśnień. Każdy wentylator ma swój własny współczynnik K, który zwykle można uzyskać od dostawcy.
Aby zmierzyć przepływ powietrza za pomocą wentylatora o znanym współczynniku K, czujnik różnicy ciśnień jest łączony z prostym zestawem przyłączy. Punkty pomiarowe powinny być umieszczone wystarczająco daleko od wlotu i wylotu wentylatora, aby nie znajdowały się w strefie turbulentnego przepływu powietrza. Strona wlotowa (niższe ciśnienie) łączy się z dyszą „–” czujnika, a strona wylotowa (wyższe ciśnienie) z dyszą „+”. Dla prostszego podejścia dysza „–” może pozostawać otwarta na ciśnienie otoczenia, które służy jako punkt odniesienia i zapewnia dość dokładny pomiar objętości przepływu powietrza.
Dla technicznych: objętość przepływu powietrza mierzy się w metrach sześciennych na godzinę (m³/h) i wskazuje ilość świeżego powietrza dostarczanego lub usuwanego w danym czasie. Przepływ powietrza można określić poprzez pomiar różnicy ciśnień.
Oto przykład obliczania objętości przepływu powietrza za pomocą pomiaru różnicy ciśnień. Załóżmy, że wentylator ma współczynnik K równy 150, a podczas pracy różnica ciśnień na wentylatorze wynosi 100 Pa. To ciśnienie jest mierzone czujnikiem różnicy ciśnień przy użyciu standardowego zestawu połączeń. Obliczenie przebiega następująco:
3.Prędkość powietrza i przepływ powietrza
Prędkość powietrza opisuje, jak szybko porusza się powietrze — podobnie jak samochód ma swoją prędkość. Zazwyczaj jest ona określana na podstawie ciśnienia prędkościowego, które można zmierzyć za pomocą rurki Pitota. Rurka Pitota to niewielkie urządzenie, które można umieścić wewnątrz kanału powietrznego, rury, a nawet na zewnątrz samolotu, i które mierzy ciśnienie wytwarzane przez poruszające się powietrze. W pewnym sensie działa jak miniaturowy „prędkościomierz powietrza”. Na górze rurki Pitota znajdują się dwa przyłącza, które są połączone z czujnikiem za pomocą przezroczystych rurek powietrznych.
Prędkość powietrza opisuje, jak szybko porusza się powietrze — podobnie jak samochód ma swoją prędkość. Zazwyczaj jest ona określana na podstawie ciśnienia prędkościowego,
które można zmierzyć za pomocą rurki Pitota. Rurka Pitota to niewielkie urządzenie, które można umieścić wewnątrz kanału powietrznego, rury, a nawet na zewnątrz samolotu, i które mierzy ciśnienie wytwarzane przez poruszające się powietrze. W pewnym sensie działa jak miniaturowy „prędkościomierz powietrza”. Na górze rurki Pitota znajdują się dwa przyłącza, które są połączone z czujnikiem za pomocą przezroczystych rurek powietrznych.Aby zmierzyć prędkość powietrza, rurka Pitota jest podłączana do czujnika różnicy ciśnień. Rurka posiada dwa otwory: jeden skierowany bezpośrednio w kierunku przepływu powietrza, który rejestruje całkowite (uderzeniowe) ciśnienie, oraz drugi z boku, który mierzy ciśnienie statyczne powietrza. Różnica między tymi dwoma ciśnieniami nazywana jest ciśnieniem prędkościowym i stanowi miarę tego, jak szybko porusza się powietrze.
Gdy znamy prędkość powietrza, można obliczyć objętość przepływu powietrza, o ile znane są wymiary przekroju kanału powietrznego.
Łącząc czujnik różnicy ciśnień z rurką Pitota, można precyzyjnie zmierzyć zarówno prędkość powietrza, jak i jego objętość przepływu, co dostarcza kluczowych informacji o wydajności i efektywności systemu wentylacyjnego.
Jeśli współczynnik K wentylatora nie jest znany, objętość przepływu powietrza można obliczyć w inny sposób. Wtedy czujnik różnicy ciśnień może być użyty w połączeniu z rurką Pitota (dla pomiaru prędkości powietrza) oraz średnicą kanału powietrznego.W tym przykładzie obliczymy objętość przepływu powietrza.
Załóżmy, że przekrój poprzeczny kanału wynosi 0,02 m² (okrągły kanał o średnicy 160 mm),prędkość powietrza wynosi 1 m/s.
Różnica ciśnień odgrywa kluczową rolę w zrozumieniu i kontroli systemów wentylacyjnych. Monitorując różnice ciśnień na wentylatorach, filtrach i kanałach, zarządcy obiektów mogą zapewnić efektywne dostarczanie świeżego powietrza, terminową konserwację filtrów oraz uniknięcie strat energii.
Jak działają czujniki różnicy ciśnień?
Czujnik różnicy ciśnień zawsze posiada dwa punkty przyłączeniowe, zwane „dyszami”. Dzięki nim powietrze może przepływać nad elektronicznym elementem pomiarowym czujnika. Dlatego bardzo ważne jest, aby mierzone powietrze było czyste i pozbawione substancji korozyjnych.
•Dysza oznaczona symbolem „+” musi być podłączona do punktu o najwyższym ciśnieniu (strona nadciśnienia).
Ten punkt znajduje się przed filtrem powietrza lub po stronie wylotowej wentylatora.
Ten punkt znajduje się przed filtrem powietrza lub po stronie wylotowej wentylatora.
•Dysza oznaczona symbolem „–” musi być podłączona do punktu o najniższym ciśnieniu (strona podciśnienia lub ciśnienie atmosferyczne). W niektórych zastosowaniach ta dysza może pozostać niepodłączona, aby umożliwić pomiar względem ciśnienia otoczenia.
Ten punkt znajduje się za filtrem powietrza lub po stronie wlotowej wentylatora.
Ten punkt znajduje się za filtrem powietrza lub po stronie wlotowej wentylatora.
Dysze mogą być podłączone do standardowego zestawu przyłączy (czyli zestawu plastikowych rurek), lub rurki Pitota.
Gdy rurka Pitota jest podłączona do czujnika różnicy ciśnień, można obliczyć prędkość powietrza. Czujnik wykorzystuje zmierzoną różnicę ciśnień oraz średnicę kanału powietrznego do obliczenia prędkości przepływu powietrza.
Gdy rurka Pitota jest podłączona do czujnika różnicy ciśnień, można obliczyć prędkość powietrza. Czujnik wykorzystuje zmierzoną różnicę ciśnień oraz średnicę kanału powietrznego do obliczenia prędkości przepływu powietrza.
Zestaw przyłączy podłączony do czujnika różnicy ciśnień może być użyty do pomiaru różnicy ciśnień lub objętościowego przepływu powietrza. Zestaw przyłączy składa się z dwóch plastikowych złączek, które łatwo montuje się w kanale powietrznym. Te złączki są również połączone z czujnikiem za pomocą przezroczystych rurek powietrznych.
Jeśli współczynnik K wentylatora nie jest znany, objętość przepływu powietrza można obliczyć w inny sposób. Wtedy czujnik różnicy ciśnień może być użyty w połączeniu z rurką Pitota (dla pomiaru prędkości powietrza) oraz średnicą kanału powietrznego.W tym przykładzie obliczymy objętość przepływu powietrza.
Załóżmy, że przekrój poprzeczny kanału wynosi 0,02 m² (okrągły kanał o średnicy 160 mm),prędkość powietrza wynosi 1 m/s.
Daje to objętość przepływu powietrza równą 72 m³/h.
Różnica ciśnień odgrywa kluczową rolę w zrozumieniu i kontroli systemów wentylacyjnych. Monitorując różnice ciśnień na wentylatorach, filtrach i kanałach, zarządcy obiektów mogą zapewnić efektywne dostarczanie świeżego powietrza, terminową konserwację filtrów oraz uniknięcie strat energii.
Niezależnie od tego, czy wykorzystuje się zaawansowane czujniki z monitoringiem w chmurze, czy prostsze przekaźniki mechaniczne, pomiar różnicy ciśnień dostarcza wiarygodnych informacji o objętości przepływu powietrza, prędkości powietrza i ogólnej wydajności systemu.
W praktyce przekłada się to na zdrowszą jakość powietrza w pomieszczeniach, zoptymalizowaną efektywność systemu oraz obniżone koszty eksploatacyjne. Tak jak termometr jest niezbędny do kontroli temperatury, tak pomiar różnicy ciśnień jest kluczowym narzędziem do zapewnienia, że systemy wentylacyjne działają zgodnie z założeniami — cicho, nieprzerwanie i skutecznie, dbając o komfort i dobre samopoczucie osób przebywających w budynku.