Razumijevanje ključne uloge gustoće vlažnog zraka u sustavima obrade zraka od esencijalne je važnosti za optimizaciju učinkovitosti HVAC sustava. Gustoća vlažnog zraka izravno utječe na brzinu mase i volumetrijski protok, što je ključno za osiguranje pravilne distribucije zraka i energetske učinkovitosti. Podesivanjem volumetrijskog protoka na temelju podataka o gustoći zraka, sustavi ventilacije mogu spriječiti nepotrebnu potrošnju energije i poboljšati ukupne performanse, osobito kada se koriste senzori gustoće vlažnog zraka za preciznu regulaciju protoka mase. Zaronimo dublje.

Vlažan zrak ili vlažni zrak odnosi se na zrak koji nas okružuje, a sadrži vodenu paru unutar smjese različitih plinskih sastojaka. Ove slobodno pomične molekule vode imaju vrlo malu molekulsku masu, što čini vlažan zrak manje gustim i uzrokuje njegovo podizanje. Zbog toga u prostorima poput bazena vlažan zrak ima tendenciju nakupljanja blizu stropa.
Gustoća vlažnog zraka također ovisi o atmosferskom tlaku, koji opada s povećanjem nadmorske visine.
Posljedično, ponašanje i distribucija vlažnog zraka pod utjecajem su i njegovog sadržaja vlage i uvjeta okolišnog tlaka.
Važnost gustoće vlažnog zraka u AHU: Izračun masovnog protoka u ventilacijskim sustavima i jedinicama za obradu zraka
Masovni protok vs. Volumenski protok
Da bismo bolje razumjeli osnove, prvo se posvetimo razlici između masovnog protoka i volumenskog protoka u Air Handling Units (AHU), jer su oba ključna za pravilno funkcioniranje i optimizaciju HVAC sustava.
Brzina protoka mase odnosi se na količinu mase zraka koja prolazi kroz određenu točku u AHU sustavu po jedinici vremena. Obično se mjeri u kilogramima po sekundi (kg/s) ili funtama po minuti (lb/min). Ova metrka uzima u obzir gustoću zraka, koja može varirati ovisno o temperaturi, tlaku i vlažnosti. Stoga brzina protoka mase daje precizniju reprezentaciju stvarne količine zraka koji se pomiče, bez obzira na njegove fizičke uvjete.
Primjer: Zamislite da punite balon zrakom. Ako je zrak hladan i gust, balon će se brže puniti jer ulazi više mase zraka. Na vrućem danu, zrak je manje gust, i bit će potrebno više vremena da se balon napuni do iste veličine. Brzina protoka mase mjeri ukupnu težinu zraka koji ulazi u balon po sekundi, što ostaje konstantno bez obzira na temperaturu.
S druge strane, volumetrijski protok mjeri volumen zraka koji prolazi kroz točku u AHU sustavu po jedinici vremena. Obično se mjeri u kubičnim metrima po sekundi (m³/s) ili kubičnim stopama po minuti (CFM). Ova mjera ne uzima u obzir promjene u gustoći zraka zbog temperature, tlaka ili vlažnosti. Jednostavno odražava koliko prostora zrak zauzima.
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 stručnjaka u AHU sustavima, razumijevanje oba protoka je ključno:
- Volumetrijski protok često se koristi u praktičnim primjenama gdje je potrebno poznavati fizički volumen zraka, poput dimenzioniranja kanala, osiguravanja odgovarajuće distribucije zraka i održavanja kvalitete unutarnjeg zraka.
- Brzina protoka mase ključna je za proračune energije, osiguravajući da sustav pomiče točnu količinu mase zraka kako bi se postigla odgovarajuća kvaliteta unutarnjeg zraka, grijanje, hlađenje i ventilacija.
Primjer u praksi: Zimi, kada je zrak hladniji i gušći, volumetrijski protok može biti niži, ali brzina protoka mase ostaje konstantna jer gusti zrak upakira više mase u isti volumen. S druge strane, ljeti, topliji, manje gusti zrak može rezultirati višim volumetrijskim protokom kako bi se premjestila ista masa zraka. Stoga, moderni AHU sustavi moraju prilagoditi svoje djelovanje na temelju brzine protoka mase kako bi osigurali energetsku učinkovitost i optimalne performanse.
U zaključku, dok volumetrijski protok mjeri prostor koji zrak zauzima, brzina protoka mase mjeri stvarnu količinu zraka po težini. Obje metrike ključne su za različite aspekte rada AHU sustava, osiguravajući učinkovito, efektivno i udobno upravljanje zrakom tijekom cijele godine.
Podešavanje volumetrijskog protoka na temelju podataka o gustoći zraka

U procesu dizajniranja zgrade, potrebna količina svježeg zraka uvijek se izračunava prema standardiziranim uvjetima temperature od 20°C i gustoće zraka od približno 1,2 kg/m³.
Ovo nam također omogućava izračunavanje brzine protoka mase koja mora biti uvijek osigurana za postizanje optimalnih uvjeta udobnosti. Moderni sustavi ventilacije uglavnom mjere volumetrijski protok u AHU sustavima i koriste fiksnu unesenu vrijednost za gustoću kako bi izračunali brzinu protoka mase.
Korištenjem senzora koji mjeri temperaturu, relativnu vlagu i tlak zraka, možemo izračunati gustoću zraka i koristiti ove podatke za preciznije izračune brzine protoka mase. Ovi podaci se obrađuju unutar senzora.
S preciznim podacima o mjerenju gustoće zraka, ventilatori u AHU sustavima kontinuirano će prilagođavati volumetrijski protok kako bi odgovarao preciznim zahtjevima. Učinci će biti značajni—osiguravajući da se uvijek isporučuje ispravna brzina protoka mase.
Razlike između ljeta i zime mogu rezultirati uštedama protoka zraka od čak 20% ili više.
Stoga će masa zraka koja se isporučuje uvijek udovoljiti specifikacijama projekta i osigurati optimalne uvjete za korisnike zgrade.
Ovaj pristup osigurava da sustavi ventilacije budu učinkovitiji i responzivniji, što vodi do poboljšane kvalitete zraka i udobnosti, kao i značajnih ušteda energije tijekom cijele godine.
Zašto je važno mjeriti brzinu protoka mase, a ne samo volumetrijski protok?
U ovom odjeljku cilj nam je objasniti zašto je važno regulirati stvarni volumetrijski unos vanjskog zraka u ventilacijskim sustavima na temelju izmjerene brzine protoka mase nakon povrata topline ili regeneracije. Ova informacija također je ključna prilikom određivanja količine zraka koju treba izvući iz prostora.

Nepotrebno povećanje potrebne transportne energije
U gornjem primjeru, volumetrijski protok zraka bio bi približno 14% viši. Budući da električna snaga ventilatora ovisi o kubu brzine protoka zraka u kanalima, to bi dovelo do značajnog povećanja snage ventilatora.
Ako je brzina protoka zraka u kanalu projektirana na 5 m/s, povećani protok zraka podigao bi ovu brzinu na 5,7 m/s u opisanom scenariju.
Povećanje snage ventilatora, izračunato pomoću kubnog odnosa brzine protoka zraka, bilo bi više za 10-12%. To znači da bi električna snaga potrebna za ventilator za dovod zraka u ovim uvjetima bila 10-12% viša. Slično tome, ventilator za izduvni zrak također bi trebao 10-12% više snage. Kao rezultat toga, ovaj nepotrebni teret također stavlja dodatni pritisak na elektroenergetsku distribucijsku mrežu, što dovodi do viših troškova povezivanja.
Važnost regulacije protoka mase u sustavima ventilacije pomoću senzora gustoće vlažnog zraka
S obzirom na probleme istaknute u gornjem primjeru, ključno je programirati kontrolni sustav u ventilacijskim uređajima kako bi regulirao stvarni volumetrijski unos vanjskog zraka na temelju izmjerenog protoka mase nakon oporavka topline ili regeneracije.
Ako bismo temeljili volumetrijski unos isključivo na protoku nakon oporavka ili regeneracije, neizbježno bismo napravili pogreške u količini unosa zraka.
Međutim, korištenjem senzora koji mogu mjeriti gustoću vlažnog zraka, možemo odrediti ispravan volumetrijski unos potreban za ventilacijski uređaj na temelju protoka mase nakon oporavka topline ili regeneracije.
Isti princip primjenjuje se i na ispušni zrak u ventilacijskim sustavima: regulirajte volumen ispuha na temelju izmjerenog protoka mase nakon oporavka topline ili regeneracije.
Zaključno, ključno je regulirati stvarni volumetrijski unos vanjskog zraka na temelju izmjerenog protoka mase nakon oporavka topline ili regeneracije kako bi se osigurale optimalne performanse i učinkovitost.
Senzori s izlaznim podacima o gustoći vlažnog zraka
Andivi nudi napredne senzore koji precizno izračunavaju gustoću vlažnog zraka mjerenjem temperature, vlage i tlaka.
Ovi industrijski senzori dizajnirani su da budu robusni i pouzdani, osiguravajući dosljedne performanse u različitim aplikacijama obrade zraka, uključujući AHU uređaje i ventilacijske sustave u stambenim objektima.
Također, senzori mogu besprijekorno prenositi podatke koristeći Modbus ili BACnet protokole, što omogućuje jednostavnu integraciju s modernim sustavima za upravljanje zgradama.
Sposobnost pružanja detaljnih i točnih mjerenja gustoće zraka čini Andivi senzore ključnim komponentama za optimizaciju kvalitete zraka i energetske učinkovitosti u komercijalnim i stambenim okruženjima.
Kako izračunati gustoću zraka vlažnog ili suhog zraka
Ulazni podaci potrebni za izračun gustoće vlažnog zraka (kg/m³):
- Temperatura zraka
- Tlak zraka
- Relativna vlaga ili apsolutna vlaga
Ulazni podaci potrebni za izračun gustoće suhog zraka (kg/m³):
- Temperatura zraka
- Tlak zraka
Za brzi i jednostavni online kalkulator za izračun gustoće zraka, možete posjetiti sljedeći link:
Czernia, D. i Szyk, B. Kalkulator gustoće zraka. Dostupno na: https://www.omnicalculator.com/physics/air-density. Pristupeno: 08. kolovoza 2024.
Mollier h,x diagram ===>>>>
In case of larger quantities, OEM Sensors can also be supplied. Contact us for more information.
– – – – –
Ovaj članak je osmislio Danijel Mursic, inženjer strojarstva i stručnjak za termodinamiku s više od 30 godina iskustva u AHU i HVAC sektoru te bivši CEO tvrtke Menerga Slovenija.