اندازه گیری هوادهی فن

اندازه گیری هوادهی فن و تاثیر بر عملکرد آن

اندازه گیری بدون سنسور
راه حل اندازه گیری میزان هوادهی برای فن سانتریفوژ بکوارد

تنظیم میزان هوادهی یک فن مطابق با مقدار مورد نیاز می تواند کاهش موثری در مصرف انرژی و کاهش میزان سر و صدای تولیدی در یک یونیت را در عمل داشته باشد. تنظیم یاد شده تنها مربوط به مرحله طراحی نخواهد بود و در طول عملکرد سیستم میزان هوادهی فن در دستگاه های مختلف مانند هواساز ها ، انواع سیستم تهویه مطبوع و سردخانه ها می بایست مطابق ست پوینت قابل تنظیم باشد. بسته به مدل فن و نوع کاربری آن روش های گوناگونی برای رسیدن به این هدف وجد دارد. در اکثر کاربری ها با تنظیم میزان جریان هوا کاهش قابل توجهی در مصرف انرژی و همچنین کاهش صدا ایجاد می شود. (شکل 1 ) موضوع تنظیم هوادهی در مرحله اول می تواند تنها مختص به فن و کاهش مصرف انرژی در این بخش باشد. اما در سایر کاربری ها تنظیم هوادهی فن می تواند منتج به مصرف کمتر انرژی در تجهیزات دیگر در یک سیستم تهویه مطبوع مانند هیتر ها ، کولر ها و یا رطوبت زن ها نیز شود. در ضمن قوانین مصرف انرژی مطابق با استاندارهای بین المللی و قوانین محلی نیز در این خصوص می بایست در نظر گرفته شوند.

شکل 1 تنظیم هوادهی و انتخاب هوادهی مناسب برای فن در جهت مصرف انرژی کمتر و کاهش سر و صدا شکل 1 – تنظیم هوادهی مناسب برای فن در جهت مصرف انرژی کمتر و کاهش سر و صدا

به طور مثال استاندارد DIN 18017-3 که مربوط به استفاده اگزاست فن ها ( هواکش ) در سرویس بهداشتی و حمام می باشد تعیین کرده است که میزان هوادهی فن می تواند حداکثر به میزان 15 درصد در اختلاف فشار +/-40 پاسکال یا +/- 60 پاسکال تغییرات داشته باشد و در یک سیستم مستقل تهویه با یک مسیر اگزاست معمولی ، پایین دست ترین فن مسیر در زمانیکه تمامی هواکش ها کار می کنند تنها تغییرات هوادهی تا میزان 10% مجاز است. این ارقام به این جهت است تا اطمینان حاصل شود که در زمان وزش باد در اطراف یک ساختمان کمترین تاثیر بر روی هواکش ساختمان یا همان هواکش خانگی ایجاد شود. قوانین مشابهی برای تهویه مرکزی و تهویه مستقل (غیر مرکزی ) نیز وجود دارد به طور مثال مطابق با استاندارد DIN 13141-8 که مربوط به سیستم های مستقل ( غیر مرکزی ) است ، سیستم های مستقل بر اساس تغییرات هوادهی در اختلاف فشار +/- 20 پاسکال به سه دسته اصلی تقسیم می شوند ( شکل 2 ) :

شکل 2 مشخصات مورد نیاز برای یک سیستم تهویه مطبوع مستقل با هیت ریکاوری شکل 2 – مشخصات مورد نیاز برای یک سیستم تهویه مطبوع مستقل با هیت ریکاوری مطابق با EN 13141-8

در صورتیکه ساختمانی دارای تهویه مرکزی باشد ، مطابق با قوانین ساختمان آلمان (DIBT) مقدار جریان هوای خروجی می بایست بیشتر از ورودی باشد. اما این مقدار اختلاف ممکن است از 10% بیشتر نباشد. به طور اساسی روش های فیزیکی گوناگون و فلومتر های ( دبی سنج ) برای اندازه گیری جریان حجمی یا جرمی گازها وجود دارد ، با این حال تمامی این روش ها نمی توانند دقت لازم را برای فن ها داشته باشند. بنا براین روش اندازه گیری مغناطیسی القایی یا مواردی که بر پایه نیروی کوریولیس هستند ، منتفی خواهند بود. اندازه گیری جرمی با سنسورهای حرارتی نیز اساسا مناسب برای فن ها هستند اما این روش تنها در شرایط آزمایشگاهی معتبر هستند چرا که سیم های نازک سنسورها بسیار حساس هستند. عملی نبودن تمامی روشهای اندازه گیری دبی نسبت به مواردی که در پاراگراف بالا به عنوان روش های غیر عملی اندازه گیری دبی مشخص شد ، روش های اندازه گیری دقیق و عملی دیگری نیز وجود دارند که می توان به کار گرفت اما روشهایی بسیار گران قیمت می باشند. در یک فلومتر اولتراسونیک دو دتکتور اختلاف زمان بین موج های اولتراسونیک را متناسب با متوسط سرعت جریان مشخص می کند (شکل 3 ) :

شکل 3 چپ اندازه گیری سرعت با اولتراسوند راست تولید کننده ورتکس شکل 3 – چپ: اندازه گیری سرعت با اولتراسوند ، راست : تولید کننده ورتکس

به عنوان یک روش جایگزین ، سرعت جریان می تواند به وسیله یک انمومتر ( هواسنج پره ای) یا یک دبی سنج تولید کنند ورتکس ( vortex flow meter ) مطابق با اصول ورتکس ( شکل 3 ) نیز رکورد شود. در مورد دبی سنج ورتکس ( دبی سنج گردابی ) فرکانس گرداب ها که متناسب با سرعت جریان است مشخص می گردند.

روش عملی اندازه گیری دبی چیست؟ می دانیم که هر امکانی لزوما نمی تواند عملی باشد. اندازه گیری سرعت می تواند در جریان ورودی یا در جریان خروجی یک فن انجام شود در حالیکه سنسورهای کوچک باعث افت فشار خاصی نخواهند شد. در بسیاری از کاربردها موانعی مانند قیمت زیاد سنسورها ، هزینه نصب بالا و اثراتی مانند وجود آلودگی ها یا عمر سنسورها وجود دارد. به علاوه ، در اندازه گیریهای دبی که به صورت منطقه ای ( در یک نقطه ثابت ) انجام می شوند ، می بایست اطلاعات کافی از سکشنی که در آن نقطه اندازه گیری انجام می شود داشت. مانند اطلاع از وضعیت جریان ، میزان آرام بودن جریان و یا وجود اغتشاش در آن ناحیه و همچنین اطلاع از کالیبره بودن دستگاه ها و … دقت اندازه گیری در دبی های کم از سوی دیگر، سیستم های کنترل جریان حجمی بر اساس اندازه گیری افت فشار یا اختلاف فشار در حال حاضر بسیار رایج در سیستم های تهویه مطبوع یا واحدهای تهویه هستند (شکل 4). یک سنسور نیز برای اندازه گیری فشار مورد نیاز است. با این حال، در بسیاری از موارد نقاط اندازه گیری را می توان به گونه ای در نظر گرفت که سرعت صرفا به صورت نقطه ای اندازه گیری نشود، اما در عوض می توان حداقل یک نوع اندازه گیری تقریبی به صورت انتگرالی برای جریان هوا را از طریق سیگنال فشار انجام داد. علاوه بر این، به طور معمول هیچ گونه تلفات فشار اضافی وجود ندارد و فرایندها نسبتا مستقل از جریان ورودی و خروجی و نقطه عملیاتی هستند. بزرگترین نقطه ضعف روش های افت فشار یا اختلاف فشار این است که دقت اندازه گیری در جریان های کم هوا به طور قابل توجهی توسط رابطه درجه دوم بین جریان هوا و فشار کاهش می یابد. علاوه بر این، مشکلات خاص مربوط به شرایط و محیط آزمایش نیز وجود دارد: به عنوان مثال، اگر اختلاف فشار در یک مبدل حرارتی یا یک فیلتر در یک واحد تهویه استفاده شود، سیگنال اندازه گیری به شدت وابسته به الودگی و جریان بای پس است.

شکل 4 - چپ اختلاف فشار در ورودی نازل یک فن گریز از مرکز راست افت فشار در یک یونیت تهویه شکل 4 – چپ اختلاف فشار در ورودی نازل یک فن گریز از مرکز راست افت فشار در یک یونیت تهویه ( عکس از ebm)

اندازه گیری بدون سنسور

اگر رابطه روشنی بین مصرف برق و جریان هوا در سرعت ثابت وجود داشته باشد، یک نقطه عملیاتی را می توان با اندازه گیری جریان موتور و سرعت تعیین کرد. این منحنی های مشخصه فقط برای انواع فن گریز از مرکز یا فن سانتریفیوژ فوروارد ( forward ) مشخص شده اند. اصطلاح کنترل “بدون سنسور” اغلب در زمینه دمنده های EC استفاده می شود زیرا فقط موتور داخلی استفاده می شود که در آنها هیچ نوع سنسور فشار یا سنسور سرعت خارجی مورد نیاز نیست. دمنده های مختلف ebm-papst از کنترل بدون سنسور ( sensorless ) یکپارچه الکترونیکی برای کنترل حجم ثابت استفاده می کنند (شکل 5). با این حال، رابطه بین مصرف برق و عملکرد هوا که در تقریب اول به صورت درجه سه است، منجر به افزایش قابل توجهی از خطاهای کنترلی حتی در کاربری با جریان هوای کم می شود. علاوه بر این، تغییر در چگالی هوا منجر به خطا در تعیین جریان هوا نیز می شود.

شکل 5- هوادهی ثابت در فن گریز از مرکز فوروارد شکل 5 – هوادهی ثابت در فن گریز از مرکز فوروارد ( عکس از ebmpapst)

راه حل اندازه گیری میزان هوادهی برای فن سانتریفوژ بکوارد

در مورد فن های گریز از مرکز انحنا به عقب یا همان بکوارد ، تعیین جریان هوا بدون سنسور به دلیل منحنی مشخصه انها امکان پذیر نیست. به همین دلیل متخصصان در شرکت ebm یک وسیله با نصب آسان را در نظر گرفته اند: یک بادسنج پره ای که در نازل خروجی محفظه اسکرول قرار دارد (شکل 6). این دستگاه به طور مداوم جریان هوای واقعی را بدون افت فشار محسوس یا ایجاد صدای اضافی ثبت می کند این راه حل سرعت موتور EC را در نقطه تنظیم مورد نظر تنظیم می کند و حجم هوای فن یا دمنده را در نقطه ست پوینت فارغ از تغییرات چگالی هوا تنظیم می کند. از انجا که سرعت بادسنج پره دیگر تابع درجه چهار محسوب نمی شود، بلکه تنها به صورت خطی وابسته به جریان هوا است و سرعت موتور EC به عنوان یک متغیر داخلی تصحیحی اضافی استفاده می شود، دقت کنترل بسیار بالایی در اندازه گیری حتی با جریان کم هوا به دست می آید. علاوه بر این، تعیین نقطه عملیاتی به سختی تحت تاثیر اثرات نحوه قرار می گیرد.

شکل 6 اندازه گیری جریان با باد سنج شکل 6 – اندازه گیری جریان با باد سنج در دهانه فن سانتریفوژ Backward ( عکس از ebm-papat)

با استفاده از این کنترل حجم ثابت بسیار مطمئن و کاملا یکپارچه، یک راه حل بسیار دقیق و کارامد را می توان در کل محدوده کنترل به دست اورد. برای واحدهای تهویه مسکونی، این بدین معنی است که در تمام طول سال می توان به تامین هوای ساپلای و اگزاست مورد نیاز دسترسی داشت. تمامی کنترل یاد شده مانع از ورود سرد هوای ناخواسته از بیرون به فضای تهویه شده و یا مانع از خروج جریان هوای گرم اتاق به بیرون در زمستان از طریق درزها یا به واسطه وزش باد در اطراف ساختمان و سرد شدن دیواره و در نتیجه ایجاد کندانسینگ بر روی دیوارهای بیرونیخواهد شد. پروانه نصب شده اضافی منجر به از دست دادن عملکرد صحیح فن یا ایجاد سر و صدای اضافی نمی شود، به این معنی که عملکرد کلی فن بدون تغییر باقی می ماند. حتی آلودگی همانطور که در ازمایشات در شرایط سخت با گرد و غبار و افزایش رطوبت هوا نشان داده شده است، یک مشکل نخواهد بود.

مقالات

اندازه گیری هوادهی فن

اندازه گیری بدون سنسور

راه حل اندازه گیری میزان هوادهی برای فن سانتریفوژ بکوارد