Zrak in gibanje zraka
Zrak je medij, s katerim v prostoru prenašamo toploto, hlad in svež zrak.
Njegova temperatura, količina, hitrost in smer gibanja odločilno vplivajo na delovanje sistema in na občutek udobja v prostoru.
Kaj pomeni pretok zraka?
Pretok zraka pove, kolikšna količina zraka preide skozi napravo ali določen presek v določenem času. Najpogosteje ga izražamo v m³/h. Večji pretok pomeni, da skozi sistem v istem času potuje več zraka, vendar to samo po sebi še ne pomeni boljšega delovanja. Pomembni so tudi hitrost zraka, razpoložljivi tlak in način, kako se zrak razporedi po prostoru.
Kaj pomeni hitrost zraka?
Hitrost zraka pove, kako hitro se zrak giblje skozi napravo, kanal ali prostor, in jo običajno izražamo v m/s. Ni isto kot pretok zraka: skozi velik presek lahko teče velika količina zraka tudi pri razmeroma majhni hitrosti. Hitrost zraka vpliva na doseg zračnega curka, upor sistema, hrup in občutek prepiha v prostoru.
Kakšno hitrost zraka človek občuti kot prepih?
Človek zazna gibanje zraka že pri zelo majhnih hitrostih. Pri ogrevanju in hlajenju zato ni pomembno samo, koliko zraka naprava premakne, ampak tudi s kakšno hitrostjo ta zrak doseže območje, kjer se zadržujejo ljudje.
Kot orientacija pri običajnih notranjih pogojih:
Hitrost zraka - približen občutek:
do 0,1 m/s - skoraj mirujoč zrak, gibanje večinoma komaj zaznavno
0,1–0,2 m/s - rahlo gibanje zraka, običajno prijetno
0,2–0,3 m/s - gibanje je že jasno zaznavno
0,3–0,5 m/s - pri mnogih ljudeh se lahko pojavi občutek prepiha, posebej pri hladnejšem zraku
nad 0,5 m/s - izrazito gibanje zraka; pri daljšem zadrževanju je lahko moteče
Toda meja med prijetnim gibanjem zraka in prepihom ni ena sama številka. Na občutek vplivajo tudi temperatura zraka, temperatura prostora, način oblačenja, aktivnost človeka, turbulenca in smer, iz katere zrak prihaja.
Zato je lahko enaka hitrost zraka pri poletnem hlajenju prijetna, pri ogrevanju oziroma ob hladnem zračnem toku pa jo človek občuti kot neprijeten prepih.
Zakaj je pri enakem pretoku hitrost zraka lahko različna?
Pri enakem pretoku je hitrost zraka odvisna od velikosti preseka, skozi katerega zrak teče. Če presek zmanjšamo, se mora hitrost zraka povečati; če ga povečamo, se hitrost zmanjša. Zato dimenzije kanalov, odprtin, rešetk in drugih elementov neposredno vplivajo na hitrost zraka, hrup in tlačne izgube sistema.
Kako so povezani pretok, presek in hitrost zraka?
Povezava je preprosta: pretok zraka = presek × hitrost zraka.
Če želimo skozi manjšo odprtino spraviti enako količino zraka, se mora njegova hitrost povečati. Če povečamo presek, lahko enak pretok dosežemo z manjšo hitrostjo.
To je pomembno pri izbiri kanalov, rešetk, difuzorjev in naprav, saj previsoka hitrost lahko pomeni več hrupa in neprijeten zračni tok, premajhna pa lahko zahteva večje dimenzije sistema.
Kako iz pretoka zraka izračunamo hitrost?
Pretok zraka, presek in hitrost so neposredno povezani:
q = A × v
kjer je:
q – prostorninski pretok zraka v m³/s
A – prosti presek v m²
v – hitrost zraka v m/s
Če imamo pretok podan v m³/h, ga najprej delimo s 3.600.
Primer: skozi odprtino prostega preseka 0,20 m² teče 1.800 m³/h zraka.
1.800 / 3.600 = 0,50 m³/s
v = 0,50 / 0,20 = 2,5 m/s
Zato enak pretok skozi manjši presek pomeni večjo hitrost zraka. To vpliva na met zraka, hrup in tlačne izgube.
Kaj pomeni izstopna hitrost zraka?
Izstopna hitrost je hitrost zraka neposredno na izpihu naprave, rešetke ali difuzorja. Tam je zračni tok še zgoščen in je njegova hitrost praviloma največja.
Ko se zrak oddaljuje od izpiha, se meša z okoliškim zrakom, zračni curek se širi in njegova hitrost postopoma pada. Zato visoka hitrost na izstopu še ne pomeni, da bomo enako hitrost občutili tudi nekaj metrov od naprave.
Kaj pomeni doseg zračnega curka?
Doseg pove, kako daleč od naprave lahko zračni curek učinkovito prenese zrak v prostor. Odvisen je od izstopne hitrosti, količine zraka, oblike in smeri izpiha ter temperaturne razlike med vpihanim zrakom in zrakom v prostoru.
Pri večjih prostorih je doseg zelo pomemben. Naprava ima lahko dovolj grelne ali hladilne moči, vendar če zrak ne doseže območja, kjer ga potrebujemo, se toplota ali hlad ne bosta pravilno razporedila po prostoru.
Kaj pomeni smer vpihovanja zraka?
Smer vpihovanja določa, kam bo naprava usmerila zračni tok in kako se bo ta razporedil po prostoru. Zrak lahko usmerjamo vodoravno, navpično ali pod določenim kotom, odvisno od vrste naprave in prostora.
Pravilna smer je pomembna predvsem zato, da ogret ali ohlajen zrak pride tja, kjer ga potrebujemo, in da pri tem ne povzroča neprijetnega prepiha. Pri ogrevanju visokih prostorov moramo posebej upoštevati tudi naravno dvigovanje toplega zraka.
Kaj pomeni met oziroma dolžina zračnega curka?
Met zračnega curka pove, kako daleč od izpiha zrak potuje, preden njegova hitrost pade na določeno vrednost. V tehničnih podatkih proizvajalca je zato pomembno preveriti, pri kateri končni hitrosti je navedeni met določen.
Dva podatka o metu, na primer 8 m, nista nujno neposredno primerljiva, če je bil pri enem uporabljen kriterij 0,5 m/s, pri drugem pa 0,2 m/s. Zato pri izbiri naprave ne gledamo samo številke v metrih, ampak tudi pogoje, pri katerih je bila določena.
Kaj pomeni zračni tlak?
Pri pretoku govorimo o količini zraka, pri hitrosti o tem, kako hitro se zrak giblje, tlak pa nam pove, kakšno sposobnost ima ventilator za premagovanje uporov na poti zraka.
To je posebej pomembno pri sistemih, kjer mora zrak skozi filtre, prenosnike toplote, kanale, kolena, rešetke in druge elemente. Ventilator mora ustvariti dovolj tlaka, da kljub vsem tem uporom zagotovi potreben pretok zraka.
Kaj pomeni padec tlaka?
Vsak element, skozi katerega potuje zrak, predstavlja določen upor. Zaradi tega se tlak vzdolž poti zmanjšuje – temu pravimo padec tlaka.
Daljši kanal, več kolen, manjši presek, gostejši filter ali bolj zaprta rešetka praviloma pomenijo večji upor. Posamezen upor je lahko majhen, vendar se upori celotnega sistema seštevajo. Ventilator mora zato premagati vsoto vseh tlačnih izgub, sicer želenega pretoka zraka ne bomo dosegli.
Zakaj tlačne izgube niso vedno enake?
Tlačne izgube v zračnem sistemu niso odvisne samo od dolžine kanalov. Nastajajo tudi na kolenih, zožitvah, razširitvah, rešetkah, filtrih, prenosnikih toplote in drugih elementih.
Pomembno je tudi, da tlačne izgube z naraščanjem hitrosti zraka hitro naraščajo. Zato premajhen kanal ali odprtina ne pomeni samo večje hitrosti zraka, ampak lahko pomeni tudi bistveno večji upor sistema.
Zato pri izbiri ventilatorja ni pomemben samo pretok zraka, ampak pretok pri zahtevanem razpoložljivem tlaku.
Kakšna je razlika med statičnim in dinamičnim tlakom?
Zrak, ki se giblje, ima statični in dinamični tlak. Statični tlak si lahko predstavljamo kot tlak, ki je na voljo za premagovanje uporov sistema, dinamični tlak pa je povezan s hitrostjo gibanja zraka. Večja kot je hitrost zraka, večji je njegov dinamični tlak. Pri načrtovanju kanalov zato ni pomembna samo količina zraka, ampak tudi hitrost, s katero se ta zrak skozi sistem premika.
Skupaj statični in dinamični tlak tvorita skupni tlak zračnega toka.
Kaj pomeni razpoložljivi tlak ventilatorja?
Razpoložljivi tlak pove, koliko tlaka ima ventilator na voljo za premagovanje uporov sistema zunaj same naprave. Potrebujemo ga predvsem pri kanalih, filtrih, rešetkah, difuzorjih in drugih elementih, skozi katere mora zrak potovati.
Če so tlačne izgube sistema večje od razpoložljivega tlaka ventilatorja, želenega pretoka zraka ne bomo dosegli. Zato pri kanalski napravi podatek o količini zraka sam po sebi ni dovolj – vedno moramo vedeti tudi, pri kakšnem razpoložljivem tlaku je ta pretok dosežen.
Kaj pomeni Pa pri podatkih o ventilatorju?
Tlak zraka običajno izražamo v paskalih (Pa). Pascal je enota za tlak. Pri ventilatorjih številka v Pa pove, kolikšen tlačni upor lahko ventilator premaguje pri določenem pretoku zraka. Sama vrednost, na primer 50, 100 ali 200 Pa, zato še ne pove, ali je ventilator primeren. Vedno jo moramo povezati s pretokom zraka, ki ga ventilator pri tem tlaku dejansko zagotavlja.
Zato sta podatka m³/h in Pa povezana: prvi pove količino zraka, drugi pa pogoje oziroma upor, proti kateremu mora ventilator to količino zraka premikati.
Zakaj se pretok ventilatorja z večanjem upora zmanjšuje?
Ventilator ne zagotavlja enake količine zraka ne glede na upor sistema. Če povečamo upor – na primer z daljšim kanalom, dodatnim kolenom, bolj zaprtim difuzorjem ali umazanim filtrom – se del sposobnosti ventilatorja porabi za premagovanje tega upora in pretok zraka se praviloma zmanjša.
Zato podatek »pretok zraka 2.000 m³/h« brez dodatnih informacij ni vedno dovolj. Pomembno je vedeti, pri kakšnem tlaku oziroma uporu sistema je bil ta pretok določen.
To povezavo proizvajalci pogosto prikažejo z diagramom oziroma karakteristično krivuljo ventilatorja.
Kaj nam pove krivulja ventilatorja?
Ventilator nima samo enega pretoka in enega tlaka. Njegovo delovanje lahko prikažemo s krivuljo, ki kaže, kakšen pretok zraka ventilator doseže pri različnih tlakih oziroma uporih sistema.
Pri majhnem uporu lahko ventilator premakne več zraka. Ko upor narašča, se dosegljivi pretok praviloma zmanjšuje. Zato v tehničnem katalogu ne iščemo samo največjega pretoka, ampak pogledamo celotno krivuljo ventilatorja.
Pri ventilatorju z več hitrostmi ali zvezno regulacijo lahko najdemo več krivulj, saj ima vsaka hitrost oziroma nastavitev svojo karakteristiko.
Kaj je krivulja sistema?
Tudi zračni sistem ima svojo karakteristiko. Pove nam, kolikšen tlačni upor povzroča sistem pri različnih pretokih zraka. Z večanjem pretoka praviloma naraščajo tudi tlačne izgube kanalov, filtrov, rešetk, prenosnikov toplote in drugih elementov.
Če na isti diagram narišemo krivuljo ventilatorja in krivuljo sistema, njuno presečišče predstavlja delovno točko.
.
Kaj je delovna točka ventilatorja?
Tudi sistem kanalov, filtrov, rešetk in drugih elementov ima svojo značilnost: več zraka ko želimo skozi sistem, večji upor mora ventilator premagovati.Delovna točka nastane tam, kjer se sposobnost ventilatorja in upor sistema srečata. V tej točki dobimo dejanski pretok zraka in tlak, pri katerem bo sistem deloval.
Zato ventilatorja ne izbiramo samo po podatku, koliko m³/h lahko največ premakne. Pomembno je, ali zahtevani pretok doseže pri tlaku, ki ga zahteva naš konkretni sistem.
Kaj se zgodi, ko se filter umaže?
Filter med delovanjem zadržuje prah in druge delce iz zraka. Ko se na njem nabira umazanija, zrak skozi filter vedno težje prehaja in njegov tlačni upor se povečuje. Ventilator mora zato premagovati večji upor. Posledica je lahko manjši pretok zraka, slabši prenos toplote ali hladu, več hrupa in pri nekaterih sistemih tudi večja poraba energije.
Zato umazan filter ni samo vprašanje čistoče. Spremeni lahko delovne pogoje celotne naprave. Redno čiščenje oziroma menjava filtra je zato pomemben del vzdrževanja.
Ali je večji oziroma močnejši ventilator vedno boljši?
Ne. Ventilator mora biti izbran glede na potreben pretok zraka in upor sistema. Prevelik pretok ali previsoka hitrost lahko povzročita več hrupa, prepih in nepotrebno porabo energije, ne da bi s tem izboljšali udobje v prostoru.
Cilj zato ni premakniti čim več zraka, ampak pravo količino zraka spraviti na pravo mesto s primerno hitrostjo.
Pri dobrem sistemu morajo biti med seboj usklajeni pretok, tlak, hitrost zraka, doseg in način razporejanja zraka po prostoru.
Kaj pomeni količina zraka na osebo?
Pri prezračevanju prostora pretok zraka ni pomemben samo zaradi ogrevanja ali hlajenja. Pomembno je tudi, koliko svežega zraka dovajamo glede na število ljudi in način uporabe prostora. Prostor z dvema osebama ima drugačne potrebe kot enako velik prostor, v katerem se zadržuje dvajset ljudi.
Zato pri prezračevanju samo podatek o velikosti prostora ni dovolj. Upoštevati moramo tudi število ljudi, njihovo dejavnost in čas zadrževanja v prostoru.
Ali več zraka vedno pomeni boljše prezračevanje?
Ne. Večji pretok lahko izboljša izmenjavo zraka, vendar mora biti zrak tudi pravilno doveden in odveden. Če povečujemo pretok brez ustrezno dimenzioniranih odprtin, kanalov in rešetk, se povečajo hitrosti zraka, tlačne izgube, hrup in poraba energije.
Zato dober prezračevalni sistem ni tisti, ki premika čim več zraka, ampak tisti, ki zagotavlja potrebno količino zraka na pravem mestu in s primerno hitrostjo.