Messung der Luftgeschwindigkeit mit dem Fluke 975 AirMeter®: Verwendung der Luftgeschwindigkeitssonde

07-12-2012 | HLK-Anlagen

Die Luftgeschwindigkeit ist ein entscheidender Parameter zur Beurteilung der Leistung von Luftführungssystemen. Zur grundlegenden Prüfung, Einstellung und Abgleichung von HLK-Luftverteilungssystemen verwenden die meisten HLK-Techniker heute ein Anemometer, um die Luftgeschwindigkeit an Luftdurchlässen und Lüftungsgittern, in einem Kanal oder im offenen Raum zu messen.

Anemometer sind in der Regel sehr präzise Messgeräte, insbesondere bei niedrigen Geschwindigkeiten, aber sie müssen die Lufttemperatur, den Absolutdruck und den absoluten barometrischen Druck kompensieren. Als Zubehör für das Messgerät Fluke 975 AirMeter wird eine Luftgeschwindigkeitssonde angeboten, die ein thermisches Anemometer zur Messung der Luftgeschwindigkeit verwendet. Ein Temperatursensor in der Messspitze kompensiert die Lufttemperatur, ein Sensor im Messgerät erfasst den Absolutdruck und der absolute barometrische Druck wird beim Einschalten des Messgeräts ermittelt. Für Anwender, die lieber ihre eigenen Kompensationsfaktoren berechnen, zeigt das Messgerät auch die Luftgeschwindigkeit oder das Luftvolumen unter Standardbedingungen an.

In diesem Anwendungsbericht wird beschrieben, wie genaue Luftvolumenmessungen in einem Kanal, Luftmessungen an Lüftungsgittern/Luftverteilern und an anderen Stellen durchgeführt werden.

Luftvolumen in einem Kanal

Das letztliche Ziel jedes Kanalsystems ist es, das erforderliche Luftvolumen zu bewegen, während alle anderen Faktoren innerhalb akzeptabler Grenzwerte gehalten werden, und das Luftvolumen in Mengen und Mustern zu liefern, die dem beabsichtigten Zweck dienen: Heizung, Kühlung, Belüftung, Entlüftung, Mischung, Befeuchtung, Entfeuchtung oder eine anderweitige Klimatisierung der Luft innerhalb eines Raums. Die Luftgeschwindigkeit in einem Kanal wird nicht nur durch die Anwendung bestimmt, sondern auch durch das Design des Kanals. Die wichtigsten Designfaktoren sind der verfügbare statische Druck, der durch das Gebläse aufgrund von Reibungsverlusten und Druckabfall von Geräten im Luftstrom überwunden werden kann, die Kosten der Kanalführung, der für die Kanalführung verfügbare Raum und ein akzeptabler Geräuschpegel. Druckabfalls

Um das an alle Endgeräte stromabwärts gelieferte Luftvolumen zu ermitteln, verwenden Techniker eine Netzmessung. Durch Netzmessungen kann das Luftvolumen in jedem Kanal ermittelt werden, indem der Mittelwert von Geschwindigkeitsmessungen mit der Innenfläche des Kanals multipliziert wird. Bei Netzmessungen in Hauptkanälen wird das Luftvolumen des Gesamtsystems gemessen. Dieser Wert ist entscheidend für Leistung, Effizienz und sogar Lebenserwartung der HLK-Anlage. Die Differenz im Luftvolumen zwischen den Ergebnissen der Netzmessung des Hauptzufuhrkanals und der Netzmessung des Hauptabluftkanals entspricht dem Volumen der Außenluft. Eine Netzmessung in Ausläufen ist die genaueste Möglichkeit zur Ermittlung des Luftvolumens, das durch das Endgerät (Lüftungsgitter/Luftverteiler) geliefert wird. Eine Netzmessung in den Abluftkanälen ergibt das Abluftvolumen.

Bei einer Netzmessung werden eine Reihe von Messungen der Luftgeschwindigkeit und des Luftdrucks an Querschnitten eines geraden Kanals durchgeführt. Die Position der Querebene sollte bevorzugt in einem geraden Abschnitt des Kanals zehn gerade Kanaldurchmesser stromaufwärts und drei gerade Kanaldurchmesser stromabwärts der Querebene liegen, auch wenn bereits ein Minimum von fünf geraden Kanaldurchmessern stromaufwärts und einem geraden Kanaldurchmesser stromabwärts ausreichende Ergebnisse liefern kann.

Die Anzahl der Messungen, die in der Querebene durchgeführt werden, hängt von der Größe und Geometrie des Kanals ab. Bei den meisten Netzmessungen werden mindestens 18 bis 25 Geschwindigkeitsmesswerte erfasst, wobei die Anzahl der Messwerte mit der Kanalgröße zunimmt. Die allgemein anerkannten Messpunkte im Querschnitt werden durch das Log-Tchebycheff-Verfahren für rechteckige Kanäle und das Log-Linear-Verfahren für runde Kanäle bestimmt. In der Regel bohren Techniker zwischen fünf und sieben Löcher in eine Seite von Rechteckkanälen und zwei bis drei Löcher in Rundkanäle, um mit der Anemometer-Teleskopsonde auf die Messpunkte im Querschnitt zuzugreifen. Um sicherzustellen, dass das Anemometer in Kalibrierungsrichtung verwendet wird, muss die Markierung auf der Geschwindigkeitsmessspitze gegen den Luftstrom gerichtet sein. Wenn der Messfühler verlängert wird, muss der Sensorstab am Griff ausgerichtet werden, damit die richtige Richtung im Kanalinneren beibehalten wird.

Vor dem Erfassen von Messdaten muss das Schutzholster hin zum Sensorstab gezogen werden, um die Sensoren in der Messspitze freizulegen. Wenn die Volumendurchflussrate berechnet werden soll, fordert das Fluke 975 AirMeter* zur Eingabe der Kanalform (Rechteck- oder Rundkanal) und anschließend zur Eingabe der Abmessungen des Rechteckkanals bzw. des Durchmessers des Rundkanals auf. Erfassen Sie die erforderliche Zahl von Geschwindigkeitsmesswerten einzeln durch Drücken auf die Erfassungstaste. Wenn ein Geschwindigkeitsmesswert vorzeitig erfasst wird, ermöglicht das Fluke 975 eine Wiederholung der Erfassung. Wenn alle Geschwindigkeitsmesswerte erfasst sind, errechnet das AirMeter den Mittelwert aus den Messwerten und multipliziert diesen mit der Querschnittsfläche des Kanals, um das Luftvolumen zu ermitteln, und zwar bei Standardbedingungen sowie temperatur- und absolutdruckkompensiert.

Die Geschwindigkeitsmesswerte (fpm) werden gemittelt und mit der Innenfläche des Kanals (Quadratfuß) multipliziert, um das Luftvolumen (cfm) zu berechnen.

Q = V * A
Q = Luftvolumen, m³/s (Kubikmeter pro Sekunde) oder cfm (Kubikfuß pro Minute)
V = Geschwindigkeit, m/s (Meter pro Sekunde) oder fpm (Fuß pro Minute)
A = Kanalfläche, Innendimension des Kanals in Quadratmeter oder Quadratfuß

* Zur Ermittlung von Geschwindigkeiten über 3 Meter pro Sekunde (m/s) in einem Kanal kann der HLK-Techniker auch eine Staudrucksonde mit einem Schrägrohrmanometer verwenden. Anemometer sind die bevorzugte Wahl für Geschwindigkeiten unter 3 m/s und sind auch für höhere Geschwindigkeiten akzeptabel. In Niederdruck-Kanalanlagen, bei denen der Lärmpegel wichtig ist, beispielsweise in Wohnheimen und Krankenhäusern, bewegt sich die Geschwindigkeit in der Regel im Bereich zwischen 2 und 4,6 m/s, während die Luftgeschwindigkeit in Hochdruck-Kanalanlagen bis zu 17,8 m/s erreichen kann.

Luftmessungen an Luftdurchlässen und Lüftungsgittern

Luftdurchlässe und Lüftungsgitter für die Luftzufuhr werden im Hinblick darauf ausgewählt und positioniert, dass sie ein bestimmtes Luftvolumen mit einer Geschwindigkeit und einem Muster liefern, das einen akzeptablen Komfort und eine akzeptable Belüftung in der Bewohnerzone zur Folge hat. Als Bewohnerzone gilt der Bereich unterhalb der Kopfhöhe der Bewohner und 30 cm von der Wand entfernt. Die Luftgeschwindigkeit aus einem Zuluft-Luftdurchlass liegt normalerweise bei maximal 4,1 m/s, und die Luftgeschwindigkeit in einem Abluftgitter sollte bei Anwendungen, in denen Lärm zu vermeiden ist, 2 m/s nicht überschreiten. Die Luftgeschwindigkeit muss ausreichend sein, um die Zuluft mit der Raumluft außerhalb der Bewohnerzone zu durchmischen, während gleichzeitig in der Bewohnerzone behagliche Luftmuster und Temperaturen geschaffen werden.

Der Strahl ist der Weg, den die Luft von einem Luftdurchlass oder Lüftungsgitter läuft, bevor sie die Endgeschwindigkeit erreicht. Der Strahl ist normalerweise 75 bis 110 % des Abstands vom Luftdurchlass oder Lüftungsgitter zur nächsten schneidenden Fläche (Wand) oder der Endgeschwindigkeitspunkt angrenzender Luftdurchlässe oder Lüftungsgitter. Die Endgeschwindigkeit ist einfach die Geschwindigkeit an dem Punkt innerhalb des Strahls, die als Ende der Strahlmessung aus technischen Designgründen gewählt wird. Die Endgeschwindigkeit liegt in der Regel in Wohn- und Büroräumen bei 0,3 bis 0,4 m/s, kann jedoch vom Techniker auf bis zu 0,6 bis 0,8 m/s in gewerblichen Anwendungen erhöht werden. Im Allgemeinen sind Luftgeschwindigkeiten von 0,3 m/s in der Bewohnerzone nicht zu beanstanden. Luftstillstandszonen entstehen, wenn die Luftgeschwindigkeit auf 0,08 m/s fällt. Um die Luftmuster im Raum zu bestimmen, „folgt“ man dem Strahl aus den Luftdurchlässen und Lüftungsgittern mit der Luftgeschwindigkeitssonde.

Um das durch Luftdurchlässe und Lüftungsgitter gelieferte Luftvolumen zu bestimmen, sollte am besten eine Netzmessung mit der Luftgeschwindigkeitssonde in dem Kanalauslauf durchgeführt werden, der zum Luftdurchlass bzw. zum Lüftungsgitter führt. Alternativ dazu kann eine Querschnittsmessung mit der Luftgeschwindigkeitssonde an der Fläche eines Luftdurchlasses oder Lüftungsgitters durchgeführt werden, zusammen mit den technischen Daten des Luftdurchlass- oder Lüftungsgitter-Herstellers, um das Luftvolumen zu bestimmen.

Im Unterschied zum Abschnitt eines Kanals kann die Fläche eines Luftdurchlasses oder Lüftungsgitters nicht im Feld gemessen werden, da die Luft die Richtung ändert und bedingt durch die vena contracta beschleunigt (die „vena contracta“ ist ein Effekt, der auftritt, wenn sich der Luftstrom bei der Durchströmung einer Eintrittsöffnung verengt). Auch sorgfältige Vor-Ort-Messungen der freien Fläche eines Luftdurchlasses oder Lüftungsgitters zur Ermittlung des Luftvolumens führen zu groben Fehlern bei der Berechnung des Luftvolumens. Der Luftdurchlass-Hersteller veröffentlicht einen Wert für die „effektive Luftausströmfläche“ (Ak= effektive Fläche in Quadratmetern), der nur in Labortests ermittelt werden kann, bei denen das tatsächliche Luftvolumen und die tatsächliche Luftgeschwindigkeit (Vavg = durchschnittliche Einströmgeschwindigkeit in Fuß pro Minute) gemessen werden. Diese effektive Fläche kann vor Ort für die Berechnung des Luftvolumens verwendet werden.

Für einen gegebenen Luftdurchlass veröffentlicht der Hersteller normalerweise die effektive Fläche zusammen mit einem Bereich von Einströmgeschwindigkeiten und der daraus resultierenden Volumendurchflussrate in Kubikfuß pro Minute (cfm) und dem Druckabfall für jede Einströmgeschwindigkeit. Diese Werte werden für einen geraden Kanal ermittelt, der mit dem Luftdurchlass verbunden ist und einen nicht-turbulenten Luftstrom gleichmäßig über den Kanal verteilt transportiert.

Die Berechnung des Luftvolumens aus einem Luftdurchlass erfordert die Erfassung einer ausreichenden Anzahl von Einströmgeschwindigkeitsmessungen, um eine durchschnittliche Geschwindigkeit zu erhalten. Durch die Festlegung eines Rasters von Testpunkten über die Fläche des Luftdurchlasses hinweg kann ein guter Durchschnittswert ermittelt werden. Der Rasterabstand liegt in der Regel bei 7,6 bis 12,7 cm, maximal 15,2 cm. Mindestens sechs stabile Geschwindigkeitsmesswerte in jede Strahlrichtung müssen erfasst werden. Positionieren Sie den Sensor der Luftgeschwindigkeitssonde bündig mit der Fläche eines Zuluft-Luftdurchlasses oder 2,5 cm (± 0,08 cm) entfernt von einem Abluftgitter. Der Messfühler sollte in der Mitte der Öffnung platziert werden. Stellen Sie am Fluke 975 AirMeter ein, dass das Luftdurchflussvolumen für einen Rechteckkanal gemessen werden soll, und geben Sie als Abmessung 30,5x30,5 cm ein. Damit wird eine cfm-Berechnung durchgeführt, die der mittleren fpm-Berechnung entspricht. Der berechnete cfm-Wert wird dann mit dem durch den Hersteller angegebenen Ak-Faktor multipliziert, um den tatsächlichen cfm-Wert zu ermitteln.
cfm (Kubikfuß pro Minute) = Ak x Vavg
Ak = effektive Fläche in Quadratfuß
Vavg = durchschnittliche Einströmgeschwindigkeit in Fuß pro Minute

Verschiedene Geschwindigkeitsmesswerte

Zuluft für die Belüftung wird häufig durch die Außenlufthaube auf dem Dach zugeführt. In der Haube sind Schutzgitter angebracht, bei denen ähnlich wie bei Abluftgittern eine Netzmessung durchgeführt werden kann. Wählen Sie die Volumendurchfluss-Messfunktion am Fluke 975 AirMeter aus, wählen Sie als Form einen Rechteckkanal aus, geben Sie die Abmessungen der Schutzgitter ein, erfassen Sie Geschwindigkeitsmesswerte im Abstand von etwa 15,2 cm und lassen Sie das AirMeter den cfm-Wert der Belüftungsluft berechnen.

Wenn das Verhältnis zwischen Außenluftansaugung und Abluft nicht stimmt, besteht die Gefahr von Dach- oder Gebäudeschäden, und Personen, die das Gebäude betreten, kann beim Öffnen der Türen ein störender Wind entgegenströmen. Der Gebäudedruck sollte auf 0,05–0,25 cm Wassersäule beschränkt und am besten unter 0,13 cm Wassersäule gehalten werden. Die Luftgeschwindigkeitssonde kann am Gebäudeeingang verwendet werden, um den Gebäudedruck zu beurteilen. Eine Luftgeschwindigkeit von 6,6 m/s durch eine offene Tür entspricht einem Gebäudedruck von über 0,25 cm Wassersäule und einer Windströmung von 24,1 km/h.

VP = (V / 4005)²
(Dabei ist VP = Geschwindigkeitsdruck und V = Geschwindigkeit)