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Luchtcirculatiesystemen
De luchtsnelheid is een sleutelelement
version française
De luchtsnelheid is een sleutelelement voor de beoordeling van de
prestaties van luchtcirculatiesystemen. Als onderdeel van de basistests,
afstelling en uitbalancering van HVAC-luchtverdeelsystemen gebruiken de
meeste technici vandaag de dag een anemometer om de luchtsnelheid bij
GRD’s (muurroosters - registers - plafondroosters), in een kanaal of in
open ruimten te meten.
Anemometers zijn gewoontegetrouw zeer nauwkeurige
toestellen, vooral bij lage luchtsnelheden, maar moeten de
luchttemperatuur, absolute druk en absolute omgevingsdruk compenseren. De
Fluke 975 AirMeter heeft als toebehoren een snelheidssonde die een
thermische anemometer gebruikt om de luchtsnelheid te meten. Een
temperatuursensor in de sondepunt compenseert de luchttemperatuur, een
sensor in de meter meet de absolute druk en de absolute omgevingsdruk
wordt bij de initialisering van de meter bepaald. Voor de gebruikers die
verkiezen hun eigen compensatiefactoren te berekenen, zal de meter ook de
luchtsnelheid of het volume in standaard omstandigheden weergeven. In dit
artikel wordt nauwkeurig beschreven hoe men het luchtvolume in een kanaal
en de luchteigenschappen bij GRD’s en op andere plaatsen dient te meten.
Luchtvolumes in een kanaal
Het uiteindelijke doel van eender welk kanaalsysteem is om het vereiste
luchtvolume te verplaatsen, terwijl alle andere factoren binnen
aanvaardbare grenzen blijven, en de lucht af te leveren in hoeveelheden en
patronen die het beoogde doel nastreven: verwarmen, afkoelen, ventileren,
afzuigen, mengen, bevochtigen, ontvochtigen of een andere vorm van
luchtbehandeling binnen een ruimte. De snelheid in een kanaal wordt niet
enkel door de toepassing bepaald, maar ook door het ontwerp van het kanaal
zelf. Belangrijke ontwerpfactoren hierbij zijn: de hoeveelheid beschikbare
statische druk die de ventilator kan overwinnen omwille van
wrijvingsverliezen en drukvallen van toestellen in de luchtstroom; de
kostprijs van de kanalen; de beschikbare ruimte die er voor de kanalen is;
en de aanvaardbare geluidsniveaus.
Om het aan alle nadien liggende terminals afgegeven luchtvolume te
bepalen, gebruiken technici een meetkruis. Met behulp van een meetkruis
kan het luchtvolume in eender welk kanaal worden bepaald door de
gemiddelde waarden voor de luchtsnelheid te vermenigvuldigen met de
binnenruimte van het kanaal. Door meetkruizen in hoofdkanalen wordt het
luchtvolume van het totale systeem gemeten, wat van wezenlijk belang is
voor de prestaties, efficiëntie en zelfs levensduur van het HVAC-systeem.
Het verschil in luchtvolumes tussen het meetkruis van het
hoofdtoevoerkanaal en het meetkruis van het hoofdafvoerkanaal resulteert
in het buitenluchtvolume. Een meetkruis in uitstroomopeningen is de meest
nauwkeurige methode om het door de terminaltoestellen (GRD’s) afgegeven
luchtvolume te bepalen. Een meetkruis in afzuigkanalen geeft het volume
afgezogen lucht weer.
Door middel van een meetkruis worden een aantal luchtsnelheidsmetingen op
regelmatige afstand van elkaar in een dwarsdoorsnede van een recht kanaal
uitgevoerd. Het meetkruis wordt bij voorkeur geplaatst in een recht
kanaalstuk met tien rechte kanaaldiameters vóór en drie rechte
kanaaldiameters na het meetkruis, hoewel men met minimaal vijf rechte
kanaaldiameters ervoor en één rechte kanaaldiameters erna ook reeds
betrouwbare resultaten bekomt.
Het aantal metingen genomen op het meetkruis is afhankelijk van de
afmetingen en bouw van het kanaal. Bij de meeste meetkruizen spreekt men
over minstens 18 tot 25 snelheidsmetingen, waarbij het aantal metingen
toeneemt in verhouding tot de kanaalafmeting. De door de sector rond het
meetkruis aanvaarde meetpunten worden voor rechthoekige kanalen door de
Log-Tchebycheff-regel en voor ronde kanalen door de Log-Linear-regel
bepaald. Meestal boren technici vijf tot zeven gaten aan één kant van de
rechthoekige kanalen en twee tot drie gaten in ronde kanalen zodat de
telescopische anemometersonde toegang krijgt tot het meetkruis. Om zeker
te zijn dat de anemometer in de ijkrichting gebruikt wordt, moet u de
markering op de punt van de snelheidssonde op één lijn brengen met de
impactrichting. Bij het uitschuiven van de sonde moet u het stokgedeelte
op één lijn brengen met het handvat om de juiste richting in het kanaal
aan te houden.
Vooraleer metingen uit te voeren, moet u de beschermingskoker naar het
handvat van de stok schuiven om de sensors in de sondepunt te ontbloten.
Voor volumestroom- berekeningen zal de AirMeter eerst vragen of het om
ronde of rechthoekige kanalen gaat en dan om de afmetingen van de zijde
bij rechthoekige of de diameter bij ronde kanalen. Voer het vereiste
aantal snelheidsmetingen één voor één uit door de “capture”-toets
(registratie) in te drukken. Wanneer er te vroeg gemeten wordt, kan u de
meting overdoen. Wanneer alle snelheidsmetingen voltooid zijn, zal de
AirMeter een gemiddelde van de metingen berekenen en dit vermenigvuldigen
met de dwarsdoorsnede om het luchtvolume te bekomen, en dit zowel voor de
standaardomstandigheden als met een compensatie voor de absolute druk en
temperatuur. Er wordt een gemiddelde van de snelheidsmetingen (FPM)
genomen en dit wordt dan vermenigvuldigd met de binnenruimte van het
kanaal (sq ft) die het luchtvolume (CFM) levert.
Luchtmetingen bij GRD’s
De GRD’s voor luchttoevoer worden gekozen en geplaatst om bepaalde
luchtvolumes af te geven tegen snelheden en in patronen die zorgen voor
een aanvaardbaar comfort en een gepaste ventilatie van de leefzone. De
leefzone wordt beschouwd als de ruimte één voet van de muren en onder
hoofdhoogte. De snelheid bij een GRD voor luchttoevoer ligt normaal niet
hoger dan 800 FPM en de snelheid in een retourrooster mag niet hoger zijn
dan 400 FPM bij toepassingen waar geluid uit den boze is. De snelheid moet
voldoende groot zijn om de toevoerlucht te mengen met de kamerlucht buiten
de leefzone, terwijl deze voor comfortabele luchtpatronen en temperaturen
binnen de leefzone moet zorgen.
De straallengte is de afstand die de lucht aflegt vanaf de GRD voordat de
eindsnelheid bereikt wordt. De straallengte bedraagt normaal 75 % tot 110
% van de afstand van de GRD tot het volgende dwarsoppervlak (muur) of het
punt voor de eindsnelheid van naburige GRD’s. De eindsnelheid is de
snelheid op het punt in de straallengte dat omwille van bouwtechnische
ontwerpredenen als meetstop voor de straallengte gekozen werd. De
eindsnelheid bedraagt gewoonlijk 50 FPM tot 75 FPM in woon- en
kantoorruimten, maar kan voor handelsruimten door de ingenieur tot 125 FPM
of 150 FPM opgegeven worden. Over het algemeen vindt men luchtsnelheden
van 50 FPM in leefzones aanvaardbaar. Men krijgt stagnerende zones wanneer
de snelheden terugvallen tot 15 FPM. Om de luchtpatronen in een ruimte te
bepalen, kan u de snelheidssonde gebruiken om de straallengte van de GRD’s
te “volgen”.
Om het door een GRD afgeleverde luchtvolume te bepalen, kan men best een
meting met een meetkruis uitvoeren met de snelheidssonde in de
kanaaluitstroomopening van de GRD. Als alternatief kan u ook een meetkruis
met de snelheidssonde aan de voorzijde van een GRD gebruiken, samen met de
bouwtechnische gegevens geleverd door de GRD-fabrikant, om het luchtvolume
te bepalen.
In tegenstelling tot bij een kanaalstuk kan de zone van een GRD in het
veld niet gemeten worden omdat lucht van richting verandert en versnelt
door de vena contracta (de vena contracta is een effect dat optreedt
wanneer lucht die door een opening stroomt, aan de randen van die opening
“blijft kleven”, waardoor de grootte van de opening verkleind wordt).
Zelfs zorgvuldige metingen in het veld van de vrije zone van een GRD om de
luchtvolumes te bepalen, zullen tot zware misrekeningen van het
luchtvolume leiden. De GRD-fabrikant zal een “effectief oppervlak” opgeven
(Ak = effectief oppervlak in vierkante voet) dat enkel bepaald kan worden
door laboratoriumtests die het werkelijke luchtvolume en de
aanstroomsnelheid van de GRD meten (Vavg = gemiddelde aanstroomsnelheid in
voet per minuut). Dit effectieve oppervlak kan in het veld gebruikt worden
voor de luchtvolumeberekeningen.
Voor een bepaalde GRD zal de fabrikant normaal gezien een effectief
oppervlak opgeven samen met een bereik van aanstroomsnelheden en de
daaruit voortvloeiende volumestroom in kubieke voet per minuut (CFM) en
het drukverlies voor elke aanstroomsnelheid. Deze waarden worden bepaald
voor rechte kanalen aangesloten op de GRD die niet-turbulente en
gelijkmatig over het kanaal verdeelde lucht meevoert. Voor de berekening
van het luchtvolume bij een GRD moet men de aanstroomsnelheid een
voldoende groot aantal keer meten om een gemiddelde snelheid te bekomen en
een net met testpunten rond de GRD opzetten zodat men na afloop van de
metingen een goed gemiddelde krijgt. De afstand binnen het net is
gebruikelijk drie tot vijf inch, niet meer dan zes inch, en men moet
minimaal over zes stabiele snelheidsmetingen per straallengterichting
beschikken. De sensor van de snelheidssonde op gelijke hoogte met een
toevoer-GRD plaatsen of één inch (± 031 in) verwijderd van een
retourrooster, en de sonde in het midden van de opening plaatsen.
Selecteer volumestroom en een recht kanaal op de AirMeter en geef een
afmeting van 12 inch bij 12 inch in. Dit zal leiden tot een CFM-berekening
die gelijk is aan de gemiddelde FPM-berekening. De berekende CFM wordt dan
vermenigvuldigd met de Ak-factor die door de GRD-fabrikant voor de
werkelijke CFM opgegeven wordt.
Met dank aan Fluke
Systèmes de circulation d’air
La vitesse de l’air est un élément-clé
La vitesse de l’air est un élément-clé pour juger
des performances d’un système de circulation d’air. Dans le cadre des
essais de base, du réglage et de l’équilibrage des bouches d’air HVAC, la
plupart des techniciens utilisent aujourd’hui un anémomètre pour mesurer
la vitesse de l’air dans des GRD (grilles murales, registres, diffuseurs
plafonniers), dans un conduit ou dans des espaces ouverts.
Si les anémomètres sont en principe des appareils
très précis, surtout pour des vitesses d’air peu élevées, ils doivent
cependant compenser la température de l’air, la pression absolue et la
pression ambiante absolue. L’AirMeter Fluke 975 est équipé d’une sonde de
vitesse, qui utilise un anémomètre thermique pour mesurer la vitesse de
l’air. Un capteur de température situé au bout de la sonde compense la
température de l’air, un capteur placé dans l’instrument mesure la
pression absolue et la pression ambiante absolue est déterminée lors de
l’initialisation de l’appareil. Pour les utilisateurs qui choisissent de
calculer leurs propres facteurs de compensation, l’appareil indiquera
également la vitesse de l’air ou le volume dans des conditions standard.
Cet article décrit en détail la procédure de mesure du volume d’air dans
un conduit et des caractéristiques de l’air dans des GRD et à d’autres
endroits.
Volumes d’air dans un conduit
La fonction finale de tout réseau de conduits, quel qu’il soit, est de
déplacer le volume d’air nécessaire, tandis que tous les autres facteurs
restent compris entre des limites acceptables, et de diffuser de l’air
dans les quantités et selon des caractéristiques permettant d’atteindre le
but recherché : chauffage, refroidissement, ventilation, aspiration,
mélange, humidification, déshumidification ou autre forme de traitement de
l’air à l’intérieur d’un espace. La vitesse dans un conduit n’est pas
uniquement déterminée par l’application, mais aussi par la conception même
du conduit. Les facteurs de conception suivants ont sur la vitesse une
influence importante : la quantité de pression statique disponible que le
ventilateur peut récupérer pour les pertes dues aux frottements et les
chutes de pression d’appareils dans le flux d’air ; le prix de revient des
conduits ; l’espace disponible pour les conduits et les niveaux sonores
acceptables.
Pour déterminer le volume d’air diffusé dans toutes les bouches situées en
aval, les techniciens utilisent une sonde cruciforme (ou capteur de
pression différentielle) qui permet de calculer le volume d’air dans
n’importe quel conduit en multipliant les valeurs moyennes de vitesse de
l’air par le volume intérieur du conduit. Le volume d’air de l’ensemble du
système est mesuré par des sondes cruciformes placées dans les conduits
principaux. Cette mesure est d’une importance vitale pour les
performances, l’efficacité et même la durée de vie du système HVAC. La
différence entre les volumes d’air déterminés par la sonde cruciforme du
conduit principal d’alimentation et celle du conduit principal
d’évacuation donne le volume de l’air extérieur. Une sonde cruciforme
placée au niveau des bouches d’air est la méthode la plus précise pour
déterminer le volume d’air diffusé par les bouches d’air (GRD). Une sonde
cruciforme placée dans les conduits d’aspiration indique le volume d’air
aspiré.
Une sonde cruciforme permet de procéder à un certain nombre de mesures de
la vitesse de l’air à des distances régulières les unes des autres dans
une coupe transversale d’un conduit rectiligne. La sonde doit de
préférence être placée dans une portion rectiligne du conduit avec dix
diamètres de conduit rectiligne en amont et trois diamètres de conduit
rectiligne en aval, bien qu’un minimum de cinq diamètres en amont et d’un
seul en aval donne déjà des résultats fiables.
Le nombre de mesures prises par la sonde cruciforme dépend des dimensions
et de la forme du conduit. La plupart de ces sondes effectuent au moins 18
à 25 mesures de vitesse, le nombre de mesures augmentant en fonction de la
dimension du conduit. Les points de mesure admis par la section située
autour de la sonde sont déterminés par la loi Log-Tchebycheff pour les
conduits rectangulaires et par la loi Log-Linear pour les conduits
circulaires. Le plus souvent, les techniciens percent de cinq à sept trous
d’un côté des conduits rectangulaires et deux à trois trous dans les
conduits circulaires, afin de permettre l’accès au capteur cruciforme de
la sonde télescopique de l’anémomètre. Pour s’assurer que l’anémomètre est
bien utilisé dans la direction de l’étalonnage, il faut aligner la marque
située sur le bout de la sonde de vitesse avec la direction de l’impact.
Lorsqu’on retire la sonde, il faut aligner la baguette avec le manche afin
de garder la bonne direction dans le conduit.
Avant de procéder aux mesures, il faut faire glisser l’étui de protection
vers le manche de la baguette afin de découvrir les capteurs placés au
bout de la sonde. Pour les calculs de débit, l’AirMeter demandera d’abord
si les conduits sont rectangulaires ou circulaires, puis quelles sont les
dimensions du côté pour les rectangulaires et le diamètre pour les
circulaires. Procédez au nombre voulu de mesures de vitesse l’une après
l’autre en appuyant sur la touche « capture » (enregistrement). Si la
mesure est prise trop tôt, vous pouvez la refaire. Lorsque toutes les
mesures de vitesse sont effectuées, l’AirMeter calculera la moyenne de ces
mesures et la multipliera par la coupe transversale pour obtenir le volume
d’air, ceci tant pour les conditions standard qu’avec une compensation
pour la pression absolue et la température. La moyenne des mesures de
vitesse (FPM) est multipliée par le volume intérieur du conduit (en pieds
carrés), ce qui donne le volume d’air (CFM).
Mesures d’air dans les GRD
Les GRD pulsant sont choisis et posés pour diffuser des volumes d’air
donnés à des vitesses et selon des caractéristiques qui assurent un
confort acceptable et une ventilation adaptée de la zone de vie. Celle-ci
est considérée comme l’espace compris à une distance d’un pied des murs et
au-dessous de la hauteur de la tête. La vitesse dans un GRD pulsant ne
dépasse normalement pas 800 FPM et elle ne doit pas dépasser 400 FPM dans
une grille de reprise pour les applications où le bruit n’est pas
admissible. La vitesse doit être assez élevée pour mélanger l’air pulsé
avec l’air de la pièce à l’extérieur de la zone de vie, tout en devant
respecter des caractéristiques de diffusion et des températures
confortables à l’intérieur de la zone de vie.
La portée est la distance parcourue par l’air à partir du GRD avant que la
vitesse finale ne soit atteinte. Cette portée est normalement de 75 % à
110 % de la distance du GRD jusqu’à la surface transversale la plus proche
(mur) ou jusqu’au point de vitesse finale des GRD situés à proximité. La
vitesse finale correspond à la vitesse au point de la portée qui, pour des
raisons techniques de conception, a été choisi comme point de mesure pour
la portée. La vitesse finale est habituellement de 50 FPM à 75 FPM dans
les logements et les bureaux, mais l’ingénieur peut l’établir de 125 FPM à
150 FPM pour les locaux commerciaux. En général, des vitesses de 50 FPM
sont jugées comme acceptables dans les zones de vie. On obtient des zones
stagnantes si les vitesses chutent à 15 FPM. Pour déterminer les
caractéristiques de diffusion de l’air dans un espace, vous pouvez
utiliser la sonde de vitesse afin de « suivre » la portée des GRD.
Pour déterminer le volume d’air diffusé par un GRD, on peut tout à fait
réaliser une mesure avec une sonde cruciforme, en plaçant la sonde de
vitesse dans la bouche de sortie du GRD. On peut également placer la sonde
de vitesse sur l’avant d’un GRD, avec les données techniques de
construction fournies par le fabricant du GRD, afin de déterminer le
volume d’air.
Contrairement aux sections de conduits, la zone d’un GRD sur le terrain ne
peut pas être mesurée parce que l’air change de direction et accélère à
cause du phénomène de section contractée, qui se produit lorsque l’air, en
passant par une ouverture, « adhère » aux parois de l’ouverture, ce qui
réduit la taille de celle-ci. Même des mesures très soigneuses sur le
terrain de la zone libre d’un GRD réalisées pour déterminer les volumes
d’air conduiront à de graves erreurs de calculs. Le fabricant du GRD
indiquera une « aire effective » (Ak = aire effective en pieds carrés) qui
ne peut être déterminée que par des tests en laboratoire mesurant le
volume d’air réel et la vitesse nominale du GRD (Vavg = vitesse nominale
moyenne en pieds par minute). Cette aire effective peut être utilisée sur
le terrain pour les calculs de volume d’air.
Pour un GRD donné, le fabricant indique en principe une aire effective, un
intervalle de vitesses nominales et le débit qui en résulte en pieds cubes
par minute (CFM), ainsi que la perte de charge pour chaque vitesse
nominale. Ces valeurs sont déterminées pour des conduits rectilignes
raccordés au GRD qui transporte l’air non turbulent et réparti de manière
régulière dans le conduit. Pour calculer le volume d’air dans un GRD, il
faut mesurer la vitesse nominale un nombre suffisant de fois pour obtenir
une vitesse moyenne et créer un réseau de points-tests autour du GRD afin
de disposer à la fin des mesures d’une moyenne satisfaisante. La distance
à l’intérieur du réseau est habituellement de trois à cinq pouces et de
toute façon non supérieure à six, et il faut disposer d’au moins six
mesures de vitesse stable par direction de portée. Placez le capteur de la
sonde de vitesse à la même hauteur qu’un GRD pulsant ou à un pouce ± 031
in de distance d’une grille de reprise et positionnez la sonde au milieu
de l’ouverture. Sélectionnez le débit et un conduit rectiligne sur
l’AirMeter et indiquez une dimension de 12 pouces sur 12 pouces. Cela
conduit à un calcul de CFM qui est égal au calcul de FPM moyen. Le CFM
calculé est alors multiplié par le facteur Ak fourni par le fabricant du
GRD pour le CFM réel.
Avec nos remerciements à Fluke
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