Ene-58.4139 LVI-tekniikan mittaukset ILMAN TILAVUUSVIRRAN MITTAUS TYÖOHJE Aalto yliopisto LVI-tekniikka 2013
SISÄLLYSLUETTELO TILAVUUSVIRRAN MITTAUS...2 1 HARJOITUSTYÖN TAVOITTEET...2 2 MITTAUSJÄRJESTELY JA MITTALAITTEET...2 3. MITTAUKSET...2 3. MITTAUKSET...3 3.1 Apumittaukset...3 3.2 Mittaukset kanavistoon asennetuista laitteista...3 3.2.1. Tilavuusvirran mittaaminen pyörrevanamittarilla...3 3.2.2. Tilavuusvirran mittaaminen mittarenkaalla...3 3.3 Tilavuusvirran mittaaminen tuloilmalaitteista...3 3.4 Tilavuusvirran mittaaminen poistoventtiilistä...4 3.5 Tilavuusvirran mittaaminen pitot-putkella...4 4 RAPORTOINTI...4 4.1 Tulosten käsittely...4 4.2 Virhearvio...5 LIITE 1 TYÖSELOSTUKSEN YLEISRAKENNE...6 1
TILAVUUSVIRRAN MITTAUS 1 Harjoitustyön tavoitteet Harjoitustyön tavoitteena on tutustuttaa opiskelijat ilman tilavuusvirran mittauksen perusmenetelmiin ja laitteisiin, tuoda esille mittauksissa esiintyviä ongelmia ja virhetekijöitä sekä opetella tekemään mittausten luotettavuuden arviointia ja raportointia. 2 Mittausjärjestely ja mittalaitteet SÄÄTÖ- PELTI PRA-160 MITTA- RENGAS MR-160 TLB-160 URH-160 KTS-160 PUHALLIN Tilavuusvirta mitataan kuvan 1 mukaisella koejärjestelyllä eri pisteistä sekä kiinteillä että kenttämittauskäyttöön soveltuvilla ilmavirran mittauslaitteilla. Mittauslaitteistona on typistetty ilmanvaihtokanavisto, johon on sijoitettu taajuusmuuttajakäyttöinen puhallin, 2 tuloilmalaitetta ja poistoilmalaite. Kanavistoon on kiinteästi asennettu mittarengas, säätöpelti ja pyörrevanamittari. Muina mittauslaitteina mittauksessa käytetään pitot-putkea (mittaus kanavasta), passiivista anemometritorvea, sondia, siipipyöräanemometria ja kuumalankaanemometria. PYÖRREVANA- MITTARI Kuva 1. Tilavuusvirran mittauksiin liittyvä kanavisto. 2
3. Mittaukset 3.1 Apumittaukset Apumittausten avulla lasketaan halli-ilman tiheys ideaalikaasun tilanyhtälöstä. Kanavistossa on staattisen paineen vaihtelut otettava huomioon ilman paikallista tiheyttä määritettäessä. Apumittauksissa mitataan: o ilmanpaine hallissa tarkkuusilmapuntarilla o halli-ilman kuivalämpötila ja kosteus o kanavailman kuivalämpötila ja kosteus tuloilmalaitteesta 3.2 Mittaukset kanavistoon asennetuista laitteista 3.2.1. Tilavuusvirran mittaaminen pyörrevanamittarilla Pyörrevanamittaria käytetään vertailulaitteistona, johon muilla mittareilla saatuja tilavuusvirtoja verrataan. Kanavaan on asennettu kiinteästi pyörrevanamittari, joka antaa pulssimuotoista viestiä, yhden pulssin jokaista sen läpi kulkenutta tilavuusyksikköä (noin litra) kohti. Tilavuusvirta saadaan kertomalla mitattu taajuus pyörrevanamittarin laitevakiolla. 3.2.2. Tilavuusvirran mittaaminen mittarenkaalla Mittarenkaan ilmavirta määritetään mikromanometrin ja valmistajan käyrästön avulla. Viiden mittauksen keskiarvo on mittarenkaasta ilmoitettava ilmavirta. 3.2.3. Tilavuusvirran määrittäminen säätöpellistä Säätöpellin ilmavirta määritetään mikromanometrin ja valmistajan käyrästön avulla. Viiden mittauksen keskiarvo on säätöpellistä ilmoitettava ilmavirta. 3.3 Tilavuusvirran mittaaminen tuloilmalaitteista Ilmavirtojen mittauksissa ja säädössä joudutaan tilavuusvirta määrittämään useasti tulo- ja poistoilmalaitteista. Työssä mitataan tuloilmavirta seuraavilla menetelmillä: Mikromanometrillä määritetään paine-ero ja tilavuusvirta laitevalmistajan ohjeiden mukaisesti joko laitteen omista mittausyhteistä tai sondilla. Siipipyöräanemometrillä määritetään suihkun keskimääräinen nopeus tuloilmalaitteen otsapinnalla useasta kohdasta ja lasketaan näistä keskinopeus. Siipipyöräanemometrillä voidaan useasta pisteestä tehtävien mittausten sijaan mitata myös liikuttamalla anemometriä hitaasti tuloilmalaitteen otsapintaa pitkin siten, että koko pinta tulee läpikäytyä tasaisesti. Kuumalanka-anemometrillä määritetään suihkun nopeus puhallusaukossa useassa kohdassa ja lasketaan näistä keskinopeus. Puhallusaukko tulee jakaa riittävän useaan mittauspisteeseen jotta mittaustuloksen tarkkuus olisi riittävä. Anemometritorvella mitataan tuloilmalaitteiden tilavuusvirta painamalla torvi 3
tuloilmalaitteen päälle ja mittaamalla paikallinen ilman nopeus torven kurkusta. (Tämä mittaus tehdään vain demonstraatiomielessä koska menetelmä ei sovellu tuloilmavirtojen mittaamiseen! Miksi?) Ilmavirrat mitataan viisi kertaa kullakin menetelmällä. Mittausten keskiarvo on kyseisen tuloilmalaitteen ilmavirta. 3.4 Tilavuusvirran mittaaminen poistoventtiilistä Tilavuusvirta poistoventtiilistä mitataan anemometritorvella AM-600 painamalla torvi venttiilin päälle ja mittaamalla paikallinen nopeus torven kurkussa. Tässä täytyy huolehtia siitä että torvi on tiiviisti kiinni venttiilin taustana olevassa pinnassa. Paineenmittaussondin avulla mitataan paikallinen paine poistoventtiilistä ja määritetään sitä käyttäen tilavuusvirta venttiilin valmistajan käyrästöstä. Ilmavirrat mitataan viisi kertaa kullakin menetelmällä. Mittausten keskiarvo on kyseisen poistoilmalaitteen ilmavirta. 3.5 Tilavuusvirran mittaaminen pitot-putkella Pitot-putkimittaukset tehdään 6-pisteen log-lineaarisella menetelmällä, kahdelta toisiaan vastaan kohtisuorassa olevalta halkaisijalta, kahdesta työn ohjaajan osoittamasta kanavapoikkipinnasta. Kukin työryhmän jäsen tekee tilavuusvirran määrityksen kummastakin mittauskohdasta. 4 Raportointi Työselostus tehdään lähtökohtaisesti tavanomaisen teknisen tutkimusraportin muotoon, jonka yleisrakenne on esitetty liitteessä 1. Seuraavassa tarkennettuja ohjeita raportointiin. 4.1 Tulosten käsittely Ilman tiheys kanavan eri kohdissa määritetään ideaalikaasun tilanyhtälöön perustuen (on huomattava että ilman massavirta on kanaviston kaikissa osissa sama, mutta tilavuusvirta ei koska tiheys muuttuu). Pitot-putkimittausten perusteella piirretään nopeusjakaumat molemmissa mittauskohdissa ja tehdään tilavuusvirran määritys graafisella integroinnilla. Lisäksi tilavuusvirta määritetään tavanomaiseen tapaan mittauspisteiden nopeuksien keskiarvon avulla. Mitatut tilavuusvirrat esitetään taulukkomuodossa mittausmenetelmittäin siten, että siinä on esitetty jokaisella mittausmenetelmällä saatu mittaustulos sekä ero referenssimittarilla (pyörrevanamittari) saatuun tilavuusvirtaan. Mikäli mittaustulos muodostuu useamman 4
mittauksen keskiarvosta esitetään taulukossa myös mittaustuloksen keskihajonta, sekä 95 %:n luottamusväli. Eri menetelmillä mitattuja tuloksia verrataan keskenään ja analysoidaan syitä eroavaisuuksiin (kts. virhearvio). 4.2 Virhearvio Virhearvio suoritetaan lähteessä /1/ esitettyjen menetelmien mukaisesti. Satunnaisvirheiden lisäksi tutkitaan myös mahdollisten systemaattisten virheiden olemassaolo tilastollisella testauksella, käyttäen vertailukohtana referenssimittarin mittaustulosta. Arvioidaan myös mahdollisia syitä mittausvirheille kunkin mittausmenetelmän osalta. LÄHTEET 1 Siren K, Ilmastointitekniikan mittaukset, Tietonova,1995. 5
Liite 1 TYÖSELOSTUKSEN YLEISRAKENNE 1 Kansilehti, josta käy ilmi o työn nimi ja mittausten suoritusajankohta o mittausharjoituksiin osallistuneet o yhteyshenkilö, jolle mahdollinen palaute voidaan osoittaa 2 Sisällysluettelo sivunumeroineen 3 Lyhyt kuvaus suoritetusta harjoituksesta 4 Mittausjärjestelyjen ja käytettyjen mittalaitteiden kuvaukset 5 Mittausten suorittaminen 6 Mittaustulosten käsittely o kalibrointikorjaukset mittaustuloksiin (jos tiedossa) o toistomittausten tilastollinen käsittely (keskiarvot, keskihajonnat) o mittaustulosten perusteella laskettujen suureiden arvot o mahdollisten teoreettisten vertailulaskelmien teko o mittaustulosten keskinäinen vertailu 7 Virhetarkastelu o Tulosten virherajojen laskenta o i) toistomittausten perusteella jos riittävästi toistomittauksia o ii) mittalaitteiden suorituskyvyn perusteella (virheiden yhdistämislaki) o lopulliset tulokset virherajoineen 8 Johtopäätökset o johtopäätökset itse mittaustuloksista o johtopäätökset tutkittavista ilmiöistä jne. 9 Lähdeviitteet 10 Liitteet o piirturipaperit o laajat taulukot o ohjelmakoodit ym 6