Датчик давления в помещении

Описание и назначение

Датчики давления воздуха могут измерять изменение атмосферного давления и давление в конструктивной схеме какой — либо установки. Устройства контроля давления воздуха предназначены для непрерывного измерения и преобразования давления воздушной среды в выходной сигнал в виде напряжения или тока.

Для замеров могут использоваться механические, тепловые и электронные рабочие элементы. Последние дают более точные показания и, все чаще, находят применение в современных реалиях.

На сегодняшний день предъявляются строгие требования для систем кондиционирования и вентиляции, мониторинга состояния различных лабораторий, специальных и чистых помещений в медицине и научных исследованиях. Соблюдение этих требований позволяет минимизировать риск заражения и заболеваний персонала (в медицинских исследованиях), а также предотвратить попадание инородных частиц во время лабораторных исследований.

Для того чтобы обеспечить все эти требования для контроля и мониторинга, оборудование должно быть очень надежным и высокоточным. Важность контроля давления: величина перепад давления необходимая для предотвращения попадания инородных частиц в чистые помещения, лаборатории и т.д. очень мала. В зависимости от условий эта величина может варьироваться от 2,5 до 40 Па:

Для поддержания таких маленьких значений перепада давления измеряющий прибор, контролирующий системы вентиляции и кондиционирования должен быть очень точным, чувствительным и стабильным. Чем мы можем помочь? В большинстве чистых и специальных помещений необходимо поддержание положительного давления. Давление в таких помещениях поддерживается более высоким по сравнению с окружающими помещениями, для предотвращения попадания оттуда инородных частиц. Частицы пыли, или микробы выталкиваются наружу воздухом, благодаря более высокому давлению, даже если дверь открыта. Часто данные условия поддерживаются несколькими такими помещениями, ведущими в чистую зону, включающими в себя специальную комнату для переодевания и переходные камеры. В каждой такой зоне должен поддерживаться перепад давления для обеспечения движения воздуха в определенном направлении.

В больницах для предотвращения распространения инфекции по воздуху в изолированных комнатах поддерживается давление меньшее, чем в других помещениях. Таким образом создается движение воздуха внутрь комнаты, даже при открытых дверях, что не позволяет вредоносным бактериям и микробам покинуть ее. Специально для таких строгих требований компанией ASHCROFT были разработаны преобразователи низкого перепада давления моделей. Данные преобразователи имеют класс точности до 0,25% для измерения малых величин перепада давления от 25 Па. Это позволяет эффективно контролировать состояние специальных и чистых помещений с высокой точностью.

Дифманометр (маностат) — устройство для измерения разницы давлений
в вентиляционных каналах. Они бывают жидкостные, в которых
уравновешивание происходит за счёт жидкости, мембранные и механические.
Дифференциальные манометры используются для контроля уровня загрязнения
фильтров путём измерения разницы давления до и после фильтра и для
контроля работы вентилятора путём регистрации отсутствия напора. Эти
преобразователи работают с неагрессивными газовыми средами при
температуре воздуха в помещении от -30 до +50°С и влажности воздуха не
превышающей 95%. Приборы с пневмометрическими трубками рекомендованы при
скорости движения воздушных масс свыше 2 м/сек.

Достаточно популярны устройства с мембранами и мембранными коробками. В
мембранную коробку, внутри которой находится штуцер держателя, подаётся
положительное давление. Под этим давлением происходит перемещение
подвижного центра мембраны. Отрицательное давление создаётся внутри
герметичного корпуса устройства и давит на мембрану извне, препятствуя
смещению её центра. В результате «+» и «-» давления взаимно гасятся, а
смещение центра коробки показывает разность дифференциального давления.
Это перемещение с помощью передаточного механизма сдвигает стрелку по
шкале и указывает на величину давления. Мембранные дифманометры
подают сигнал о непригодности фильтров при помощи пружинной мембраны,
которая при регистрации разницы давлений, переключает механический блок с
электрическими контактами.

Магнитный показывающий дифманометр работает под
давлением до 10 Мпа с достаточно небольшой погрешностью в 2%. Его
поворотный магнит со стрелкой на конце находится в немагнитном
металлическом корпусе. Поршень из магнита, удерживаемый сальником из
фторопласта, ходит в рабочем канале под напором пробки со стороны
отрицательного давления, которую сдвигает диапазонная пружина. В свою
очередь положительное давление посредством штуцера давит на поршень и
передвигает его до компенсации смещения «-» давлением и достижения
равновесия. Поршень поворачивает указательную стрелку.

Другой тип дифференциального датчика давления цифровой дифманометр
со встроенным микропроцессором позволяет автоматически устанавливать
«нуль» перед каждым измерением, рассчитывать средние скорости воздушного
потока. Некоторые модели имеют встроенную память и интерфейс для
подключения к компьютеру.

Датчик дифференциально давления, представляет собой устройство, которое
устанавливается в системы вентиляции и кондиционирования воздуха, для
наблюдения за изменением перепада давления воздуха. Его основной задачей
является коммутация электрических цепей при достижении пороговой
разницы давлений, обусловленной характеристиками модели. Такое
функционирование формирует систему сигнализации, способную оповестить
пользователя о внештатных ситуациях, включая случаи засорения фильтров,
отклонения воздушного потока или разрыва приводных ремней.

В комплектацию подобных датчиков входит, кроме самого устройства, два
штуцера, ПВХ трубка и крепежные винты. Для того, чтоб подключить прибор в
систему, достаточно установить штуцер высокого давления в резервуар до
фильтра, а штуцер низкого давления – в пространство после фильтра,
позволяя им производить мониторинг состояния среды. После присоединения
сигнализационного кабеля, следующим шагом является настройка
дифференциального реле давления. Для этого используется поворотная ручка
со шкалой, где отмечена область срабатывания аппарата. Установку
рекомендуется производить в вертикальном положении, в противном случае
измеренные показатели могут быть неточными.

В процессе функционирования маностат не замыкает контакты, пока показатели
разницы давления не превышают заданный порог, когда фильтр чист. В
случае, если произошло загрязнение, и величина перепада плотности выше
установленную границу, происходит коммутация цепи и срабатывает
сигнализационная система оповещения. После замены фильтра или устранения
другой причины нарушения работы, реле вновь переводится разомкнутую
позицию, позволяя дальше контролировать состояние объекта.

Представленные реле перепада давления воздуха обладают рядом
преимуществ, которые заключаются в легкости монтажа, настройки и
эксплуатации. Устройство готово к использованию, максимально простое
регулирование чувствительности прибора осуществляется с помощью ручки.
Также представители этой серии не нуждаются в отдельном подключении
питания, для корректной деятельности стоит только подсоединить
импульсные трубки и провода сигнализации.

Погрешность, допустимая производителем, у такого дифференциального реле
давления составляет всего ± 15 %, а широкий диапазон температур,
охватывающий интервал от -40°С до +85°С, и высокая степень защиты от
влаги и пыли делает данную модель устойчивой к различным климатическим
условиям.

Реле давления

Нет товаров подходящий под указанные фильтры.

Компания ОВЕН производит промышленные микропроцессорные датчики, преобразователи давления измерительные, а также механические реле давления воды и воздуха для применения в различных отраслях.

Для выбора оптимального датчика давления под вашу задачу воспользуйтесь меню фильтров слева – выберите класс точности, диапазон измерения, тип выходного сигнала и резьбу присоединения к процессу. В карточке продукта вы можете ознакомиться с характеристиками датчиков, схемами подключения, документацией и ценами.

Купить преобразователи давления можно несколькими способами:

Ассортимент приборов измерения давления ОВЕН включает в себя:

Преобразователи и датчики давления производятся в России. Датчики имеют сертификат типа средств измерений (СИ) и производятся с бесплатной первичной поверкой.

Интеллектуальные датчики давления

При выборе датчика для своих потребностей нужно учитывать такие факторы:

Также, необходимо учесть вид измеряемого давления, его разброс, класс защиты прибора и материал корпуса.

Общепромышленные датчики давления

Сенсоры перепада давления воздуха помогают уточнить степень засоренности фильтрующих элементов, смонтированных в системе вентиляции, для прогнозирования момента их очищения или обновления. Именно этим устройства выгодно отличаются от реле разности давлений, которые сигнализируют лишь при полном засорении фильтра.

Преобразователи давления ставятся в:

Приборы позволяют контролировать состояние фильтров, измерять уровень заполнения, управлять преобразователями частоты. Модели обладают несколькими диапазонами измерения давления. Выбирается конкретный вариант посредством использования переключателей DIP, встроенных в датчик давления воздуха.

Высокоточные показания, минимальная погрешность обеспечиваются наличием пьезорезистивного сенсора, клавиши установки ноля, потенциометром смещения.

В комплект поставки входят гибкие шланги и крепежные метизы, штуцеры, чтобы облегчить покупателю процесс монтажа. Преобразователи могут оборудоваться жидкокристаллическим дисплеем, отображающим результаты измерений, вспомогательным релейным выходом. В качестве дополнительных опций предлагаются клапаны выпуска давления DAL-01, Г-образные штуцеры.

Специализированные датчики давления

В конструкцию любого датчика давления входят такие составляющие:

Рассмотрим классификацию датчиков по принципу действия.

Волоконно-оптический

Представляет собой устройство, рабочим элементом которого служит нить из прозрачного материала, являющаяся переносчиком световых волн методом их отражения от стенок волокна. Данный тип устройств дает довольно точные измерения давления и не имеет зависимости от температуры окружающей среды. Диэлектрический корпус устраняет влияние электромагнитных полей на работу преобразователя. Современные оптические волокна изготавливаются из кварца.

Работа датчика основана на изменении амплитуды и направления электромагнитного поля (поляризации) световой волны, которая движется по рабочему элементу. При изменении давления, действующего на рабочий элемент, его диаметр уменьшается, а длина увеличивается на величину, измеряемую в нанометрах (нм). Деформация приводит к изменению свойств светового луча, проходящего по оптоволокну, что дает разницу в показаниях до и после приложения силы к чувствительному элементу.

Сигнал от волокно-оптического устройства поступает в специальный усилитель, который может принимать сигналы от нескольких датчиков и находиться на расстоянии от них.

Данные устройства обладают преимуществами перед другими видами:

К датчикам, применяющим в своей работе световые волны, можно отнести и оптоэлектронные системы. В них используются прозрачные многослойные плоскости, изменяющие свойства света под действием давления. Световая волна фиксируется фотоэлементом, который передает сигнал на электронную схему.

Магнитный

Устройство состоит из Е- образной плоскости с индуктивной катушкой и проводящей мембраны, на которую воздействует давление. Работа датчика основана на изменении электромагнитной индукции катушки при изменении зазора между плоскостью и мембраной.

Недостатки данных преобразователей:

Магнитные датчики производятся в двух исполнениях – по одинарной и дифференциальной схеме. Последняя имеет преимущества. В дифференциальном способе применяются 2 контура, которые фиксируют изменение величины электромагнитной индукции с противоположным знаком полярности. Во второй конструкции рабочий элемент с катушкой может иметь разную форму (Е- образную и цилиндрическую).

Емкостной

Данное устройство преобразует давление в изменение емкости конденсатора, выступающего в роли рабочего элемента. Специальная развязка (мультивибратор с компаратором) преобразует изменение величины емкости на рабочем элементе в выходной сигнал.

Емкостные устройства изготавливают с одним и двумя конденсаторами. Первые более подвержены воздействию окружающей среды (влажность и температура воздуха), вторые немного сложнее в конструкции, однако делают более точные замеры.

Преобразователи имеют конструкцию с одним либо двумя электродами, расположенными в корпусе и, изолированными от него. Между камерами с электродами расположена тонкая металлическая пластина, которая, совместно с электродами, дает емкость переменного значения, подключенную в схему измерения физического параметра. При подаче воздуха с одной стороны датчика, пластина смещается, изменяется значение емкости и устройство показывает величину избыточного давления.

Ртутный

Одним из простейших способов измерения давления воздуха либо другого газа является ртутный датчик, напоминающий формой английскую букву U. Принцип его действия основан на всем известном свойстве сообщающихся сосудов.

Через трубку вышеуказанной формы протягивается проводник, подключенный в мостовую схему, не выдающую сигнала при равнозначных сопротивлениях на обеих ветвях проводника, подключенных в схему. Половина трубки заполняется ртутью. При увеличении давления на одну из сторон трубки, с этой стороны ртуть опускается, а с обратной – поднимается. После данного физического воздействия ртутью появляется разность сопротивлений провода в одной и другой ветви, что провоцирует включение мостовой схемы и выходного сигнала.

К недостаткам данного устройства относится плохая защита от механических воздействий и большие габариты.

Еще один вид ртутного датчика – чашечный барометр. Состоит из запаянной трубки, присоединенной к емкости со ртутью. При изменении атмосферного давления, увеличивается или уменьшается давление на емкость и столбик ртути в трубке.

Пьезоэлектрический

Название устройства говорит о том, что его работа основана на преобразовании энергии механического воздействия в электрическую при помощи кристаллических материалов. При давлении на такой материал, между его сторонами появляется разность потенциалов. Этот способ измерения давления удобен только при быстром изменении его величины, так как при длительном приложении постоянной силы к пьезоэлектрику, его выходной сигнал постепенно гаснет.

К достоинствам устройства относятся:

Датчик состоит из двух пластин из пьезоматериала, между которыми находится металлический электрод, соединенный с выходной проводкой. Пластины изолированы от корпуса, служащего «массой». Гайка из диэлектрического материала отделяет выходной провод от корпуса.

Пьезорезонансный

Принцип действия похож на предыдущий, но в качестве рабочего элемента применяются кристаллы кварца. Кристалл крепится к рабочей пластине, передающей давление. При деформации плоскости, изменяется частота колебаний кристалла. Данные свойства дают несомненные преимущества этому виду преобразователей:

Пьезорезонансные элементы получили большую популярность для точной калибровки измеряемой физической величины, применяются в газовых скважинах, барометрах.

Резистивный

Эти преобразователи недорогие и простые по конструкции. Недостатком таких датчиков служит пониженная точность измерения давления. Принцип действия заключается в изменении сопротивления резистора при надавливании на рабочий элемент.

В его состав входит пленка из полупроводникового материала, проводник со связанными электродами, пластина, создающая пространство между проводником и полупроводником, слои из диэлектриков.

При приложении силы на полупроводниковую пленку, она начинает контактировать с электродами проводника через пластину, сохраняющую зазор, датчик начинает выдавать сигнал. Эти приборы не точные, их можно применять скорее для регистрации давления, но не для его измерения.

Взрывозащищенные датчики давления

Одной из сфер применения датчиков является измерение колебаний атмосферного давления. Эти данные необходимы для метеорологических служб, в медицинских целях, при наблюдении за метеозависимыми больными. Замеры атмосферного давления метеорологами позволяют установить направление ветров и движение циклонных областей. Атмосферные датчики отличаются по виду рабочего элемента – ртутные и электронные.

Также, широкое применение данные устройства получили для замера давления воздуха и других газов в автомобилестроении, строительстве, химической и легкой промышленности. Любой автоматизированный промышленный процесс, зачастую, не обходится без датчиков давления.

Контроль перепада давления в чистых помещениях

Контроль перепада давления с помощью системы вентиляции является одним из методов обеспечения чистоты помещения и защиты от утечек опасных загрязнений. Чтобы не допустить проникновения загрязнений извне, в помещении поддерживают избыточное давления. Если требуется избежать утечек загрязненного воздуха, например из лабораторий, где ведется работа с опасными веществами, в помещении создается отрицательный перепад давления (разрежение).

В статье рассмотрены основные требования, принципы, рекомендации, оборудование и технические решения для обеспечения контроля и регулирования перепада давления в помещениях с помощью системы вентиляции.

Обзор нормативных документов

Согласно п. 7.5.4 этого документа при отсутствии тамбур-­шлюза расход воздуха для обеспечения дисбаланса следует создать разность давления не менее 10 Па по отношению к давлению в защищаемом помещении, но не менее 100 м3/ч на каждую дверь.

В пункте 4.8 документа указывается, что регулировать баланс воздухообмена нужно с помощью клапанов (регуляторов потока воздуха), устанавливаемых на притоке и (или) вытяжке. Более четких требований и рекомендаций, касающихся применяемых клапанов, в стандарте нет.

В пункте 7.2 изложены требования по контролю расхода воздуха, однако в данном случае речь идет о разовых контрольных замерах с помощью расходомера или анемометра.

Согласно стандарту перепад давления следует поддерживать с помощью различной техники балансирования потоков воздуха (активных/автоматизированных и пассивных/ручных систем), при этом необходимо регулировать относительное количество воздуха, которое подается в каждую зону системой подачи воздуха и удаляется из нее через воздуховоды или другим образом.

Таким образом, существующая нормативная база четко определяет требования к созданию и поддержанию перепада давления в помещениях различного назначения. При этом в справочной литературе дается не так много информации и рекомендаций по практической организации перепада давления, выбора схем и технических решений, оборудования, обеспечения автоматического регулирования, точности и скорости работы системы, алгоритмов управления и контроля основных рабочих параметров.

Герметичность помещения и перетоки воздуха

Рассмотрим полностью герметичное помещение, которое обслуживается системой приточно-­вытяжной вентиляции. В случае когда объем подаваемого приточного воздуха точно соответствует объему вытяжного воздуха, в помещении будет поддерживаться стабильное давление по отношению к атмосферному. Как только объем приточного воздуха станет больше, чем объем вытяжного, воздушный баланс нарушится и давление в помещении начнет резко увеличиваться.

Это следует из уравнения Бернулли, решение которого может быть использовано для определения избыточного давления:

F — ​площадь неплотностей (щелей), м2;

dL — ​разница расхода приточного и вытяжного воздуха (утечки);

Согласно уравнению (1) избыточное давление пропорционально утечкам воздуха из помещения, то есть разнице между расходами приточного и вытяжного воздуха, и обратно пропорционально площади различного рода неплотностей в ограждающих конструкциях помещения, через которые воздух может проникать в соседние помещения.

Коэффициент расхода μ для круглого отверстия принимают но применительно к вентиляции помещения, где как в основном встречаются длинные тонкие щели с острыми кромками, рекомендуется принимать коэффициент μ = 0,72.

Если бы помещение было абсолютно герметичным, то есть площадь щелей в нем стремилась к нулю, то даже самые незначительные отклонения в балансе между приточным и вытяжным воздухом приводили к резкому скачку давления:

Если помещение будет абсолютно герметично, как стальной баллон для сжатого воздуха, то даже при незначительной разнице в балансе приточного и вытяжного воздуха давление внутри повысится настолько, насколько позволит напор вентилятора. Поэтому, чтобы контролировать стабильное давление в полностью герметичном вентилируемом помещении, нужно идеально точно и быстро регулировать объем приточного и вытяжного воздуха, что в большинстве случаев практически невозможно.

В реальных условиях ограждающие конструкции даже самых герметичных помещений — ​стены, потолок и, конечно же, двери — ​имеют различного рода неплотности. Как только в одном помещении возникает избыточное давление по отношению к соседним, появляются утечки (перетоки) воздуха — ​эксфильтрация и инфильтрация. Именно благодаря небольшим перетокам становится технически возможным стабильно поддерживать разницу давления в помещении по отношению к соседним помещениям. Если же герметичность помещения недостаточно высока, то есть площадь щелей F слишком большая, то для поддержания давления требуется обеспечить очень большой дисбаланс dL. При проведении пусконаладочных работ из-за реальной низкой герметичности помещения требуемое давление просто не удается создать, несмотря на существенный дисбаланс расходов воздуха.

Таким образом, чтобы контролировать перепад давления в помещении, нужно иметь возможность контролировать баланс расхода приточного и вытяжного воздуха и обеспечить приемлемый уровень перетоков. То есть нужны точные регуляторы расхода воздуха, а ограждающие конструкции помещения при этом не должны быть идеально герметичными, но в то же время должны обеспечивать минимальные утечки воздуха.

Если известно желаемое значение перепада давления в помещении, можно определить требуемую величину перетоков (разницу расходов приточного и вытяжного вентиляционного воздуха), например по формуле, рекомендуемой стандартом ASHRAE Fund.97, p25.11:

которая описывает тот же процесс, что и (3), но вместо коэффициента расхода μ = ней используется коэффициент местных сопротивлений = 0,85, а составляющая «ρ/2», равная для воздуха 0,6, отсутствует. В итоге перетоки, рассчитанные по формуле (4), получаются несколько ниже.

Рассмотрим ситуацию, когда требуется поддерживать избыточное давление 15 Па в высокогерметичном помещении с площадью щелей 0,001 м2 и в помещении с относительно невысокой герметичностью с площадью щелей 0,01 м2, что условно соответствует щели под дверью шириной 1 мм и 1 см соответственно. Используя формулу (3), получим:

В первом случае для достижения результата необходимо, чтобы разность между притоком и вытяжкой dL составляла 12,9 м3/ч, во втором — ​129,6 м3/ч.

Чтобы оценить влияние герметичности на требования к оборудованию для системы вентиляции, сравним два помещения, в которых требуется поддерживать перепад давления в 15 Па. Допустим, в помещении № 1 объемом 15 м3 должен быть обеспечен воздухообмен 450 м3/ч. При высокой герметичности дисбаланс в 12,9 м3/ч составляет всего 3% расхода приточного воздуха, и поддержать такую точность подачи воздуха будет достаточно сложно, а незначительные отклонения расходов воздуха приведут к существенным колебаниям давления. В то же время при дисбалансе в 129,6 м3/ч разница расходов приточного и вытяжного воздуха составит 29%, и обеспечивать регулировку в таком диапазоне значительно проще, однако разница между приточным и вытяжным воздухом будет весьма существенной, что может оказаться неприемлемым. Например, не будет обеспечен требуемый расход вытяжного воздуха или производительность приточной системы окажется недостаточной. Для более крупного помещения № 2 объемом 70 м3 с воздухообменом 2100 м3/ч дисбаланс в 12,9 м3/ч составит всего 0,6% общего расхода, а 129,6 м3/ч — ​6%. Если помещение № 2 будет слишком герметичным, поддерживать в нем заданное давление станет технически невозможно, так как точность регулирования 0,6% недостижима для большинства моделей современных регуляторов расхода воздуха. А вот обеспечить дисбаланс в 129,6 м3/ч будет просто.

В общем случае для стабильного поддержания перепада давления рекомендуется, чтобы объем перетока составлял общего расхода вентиляционного воздуха.

Требуемый для поддержания перепада давления дисбаланс не зависит от объема помещения и определяется только его герметичностью. В то же время объемы подаваемого приточного и вытяжного воздуха определяют необходимую точность регулирования расхода. Обеспечить поддержание дисбаланса в 100 м3/ч при общем расходе 1000 м3/ч гораздо проще, чем при расходе в 20 000 м3/ч. Поэтому помещения маленького объема должны быть более герметичными, чем крупные помещения с большим воздухообменом.

Оборудования и схемы регулирования для поддержания перепада давления

Итак, чтобы обеспечить перепад давления в помещении, нужно создать дисбаланс между приточным и вытяжным потоками.

Теоретически для этой цели можно использовать обыкновенные дроссельные заслонки и попытаться наладить систему вручную, но при любом изменении условий работы системы вентиляции перепад давления будет крайне нестабильным, поэтому такой вариант практически не применяется. Чтобы получить приемлемый результат, необходимо использовать различные комбинации приточных и вытяжных регуляторов постоянного (CAV) и переменного (VAV) расхода.

В самом простом случае для регулирования и стабильного поддержания дисбаланса между притоком и вытяжкой можно использовать два механических регулятора СAV с фиксированными расходами воздуха на приточном и вытяжном воздуховодах ( . 1). Это наиболее дешевый вариант. Расход воздуха через регулятор CAV, в отличие от обычной дроссельной заслонки, не зависит от колебаний давления в воздуховоде, что позволяет достаточно стабильно поддерживать требуемый расход как на притоке, так и на вытяжке.

Избыточное давление в помещении обеспечивается за счет разницы в расходах приточного и вытяжного воздуха. Разница расходов устанавливается на шкале регулятора CAV вручную, механически, при проведении пусконаладочных работ. При этом точность поддержания расходов регуляторами составляет примерно 10%. Для небольших по объему помещений с невысокой герметичностью этого вполне достаточно.

В процессе эксплуатации установившийся перепад давления в помещении можно только наблюдать с помощью дополнительного датчика, но нельзя контролировать (регулировать). Также нет никакой возможности отслеживать реальные расходы приточного и вытяжного воздуха.

Обычно такую схему используют для тамбур-­шлюзов и менее важных помещений, где достаточно поддержания давления с точностью Система не будет компенсировать изменения герметичности в помещении в процессе эксплуатации, однако при необходимости регуляторы CAV позволяют выполнить ручную корректировку расходов. Данное решение не подходит для помещений с переменными режимами работы вентиляции, например, для помещений с местными отсосами или с чередованием дневного и ночного режимов воздухообмена.

Второй, более технологичный вариант поддержания давления — ​использование регулятора постоянного расхода CAV на притоке и клапана — ​­регулятора давления на вытяжке (рис. 2).

Клапан — ​регулятор давления представляет собой готовое заводское изделие: воздушная заслонка в компактном корпусе, на котором смонтирован контроллер «К», сервопривод заслонки «M» и преобразователь перепада давления «P».

При помощи тонкой пластиковой трубки преобразователь давления соединяется с объемом контролируемого помещения, к контроллеру подключается питание и выставляется величина давления, которое нужно поддерживать. Поддержание перепада давления происходит автоматически: если давление в помещении ниже требуемого, заслонка прикрывается, а если выше — ​открывается до максимума. При этом клапан-­регулятор управляет перепадом давления, но не измеряет и не контролирует фактический расход вытяжного воздуха.

В данном случае в клапане-­регуляторе используется специально разработанный для поддержания давления контроллер с ПИД‑регулятором. Параметры ПИД‑регулятора адаптируются к режиму поддержания давления в системах вентиляции и позволяют быстро и точно установить заслонку в требуемое положение. Такой контроллер не нуждается в дополнительном программировании и настройке параметров при выполнении пусконаладочных работ. Дополнительно контроллер может открывать и закрывать заслонку по внешней команде.

Если для помещения важно гарантированно обеспечить расчетный объем вытяжного воздуха, то клапан — регулятор давления может быть установлен на приточном воздуховоде.

Рабочие характеристики системы контроля и поддержания давления во многом определяются используемыми в клапанах — регуляторах сервоприводами. Поэтому рассмотрим их характеристики более подробно.

Сервоприводы для клапанов — регуляторов давления и регуляторов переменного расхода VAV

От моделей сервоприводов, установленных на клапанах — ­регуляторах давления и регуляторах переменного расхода VAV, существенно зависят стоимость оборудования и результат его работы.

Все электрические сервоприводы, применяемые в регуляторах, имеют дискретный шаг вращения. Время поворота штока стандартного сервопривода на 90° около Точность позиционирования при этом составляет 5%, что примерно соответствует повороту на 2°. При расходе воздуха через регулятор 1000 м3/ч шаг изменения расхода при минимальном повороте заслонки можно оценить в м3/ч, что в ряде случаев слишком много для контроля дисбаланса вентиляции помещения. Поэтому для точной работы c относительно большими расходами воздуха и в помещениях с высокой герметичностью стандартные сервоприводы не подходят. В этих случаях необходимо использовать высокоскоростные сервоприводы, время полного поворота которых составляет всего Конструкция высокоскоростного сервопривода позволяет обеспечить точность позиционирования заслонки в 0,5°, чего вполне достаточно для контроля воздушного баланса и перепада давления в большинстве чистых помещений, в том числе оснащенных местными вытяжками постоянного и периодического действия.

До недавнего времени пневматические сервоприводы были единственным решением для контроля давления в полностью герметичных помещениях, но сейчас появилось новое поколение высокоточных электрических сервоприводов с шагом поворота заслонки в 0,1°, что делает их сопоставимыми с пневматическими и открывает новые возможности.

При использовании стандартного сервопривода на клапане — регуляторе давления, установленного, как на рисунке 2, в не очень больших и не слишком герметичных помещениях, можно добиться точности поддержания расхода на уровне 10% при времени выхода на режим около 90 секунд, точность поддержания перепада давления может быть не более ±5 Па. Таких параметров оказывается вполне достаточно для большинства простых помещений, используемых в медицине.

Применение регулятора с высокоскоростным сервоприводом позволит сократить время выхода на режим до В этом случае контакты положения входной двери очень рекомендуется подключить к клапану-­регулятору, так чтобы при открытии двери заслонка не закрывалась, а оставалась в открытом положении. При закрытии двери это позволит избежать резких скачков давления, которые могут привести даже к механическим повреждениям ограждающих конструкций герметичного помещения.

Использование внешнего цифрового программируемого контроллера позволяет реализовать более сложные и технологичные схемы управления перепадом давления и контроля параметров вентиляции в помещении (рис. 3).

В этой схеме сигнал от преобразователя перепада давления «Р» подается непосредственно на внешний цифровой контроллер, управляющий стандартными регуляторами переменного расхода на притоке и на вытяжке. Такие регуляторы оснащены штатными микроконтроллерами и могут изменять проходящий через них расход воздуха пропорционально управляющему сигналу от внешнего цифрового контроллера. Кроме того, регуляторы постоянно измеряют расход проходящего воздуха и выдают обратный сигнал, который может быть подан к внешнему цифровому контроллеру. В результате цифровой контроллер не только задает требуемые расходы воздуха через приточный и вытяжной регуляторы, но и получает обратные сигналы фактических значений, то есть обеспечивает постоянный контроль не только перепада давления в помещении, но и реального объема приточного и вытяжного воздуха, что особенно важно для некоторых производственных процессов.

Такая схема позволяет реализовать большое количество вариантов режимов работы и настройки системы. Так, когда большой воздухообмен не требуется (например, помещение не используется), можно снижать воздухообмен при сохранении контроля перепада давления. После открытия входной двери в помещение внешний контроллер может снизить установленный перепад давления и затем плавно вернуть его к заданному значению, избегая опасных резких скачков давления. В систему контроля могут быть легко интегрированы дополнительные вытяжные системы, такие как местные отсосы с постоянным или переменным режимом работы.

Используя данную схему, можно добиться точности контроля перепада давления до При использовании стандартных сервоприводов схема позволяет обеспечить выход на режим не более чем за 60 секунд, при использовании высокоскоростных сервоприводов это время составит менее 15 секунд.

Однако реализация данной схемы во многом зависит от возможностей внешнего цифрового контроллера и скорости коммуникации и требует дополнительного объема проектно-­монтажных работ, что критично при значительном количестве помещений. Поэтому для наиболее сложных и ответственных объектов производители оборудования предлагают альтернативное решение (рис. 4).

В этой схеме также используются два регулятора переменного расхода VAV, но каждый регулятор имеет штатный микропроцессорный контроллер «МК» со специально разработанным программным обеспечением. Преобразователь перепада давления в помещении «Р» подключается непосредственно к одному из микропроцессорных контроллеров регулятора VAV. Микропроцессорные контроллеры обмениваются данными по сетевому протоколу, передавая в том числе информацию о расходах воздуха и положении заслонок. Чтобы соединить приточный и вытяжной регуляторы в единую систему, можно использовать обычный коммутационный шнур, что сводит к минимуму объем монтажных работ и вероятность ошибок.

Схема на рис. 4 имеет все преимущества схемы с внешним цифровым контроллером, но при этом обладает более высокими быстродействием и надежностью благодаря специально разработанному программному обеспечению. На верхний уровень системы диспетчеризации здания по стандартным сетевым протоколам подается только общая информация о рабочих параметрах, а процесс регулирования воздушного баланса и перепада давления выполняется на полевом уровне.

Стандартно для регуляторов VAV с микропроцессорными контроллерами используются только высокоскоростные сервоприводы, что обеспечивает точность поддержания расхода не менее 5% и время выхода на режим менее 10 секунд. Точность поддержания давления может достигать ±2 Па. Данное решение рекомендуется применять для контроля перепада давления в помещениях с очень высокой герметичностью, где объемы перетоков воздуха должны быть минимальными, а также в помещениях с большим количеством дополнительных постоянных и переменных вытяжных систем.

Общие рекомендации по обеспечению перепада давления

Рассмотренные схемы демонстрируют основные принципы различных решений для поддержания и регулировки перепада давления в помещениях. В зависимости от конкретных требований объекта возможны различные комбинации регуляторов постоянного (CAV) и переменного (VAV) расхода, а также регулирование перепада давления как за счет изменения объема вытяжного воздуха, так и за счет изменения объема приточного воздуха. Выбор той или иной схемы обусловлен экономической целесообразностью, требованиями к герметичности ограждающих конструкций помещения и к точности и скорости регулирования перепада давления.

При проектировании и сооружении помещений с перепадом давления действуют следующие рекомендации.

Диапазон значений перепада давления между соседними помещениями различных классов должен составлять (оптимально — ​около 15 Па). Точность контроля перепада давления, которую позволяет обеспечить большинство вариантов, составляет ±5 Па, поэтому перепад давления между помещениями различных классов менее 10 Па не гарантирует надежной работы. В свою очередь, перепады давления более 25 Па, как правило, не улучшают показателей чистоты и требуются только в изолирующих помещениях.

Контроль давления во всех соседних помещениях должен выполняться относительно общего референтного помещения с постоянным стабильным давлением, обычно коридора. Не рекомендуется измерять перепад давления относительно запотолочного пространства. Не допускается каскадный принцип подключения преобразователей давления, когда одно помещение с контролируемым перепадом работает по датчику, соединенному с другим помещением с меньшим или большим перепадом, это приводит к значительным неточностям регулирования и постоянным колебаниям давления.

Герметичность помещений, в которых контролируется перепад давления, должна быть достаточно высокой, но не чрезмерной. На практике гораздо чаще приходится сталкиваться с ситуацией, когда герметичность ограждающих конструкций помещения недостаточна для поддержания перепада давления, и объемов приточного или вытяжного воздуха просто не хватает для того, чтобы компенсировать возникающие перетоки в соседние помещения.

При использовании в помещениях местных вытяжек периодического действия требуется применение более сложных схем регулирования давления, в том числе с внешними цифровыми контроллерами.

Чем больше объем помещения и расходы приточного и вытяжного воздуха, тем сложнее контролировать давление в помещении, так как требуются очень высокая точность и скорость работы регуляторов. Регуляторы с высокоскоростными сервоприводами должны применяться для высокогерметичных помещений или в случаях, когда величина перетоков и, соответственно, дисбаланс между приточным и вытяжным воздухом составляют менее 5% общего воздухообмена. При больших расходах приточного и вытяжного воздуха для более точного контроля дисбаланса используют схемы с несколькими регуляторами расхода и давления на притоке или вытяжке.

Литература

1. СП 60.13330.2016 «Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха. Актуализированная редакция СНиП 41—01—2003».

2. ГОСТ Р «Чистые помещения. Вентиляция и кондиционирование воздуха. Общие требования».

3. ГОСТ Р «Чистые помещения. Методы энергосбережения».

4. ГОСТ Р «Чистота воздуха в лечебных учреждениях. Общие требования».

5. ГОСТ Р ИСО 14644—4—2002 «Чистые помещения и связанные с ними контролируемые среды. Часть 4».

6. ГОСТ Р «Правила производства и контроля качества лекарственных средств (GMP)».

7. СП «Безопасность работы с микроорганизмами групп патогенности».

Разновидности датчиков давления воздуха и способы их установки

В настоящее время, на современном рынке существует конструктивное многообразие измерительных устройств – датчиков давления воздуха, отвечающих за изменение такого параметра, как давление воздуха в системе. Они представляют собой элемент, физические свойства которого, показывают разное значение при изменении давления среды, которую измеряет датчик (в нашем случае воздух). Среди линейки видов данных устройств, порой сложно правильно выбрать нужную модель. Попробуем помочь разобраться с этим вопросом.

Датчики давления воздуха

Наш интернет-магазин предлагает дооснастить имеющийся либо создаваемый комплекс кондиционирования, вентилирования, очищения воздушных масс датчиками, позволяющими легко определять излишнее давление, констатировать разрежение, выявлять разность давлений. Представленные в каталоге преобразователи разработаны для различных условий эксплуатирования.