Air Balancing HVAC Systems | Industry Articles | Dwyer Instruments

Air Balancing HVAC Systems

Methodes of Air Balancing

Air balancing van een distributiesysteem is nodig om de luchtstroom goed te richten en zo het ontwerp van het systeem te optimaliseren. Luchthoeveelheden worden getest, aangepast en uitgebalanceerd als kubieke voet per minuut (CFM) of kubieke meter per uur (m3/h). Er zijn twee traditionele methoden om de luchtstroom in de terminals in balans te brengen. De eerste is sequentieel inregelen, waarbij de kleppen van de zones en de aftakkingen in volgorde worden ingesteld. De meest gebruikelijke methode van luchtbalanceren wordt echter proportioneel balanceren genoemd.

Voor traditioneel proportioneel balanceren is een luchtstroomkap, of vangluchtkap, het meest gebruikte testinstrument om luchtdebietmetingen te doen. Traverse metingen in het kanaal met een Pitot buis of een hot-wire thermo-anemometer is een andere geaccepteerde methode om de werkelijke luchtstroom vast te leggen.

Dwyer heeft een variatie van proportioneel balanceren ontworpen, die Predictive Balancing wordt genoemd en wordt gebruikt in Dwyer’s Series SAH SMART Air Hood® Balancing Instrument. Voorspellend balanceren is ontworpen om een sneller proces te zijn en nauwkeurigere resultaten te geven dan traditioneel proportioneel balanceren.
Predictief vs. Proportioneel balanceren

In traditioneel proportioneel balanceren meet de flow hood direct de volumetrische luchtstroom bij de uitlaten of terminals van een systeem: de registers, roosters en diffusors. De meeste luchtdebietkappen zijn kegelvormig en worden uitgelijnd op de plafondregisters, zoals te zien is in figuur 1 in de linker afbeelding. Wanneer een stromingskap over een aansluitpunt wordt geplaatst, wekt hij druk op in het kanaalsysteem, waardoor de luchtstroom naar het aansluitpunt vermindert. Deze toestand wordt tegendruk genoemd. Het effect van tegendruk kan leiden tot fouten bij het nemen van metingen. Alvorens een flowkap te gebruiken, raden veel technici aan een kanaaltraverse uit te voeren om de K-factor te controleren. Sommige digitale afzuigkappen zijn voorzien van tegendrukcompensatie die het effect van tegendruk voor de technicus probeert te berekenen.

Dwyer’s Predictive Balancing-techniek is gebaseerd op massabalans- en energiebehoudmethoden. Voorspellend balanceren, is een proces dat bestaat uit het voorspellen van de ideale flow setpoints voor elke TUA (Terminal Under Adjustment), zodat elke terminal zich op de gewenste flow bevindt totdat het proces is voltooid. Dwyer’s serie SAH SMART Air Hood® Balancing Instrument is ontworpen met voorspellend balanceren in gedachten. Dwyer’s luchtkap wordt gebruikt in figuur 1 op de rechter foto.

Predictive Balancing is deterministisch en minimaliseert het aantal of processtappen die betrokken zijn bij het testen, afstellen en balanceren van HVAC-systemen. Figuur 2 illustreert een vergelijking tussen Voorspellend balanceren en traditionele proportionele balanceringsprocessen, waaruit blijkt hoeveel sneller Voorspellend balanceren is.

Proportioneel balanceren

Bij proportioneel balanceren (referentie Figuur 3) balanceert de technicus een terminal proportioneel met de hoofdterminal. Om een proportionele balancering van een systeem te starten, is een vereiste dat het systeem een debiet van 80% tot 120% heeft ten opzichte van het totale ontwerpdebiet. Systemen die hoger of lager zijn dan dit bereik zullen niet goed balanceren. Als het systeem buiten dit bereik ligt, moet de ventilatorsnelheid worden aangepast om binnen het bereik te komen. Eenmaal ingesteld, zal de luchtstroom van elke terminal dezelfde verhouding houden tot andere terminals.

Als hoofdklem 1 een ontwerpdebiet van 60% heeft, dan is klem 2 57%, klem 3 is 65%, en de verhouding tot hoofdklem 1 is 57% / 60% = 0,95. Dat betekent dat terminal 2 95% van het luchtvolume van terminal 1 zal leveren. Met terminal 1 als sleutel, die 100% van de ontwerpflow levert, dan zal terminal 2 95% van de ontwerpflow leveren. Dit zal voldoen aan de ontwerpeisen. Bijvoorbeeld, als de klep voor klem 3 is bijgesteld tot 525 CFM, kan de luchtstroom van klem 1 toenemen tot 550 CFM. In dit geval is Terminal 2 binnen het ontwerpbereik; 550 * 0,95 = 523 CFM.

Als de terminals eenmaal in balans zijn, met de juiste verhouding van tolerantie ten opzichte van elkaar, blijven ze in balans met elkaar, ook al kan het luchtvolume veranderen. Alle klemmen in het systeem zijn dan evenredig in balans. Het toerental van de ventilator kan worden ingesteld om het beoogde totale luchtvolume te leveren en alle terminals zullen de ontwerpflow leveren binnen de vastgestelde toleranties.

Dit proces vereist dat de balanceringstechnicus de flow van de terminal under-adjustment (TUA) naar de toets aanpast om de juiste flowverhouding te verkrijgen. De flow van de spieterminal verandert wanneer de TUA-demper wordt gewijzigd. Het kan verschillende iteraties vergen om de juiste stromingsverhouding te bereiken.

Omdat de technicus moet inschatten waar hij het debiet van de TUA ten opzichte van de sleutel moet instellen, kan de tolerantie aanzienlijk variëren, wat de nauwkeurigheid van de uitbalancering beperkt. De illustratie in figuur 3 laat zien hoeveel langdurige stappen er mogelijk zijn bij proportioneel balanceren.

Predictief balanceren

Het proces van voorspellend balanceren (referentie figuur 4) begint met het openen van de kleppen om de totale flow vast te leggen. De totale stroom wordt verdeeld over de vier eindstromen. De klemmenstromen worden bepaald door de belasting van de klemmen en kleppen en de drukval in het systeem.

Terminal 2 is de eerste klep die in het systeem wordt versteld, en Terminal 1 is de sleutel. Predictive Balancing berekent het ideale debietsetpoint voor Terminal 2 voor TUA en voorspelt debieten voor Terminals 1, 3, en 4.

Na aanpassing van de Terminal 2 debiet aan het ideale debietsetpoint, Predictive Balancing berekent het ideale setpoint voor Terminal 3 en voorspelt de nieuwe debieten voor terminals 1, 2, en 4.

Om te eindigen, Predictive Balancing berekent het ideale set point voor de laatste Terminal, nummer 4, en stromen voor Terminals 1, 2, en 3 zijn correct geproportioneerd aan het doel.

Ten slotte berekent Predictive Balancing het ideale debiet voor Terminal 4, zodat het debiet van de blower kan worden aangepast om alle einddebieten op de doeldebieten te brengen.

Predictive Balancing controleert en compenseert ook de belasting van de blower/ventilator als gevolg van de sluitingen van de dempers tijdens het balanceringsproces. De illustratie in figuur 4 vergeleken met figuur 3 laat zien hoeveel gemakkelijker en sneller Voorspellend Balanceren is dan Proportioneel Balanceren in de hoeveelheid stappen die betrokken zijn bij het proces.