Zabezpečovanie podmienok prostredia pre kalibračné a skúšobné laboratóriá

Každý kalibračný výkon, bez ohľadu na postavenie laboratória je ovplyvňovaný množstvom negatívnych vplyvov. KZ usmerňuje svoje semináre a prednášky aj na analýzu týchto javov a poukazuje na prostriedky ako nepriaznivé vplyvy znižovať.

Jedným z podstatných podmienok pre úspešný metrologický výkon sú vlastnosti prostredia kalibrácie, ktorých kritéria pre prostredie definoval Ing. Chybík v prednáške na zhromaždení KZ v apríli 2000. Pre úplnosť vlastnosti prostredia sú definované najmä podielmi:

• čistota prostredia
• teplota
• vlhkosť
• tlak
• vibrácie
• elektrické napájanie
• spôsob zemnenia
• elektrické výboje
• rušivé elektromagnetické vplyvy
• osvetlenie
• bezpečnosť práce, ochrana zdravia a hygiena práce

V tejto prednáške rozoberiem možnosti úpravy teploty prostredia, poťažne aj vlhkosti a popíšem vlastnosti jednotlivých možností. Tento rozbor môže napomôcť pri rozhodovaní o zriadení klimatizačných prostriedkov podľa potrieb a charakteru laboratórií.

Pri posudzovaní si rozoberieme problematiku podľa:

• klimatizačného výkonu
• druhu klimatizácie
• ovládania klimatizácie
• prostriedkov pre sledovanie priebehu teploty a vlhkosti

Výkonové pomery klimatizačných zariadení

V našich klimatických podmienkach má vystačiť inštalovaný výkon klimatizačných prostriedkov nižší ako 80 W/m². Čím sú lepšie tepelno izolačné vlastnosti a vyššia teplotná zotrvačnosť stavieb, tým môžeme uvažovať s nižším teplotným výkonom. Mimoriadne dobré pracoviská vystačia s teplotným výkonom okolo 25 W/m².

Ideálny teplotný výkon má predstavovať hodnotu teplotných strát, alebo ich mierne prevyšovať

P_výkon / P _straty = 1

Keďže tepelné straty nie sú konštantou, musíme uvažovať s extrémami tepelných výkonov pre najnepriaznivejšie pomery, či už pre ohrievanie, alebo chladenie.

Pri voľbe tepelného výkonu musíme tiež vziať do úvahy spôsob regulácie.

Pri spínanej regulácii ( termostat, teplomer ) musíme uvažovať s výkonovou rezervou, ale s malým odstupom od maximálnych tepelných strát. Veľký tepelný výkon má za následok prudkú zmenu teploty v krátkom časovom úseku, odopnutie výkonu a čakanie na tepelnú zmenu, ktorá opätovne zapne termostat. Frekvencia tohoto deja sa zo zlou bilanciou tepelných výkonov prudko zvyšuje (aj niekoľko desiatok zopnutí za hodinu).

Pri spojitej regulácii môžeme voliť väčšiu výkonovú rezervu, ktorá nie je na úkor kvality regulácie prostredia. Elektronika spojito reguluje výkon a vyrovnáva okamžité tepelné straty s nízkym kolísaní nastavenia od referenčnej hodnoty.

Druhy klimatizačných prostriedkov

Dokurovanie

Metóda vhodná pre laboratóriá, ktoré by svojimi vlastnosťami bez dokurovania mali po celý rok nižšiu teplotu ako je referenčná teplota pre kalibračný alebo skúšobnícky výkon. Patria sem laboratóriá vybudované v podzemí, laboratóriá s mohutnými obvodovými múrmi s veľkou teplotnou zotrvačnosťou a laboratóriá vybudované v chladných klimatických lokalitách. Je zvlášť vhodná pre laboratóriá s referenčnou teplotou 23°C s dovolenou odchýlkou viac ako ± 1°C.

Výhody

• nízke zriaďovacie náklady klimatizačných prostriedkov ( postačuje elektrický ohrievač vzduchu za cca 1 tis. Sk)
• nízke nároky na údržbu
• nižšie prevádzkové náklady

Nevýhody

• nepravidelná výmena vzduchu v priestore závislá od zapnutia termostatu
• neúčinnosť pri prehriatí laboratória v letných mesiacoch
• * zvýšená vlhkosť v letných mesiacoch z dôvodu vplyvu vonkajšieho čerstvého vzduchu ktorý pri primiešaní do chladnejších priestorov zvýši svoju relatívnu vlhkosť

* Príklad:

1. V letných mesiacoch 30°C teplý vonkajší vzduch s r.v. 50% obsahuje 14g H₂O v 1m³ suchého vzduchu. Pri ochladení tohoto vzduchu na 20°C predstavuje 14g H₂O v 1 m³ r.v. 95%.
2. V zimných mesiacoch 5°C teplý vonkajší vzduch s r.v. 50% obsahuje 3g H₂O v 1m³ suchého vzduchu. Pri ohriatí tohoto vzduchu na 20°C predstavuje 3g H₂O v 1 m³ r.v. 20%. (pozri graf v prílohe).

Graf závislosti zmeny RV od vlhkosti

Dokurovanie a chladenie

Metóda vhodná pre laboratóriá, ktorých prostredie v zimných mesiacoch musí byť dokurované a v letných mesiacoch musí byť chladené. Pre dokurovanie platia vlastnosti popísané v predchádzajúcej časti. V letných mesiacoch je teplejší vzduch ochladzovaný obyčajne kompresorovým agregátom na výstupnú teplotu z agregátu nižšiu ako je referenčná teplota a tento vzduch je primiešavaný ku vzduchu v laboratóriu.

Výhody

• v letných mesiacoch schladzovaný vzduch sa na chladiacom agregáte odkondenzuje a pri primiešaní do vzduchu v laboratóriu znižuje relatívnu vlhkosť
• klimatizačné jednotky tohoto prevedenia už umožňujú jednoduchú mechanickú filtráciu vzduchu
• relatívne nízke zriaďovacie náklady (cca 30 tis. Sk)

Nevýhody

• obyčajne pracujú v režime ovládania s vnútorným termostatom, ktorý má malú citlivosť a udržiavaná teplota kolíše okolo nastavenej teploty cca 1-2°C
• vysoká výtoková rýchlosť výstupného primiešavaného vzduchu
• vyššia hladina hluku chladiaceho agregátu
• neregulujú relatívnu vlhkosť
• v dôsledku zapínania a vypínania agregátu termostatom nerovnomerná výmena vzduchu v priestore

Klimatizačné jednotky

Spravidla obsahuje prikurovací a chladiaci agregát v jednom celku. Modernejšie jednotky obsahujú aj agregát na regulovanie relatívnej vlhkosti. Niektoré jednotky pre zníženie hladiny hluku majú oddelené agregáty, ktoré sú inštalované v iných priestoroch. Ich cenové relácie sa pohybujú od 100 tis. Sk

Výhody

• ako v predchádzajúcich prípadoch
• regulácia relatívnej vlhkosti
• každá montovaná klimatizačná jednotka môže zabezpečovať iné, vopred definované referenčné podmienky
• klimatizačné jednotky tohoto prevedenia umožňujú mechanickú filtráciu vzduchu

Nevýhody

• nízka citlivosť regulácie
• vysoká hladina hluku
• nerovnomerná výmena vzduchu v priestore podľa stavu regulácie zap/vyp

Centrálna klimatizácia

Vhodná pre laboratóriá s väčším počtom klimatizovaných pracovísk. Pozostáva z klimatizačnej centrály v ktorej sa oddelene vyrába teplý a studený vzduch. Teplý a studený vzduch sa v zmiešavacej komore zmenou polohy regulačnej klapky zmieša na potrebnú výstupnú teplotu. Zmiešaný vzduch požadovaných parametrov sa privádza do klimatizovaných priestorov vzduchotechnikou. Cena centrálnej klimatizácie s rozvodom značne presahuje úroveň 100 tis. Sk, ale pri väčšom počte klimatizovaných laboratórií náklady pre jedno laboratórium sú priaznivejšie ako zriaďovanie individuálnej klimatizácie v každom laboratóriu.

Výhody

• možnosť spojitej regulácie pomocou klapky zmiešavača
• malé časové zmeny teploty
• konštantný objem výmeny vzduchu
• možnosť inštalácie zmiešavacej komory na každé laboratórium oddelene
• nízka hladina hluku
• možnosť zabezpečenia pretlaku v klimatizovaných priestoroch, čím sa zníži prienik okolitého prachu
• možnosť mechanického filtrovania, prepieranie vstupujúceho vzduchu a iné spôsoby zabezpečovania bezprašnosti a sterility prostredia

Nevýhody

• pri centrálnej zmiešavacej klapke sa dá nastaviť referenčná teplota len pre jedno laboratórium
• vysoké zriaďovacie náklady
• vysoké prevádzkové náklady a nároky na údržbu

Ovládanie klimatizácie

Ovládanie termostatom

Miestny termostat zapína a vypína výkonový agregát. Termostat môže byť zabudovaný, alebo externý.

Regulačná schopnosť

• zabudovaný termostat » 1,5°C
• externý termostat » 1°C

Výhody

• nízke zriaďovacie náklady
• vysoká spoľahlivosť

Nevýhody

• veľký regulačný interval
• skokovité riadenie výkonového agregátu

Príklad regulácie teploty so zabudovaným termostatom

Ovládanie s teplomerom so spínacími kontaktmi

Podobné vlastnosti ako termostat, ale s nižším spínacím intervalom.

Regulačná schopnosť

• interval od 0,3°C

Výhody

• nízka cena

• vysoká spoľahlivosť

Nevýhody

skokovité riadenie výkonového agregátu
Príklad regulácie s externým teplomerom so spínacími kontaktmi

Ovládanie spojitou reguláciou

Výkonový agregát trvalo pracuje. Elektronický snímací prvok monitoruje prostredie a dáva podnet elektronike na vydanie korekčného príkazu pre riadiaci obvod ovládania agregátu. Môže ním byť napr. ovládanie prúdu do ohrievacích telies, alebo spojité ovládanie polohy klapky v zmiešavacej komore klimatizačnej centrály.

Regulačná schopnosť

• interval lepší ako 0,3°C

Výhody

• vysoká regulačná schopnosť
• nízka odchýlka od teploty za hodinu
• možnosť programovania regulácie mikroprocesorom

Nevýhody

• značné zriaďovacie náklady
• nižšia spoľahlivosť v dôsledku zložitejšej elektroniky
  Príklad spojitej regulácie

Prostriedky pre sledovanie priebehu teploty a vlhkosti

Pri vykonávaní laboratórnej činnosti musíme zabezpečiť vierohodné zaznamenávanie podmienok v laboratóriu počas vykonávanej činnosti. Tieto záznamy nie sú len prostriedkom pre okamžité sledovanie podmienok prostredia počas kalibrácie, ale slúžia aj ako rozhodovací podklad pre personál o priebehu klimatických pomerov v čase jeho neprítomnosti v laboratóriu (napr. počas voľných dní, počas nočných hodín a pod.). Zároveň slúžia ako archivačný doklad pre plnenie kritérií systémov kvality. Použité prostriedky pre sledovanie priebehu musia zodpovedať kritériám kladeným na referenčné podmienky laboratórií.

Mechanický registračný termohydrograf

Použiteľnosť: pre sledovanie podmienok s prípustným kolísaním referenčnej teploty 3 2°C

Vlastnosti

• presnosť ± 2°C, ± 10% R.V
• rozlíšenie zo záznamu ± 1°C
• cena cca 15 tis. Sk

Výhody

• nie je odkázaný na zdroj elektromotorickej sily

Nevýhody

• nízka citlivosť záznamu
• drahé záznamové médium (cca 10 Sk/týždeň pre 1 miesto)
• nepohodlné udržiavanie záznamového pisátka

Elektronický registračný termohydrograf

Použiteľnosť: pre sledovanie podmienok s kolísaním referenčnej teploty < 2°C. Ukladanie dát na registračný papier buď v grafickej forme, alebo v tabuľkovej forme obyčajne na termocitlivý papier.

Vlastnosti

• presnosť lepšia ako ± 0,5°C, ± 3% R.V
• rozlíšenie zo záznamu ± 0,1°C a lepšie
• cena cca 35 tis. Sk

Výhody

• dobrá citlivosť záznamu
• možnosť tabuľkového, alebo grafického zaznamenávania

Nevýhody

• drahé záznamové médium (cca 50 Sk za záznamový kotúčik pre 1 miesto)
• je odkázaný na zdroj elektromotorickej sily

Elektronický záznamník

Ukladá dáta na do elektronickej pamäti, odkiaľ sú prenesené do PC a tam spracované vo forme ktorú umožňuje PC ( napr. vlastný softvér, tabuľkový procesor a pod.). Archivácia je analogická ako archivácia dát v počítači.

Použiteľnosť: pre sledovanie podmienok s kolísaním referenčnej teploty < 2°C

Vlastnosti

• presnosť lepšie ako ± 0,5°C, ± 3% R.V.
• rozlíšenie zo záznamu ± 0,1°C a lepšie
• cena cca 20 tis. Sk

Výhody

• dobrá citlivosť záznamu
• možnosť spracovania nasnímaných dát v PC
• nemá prevádzkové náklady na záznamové médium

Nevýhody

• je odkázaný na zdroj elektromotorickej sily

Prostredie pre kalibračné výkony