Nm3 na m3: převodní vzorec a tabulka (japonské podklady)

Od japonského dodavatele dorazí hořákový celek. Datový list uvádí spalovací vzduch 1 000 Nm3/h, tlak v rozvodu stlačeného vzduchu 0,7 MPaG a spotřebu přístrojového vzduchu v L/min (ANR). Než dimenzujete ventilátor, potrubí nebo vzduchovou větev, musíte vědět, co tyto průtoky znamenají při vaší skutečné teplotě a vašem skutečném tlaku.
Stručně: Nm3 (normální metr krychlový) je objem plynu přepočtený na 0 °C a 1 atm (101,325 kPa), a vyjadřuje tedy, kolik plynu je k dispozici. Skutečný objem v m3 získáte vynásobením poměrem teplot a poměrem tlaků. V potrubí se vzduchem 20 °C a 0,5 MPaG (5 bar přetlak) zabere 1 Nm3 vzduchu jen asi 0,18 m3. Při záměně může být potrubí nebo kompresor mimo o pětinásobek i více.
Článek vysvětluje, co Nm3 znamená a jak jej píší japonští inženýři, uvádí převodní vzorec a přehledovou tabulku a popisuje rozdíl mezi Nm3, Sm3, ANR a SCFM. Najdete v něm také příklady výpočtu pro stlačený vzduch, spalovací vzduch, spaliny a japonský městský plyn, kontrolní seznam a otázky pro japonskou stranu.
Obsah
Co je Nm3 (normální metr krychlový)?
Nm3 je jednotka množství plynu: objem, který by plyn zaujímal při atmosférickém tlaku a teplotě 0 °C. Písmeno „N“ znamená „normální“, tedy pevně stanovený referenční stav, a přidává se k m3 (metr krychlový).
V japonských provozech uslyšíte čtení norumaru-ryube. Slovo ryube je dílenské čtení zkratky ryūbei (metr krychlový), takže výraz znamená prostě „normální metr krychlový“. Zápis není pevně stanoven: některé dokumenty místo Nm3 píší m3N (čteno ryube-norumaru). Průtoky se zapisují Nm3/h (za hodinu) a Nm3/min (za minutu).
Referenční stav je potřeba proto, že objem plynu závisí na teplotě a tlaku. Vztah vyjadřuje stavová rovnice ideálního plynu, tedy tentýž vztah, který stojí za Boylovým–Mariottovým a Charlesovým zákonem:
Vezměme 1 Nm3 vzduchu. Při atmosférickém tlaku a 0 °C zaujímá přesně 1 m3. Po ohřátí na 100 °C se roztáhne na asi 1,366 m3. Při zdvojnásobení tlaku na 0 °C se naopak zmenší na 0,5 m3.
Množství vzduchu se nemění. Mění se jen prostor, který zabírá.
Hodnoty pro ideální plyn. Tlaky jsou absolutní.
Ve všech třech stavech je uvnitř stejné množství vzduchu. V tom spočívá smysl Nm3: říká, kolik plynu je k dispozici, ne kolik místa právě zabírá. Přepočteno na látkové množství odpovídá 1 Nm3 asi 44,6 mol, protože 1 mol ideálního plynu zaujímá při 0 °C a 101,325 kPa asi 22,414 l (hodnota CODATA).
Nm3 je množství. m3 je prostor, který plyn zabírá tam, kde se právě nachází.
„Suchý plyn“ vychází z toho, jak se v Japonsku definuje tepelná hodnota palivových plynů (na 1 m3 suchého plynu při 0 °C a 101,325 kPa). Některé reference, například ANR u pneumatických prvků, zahrnují i vlhkost.
Nm3 je ustálený průmyslový zápis, nikoli jednotka SI. Přísně vzato je N značka newtonu, takže „Nm3“ by se dalo číst i jako newton krát metr krychlový. Podle zásad SI se podmínky měření uvádějí u veličiny, ne u jednotky (NIST SP 811), a japonské právo například zapisuje podmínku slovy („přepočteno na teplotu 0 °C a tlak 1 atm“). V praxi je Nm3 přesto běžný zápis.
Chcete-li číst české podklady, ověřte si referenční podmínky přímo v dokumentu. Pro emisní limity a měření spalin to znamená platný předpis nebo protokol z autorizovaného měření.
Převodní vzorec Nm3 na m3
K převodu mezi Nm3 a m3 stačí vynásobit poměrem teplot a poměrem tlaků. Teplotu převedete na termodynamickou přičtením 273,15 k hodnotě v °C a přetlak na absolutní tlak přičtením 101,325 kPa, a teprve poté vytvoříte poměr.
První řádek dává skutečné m3 z Nm3, druhý Nm3 ze skutečných m3. Nejdřív rozhodněte, kterou hodnotu máte, a teprve potom vyberte řádek. Zaokrouhlení 101,325 na 101,32 nebo 101,3 výsledek téměř nezmění.
Pokud si nejste jisti směrem přepočtu, představte si fyzikální děj: vyšší teplota objem v m3 zvětšuje, vyšší tlak jej zmenšuje. Stejný vzorec platí pro průtoky. Dosadíte-li Nm3/h, dostanete m3/h; dosadíte-li Nm3/min, dostanete m3/min.
Než sáhnete po vzorci, ověřte referenční stav a druh tlaku.
Manometr ukazuje při atmosférickém tlaku nulu. Na straně podtlaku (záporné hodnoty) se údaj přičte k 101,325 kPa stejným způsobem, aby vznikl absolutní tlak.
Nejčastější chybou je zapomenout k přetlaku přičíst atmosférický tlak. Zde jsou tři způsoby výpočtu poměru tlaků pro vzduch o tlaku 0,5 MPaG:
Pokud tlakovou korekci vynecháte úplně, objem stlačeného vzduchu přeceníte asi šestinásobně, což vede k mnohem větší vzduchové větvi, než je třeba.
Následující tabulka obsahuje hotové součinitele podle téhož vzorce. Průtok stačí vynásobit součinitelem.
Tři sloupce vlevo udávají skutečná m3 pro 1 Nm3. Tři vpravo udávají, kolik Nm3 je v 1 skutečném m3 za dané podmínky.
| Přetlak | 1 Nm3 → m3 | 1 m3 → Nm3 | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 0 °C | 20 °C | 40 °C | 0 °C | 20 °C | 40 °C | |
| 0 (atmosférický) | 1,000 | 1,073 | 1,146 | 1,000 | 0,932 | 0,872 |
| 0,1 MPa (1 bar) | 0,503 | 0,540 | 0,577 | 1,987 | 1,851 | 1,733 |
| 0,3 MPa (3 bar) | 0,252 | 0,271 | 0,289 | 3,961 | 3,691 | 3,455 |
| 0,5 MPa (5 bar) | 0,169 | 0,181 | 0,193 | 5,935 | 5,530 | 5,177 |
| 0,7 MPa (7 bar) | 0,126 | 0,136 | 0,145 | 7,908 | 7,369 | 6,898 |
| 0,8 MPa (8 bar) | 0,112 | 0,121 | 0,129 | 8,895 | 8,289 | 7,759 |
| 1,0 MPa (10 bar) | 0,092 | 0,099 | 0,105 | 10,869 | 10,128 | 9,481 |
Vypočteno pro ideální plyn při atmosférickém tlaku 101,325 kPa, zaokrouhleno na tři desetinná místa. Vlhkost se neuvažuje. Příklad: 100 Nm3/h při 0,5 MPaG a 20 °C je 100 × 0,181 ≈ 18,1 m3/h.
Příklad čtení tabulky: ve stlačeném vzduchu o 0,7 MPaG a 20 °C je v každém 1 m3 potrubí asi 7,37 Nm3. Součinitel určuje hlavně tlak. Teplota hraje mnohem menší roli: rozdíl 20 °C ho posune asi o 7 %. Když si nejdřív spočítáte, kolikrát je absolutní tlak větší než atmosférický, nespletete se o řád.
Příklady výpočtu: stlačený vzduch
Řekněme, že potrubím proudí 100 Nm3/h stlačeného vzduchu při 40 °C a 0,5 MPaG (500 kPaG). Skutečný objemový průtok je:
Vzduch je stlačený, proto jeho skutečný objem činí asi pětinu údaje v Nm3. Při výpočtu rychlosti proudění v potrubí použijte 19,3 m3/h.
Nyní opačný směr. Potrubím o 25 °C a 0,7 MPaG (700 kPaG) proudí skutečný průtok 5 m3/min:
Po přepočtu na 0 °C a 1 atm se z 5 m3/min stane 36,2 Nm3/min, tedy asi 7,2× více. Tuto hodnotu použijte při porovnání dodávky se spotřebou vzduchu zařízení uvedenou v Nm3/min.
Nm3 a Sm3, ANR a SCFM
Nm3 vychází z 0 °C a 1 atm, ale Sm3 (standardní metr krychlový) se často vztahuje k 15 °C nebo 20 °C při 1 atm. Referenční teplota závisí na oboru, firmě i výrobci.
Převodní tabulka společnosti Osaka Gas například stanoví N na 0 °C a S na 15 °C. Na tomto základě platí 1 Nm3 = 1,055 Sm3 (288,15 ÷ 273,15). Rozdíl referenční teploty 15 °C změní číslo pro tentýž plyn asi o 5 %, rozdíl 20 °C asi o 7 %. Dvě hodnoty mohou obě nést označení „standardní“ a přesto vycházet z různých podmínek. Pro převod na Sm3 použijte stejný vzorec, jen místo 0 °C a 101,325 kPa dosaďte danou referenční teplotu a tlak. Pokud reference zahrnuje vlhkost, přidá se další rozdíl kvůli vodní páře.
Japonské katalogy pneumatických prvků často používají třetí základ, ANR. Společnost SMC definuje ANR jako vzduch o 20 °C, absolutním tlaku 100 kPa a relativní vlhkosti 65 %, odkazuje na ISO 8778 a JIS B 8393 a píše jej za jednotku, například L/min (ANR).
Také výkon kompresoru (FAD, free air delivery) se obvykle uvádí při sacích podmínkách. Japonský výrobce kompresorů Anest Iwata používá jako sací podmínku 20 °C, 0,1013 MPa a relativní vlhkost 65 %. Ve stejném materiálu násobí požadavek 500 NL/min (0 °C, suchý vzduch) firemním součinitelem 1,079 a volí kompresor s výkonem alespoň 540 L/min.
U zařízení z USA narazíte na SCFM (standardní kubické stopy za minutu), kde je problém stejný. „Standardní“ může znamenat 60 °F nebo 68 °F a další teploty a tlak může být 14,696 psia (1 atm), 14,73 psia nebo 1 bar. Některé definice navíc stanovují i vlhkost. Jako vlastní orientační výpočet: 1 Nm3/h odpovídá asi 0,622 SCFM při 60 °F a 14,696 psia, nebo asi 0,632 SCFM při 68 °F a 14,696 psia (suchý ideální plyn). U dodavatele kompresoru nebo průtokoměru vždy ověřte, kterou definici používá.
Každý z nich někdo nazývá „standardní“, ale teplota, tlak i vlhkost se liší.
ANR podle SMC, sací podmínky podle Anest Iwata, S podle Osaka Gas, plynoměry podle J-Net21 (Organization for Small & Medium Enterprises and Regional Innovation, Japonsko). Stejný název může mít v různých dokumentech různé podmínky.
Při porovnávání hodnot z katalogů a datových listů vždy ověřte, na jaký základ se každé číslo vztahuje. Hledejte „(ANR)“ za jednotkou, předponu nebo příponu N či S a teplotu v poznámkách. Pro rychlost v kanálu vždy nejprve přepočtěte na skutečný objem.
Kdy použít Nm3 a kdy m3
Při návrhu nebo výběru vzduchotechnického potrubí, ventilátorů či kompresorů není volba vždy zřejmá. Pravidlo zní: potřebujete-li objem, použijte m3; potřebujete-li množství (hmotnost) plynu, použijte Nm3.
Rychlost vzduchu v kanálu například závisí na skutečné teplotě a tlaku proudícího vzduchu, a počítá se proto v m3. Spalování je jiné. Kyslík, který hořák potřebuje, závisí na množství vzduchu, ne na jeho objemu. Spalovací vzduch se proto počítá v Nm3 a stejně tak vzniklé spaliny.
I u téhož vzduchu platí: zařízení dimenzujte v m3, plyn počítejte v Nm3.
Výkon kompresoru (FAD) se často udává při sacích podmínkách výrobce (20 °C, 65 % RH apod.), které se od Nm3 liší o několik procent.
Ze stejného důvodu jsou obchodní a regulační údaje v Japonsku obvykle na bázi Nm3. Tepelné hodnoty městského plynu se uvádějí na 1 m3 plynu při 0 °C a 101,325 kPa a japonské emisní limity pro prach a NOx se vztahují na 1 m3 spalin přepočtených na 0 °C a 1 atm.
Příklady výpočtu: spalovací vzduch, spaliny a městský plyn
Stejný postup platí i mimo stlačený vzduch. Poblíž atmosférického tlaku můžete přetlak považovat za nulový a korigovat jen teplotu.
Spalovací vzduch o 30 °C
Hořák kotle potřebuje 1 000 Nm3/h vzduchu a ventilátor spalovacího vzduchu nasává vzduch o 30 °C. Objem, který ventilátor skutečně přepraví, je:
Oproti 0 °C musí ventilátor při stejném počtu Nm3 přepravit asi o 11 % větší objem. Proto se zatížení ventilátoru mezi létem a zimou mění s teplotou nasávaného vzduchu.
Spaliny o 200 °C
Nyní proudí kouřovodem 1 000 Nm3/h spalin o 200 °C:
Horké spaliny zaujmou asi 1,7× svůj normální objem, a proto kouřovody a kanály dimenzujte podle skutečných m3/h.
Stejné množství plynu, ale skutečný objem stlačeného vzduchu a horkých spalin se liší více než desetinásobně.
Hodnoty pro ideální plyn. Hodnota pro 0,7 MPaG, 20 °C používá součinitel z tabulky 0,136.
Údaje japonských plynoměrů městského plynu
Pokud posuzujete energetická data japonského závodu, pamatujte, že m3 na japonském vyúčtování městského plynu je objem, který prošel plynoměrem, nikoli Nm3 při 0 °C a 1 atm. Podle J-Net21 ukazuje plynoměr pro nízký tlak objem při 15 °C a 103,325 kPa (přetlak 2 kPa) a plynoměr pro střední tlak objem při 15 °C a 102,306 kPa. Součinitele pro převod na Nm3 jsou proto 0,9667 pro nízkotlaké a 0,9571 pro středotlaké plynoměry. Výklad J-Net21 vychází z definice tepelné hodnoty společnosti Tokyo Gas, takže u jiných dodavatelů plynu ověřte podmínky plynoměru v jejich vlastních dokumentech.
Součinitele odpovídají převodnímu vzorci. Pro nízkotlaký plynoměr:
Předpokládejme, že nízkotlaký plynoměr zaznamenal za měsíc 1 000 m3. Standardní tepelná hodnota městského plynu 13A, 45 MJ, se vztahuje na 1 m3 plynu při 0 °C a 101,325 kPa (Tokyo Gas).
Přímé vynásobení údaje plynoměru 45 MJ dává 45 000 MJ, tedy nadhodnocení asi o 3 %. Chcete-li správně určit tepelný příkon nebo měrnou energetickou náročnost, převeďte nejprve na Nm3 a až poté použijte tepelnou hodnotu. Japonské vykazovací formuláře se liší v tom, zda očekávají surový údaj plynoměru, nebo přepočtenou hodnotu, proto se řiďte poznámkami u každého formuláře.
Fakturované m3 vynásobte součinitelem, abyste dostali Nm3, a potom standardní tepelnou hodnotou.
Součinitele podle J-Net21, tepelná hodnota podle Tokyo Gas. Tepelné hodnoty a podmínky plynoměrů se mohou lišit podle dodavatele plynu a smlouvy, proto ověřte dokumenty dodavatele.
Kontrolní seznam pro japonské datové listy a katalogy
Použijte tento seznam, kdykoli japonský datový list, průtokoměr nebo katalog uvádí průtok plynu či vzduchu:
- Datový list: jednotka průtoku (Nm3/h, m3/h, Sm3/h) a kolonky provozní teploty a provozního tlaku
- Tlak: přetlak (MPaG, kPaG), nebo absolutní tlak (MPa abs)
- Průtokoměr: štítek nebo návod říká, zda je s kompenzací teploty a tlaku (ukazuje Nm3/h), nebo bez kompenzace (ukazuje skutečný průtok)
- Katalog pneumatických prvků: „(ANR)“ za jednotkou nebo poznámka typu „přepočteno na sací podmínky“
- Výkon kompresoru: sací teplota, tlak a vlhkost, na které je výkon FAD vztažen
- Sm3 nebo SCFM: použitá referenční teplota a tlak
- Údaje z plynoměru: nízkotlaký, nebo středotlaký plynoměr (s tlakovou korekcí, nebo bez ní)
Nejsou-li podmínky uvedeny, čísla v původní podobě neporovnávejte a zeptejte se vydavatele dokumentu. Rozdíl 2 až 7 % může posunout výběr kompresoru nebo dmychadla o jednu velikost nahoru či dolů. Ventilátory, dmychadla a kompresory také pracují v různých rozsazích tlaku a vyjadřují průtok vzduchu různými způsoby.
Otázky pro japonského dodavatele
- Je tento průtok uveden v Nm3 (0 °C, 101,325 kPa, suchý), nebo na jiném základě, například Sm3 či ANR? Jakou teplotu, tlak a vlhkost používá?
- Je tlak v datovém listu přetlak, nebo absolutní tlak?
- Jaká je skutečná provozní teplota a tlak na vstupu a výstupu zařízení?
- Kompenzuje průtokoměr teplotu a tlak? Pokud ano, na jaké referenční podmínky se vztahuje zobrazený průtok?
- Je výkon kompresoru udán jako FAD při sacích podmínkách? Při jakých sacích podmínkách?
- Můžete uvést stejný průtok ve skutečných m3/h při projektových podmínkách, případně v SCFM při naší referenci?
Krátký dotaz, který můžete upravit:
Předmět: Referenční základ průtoku v datovém listu [označení zařízení]
Váš datový list uvádí průtok spalovacího vzduchu 1 000 Nm3/h a přívodní tlak 0,7 MPa. Prosíme o potvrzení (1) referenčních podmínek pro Nm3 (teplota, tlak a zda se jedná o suchý, nebo vlhký plyn), (2) zda je 0,7 MPa přetlak, nebo absolutní tlak, a (3) skutečné vstupní teploty a tlaku v návrhovém bodě. Pokud je to možné, uveďte prosím také průtok ve skutečných m3/h při těchto podmínkách.
Omezení tohoto návodu
- Vzorec i tabulka počítají s ideálním suchým plynem. Vlhkost, vysoký tlak a plyny blízké kondenzaci vyžadují korekce (viz FAQ).
- Referenční podmínky pro Sm3, ANR, výkon kompresorů a SCFM se liší podle firmy, oboru i dokumentu. Příklady zde vycházejí z uvedených zdrojů; vždy použijte definici z vlastního datového listu.
- Součinitele pro SCFM jsou naše vlastní výpočty při uvedených podmínkách, nikoli hodnoty z normy.
- Součinitele a tepelná hodnota městského plynu jsou hodnoty J-Net21 a Tokyo Gas. Jiní dodavatelé a smlouvy se mohou lišit.
- Dimenzování zařízení a dodržení emisních limitů se řídí projektovou specifikací a platnými předpisy, včetně požadavků BOZP. Tento text vysvětluje jen převod jednotek.
FAQ
Jak převést Nm3/h na m3/h?
Použijte stejný vzorec jako pro objem: vynásobte (273,15 + T) / 273,15 a 101,325 / (101,325 + P), kde T je v °C a P v kPa přetlaku. Při 0,5 MPaG a 20 °C platí m3/h = Nm3/h × 0,181 a Nm3/h = m3/h × 5,53. Pro jiné podmínky použijte tabulku výše.
Jaký je rozdíl mezi Nm3 a Sm3?
Referenční teplota. Nm3 se vztahuje k 0 °C a 1 atm; Sm3 často k 15 °C nebo 20 °C podle firmy či oboru. Při S na 15 °C platí 1 Nm3 = 1,055 Sm3. Pro převod na Sm3 nebo ANR nahraďte ve vzorci 273,15 a 101,325 absolutní teplotou a absolutním tlakem dané reference.
Jak převést Nm3 na kg?
Vynásobte molekulovou hmotnost plynu (g/mol) číslem 44,6. Dostanete hmotnost v gramech na 1 Nm3, protože 1 Nm3 je asi 44,6 mol. U suchého vzduchu (střední molekulová hmotnost 28,97) to dává asi 1,29 kg/Nm3, takže 100 Nm3/h vzduchu je asi 129 kg/h. U vlhkého vzduchu nebo jiných plynů přepočítejte s jejich molekulovou hmotností.
Jaký je rozdíl mezi NL/min a L/min (ANR)?
NL/min je průtok při 0 °C a 1 atm v suchém stavu. L/min (ANR) je průtok při 20 °C, 100 kPa a 65 % RH. Z tlaku nasycené vodní páry při 20 °C (asi 2,34 kPa, NIST) odhadujeme, že 1 m3 (ANR) obsahuje asi 0,91 Nm3 suchého vzduchu. Pro tentýž vzduch je tedy číslo v ANR asi o 10 % větší. Výrobci zacházejí s vlhkostí různě (výběr kompresoru podle Anest Iwata například používá součinitel 1,079), proto se při výběru zařízení řiďte poznámkami v katalogu.
Platí převodní vzorec i při vysokém tlaku?
Ano, pro běžný stlačený vzduch v závodě do asi 1 MPa. Vzorec předpokládá ideální plyn. Podle dat NIST je kompresibilitní faktor Z dusíku při 20 °C a 0,7 MPa absolutních 0,9984, tedy do 0,2 % od ideálního plynu. U plynů při mnohem vyšším tlaku nebo u snadno zkapalnitelných plynů, jako je propan, korigujte kompresibilitním faktorem Z.
Zdroje
- Molární objem ideálního plynu při 0 °C a 101,325 kPa: NIST, „Molar volume of ideal gas (273.15 K, 101.325 kPa)“ (CODATA 2022, anglicky)
- Uvádění podmínek u veličiny, nikoli u jednotky: NIST SP 811, Guide for the Use of the SI, kapitola 7 (7.4, 7.5; anglicky)
- Objem spalin přepočtený na 0 °C a 1 atm v japonských emisních pravidlech: e-Gov, prováděcí nařízení k zákonu o kontrole znečištění ovzduší, články 4 a 5 (japonsky)
- Standardní tepelná hodnota plynu 13A a její referenční stav: Tokyo Gas, „Druhy, tepelné hodnoty, tlaky a složení městského plynu“ (japonsky)
- Podmínky plynoměrů a součinitele pro převod na normální stav: J-Net21 (SMRJ), Q&A o rozdílech v celkové tepelné hodnotě městského plynu (japonsky)
- Spotřeba městského plynu přepočtená na normální stav: Tokyo Gas FAQ, přepočet spotřeby městského plynu na ekvivalent ropy (japonsky)
- m3(N) při 0 °C a m3(S) při 15 °C: Osaka Gas, Annual Report 2013, převodní tabulka jednotek
- ANR (20 °C, 100 kPa, 65 % RH; ISO 8778, JIS B 8393): SMC, Energy Saving Program Ver. 4.1, slovníček (japonsky)
- Výkon kompresoru a převod z normálního stavu: Anest Iwata, „Základy stlačeného vzduchu“ (japonsky)
- Rozsah referenčních podmínek SCFM: Wikipedia, „Standard cubic feet per minute“ (anglicky)
- Hustota dusíku (kompresibilitní faktor) a tlak nasycené vodní páry: NIST Chemistry WebBook, Thermophysical Properties of Fluid Systems (anglicky)
- Střední molekulová hmotnost vzduchu (28,97 g/mol): NASA, Earth Fact Sheet (anglicky)
Původní článek v japonštiněTento návod vychází z článku MONOSCOPE napsaného pro čtenáře v Japonsku: Nm3(ノルマルリューベ)とは?m3との違いと換算式・早見表・都市ガスの計算例


