Rozdział powietrza w pomieszczeniach wentylowanych
Wzrastające wymagania dotyczące komfortu cieplnego w strefie przebywania ludzi oraz wprowadzanie coraz to nowszych technologii produkcji w obiektach przemysłowych narzucają nowe wymagania w stosunku do parametrów powietrza w pomieszczeniach. Główne zadania systemów wentylacyjnych i klimatyzacyjnych można sprowadzić do konieczności zapewnienia odpowiednich warunków mikroklimatu w pomieszczeniach rozpatrywanego obiektu. Warunki te mogą być zapewnione za pomocą różnych rozwiązań, spośród których wybrać trzeba system najbardziej efektywny i ekonomiczny. Stopień trudności rozwiązania rozdziału powietrza w pomieszczeniu wzrasta wraz ze wzrostem zysków ciepła, jak również z powiększaniem się powierzchni oraz wysokości pomieszczeń, zwłaszcza w budynkach użyteczności publicznej i przemysłowych.
Systemy rozdziału powietrza w pomieszczeniach
W klimatyzowanym lub wentylowanym pomieszczeniu panują określone warunki emisji ciepła, wilgotności i zanieczyszczeń ze znajdujących się tam źródeł. Unoszone na skutek konwekcji i różnicy ciśnień cząstkowych pary wodnej, określone masy powietrza wywołują jego ruch w pomieszczeniu. Zadaniem instalacji klimatyzacyjnej jest zapewnienie takiego doprowadzenia, rozdziału i nawiewania powietrza do pomieszczenia, aby niezależnie od naturalnych ruchów powietrza w pomieszczeniu, w strefie przebywania ludzi i strefie pracy panowały optymalne warunki ze względu na komfort cieplny lub wymogi procesu technologicznego.
Duży wpływ na efektywność przepływu powietrza w pomieszczeniu ma rozmieszczenie miejsc nawiewu oraz stopień burzliwości strumienia powietrza nawiewanego. W zależności od osiągniętego przepływu powietrza w pomieszczeniu, można sposób rozdziału nawiewu powietrza podzielić na trzy podstawowe systemy:
a. burzliwy
b. wyporowy pionowy
c. wyporowy poziomy.
Nawiew burzliwy
Fot. 1: Obraz strumienia burzliwego:
a) nawiewnik wirowy
b) nawiewnik radialny
Przy burzliwym przepływie powietrza, wypływające z nawiewnika strumienie powietrza odznaczają się wysoką indukcyjnością i wyraźną turbulencją (fot. 1). Strumienie te, na skutek intensywnego mieszania się z powietrzem w pomieszczeniu, zostają wyhamowane przed strefą przebywania ludzi tak, że w strefie tej powstaje niestacjonarny, trójwymiarowy, „dyfuzyjny” przepływ powietrza (rys. 1)
Powietrze może być nawiewane z nawiewników punktowych (np. nawiewnik sufitowy lub podłogowy) lub z nawiewników liniowych (np. nawiewnik szczelinowy, indukcyjny lub strumieniowy). Prędkość wypływu powietrza z tego typu nawiewów wynosi od 3 do 10 m/s. Różnica temperatur między powietrzem nawiewanym i znajdującym się w pomieszczeniu może wynosić do ± 12 K. Wysokość nawiewu od 2,5 do 15 m. W przypadku pomieszczeń wysokich lub pomieszczeń o zmiennym obciążeniu cieplnym, stosowane są nawiewniki ze zmiennym kierunkiem nawiewu powietrza (poziomym w przypadku chłodzenia, pionowym w przypadku grzania).
System burzliwego przepływu powietrza stosowany jest w pomieszczeniach o nieznacznym i nieszkodliwym stężeniu zanieczyszczeń. Celem wentylacji jest szybkie rozcieńczenie tych zanieczyszczeń i wymieszanie świeżego powietrza nawiewanego z powietrzem w pomieszczeniu.
W strefie przebywania ludzi powstaje równomierny rozkład prędkości i temperatury powietrza a gradient temperatury powietrza wynosi tylko parę dziesiętnych stopnia Celsjusza. System ten stosowany jest przeważnie w pomieszczeniach o wysokim komforcie cieplnym tzn. w pomieszczeniach użyteczności publicznej i w niektórych pomieszczeniach przemysłowych (np. warsztaty mechaniczne, hale montażowe, szwalnie, magazyny).
Nawiew wyporowy pionowy
Fot. 2: Obraz strumienia wyporowego pionowego:
a) faza nawiewu
b) faza rozprzestrzeniania się strumienia wyporowego
Przepływ wyporowy zostaje zrealizowany wtedy, kiedy powietrze nawiewane wypiera, mniej lub bardziej intensywnie, powietrze znajdujące się w pomieszczeniu. Ten system przepływu powietrza charakteryzuje się tym, że w strefie przebywania ludzi strumienie powietrza mają wyróżniający się (określony) kierunek przepływu (fot. 2). W przypadku powstawania zanieczyszczeń w strefie przebywania ludzi zostają one z tej strefy wyparte w kierunku otworów wyciągowych. W celu ograniczenia procesu mieszania się świeżego, nawiewanego powietrza z powietrzem zużytym lub zanieczyszczonym, stosowane są nawiewniki zmniejszające stopień burzliwości strumienia powietrza nawiewanego. Mogą być one umieszczane powyżej strefy przebywania ludzi (rys. 2) lub w strefie przypodłogowej.
Dla wytworzenia przepływu wyporowego spełnione muszą być trzy warunki:
a. mała prędkość wypływu powietrza z nawiewnika,
b. mała burzliwość strumienia powietrza,
c. wiązka dużej ilości sąsiadujących ze sobą strumieni powietrza o małej średnicy.
Wymagania te zostaną spełnione, kiedy jako powierzchnia wypływu powietrza przyjęta zostanie blacha perforowana lub siatka (tkanina z tworzywa sztucznego). W praktyce stosowana jest blacha perforowana o średnicy otworów od 1,5 do 5 mm. Powierzchnia swobodnego wypływu powietrza wynosi od 20 do 30%. Prędkość wypływu powietrza (brutto) leży w granicach od 0,4 do 0,8 m/s. Różnica temperatur między powietrzem nawiewanym i znajdującym się w pomieszczeniu (w przypadku chłodzenia) nie powinna przekraczać 6 K. Powietrze może być nawiewane z nawiewników punktowych (np. cylindryczny nawiewnik wyporowy) lub nawiewników liniowych (np. trapezowy nawiewnik wyporowy).
Nawiew wyporowy poziomy
Fot 3: Obraz strumienia wyporowego poziomowego:
a) nawienik cokolikowy
b) nawiewnik okrągły
Przepływ wyporowy poziomy (często nazywany przepływem źródłowym lub warstwowym) jest specjalną formą przepływu wyporowego z dołu do góry. Zostaje on zrealizowany, gdy spełnione są warunki:
a. przypodłogowy wypływ strumieni powietrza o małym impulsie (fot. 3)
b. odciąganie powietrza pod sufitem (stropem),
c. w pomieszczeniu znajdują się źródła ciepła,
d. suma strumieni konwekcyjnych powietrza wokół źródeł ciepła jest równa albo większa od strumienia natężenia przepływu powietrza nawiewanego.
Schemat przepływu wyporowego poziomego przedstawiono na rys. 3. W pomieszczeniu z tym przepływem powietrza wyróżnia się trzy strefy wysokościowe. Nad podłogą powstaje strefa świeżego powietrza, gdzie panuje przepływ wyporowy albo warstwowy. Nawiewanie świeżego powietrza do tej strefy odbywa się pod następującymi warunkami:
a. prędkość wypływu powietrza (w odniesieniu do powierzchni wypływu brutto.) wynosi uK = 0,2 - 0,3 m/s dla pomieszczeń o podwyższonym komforcie oraz uP = 0,2 - 0,5 m/s dla pomieszczeń przemysłowych,
b. różnica temperatur między powietrzem nawiewanym i w pomieszczeniu (w przypadku chłodzenia) wynosi odpowiednio ΔΣK ≤ -3K i ΔΣP ≤ -5K.
Powyżej strefy świeżego powietrza tworzy się przepływ burzliwy, spowodowany przez źródła ciepła, przy których powstają ruchy konwekcyjne wywołujące przepływ ciepłego powietrza ku górze.
Bezpośrednio pod stropem przepływ burzliwy przechodzi w przepływ wyporowy. Charakterystyczne dla przepływu źródłowego są następujące cechy:
a. pionowa różnica temperatur w strefie przebywania ludzi ≤ 3 K,
b. prędkość przepływu powietrza przy podłodze (do wys. 0,1 m) ≤ 0,25 m/s w lecie i < 0,15 m/s w zimie. Na wysokości powyżej 0,1 m od podłogi prędkość przepływu powietrza nie przekracza 0,15 m/s.
Do wytwarzania tego typu przepływu wyporowego stosowane są nawiewniki punktowe (np. podłogowy nawiewnik wyporowy) oraz nawiewniki liniowe (np. przyścienny nawiewnik wyporowy).
Przepływ wyporowy poziomy stosowany jest w pomieszczeniach o podwyższonym komforcie cieplnym (np. biura, banki, teatry), w pomieszczeniach z sufitami chłodzącymi, w pomieszczeniach przemysłowych o dużych źródłach ciepła oraz tam, gdzie powstające zanieczyszczenia i pary są lżejsze od powietrza (np. laboratoria, farbiarnie, pralnie, prasowalnie). Świeże powietrze stale dopływa do strefy przebywania ludzi, a zużyte powietrze wraz z zanieczyszczeniami zostaje wyparte do strefy podsufitowej, skąd jest wyciągane na zewnątrz.
Johann Halupczok
Żródło: www.bit-info.pl
