Sposoby doboru i tendencje rozwoju elementów nawiewnych

Nawiewnik jest końcowym elementem instalacji wentylacyjnej lub klimatyzacyjnej. Jego zadaniem jest wprowadzenie powietrza do strefy pracy w sposób zapewniający warunki komfortu przebywającym wewnątrz ludziom. W obiektach przemysłowych czasem ważniejsze jest np. odebranie zysków ciepła powstających w wyniku procesów technologicznych i w takich przypadkach komfort ludzi schodzi często na dalszy plan.

Rola i dobór elementów nawiewnych
Nawiewnik jest końcowym elementem
instalacji wentylacyjnej lub klimatyzacyjnej.
Jego zadaniem jest wprowadzenie
powietrza do strefy pracy w sposób zapewniający warunki komfortu przebywającym wewnątrz ludziom. W obiektach
przemysłowych czasem ważniejsze jest
np. odebranie zysków ciepła powstających w wyniku procesów technologicznych
i w takich przypadkach komfort ludzi
schodzi często na dalszy plan.
Element nawiewny musi być tak
skonstruowany i dobrany przez projektanta,
aby dostarczany przez niego
strumień nie powodował uczucia przeciągu, zbyt dużej stratyfikacji temperatury
w pomieszczeniu oraz hałasu. Innym
ważnym zagadnieniem, łączącym
się ściśle z doborem nawiewników, jest
odpowiednie zaprojektowanie rozdziału powietrza w pomieszczeniu. Źle zaprojektowana
lokalizacja nawiewników
i elementów wywiewnych może być powodem
niedotrzymania założonych parametrów
komfortu cieplnego wewnątrz
pomieszczenia (rys. 1).

Rys. 1. Przykładowy rozdział powietrza przy użyciu kratek wentylacyjnych
Typ nawiewników odpowiednich dla
danego przypadku zależy najczęściej
od następujących czynników:
• rodzaju wentylacji (mieszająca, wyporowa),
• wymiarów pomieszczenia (szczególnie
wysokości),
• strumienia objętościowego powietrza
wentylacyjnego.
Dobór nawiewników przeprowadza
się w oparciu o charakterystyki danego
elementu nawiewnego lub typoszeregu
elementów. Z charakterystyk występujących często pod postacią nomogramów
można zwykle odczytać takie dane
jak:
• spadek ciśnienia,
• poziom hałasu,
• zasięg strumienia nawiewanego.
W niektórych przypadkach można
także spotkać informacje o szerokości
i ugięciu strumienia w zależności
od różnicy temperatury pomiędzy powietrzem
nawiewanym a otoczeniem
oraz wielkości
i lokalizacji elementu.
Wśród nomogramów
do doboru
nawiewników
najbardziej powszechny
jest wykres
zależności
przepływu powietrza
od spadku
ciśnienia, na którym
przedstawione
są także dane
dotyczące poziomu
mocy akustycznej
lub poziomu
dźwięku
w pomieszczeniu
z uwzględnieniem
tłumienia typowego
pomieszczenia.
Jeżeli nawiewnik
wyposażony jest w dodatkowe
elementy
mające wpływ
na jego pracę
(np. przepustnica),
to producenci
uwzględniają
wpływ danego
urządzenia na odczytywane
wyniki
poprzez zamieszczenie dodatkowych
nomogramów lub tabel.
Właściwe zaprojektowanie rozdziału powietrza w pomieszczeniu
wymaga sprawdzenia szeregu warunków w procesie doboru nawiewników
(rys. 2).

Rys. 2. Podstawowe parametry podlegające sprawdzeniu w procesie doboru nawiewników
Podstawowe ograniczenie to prędkość
powietrza w strefie pracy, która
nie powinna przekraczać 0,2 m/s.
Prędkość dopuszczalna w strefie przebywania
ludzi wynika z rodzaju obiektu
(biurowy, przemysłowy, itp.), przyjętych
warunków wewnętrznych w pomieszczeniu,
a także temperatury powietrza
nawiewanego. W niektórych przypadkach
może być ona większa.
Kolejna wielkość podlegająca sprawdzeniu
to temperatura strumienia nawiewanego
w miejscu wchodzenia do strefy
przebywania ludzi (SPL). Najczęściej
przyjmuje się, iż różnica temperatur pomiędzy
powietrzem nawiewanym a powietrzem
w SPL nie powinna przekraczać
1 K. Elementem łączącym w sobie prędkość
oraz temperaturę powietrza jest
zdolność chłodząca strumienia (kryterium
Rydberga) (rys. 3) opisana wzorem:


gdzie:
vx – prędkość powietrza w odległości
x od nawiewnika,
m/s,
∆tx – różnica temperatur
pomiędzy
temperaturą w pomieszczeniu
a
temperaturą strumienia
powietrza
nawiewanego, K.

Rys. 3. Dopuszczalne wartości zdolności chłodzącej strumienia nawiewnego
Ostatnim parametrem
podlegającym sprawdzeniu
jest poziom
natężenia dźwięku
w pomieszczeniu
wywołany pracą elementów nawiewnych.
Obliczenia
hałasu prowadzi się zwykle w najniekorzystniejszym
miejscu, a więc
w punkcie będącym wypadkową odległości
od zainstalowanych urządzeń na wysokości
1,2 m od podłogi (wysokość siedzącego człowieka). Poziom natężenia
dźwięku nie może przekraczać wartości
dopuszczalnych określonych dla danego
typu pomieszczeń.

Rys. 4. Kratka nawiewna Trox VG
Elastyczność rozwiązania
Elementy nawiewne stanowiące
istotną składową część współczesnych
systemów klimatyzacyjnych muszą wykazywać
się elastycznością działania
pozwalającą na wykorzystanie ich
w zmiennych warunkach eksploatacji
pomieszczenia. Powinny one pozwalać
na spełnienie wysokich wymagań stawianych
przez użytkowników pomieszczeń
niezależnie od pór roku oraz
trybu pracy całego obiektu.
Zmienne charakterystyki nawiewanego
Strumienia
Tendencja ta sprawia, że użyteczność
najprostszych elementów o stałej charakterystyce
nawiewanego strumienia
okazuje się niewystarczająca. W przypadku
nawiewników tego typu przeznaczonych
do montażu pionowego, jak
i też konstrukcji przeznaczonych do
montażu poziomego, problematyczne
staje się zapewnienie optymalnych warunków
w obsługiwanej strefie w trakcie
wykorzystania ich zarówno do chłodzenia,
jak i też do ogrzewania powietrza
w pomieszczeniu. Jeżeli nawiewnik
przystosowany do chłodzenia pomieszczenia
wykorzystany zostanie w celu
ogrzewania, a więc do nawiewu powietrza
o temperaturze wyższej od temperatury
otoczenia, to na skutek działania
sił wyporu strumień może nie dotrzeć do
strefy pracy. W analogicznym przypadku
użycia konstrukcji przystosowanej jedynie
do ogrzewania pomieszczenia do
nawiewania strumienia chłodniejszego
ta sama siła (działająca jednak w kierunku przeciwnym)
sprawi, że struga
mająca zbyt dużą
energię kinetyczną wejdzie do strefy
pracy ze zbyt
dużą prędkością
powodując tym
samym zjawisko
przeciągu.
Podobnie, strumienie
nawiewane
przez elementy
o stałej konstrukcji
mogą okazać się
czynnikiem powodującym dyskomfort
użytkowników
w przypadku
obiektów, w których często zmieniana jest
aranżacja wnętrza, jak i też sposób jego
wykorzystania.
Rozwiązaniem tych problemów okazały się być elementy nawiewne
o zmiennej charakterystyce.
Od najprostszych – kratki
Kratki wentylacyjne przystosowane
są z reguły do poziomego nawiewania
strumieni powietrza. Zmiana charakterystyki
pozwalająca na wykorzystanie
ich zarówno do ogrzewania, jak i chłodzenia
odbywa się za pomocą regulacji
kąta pochylenia łopatek poziomych.
W przypadku nawiewu powietrza zimnego
łopatki te kierują strumień do
góry, natomiast w trakcie nawiewu powietrza
ciepłego strumień za pomocą
łopatek kierowany jest w dół. Regulacja
bardziej zaawansowanych konstrukcji
odbywa się za pomocą odpowiedniego
siłownika pozwalającego na
szybką adaptację do panujących warunków,
a dzięki temu na łatwą eksploatację.
Nawiewniki – wiele rodzajów
Problem dostosowania do zmiennych
warunków pracy wydaje się być
szczególnie istotny w przypadku nawiewników
przeznaczonych do montażu sufitowego (np. anemostaty, nawiewniki
wirowe). Aby zapewnić prawidłowe warunki w strefie pracy element
nawiewny musi dawać możliwość całkowitej zmiany charakterystyki nawiewu.
W przypadku, kiedy nawiewnik dostarcza
do pomieszczenia powietrze
chłodne, strumień rozchodzi się pod
sufitem poziomo, zwiększając swój zasięg
dzięki efektowi Coanda’y. Kiedy
jednak wykorzystujemy ten sam nawiewnik
do ogrzewania powietrza
w pomieszczeniu, strumień nawiewany
jest w kierunku pionowym, tak, aby
mógł dotrzeć do strefy pracy (rys. 5).

Rys. 5. Nawiewnik pracujący w trybie ogrzewania i chłodzenia
Oferta nawiewników o zmiennej charakterystyce
obejmuje wiele typów takich
urządzeń, charakteryzujących się zróżnicowanym stopniem komplikacji i zaawansowania
technicznego konstrukcji.
Odpowiednio zaprojektowane nastawne
elementy konstrukcyjne szczelinowych,
sufitowych i wirowych nawiewników pozwalają na łatwą (ręczną, bądź też mechaniczną z wykorzystaniem systemów
automatyki) zmianę trybu pracy urządzenia.
Przykładowy nawiewnik o zmiennej
charakterystyce strumienia pokazany został na rysunku 6.

Rys. 6. Nawiewnik SDZ firmy Flakt Woods
Największy zasięg – dysze
Kwestia dostosowania konstrukcji
nawiewnika do nawiewu nieizotermicznego
jest także niezwykle istotną,
w przypadku elementów przeznaczonych
do nawiewania strumieni o dalekich
zasięgach, takich jak dysze.
Strumienie dalekiego zasięgu charakteryzują się występowaniem znacznych
prędkości, a przy nawiewie poziomym
nawet nieduża odchyłka strugi od
kierunku przewidzianego przez projektanta
może być przyczyną dużej zmiany
warunków panujących w strefie pracy,
a w konsekwencji dyskomfortu użytkownika,
bądź też niedotrzymania
charakteru procesu produkcyjnego.
W konstrukcjach wychodzących naprzeciw
tym wymaganiom regulacja
kąta nawiewanego strumienia odbywa
się poprzez zmianę kąta nachylenia
dyszy (rys. 7), dokonywaną ręcznie,
bądź też w przypadku nowoczesnego
systemu za pomocą siłownika mechanicznego
sterowanego przez odpowiedni
układ automatyczny.

Rys. 7. Zmiana kąta strumienia powietrza nawiewanego przez dyszę
przy trybie chłodzenia i ogrzewania
Współpraca z systemami wentylacyjnymi
W chwili obecnej coraz większą rolę
zaczyna odgrywać możliwość współ-
pracy elementu nawiewnego z instalacją wentylacyjną o zmiennym przepływie
powietrza (VAV). Nawiewnik taki
powinien charakteryzować się stabilnymi
własnościami strumienia przy odpowiednio
dużym zakresie wydajności.
Konstrukcja powinna zapewniać zachowanie
odpowiednich zasięgów, jak
też charakteru strumienia przylepionego
(nawiewnik sufitowy), a także wytworzenie
odpowiedniego pola temperatury
i prędkości przy ogrzewaniu.
Z tego też względu najbardziej optymalnymi
nawiewnikami do współpracy
z systemami typu VAV wydają się być
nawiewniki szczelinowe, ewentualnie
inne elementy sufitowe, sterowane odpowiednim
systemem regulacji.

Rys. 8. Nawiewnik szczelinowy VSD – Varyset
firmy Trox
Element wystroju wnętrza
Współczesna architektura traktuje
elementy systemów wentylacyjnych
jako pełnoprawne składniki wystroju
wnętrz. Szczególną rolę spełniają tutaj
nawiewniki będące, ze względu na
pełnioną funkcję, najbardziej eksponowanymi
częściami instalacji. Producenci
starają się uatrakcyjniać swoją ofertę wysoką jakością wykończenia,
nadającą elementom nawiewnym
odpowiedni wizerunek. Niekiedy nawet
nawiewniki wykonywane być mogą zgodnie z wizją architekta, a dzięki
odpowiedniej konstrukcji odbywa
się to bez utraty funkcjonalności.

Rys. 9. Architektura wnętrza z wykorzystaniem dysz dalekiego
zasięgu

Rys. 10. Wzory płyt czołowych nawiewników kreowanych firmy Trox

LITERATURA
[1] RECKNAGEL, SPRENGER, HONMANN,
SCHRAMEK: Poradnik Ogrzewanie i Klimatyzacja.
EWFE – Wydanie 1, Gdańsk
1994.
[2] MIZIELIŃSKI B., WALL S.: Nawiewanie
strumienia poziomego do pomieszczeń
o dużej kubaturze. Chłodnictwo & Klimatyzacja
Nr 6/2003
[3] Materiały informacyjne firmy Flakt Woods
[4] Materiały informacyjne firmy Lindab
[5] Materiały informacyjne firmy Trox
[6] Materiały informacyjne firmy BSH Klima
[7] Materiały informacyjne firmy SCHAKO
[8] Materiały informacyjne firmy Systemair
mgr inż. Sebastian WALL, mgr inż. Piotr
ZIĘTEK – Instytut Ogrzewnictwa i Wentylacji,
Politechnika Warszawska
Źródło: