Projektowanie optymalnej konstrukcji wywietrzników grawitacyjnych

Przekrój projektu wywietrznika Bora (u góry) i wywietrznik na podstawie dachowej (u dołu)

Wpływ na wybór konkretnych urządzeń będą również miały stężenie CO₂, a w skrajnych sytuacjach również tak niebezpiecznego dla zdrowia i życia ludzi tlenku węgla. Często większą uwagę inwestor zwraca na ogrzewanie, zmuszając niejako projektanta do pójścia na kompromis, którego efektem finalnym jest stałe pogarszanie się jakości powietrza, którym użytkownik oddycha. Pokutuje jeszcze slogan „Grzać trzeba! Wentylować niekoniecznie”. Wentylować – minimalnie, bo wskutek tego bezpowrotnie traci się ciepło, które poprzez kratki wentylacyjne ucieka na zewnątrz.

W swojej praktyce zawodowej często obserwowałem całkowicie, szczelnie zamknięte kratki wentylacyjne czy wręcz odwrotnie działające ciągi, które zamiast usuwać powietrze zużyte na zewnątrz, działały jako nawiewnik, nawiewając surowe powietrze, wprost zasysane z kanałów do pomieszczenia użytkowanego.

Konstruktorzy urządzeń stoją więc przed wyzwaniem. Muszą wykorzystać swoją najlepszą wiedzę, chcąc stworzyć urządzenia dobre lub nawet bardzo dobre.

O tym, jakie to trudne, chciałbym w skrócie pokazać niżej.

Jaki ma być idealny wywietrznik?
Efektywny! Ale zjawiska ciągu grawitacyjnego są tak zmienne, że nie sposób znaleźć rozwiązania, które znajdą zastosowanie we wszystkich analizowanych przypadkach.

Inaczej jest w zimie, inaczej w lecie. Temperatura i wilgotność powietrza w pomieszczeniu również mają ogromny wpływ na końcowy efekt. Nie mniej ważny jest nawiew powietrza do pomieszczenia poprzez nawiewniki. A co z wykorzystaniem siły wiatru, ukierunkowaniem wywietrznika na właściwą stronę świata w zależności od siły wiatrów dla danego regionu?

To wszystko trzeba wziąć pod uwagę. Konkluzja jest więc taka: trzeba zbudować wywietrznik, który będzie miał niski współczynnik oporu miejscowego (taka konstrukcja nie będzie dławić ciągu naturalnego). Kształt wywietrznika i jego „sekrety konstrukcyjne” muszą efektywnie wykorzystywać siłę wiatru (nawet minimalne podmuchy), wywietrznik musi być zadaszony, aby woda opadowa nie przedostawała się do kanałów wentylacyjnych, a jego elementy konstrukcyjne muszą być wykonane z materiałów odpornych na korozjotwórczy wpływ atmosfery. Kąt działania wiatru ma również znaczenie – powietrze nie może być wdmuchiwane do wewnątrz, ale każdorazowo powodować podciśnienie w kanale – bo tylko tak możemy stworzyć właściwy kierunek powietrza w ciągach wentylacji naturalnej.


Badania symulacyjne – rozkład prędkości wiatru w przestrzeniach badanego wywietrznika

Proces projektowania takich urządzeń jest więc długotrwały, wszystkie wdrażane pomysły konstrukcyjne ulegają wieloletniej kontroli i modyfikacji, a uzyskany prototyp przechodzi konieczne badania w tunelu aerodynamicznym.

Bywa też tak, że po zakończeniu cyklu badań trzeba porzucić nawet najbardziej zachęcającą koncepcję, bo to, co się sprawdza w badaniach modelowych, nie zawsze potwierdza się w skali makro – zadaniem konstruktora jest nie stworzenie jednego urządzenia, lecz całego typoszeregu wielkości wywietrzników o różnych wielkościach. Różne są oczekiwania inwestora i różne są wymogi higieniczne dla różnych pomieszczeń. Każde z nich musi mieć normatywy higieniczne zgodne z ich przeznaczeniem, a przecież wszystkie mieszczą się w jednym obiekcie, pod wspólnym dachem, na którym przecież powinny być urządzenia o podobnym kształcie.

Wyzwanie podjęte – efekt: wywietrzniki Bora
Projektant domu jest estetą, dla którego dach stanowi dopełnienie jego wizji architektonicznej. Słusznie żąda więc od konstruktora wywietrzników, które go pod tym względem zadowolą. Rękawica została rzucona, Uniwersal podjął wyzwanie i w efekcie powstała rodzina wywietrzników Bora.

W fazie koncepcyjnej przyjęto założenie, że wywietrznik będzie ekranowany, ale w taki sposób, żeby wiatr omywając go z zewnątrz wpadał w przestrzenie jego konstrukcji, zwiększając po drodze swoją prędkość. Przyrost prędkości wiatru musi spowodować wzrost ciśnienia statycznego [Ps] w punkcie odpowiedzialnym za działanie ssące wywietrznika, czyli w miejscu jego mocowania do cokołu dachowego lub podstawy.


Badania i symulacja wywietrznika Bora-200 dla różnych kątów napływu wiatru. Prędkość wiatru 8 m/s

Wstępne badania potwierdziły nasze przypuszczenia – można więc było przystąpić do prac projektowych. Za pomocą programów parametrycznych wymodelowano wywietrznik testowy, poddany następnie badaniom tunelowym celem stwierdzenia, czy omywająca go struga wiatru wytwarza w nim właściwą wartość podciśnienia. To podciśnienie musi występować zawsze, niezależnie od kąta padania wiatru. Badania przeprowadzono więc przy kątach z zakresu od (–) 60° do (+) 60° („+” oznacza nawiewanie powietrza z góry, „–” z dołu na wywietrznik).

Badania zebrano w postaci wykreślnej, gdzie na osi odciętej zaznaczono różne kąty padania wiatru, a na rzędnej wytwarzane przez niego podciśnienie statyczne.

Równolegle z badaniami rzeczywistymi, wywietrznik poddano badaniom stymulacyjnym. Wykorzystując zaawansowaną technikę obliczeniową symulowano różne kąty padania wiatru oraz różny poziom jego prędkości napływu. Wykres otrzymany wyglądał „zdumiewająco”, podobnie jak w przypadku badań tunelowych.

Bardzo pozytywnie zaskoczyły nas nie tyle zbieżności uzyskanych wartości podciśnienia, ale przebieg tej charakterystyki, która wyraźnie ma kształt zbliżony do badań tunelowych.

Potwierdzenie tych cyfr skłoniło nas do skonstruowania omawianego typoszeregu i w chwili obecnej projektant wentylacji ma do dyspozycji wywietrzniki o różnych gabarytach i możliwościach efektywnej pracy, których współczynnik oporu miejscowego został zminimalizowany.

Oznacza to, że jeśli występuje bezwietrzna pogoda, a istnieją warunki dobre dla
unosu termodynamicznego w kanale (różnica temperatur pomiędzy pomieszczeniem a atmosferą), niczym niezakłócone powietrze może swobodnie przepływać w kanale wentylacyjnym, dając dobre efekty przewietrzania pomieszczeń wykorzystując siły natury.

Krzysztof Nowak
Uniwersal


CZYTAJ WIĘCEJ

Systemy wentylacji pożarowej
Doświetlenia dachowe i sys. oddymiania grawitacyjnego
Bezpieczeństwo pożarowe - Odbiory systemów wentylacji pożarowej z wykorzystaniem ciepłego dymu
System oddymiania grawitacyjnego Mercor
Projektowanie optymalnych wywietrzników
Wywietrzniki i wentylatory

---