Projektowanie optymalnych wywietrzników

Projekt wywietrznika Bora widok w przekroju

Przepisy wciąż się zmieniają, a inwestorzy oczywiście żądają, by projekt zawierał optymalnie dobrane urządzenia, umożliwiające uzyskanie normatywów higienicznych dla wentylowanych pomieszczeń. Inaczej wentyluje się przestrzenie, w których wystąpić mogą pary i mieszaniny wybuchowe, agresywne chemicznie, inaczej pomieszczenia z dużymi zyskami ciepła, wilgoci. Wpływ na wybór konkretnych urządzeń ma stężenie CO₂ oraz niebezpiecznego dla zdrowia i życia ludzi tlenku węgla CO. Wciąż pokutuje jeszcze slogan „Grzać trzeba! Wentylować niekoniecznie”. Wentylować – tylko minimalnie, bo przecież tracimy bezpowrotnie ciepło, które ucieka nam poprzez kratki wentylacyjne. Często większą uwagę inwestor zwraca więc na ogrzewanie, zmuszając niejako projektanta do pójścia na kompromis, którego efektem finalnym jest stałe pogarszanie się jakości powietrza, jakim oddycha użytkownik. W swojej praktyce zawodowej często spotykałem szczelnie zamknięte kratki wentylacyjne czy wręcz odwrotnie działające ciągi, które zamiast usuwać powietrze zużyte na zewnątrz, działały jako nawiewnik, nawiewając surowe powietrze, zasysane wprost z kanałów do pomieszczenia użytkowanego.


Badania symulacyjne – rozkład prędkości wiatru w przestrzeniach badanego wywietrznika

Jaki ma być ten idealny wywietrznik?
Efektywny! No tak, ale zjawiska ciągu grawitacyjnego są tak zmienne, że nie sposób znaleźć rozwiązania, które przysłużą się we wszystkich analizowanych przypadkach. Inaczej będzie w zimie, inaczej w lecie. Temperatura i wilgotność powietrza w pomieszczeniu też ma ogromny wpływ na końcowy efekt. Nawiew powietrza do pomieszczenia poprzez nawiewniki jest nie mniej bardzo ważny. 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, by woda opadowa nie przedostawała się do kanałów wentylacyjnych, a jego elementy konstrukcyjne należy wykonać z materiałów odpornych na korozjotwórczy wpływ atmosfery. Istotny jest kąt padania wiatru – nie może wdmuchiwać powietrza do wewnątrz, ale powinien każdorazowo wytwarzać w wywietrzniku  podciśnienie, bo tylko tak możemy stworzyć właściwy kierunek powietrza w ciągach wentylacji naturalnej.



Badania symulacyjne – rozkład ciśnień oraz pola prędkości wiatru w przestrzeniach badanego wywietrznika. Kierunek napływu wiatru równoległy, kąt 0°(z lewej) i opadający, kąt 30°

Modelowanie a realia rynkowe
Proces projektowania takich urządzeń jest długotrwały, wszystkie wdrażane pomysły konstrukcyjne podlegają wieloletniej kontroli i modyfikacji, a uzyskany prototyp przechodzi konieczne badania w tunelu aerodynamicznym. Bywa też tak, że po zakończeniu cyklu badań trzeba odstąpić od nawet najbardziej zachęcającej koncepcji, bo to, co się sprawdza w badaniach modelowych, nie zawsze potwierdza się w skali makro. Zadaniem konstruktora jest przecież stworzenie nie jednego urządzenia, lecz całego typoszeregu wywietrzników o różnych wielkościach. Każdy z nich musi spełniać wymagania higieniczne zgodne z ich przeznaczeniem, a przecież wszystkie mieszczą się w jednym obiekcie, krytym wspólnym dachem, na którym przecież powinny być urządzenia o podobnym kształcie.

Rodzina wywietrzaków Bora
Architekt jako esteta chciałby, żeby dach stanowił dopełnienie jego wizji architektonicznej, ma więc prawo żądać od konstruktora wywietrzników, które pod tym względem go zadowolą. Rękawica została rzucona, Uniwersal ją podjął i w efekcie powstała rodzina wywietrzników Bora. W fazie koncepcyjnej przyjęto założenie, że wywietrznik będzie ekranowany, ale tak, by wiatr omywając go z zewnątrz, wpadał w przestrzenie jego konstrukcji, zwiększając po drodze prędkość. Przyrost prędkości wiatru musi spowodować zwiększenie ciśnienia statycznego [Ps] w punkcie odpowiedzialnym za działanie ssące wywietrznika, czyli w miejscu jego mocowania do cokołu dachowego lub podstawy.

Typoszereg wywietrzników Bora

Wstępne badania potwierdziły nasze przypuszczenia – można więc było przystąpić do prac projektowych. Za pomocą programów parametrycznych wymodelowano wywietrznik testowy, który poddany został badaniom tunelowym w celu stwierdzenia, czy omywająca go struga wiatru wytwarza w nim właściwą wartość podciśnienia. To podciśnienie musi występować zawsze, niezależnie od kąta padania wiatru. Wyniki 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, poddano wywietrznik badaniom symulacyjnym. Wykorzystując zaawansowaną technikę obliczeniową, symulowano różne kąty padania wiatru oraz różny poziom jego prędkości napływu. Otrzymany wykres wyglądał „zdumiewająco” podobnie, jak w przypadku badań tunelowych. Zaskoczyły nas bardzo pozytywnie nie tyle zbieżności uzyskanych wartości podciśnienia, ale również przebieg tej charakterystyki, która wyraźnie ma kształt zbliżony do badań tunelowych.


Wywietrznik Bora-200 na podstawie dachowej

Potwierdzenie tych cyfr skłoniło do skonstruowania omawianego typoszeregu i w chwili obecnej projektant wentylacji ma do dyspozycji wywietrzniki o różnych gabarytach, a tym samym i możliwościach efektywnej pracy, których współczynnik oporu miejscowego został zminimalizowany. Oznacza to, że jeśli występuje pogoda bezwietrzna, a istnieją warunki dobre dla unosu termodynamicznego w kanale (różnica temperatury pomiędzy pomieszczeniem a atmosferą), powietrze niczym niezakłócone może swobodnie przepływać w kanale wentylacyjnym, dając dobre efekty przewietrzania pomieszczeń, wykorzystując siły natury.

Krzysztof Nowak
Uniwersal


CZYTAJ WIĘCEJ

Systemy wentylacji pożarowej
Bezpieczeństwo pożarowe - Odbiory systemów wentylacji pożarowej z wykorzystaniem ciepłego dymu
Projektowanie optymalnej konstrukcji wywietrzników grawitacyjnych
Wywietrzniki i wentylatory

---