Logistyka jest ważną i dynamiczną gałęzią nowoczesnej gospodarki stale rozwijaną i modernizowaną. Obecnie powstaje wiele centrów logistycznych przy głównych węzłach komunikacyjnych, które odgrywają ważną rolę w efektywnej organizacji transportu. Takie centra to najczęściej jednopiętrowe hale magazynowe o wysokości minimum 10 m, z równą podłogą betonową, z parkingiem i drogami komunikacyjnymi. Budynki te wyposażone są z reguły w klimatyzację lub wentylację mechaniczną. Niestety projektanci poświęcają temu tematowi często za mało uwagi, mimo że na etapie wyboru systemu istnieje duży potencjał oszczędzania kosztów inwestycyjnych i eksploatacyjnych.
Dlatego też niniejszy artykuł poświęcony jest systemom wentylacyjno-grzewczym w magazynach wysokiego składowania. Szczególną uwagę zwrócono na rozdział powietrza i wydajność w aspekcie ekonomicznym i technicznym.

Systemy wentylacyjno-grzewcze w magazynach wysokiego składowania
Wydajność systemów wentylacyjno-grzewczych zależy pierwotnie od sposobu prowadzenia powietrza, ponieważ rozdział temperatury określają głównie wznoszące się strumienie powietrza. W przypadku instalacji niewydajnych powstaje znaczny gradient temperatury, co prowadzi do niedogodnych warunków w strefie przebywania człowieka i nadmiernego zużycia energii [2]. Celem jest więc równomierny rozdział temperatury na wysokości, aby temperatura w górnych strefach hali nie była za wysoka (najczęściej może wynosić maks. 30°C). Analiza różnych systemów wentylacyjno-grzewczych pokazuje, że najbardziej wydajne instalacje doprowadzają powietrze bezpośrednio z góry na dół do strefy przebywania ludzi [1, 2, 3]. Dlatego też przeanalizujemy tutaj trzy różne nawiewniki:
● nawiewnik dyszowy,
● nawiewnik promieniowy,
● nawiewnik wirowy Air-Injector.

Ilustracja na rysunku 2 przedstawia trzy różne warianty rozdziału strumienia powietrza nawiewanego w otwartym pomieszczeniu.

Strumień powietrza zniekształcany jest przede wszystkim przez regały. Początkowo strumień ten jest okrągły, ale zostaje „zgnieciony” w podłużny (wzdłuż przejścia). Wynikają z tego dwa aerodynamiczne efekty: z jednej strony przez te bariery wzrasta w jednym kierunku zasięg powietrza nawiewanego, z drugiej zaś strony wzrasta opór strumienia powietrza z uwagi na wzrost prędkości i ciśnienia powietrza po stronie regałów. Skutki tych efektów są różne i zależą od rodzaju nawiewu i struktury regałów, zwłaszcza od tego, w jakim stopniu przepuszczają one powietrze.
Siły przyciągania, które powstają na skutek różnicy gęstości między powietrzem nawiewanym a otaczającym w pomieszczeniu, wpływają również na strumień powietrza nawiewanego i na ogólną cyrkulację powietrza w pomieszczeniu [3].
Przy nawiewie pionowym strumień powietrza zostaje zatrzymany, jeśli siły przyciągania przeciwdziałają siłom bezwładności, a jego zasięg wzrasta, jeśli te siły oddziałują w tym samym kierunku.
W celu określenia stosunku siły przyciągania i siły bezwładności zastosowano liczbę Archimedesa, za pomocą której zdefiniowany jest zasięg charakterystyczny. Zakładając, że przepływ jest niemal izotermiczny, oblicza się go według poniższego wzoru [2]:

gdzie:
β – stała zależna od rodzaju nawiewnika,
x – odstęp od nawiewnika do rozpatrywanego przekroju poprzecznego przepływu [m],
d₀ – średnica nawiewnika [m],
Ar0 ~ Δt₀/t_wewn – liczba Archimedesa w początkowym przekroju poprzecznym,
Δt₀/t_wewn – nadwyżka temperatury w początkowym przekroju poprzecznym przepływu w porównaniu z powietrzem w pomieszczeniu.

Dla symetrycznego przepływu (z wyjątkiem nawiewnika wirowego Air-Injector) można uprościć równanie do następującej postaci [2]:

gdzie:
H – geometryczny współczynnik przepływu [4]

Z praktyki wiadomo, że z uwagi na niewielką indukcję gradient temperatury w początkowym zakresie przepływu wynosi przynajmniej 0,4°C/m. Dlatego też, temperatura powietrza pod sufitem i w górnej strefie magazynu jest niewiele niższa od temperatury bezpośrednio przy nawiewniku.

Nawiewnik dyszowy
Oznacza to, że podczas ogrzewania za pomocą zwartego strumienia powietrza (rysunek 3a: nawiewnik dyszowy) temperatura w nawiewniku t₀ może być tylko o kilka stopni wyższa od temperatury otoczenia t_L, gdyż w przeciwnym razie górne strefy regałów zostałyby przegrzane, tzn. zostałyby naruszone przepisy lub uszkodzone towary. Istnieją zatem istotne ograniczenia dla ogrzewania swobodnymi, zwartymi strumieniami powietrza. Ponadto należy uwzględnić fakt, że z reguły nie wiadomo, jakiego rodzaju artykuły będą magazynowane.

Nawiewnik promieniowy
Wariant ogrzewania przez promieniowy strumień powietrza (rys. 3) jest jeszcze gorszy. Duża część ciepłego powietrza nawiewanego do strefy przebywania ludzi ma tylko niewielką pionową składową siły bezwładności, więc zasięg jest dość mały; mniejszy, niż podczas przepływu zwartego. Stąd w magazynach wysokiego składowania, które są ogrzewane nawiewnikami promieniowymi t_L ~ t₀, tzn. tylko nieliczne regały magazynowe są ogrzewane w górnej strefie. W celu zwiększenia ogrzewanego obszaru konieczne jest zwiększenie mocy grzewczej, co niewątpliwie jeszcze bardziej podnosi temperaturę pod stropem. W konsekwencji tego dochodzi do przegrzania górnej strefy regałów i do zbyt dużych strat energii z powodu dużej różnicy temperatury pod dachem.
Należy zauważyć, że ten wariant rozdziału powietrza (rys. 3b) jest odpowiedni do chłodzenia hali magazynowej, ponieważ powietrze nawiewane ma wtedy wyższą gęstość niż powietrze w pomieszczeniu, dlatego też opada i przepływa równomiernie, bez przeciągów przez strefę przebywania ludzi.