Nawiewnik wirowy Air-Injector. Zdecentralizowane urządzenia wentylacyjne w magazynach wysokiego składowania (cz. 2)

FOTOREPORTAZE

ON-LINE

Naszą witrynę przegląda teraz 111 gości

Facebook

Chłodnictwo & Klimatyzacja

Miesięcznik indeksowany
jest w bazie czasopsim
technicznych

Nawiewnik wirowy Air-Injector. Zdecentralizowane urządzenia wentylacyjne w magazynach wysokiego składowania (cz. 2)

Data dodania: 25.05.2009

Wydajność systemów wentylacyjno-grzewczych zależy pierwotnie od sposobu prowadzenia powietrza, ponieważ rozkład temperatury określają głównie wznoszące się strumienie powietrza. Jeśli instalacja nie jest wydajna powstaje znaczny gradient temperatury, co prowadzi do niedogodnych warunków w strefie przebywania ludzi, a także do nadmiernego zużycia energii. W pierwszej części artykułu zostały przedstawione założenia oraz cechy charakterystyczne nawiewu dyszowego oraz promieniowego. W tej części omówiony zostanie nawiewnik wirowy Air-Injector.

Cechą charakterystyczną przepływu przez nawiewnik Air-Injector jest wysoka indukcja, która jest niezbędna do wydajnego ogrzewania magazynów wysokiego składowania. W rozpatrywanym przykładzie został przyjęty zdecentralizowany system grzewczy, składający się z kilku urządzeń wentylacyjnych, które zaopatrują różne strefy budynku [5]. Urządzenia wentylacyjne są zamontowane pod stropem i nawiewają powietrze z góry na dół pomieszczenia (zasada przepłukiwania strefy przebywania ludzi) [6, 7]. W takim rozwiązaniu nie są potrzebne kanały wentylacyjne.
Omawiane urządzenia składają się z dwóch podzespołów: z części grzewczej (z wentylatorem i grzejnikiem) i nawiewnika wirowego Air-Injector (rys. 4). Nawiewnik zawiera dwa elementy:
● kombinację korpusu zwrotnego i dyszy, która jest odpowiedzialna za wytworzenie strugi powietrza nawiewanego o maksymalnym zasięgu;
● nawiewnik wirowy, który nadaje wir strumieniowi powietrza, zwiększając w ten sposób kąt rozproszenia (indukcji) strumienia powietrza.

Nawiewnik wirnikowy Air-Injector działa według następującej zasady: powietrze nawiewane dostaje się na tarczowy korpus zwrotny, z którego wzdłuż łopatek przepływa przez dyszę nawiewną do pomieszczenia. Korpus zwrotny odgrywa istotną rolę, gdyż za pomocą podciśnienia na początku strumienia zapewnia silną indukcję. Prowadzi to do wytworzenia długiej, zwartej strugi powietrza w początkowym obszarze strumienia. Kąt rozproszenia wynosi tu prawie 0° (w przeciwieństwie do kąta rónego 11°, charakterystycznego dla swobodnych zwartych strumieni powietrza). Łopatki wprawiają strumień powietrza w wir, zależny od kąta ustawienia, który jednakże w początkowym obszarze podciśnienia nie jest osiągany.
Im dalej znajduje się powietrze od dyszy, tym słabszy staje się wpływ strefy podciśnienia i wir rozkłada strumień poprzez indukcję otaczającego powietrza. Kształt przepływu podobny jest do odwróconego grzyba z cienkim trzonem i z dużym kapeluszem. W ten sposób można wentylować dużą powierzchnię w dużym odstępie od dyszy.
Silna indukcja prowadzi do ruchu powietrza z górnych regałów w stronę strumienia powietrza. Zatem temperatura w dyszy może być wysoka, nie przegrzewając przy tym górnej strefy regałów,(t_L << t₀). Każde urządzenie może więc grzać z wyższą mocą, tzn. wyższą temperaturą. W trakcie przepływu w dół strumień powietrza nawiewanego ochładza się przez indukcję otaczającego powietrza, aby w strefie przebywania ludzi ostatecznie osiągnąć wartość zadaną.
Wzór (3) służący do określenia liczby Archimedesa dla nawiewnika wirowego w otwartych pomieszczeniach bazuje na licznych eksperymentach:

(3)

gdzie:
d₀ – średnica nawiewnika powietrza [m];
H_EQ = H_h – 1,5 – równoważny współczynnik geometryczny przepływu burzliwego;
H_h – wysokość magazynu [m].

Z porównania wzorów (2) (w I cz. artykułu) i (3) wynika, że indukcja zasięgu strumienia powietrza wzrasta ponad dwukrotnie.
Regulacja strumienia powietrza bazuje na efekcie wirowym, a dokonuje się to poprzez obrót łopatek. W zależności od kąta ustawienia zmienia się odległość, na której rozkłaad powitrza jest silniejszy niż kompresja. Przy kącie ustawienia α = 0° długość strumienia zwartego jest maksymalna, przy kącie ustawienia 0° < α < 50° długość zmniejsza się. Granica jest osiągnięta przy kącie 50°, jeśli poziomy strumień powietrza rozprzestrzenia się wzdłuż stropu (strumień promieniowy), co jest idealne dla trybu chłodzenia.

Nawiewnik wirowy Air-Injector do magazynów wysokiego składowania cechuje:
● regulowane, równomierne ogrzewanie strefy przebywania ludzi bez niebezpieczeństwa przegrzania górnych stref regałów,
● minimalne rozwarstwienie temperatury, a przez to niska strata energii przez dach,
● idealny rozdział temperatury w trybie chłodzenia przez przestawienie na strumień promieniowy.

Optymalne rozwiązanie
Po stwierdzeniu, że nawiewniki wirowe są jednym z najlepszych rozwiązań dla systemów grzewczo-wentylacyjnych dla hal wysokiego składowania, należy rozważyć kwestię rozmiarów i rozmieszczenia urządzeń.

Rozmiary i ilość urządzeń
Minimalną potrzebną ilość urządzeń oblicza się w następujący sposób:
● według kryterium wentylacji całej powierzchni S:

(4)

● według kryterium łącznej mocy grzewczej Q:

(5)

gdzie:
s – powierzchnia zaopatrywana przez jedno urządzenie [m²],
q – moc grzewcza urządzenia [kW].

Moc grzewczą urządzenia q oblicza się za pomocą równania:

(6)

gdzie:
k – współczynnik zależny od wykonania generatora ciepła,
V – przepływ powietrza [m³/h],
Δt = t₀ - t_wewn – różnica między temperaturą powietrza nawiewanego t₀ a temperaturą wewnętrzną twewn [K]

Maksymalna wysokość umieszczenia nawiewnika wynika ze wzoru:

(7)

gdzie:
μ – współczynnik zależny od wykonania generatora ciepła.

Ze wzorów (6) i (7) jak i (4) i (5) można wyciągnąć następujący wniosek: z ekonomicznego punktu widzenia najkorzystniejszy jest wybór największych generatorów ciepła. Jest to możliwe, ponieważ w halach magazynowych najczęściej nie ma ograniczenia prędkości powietrza (przeciągi). W przypadku wyższych wymagań dotyczących komfortu zaleca się jednakże stosowanie większej ilości urządzeń, ale za to mniejszych.

Rozmieszczenie urządzeń
Zapotrzebowanie na ciepło w halach magazynowych może być bardzo nieregularne. Dlatego też konieczne jest odpowiednie rozmieszczenie urządzeń w różnych strefach hal magazynowych lub, inaczej mówiąc, stworzenie racjonalnych stref regulacji.
Regały mają wpływ na rozdział powietrza. Wzdłuż przejścia strumień powietrza nawiewanego zostaje „spłaszczony”, co prowadzi do tego, że ogrzewaniem zostanie objęta dłuższa powierzchnia podłogi. Mimo to nie wszystkie przejścia muszą być wyposażone w urządzenia, ponieważ z jednego nawiewnika zasilane są również przejścia sąsiadujące. Warunkiem tego jest wolna przestrzeń między półkami regałów, co zazwyczaj jest stosowane, ponieważ regały zapełnia się tak, aby był łatwy dostęp do towarów. Dlatego wystarczy zamontować urządzenia w co trzecim przejściu (lub nawet w jeszcze większych odstępach).

Podsumowanie
Rozważania potwierdzone fachową literaturą i praktyką pokazują, że zdecentralizowane urządzenia grzewczo-wentylacyjne z nawiewnikami wirowymi do magazynów wysokiego składowania, stanowią optymalny system grzewczo-wentylacyjny. Wynikają z tego następujące zalety:
● równomierny rozdział temperatury na ze względu na optymalny rozdział powietrza. Pionowy gradient temperatury wynosi tylko 0,1 do 0,15 °C/m. Zapewnia to racjonalne zużycie energii do ogrzewania strefy przebywania ludzi i redukcję strat energii przez dach;
● minimalna ilość urządzeń, a tym samym mniejsze nakłady inwestycyjne, dzięki zasilaniu dużej powierzchni przez każde urządzenie;
● nie są potrzebne żadne kanały powietrza nawiewanego i wywiewanego;
● zdecentralizowana zasada zapewnia wysoką pewność ruchową i możliwość rozszerzenia istniejących już instalacji.

Doświadczenie w stosowaniu nawiewników wirowych [5, 7] potwierdza wysoką ekonomiczność i pozwala na rekomendację takich rozwiązań dla systemów grzewczo-wentylacyjnych w nowoczesnych centrach logistycznych.

LITERATURA
[1] AGAFONOVA I.A., STRONGIN A.S., SHILKROT E.O.: Heating and ventilation of modern warehouse complexes. АVОК, Nr 6, 2004.
[2] GRIMITLIN M. I.: Distribution of air indoors. St.-Petersburg, 1994.
[3] BALANDINA L.J.: Features of distribution of warm air indoors with air heating systems. C.О.K., Nr 1, 2007.
[4] SHEPELEV I.A.: Aerodynamics of air streams indoors. Мoscow, Stroyizdat, 1978.
[5] VISHNEVSKIJ E.P.: Experience of ventilation of objects of the industry and social appointment with use of the decentralized units of manufacturer by HOVAL. АVОК, Nr 5, 1999.
[6] GRIMITLIN M. I.: Energetically effective ventilation of industrial buildings. Technologies of safety and engineering systems, Nr 6, 2005.
[7] BALANDINA L.J., VISHNEVSKIJ E.P.: Ventilation of large industrial and public constructions with use of the twirled streams. Works of VII congress АVОK, 2000.