W artykule omówiono wyniki badań oryginalnych elementów nawiewnych z ograniczoną, odpowiednio kierowaną strugą powietrza. Przedstawiono konstrukcję badanego nawiewnika, stanowisko badawcze oraz wyniki pomiarów w warunkach zbliżonych do izotermicznych. Na wykresach pokazano rozpływy powietrza w obszarze działania nawiewnika.

Nawiewniki sufitowe z ograniczoną, odpowiednio kierowaną strugą powietrza badano pod kątem zastosowania w pomieszczeniach, w których występują znaczne, skupione zyski ciepła, szczególnie od sprzętu elektronicznego i ludzi (np. w pracowniach komputerowych). Zasadnicze zadanie takich nawiewników polega na doprowadzeniu powietrza w sposób niepowodujący dyskomfortu użytkowników, a wręcz umożliwiający poprawną pod względem odczucia cieplnego wymianę powietrza, pomimo niekorzystnego – dla rozważanego przypadku – systemu organizacji wymiany powietrza góra – góra. Postawione zadanie jest wyjątkowo trudne w realizacji. Jest to bowiem działanie wbrew zasadom fizyki.

Konstrukcja nawiewnika

Zaprojektowany nawiewnik (rys. 1) umieszczono w suficie podwieszonym stanowiska badawczego. Głównymi częściami nawiewnika są: skrzynka rozprężna o wymiarach 350 x 600 mm i wysokości 400 mm, w której umieszczono płytę nawiewną, króciec przyłączeniowy (doprowadzający powietrze) o średnicy ∅ 250 mm oraz płytę perforowaną usytuowaną pod kątem 27°, jako przekątną nawiewnika – w celu wyrównania przepływu powietrza. Sama płaszczyzna nawiewna składa się z dwóch szczelin nawiewnych zewnętrznych oraz powierzchni perforowanej w środku. Szczeliny nawiewne, z których następuje turbulentny wypływ powietrza, zostały tak zaprojektowane, aby była możliwość zmiany ich szerokości od 0 do 50 mm. Środkową część nawiewnika tworzą dwie zespolone (umieszczone w odległości 30 mm od siebie) wymienne płyty perforowane o różnym stopniu perforacji. Powietrze w tej części wypływa pionowo w kierunku do powierzchni podłogi i charakteryzuje się przepływem zbliżonym do laminarnego (wyporowego). Całość została wyposażona dodatkowo w poziomą płytę perforowaną dla zwiększenia oporu i wyrównania strugi wypływającej. Konstrukcja badawcza nawiewnika została tak przemyślana, aby była możliwa szybka i sprawna wymiana poszczególnych badanych elementów: płyt perforowanych, przesłon wewnętrznych oraz zmiana szerokości szczelin nawiewnych. Schemat złożeniowy nawiewnika zamieszczono na rys. 2.

Rys. 1. Nawiewnik sufitowy ze strugą ograniczającą

Rys. 2. Rysunek konstrukcyjny prototypowego nawiewnika sufitowego ze strugą ograniczającą w ustawieniu ze szczeliną szerokości 20 mm

Stanowisko pomiarowe (...)

Wyniki badań

Dla nawiewnika, z którego powietrze wypływa przez powierzchnię perforowaną i dwie szczeliny, wstępnie ograniczające i kierunkujące powietrze nawiewane, wyznaczono charakterystyki zmian prędkości w strudze powietrza nawiewanego do pomieszczenia. Na podstawie pomiarów prędkości wypływu oraz prędkości w określonych odległościach od nawiewnika oceniono kształt strugi nawiewnej w warunkach zbliżonych do izotermicznych. W czasie pomiarów zmieniano strumienie powietrza nawiewanego od 325 do 625 m³/h (co 75 m³/h) oraz szerokości szczelin ograniczających strugę od 0 do 45 mm (co 5 mm). Udział powietrza wypływającego przez szczeliny w odniesieniu do całego strumienia nawiewnego zmieniał się od 0,27 do 0,58. Badania prowadzano w warunkach quasi izotermicznych, gdy różnica pomiędzy temperaturą powietrza nawiewanego oraz temperaturą w badanym laboratorium nie przekraczała Δt = 1,0 K. Pomiary prędkości powietrza w strugach nawiewnych przeprowadzono w różnych odległościach od płaszczyzny nawiewnej na szesnastu poziomach pomiarowych nad posadzką (2,80; 2,65; 2,5; 2,35; 2,2; 2,05; 1,75; 1,6; 1,35; 1,2; 1,05; 0,9; 0,75; 0,6; 0,45; 0,30 od posadzki, w obrębie działania nawiewnika). (...)

Podsumowanie

W pomiarach w warunkach zbliżonych do izotermicznych następuje niesymetryczny wzrost prędkości w strefie przebywania ludzi względem osi wzdłużnej nawiewnika. Wprowadzenie do pomieszczenia dodatkowych zysków ciepła od sprzętu elektronicznego i osób powoduje ustabilizowanie i wyrównanie przepływu powietrza nawiewanego przez pomieszczenie. Prądy konwekcyjne powstałe dzięki zyskom ciepła powodują, iż rozpływ strugi jest bardziej wyrównany.

W przedstawionych pomiarach przepływu powietrza przez wentylowane pomieszczenie założono, że powietrze nawiewane i w pomieszczeniu mają jednakową (podobną) temperaturę. Takie warunki w rzeczywistości zdarzają się rzadko. Przy bardzo niskich temperaturach powietrza zewnętrznego urządzenie wentylacyjne/klimatyzacyjne całkowicie lub częściowo spełnia również funkcję ogrzewania pomieszczenia. Wtedy nawiewane jest powietrze o wyższej temperaturze. Jednak przez znaczną część roku w pracowniach komputerowych należy przeciwdziałać przegrzewaniu powodowanemu wydzielaniem ciepła przez ludzi i urządzenia. Temperatura powietrza nawiewanego musi być zatem niższa niż temperatura w pomieszczeniu. Rozkłady prędkości powietrza w obszarze działania nawiewnika w warunkach nieizotermicznych zamieszczono w opracowaniu [1].