Wywietrzniki grawitacyjne i ich właściwy dobór dla poprawnej wentylacji naturalnej w budynkach

Do wentylacji pomieszczeń w budynkach mieszkalnych oraz pomieszczeń przemysłowych, stosowane są nie tylko wentylatory ale również wywietrzniki, bez elementów wirujących. Ruch powietrza wewnątrz kanału grawitacyjnego zależny jest od dwóch czynników: różnicy temperatur pomiędzy pomieszczeniem wentylowanym a atmosferą , oraz od siły wiatru , który opływając wywietrznik wytwarza w nim podciśnienie.

Efektywnym wykorzystaniem siły wiatru w wywietrznikach, zajęliśmy się badając typoszereg naszych produktów, posiłkując się (z braku występowania polskiego odpowiednika) francuską normą P50-413 pt. „Przewody wentylacji naturalnej i przewody dymowe". W zależności od prędkości i kąta padania wiatru, wywietrznik wytwarza większe lub mniejsze podciśnienie. To podciśnienie warunkuje, ilość przepływającego powietrza przez wywietrznik, a tym samym ilość odciąganego powietrza z instalacji (pomieszczenia). Na ilość odciąganego powietrza przez wywietrznik ma wpływ również jego własny opór, przedstawiany za pomocą współczynnika "ξ". W zależności od prędkości czynnika odciąganego w kanale, podciśnienie dyspozycyjne wywietrznika, pozwalające efektywnie wykorzystać siłę wiatru, się zmienia. Im wyższa prędkość czynnika, tym podciśnienie dyspozycyjne mniejsze, a tym samym, siła wywietrznika mniejsza.

Istnieją zatem trzy podstawowe parametry charakteryzujące wywietrznik, wielkość podciśnienia w zależności od prędkości wiatru:

• wielkość współczynnika oporu,
• wielkość podciśnienia w zależności od prędkości czynnika w kanale i prędkości wiatru.
• wielkość podciśnienia w zależności od prędkości czynnika w kanale i prędkości wiatru

Te trzy parametry charakteryzuje, definiuje i określa sposób pomiaru cytowana wcześniej norma

• Współczynnikiem C_b norma określa stosunek podciśnienia wywietrznika, bez przepływu w kanale, do ciśnienia dynamicznego wiatru,
• współczynnikiem ξ - określa stosunek straty ciśnienia wywietrznika do ciśnienia dynamicznego przepływającego czynnika w kanale,
• a współczynnikiem C_w określa stosunek podciśnienia wywietrznika, przy przepływie w kanale, do ciśnienia dynamicznego wiatru.

Za pomocą tych parametrów można porównywać między sobą wywietrzniki. Im wartość C_b i C_w są wyższe, a jest mniejsze, tym wywietrznik jest lepszy. W tym istotne jest, aby krzywa C_w w funkcji prędkości w kanale była płaska, co zapewnia w miarę wysokie podciśnienie wywietrznika przy większej prędkości w kanale, co w konsekwencji powoduje większą wydajność odciąganego powietrza. Współczynnik C_b przedstawia się w funkcji kąta padania wiatru od 60° do +60°. Wartości współczynnika C_w przedstawia się przy kącie padania wiatru - 0°

Opis badań i wyniki

Zaprojektowaliśmy i wykonaliśmy stanowisko do badania wywietrzników, w którym do symulacji ruchu powietrza zastosowano wentylator promieniowy, z tyrystorową regulacją obrotów, co umożliwia płynną regulację prędkości wiatru w kanale symulacyjnym. Celem wyrównania strugi w kanale zabudowano dwie kratki wyrównawcze, a na wylocie zastosowano dyszę zwężającą. Na tej dyszy rozpięto siatkę, z cienkiego drutu, dla ułatwienia dokładnego sondowania rozkładu prędkości na całym przekroju. Celem badania podciśnienia wywietrznika, z przepływem w kanale i wietrze omywającym wywietrznik, oraz strat wywietrznika, zbudowano kanał pomocniczy z wentylatorem nadmuchowym, który również posiadał płynną regulację obrotów. Za pomocą tego wentylatora nadmuchiwano powietrze do wywietrznika i mierzono wielkość podciśnienia, przy zerowym ustawieniu wywietrznika do wektora prędkości wiatru oraz mierzono straty wywietrznika przy „wyłączonym" wietrze. Prędkości w kanale mierzono sondując ciśnienia za pomocą rurki Prandtl'a, a wielkości podciśnień odczytywano z otworów impulsowych wykonanych w kanale i podłączonych do zbiornika wyrównawczego. Do odczytu ciśnień stosowano mikromanometr bateryjny. Parametry otoczenia mierzono elektronicznym termometrem i higroskopem. Ciśnienie otoczenia mierzono barometrem.  Zmierzone wartości zostały przeliczone, w opracowanym specjalnie programem komputerowym, na wartości porównawcze C_b, C_w i ξ. W oparciu o te wartości opracowano zależności C_b=f(kąta wiatru) i C_w=f(prędkości w kanale).

Sposób obliczenia podciśnienia wywietrznika.

Dane:

•   Prędkośćwiatru

•   Prędkość w kanale kominowym

•   Średnica kanału

Obliczenia:

Do średnicy kanału należy wybrać typ wywietrznika. Następnie dla założonej prędkości wiatru i prędkości w kanale należy wykonać następujące obliczenia:

Z wykresu   C_w=f(c_k)  dla założonej prędkości C_k należy odczytać wartość C_w. Podciśnienie wytwarzane przez wywietrznik wylicza się następująco:

P_wst = C_w*p*w²/2

Gdzie:  w - prędkość wiatru

           p - gęstość powietrza

           c_k- prędkość w kanale

Jeżeli wyliczone podciśnienie jest niewystarczające do pokonania oporów instalacji to należy przyjąć inny typ wywietrznika lub zmienić wymiary instalacji i ponownie wykonać obliczenia. Współczynnik strat wywietrznika „ξ" podano dla poszczególnych wywietrzników na wykresach. Wykres Cb = f(kąta padania wiatru) informuje w jakim zakresie zmienia się podciśnienie wywietrznika od kierunku wiatru. Wartości ujemne kątów na wykresie odnoszą się do ustawienia wywietrznika pod wiatr, a dodatnie kąty odnoszą się do ustawienia wywietrznika za wiatrem.

Wartość tego podciśnienia oblicza się następująco:

P_bst = C_b*p*w²/2

Gdzie: wartość C_b odczytuje się z wykresów dla przyjętego kąta padanie wiatru na wywietrznik.

Znając wartość współczynnika oporu oraz powyższe zależności, opracowano w firmie UNIWERSAL program obliczeń i doboru wywietrzników. Mając do dyspozycji stanowisko oraz programy obliczeniowe, zbadano wszystkie produkowane w przez nas wywietrzniki od wielkości 100 do 400. Wyniki zostały opracowane w postaci tabelarycznej oraz w postaci wykresów i zebrane w programie obliczeń i doboru wywietrzników. Program ten  umożliwia dobór wywietrznika i obliczenie ilości odciąganego powietrza  dla  typowych instalacji mieszkalnych i przemysłowych. Pozwala również  ocenić efektywność odciąganego czynnika przez poszczególne wywietrzniki. Wykresy na poniższych rysunkach przedstawiają dla przykładowych  instalacji ilości odciąganego powietrza przez poszczególne wywietrzniki. Przedstawiają one przykłady obliczeń dla budynku 5-cio kondygnacyjnego, dla 3 kondygnacyjnego i dla wyciągu z hali. Jak z tych przykładów wynika poszczególne typy wywietrzników odciągają różne ilości powietrza. Jednak każdy z nich pomimo zróżnicowania efektów odciągowych, znajduje zastosowanie, ze względu na inną konstrukcję i inne możliwości zastosowania. Z wykresów wynika również to, że zastosowanie większych  kratek umożliwia odciąganie większych ilości powietrza. Przy stosowaniu przewodów indywidualnych, jak przewiduje zmiana A1 do normy PN-B-03430:1983, należy stosować przekroje kratek, równe w przybliżeniu,  przekrojowi  przewodu kominowego. Zdajemy sobie sprawę, że tak szeroki materiał badawczy, nie w sposób streścić krótko w postaci zwięzłego artykułu technicznego, dlatego  wszystkich zainteresowanych prosimy o kontakt celem uzyskania pełniejszych informacji w których postaramy się wyczerpująco odpowiadać na wszystkie nasuwające się pytania, po przeczytaniu niniejszego artykułu.