W jaki sposób prawidłowo stosować nawiewniki wyporowe źródłowe w systemach wentylacji?

Jednym z najważniejszych zadań systemu wentylacji w obiekcie jest zapewnienie komfortowych warunków w strefie przebywania ludzi. Z jednej strony można stosunkowo łatwo obliczyć minimalną ilość powietrza z kryteriów higienicznych, dla określonej liczby osób, z drugiej pojawia się problem doboru odpowiednich nawiewników.
Istnieją dwa główne modele dystrybucji powietrza w pomieszczeniach. Pierwszy z nich (tradycyjny i najczęściej spotykany) to wentylacja mieszająca, w której nawiewniki i wywiewniki umieszczone są w suficie pomieszczenia.
Powietrze wtłaczane do pomieszczenia miesza się z wewnętrznym – zużytym, rozcieńczając wszelkie zanieczyszczenia (rys. 1.). Wywiew odbiera powietrze z kubatury pomieszczenia.
Najczęstszym błędem pojawiającym się w takich systemach jest stosowanie zaworków i najprostszych anemostatów do dystrybucji powietrza, działanie tych produktów jest co najmniej „dyskusyjne” jeżeli chodzi o możliwości rozprowadzenia powietrza – najczęściej powietrze zostaje wprowadzone spokojną „wylewającą” się strugą pod sufitem i w zależności od gradientu temperatur opada, albo i nie, do strefy przebywania ludzi. Wywiewnik – niejednokrotnie umieszczony blisko nawiewnika – odbiera powietrze znacznie czystsze niż to, którym oddychają ludzie.

Drugim typem jest wentylacja źródłowa zwana również wentylacją tłokową lub wyporową. Polega ona na wprowadzeniu świeżego powietrza bezpośrednio w strefę przebywania ludzi, aby „otoczyć” ich powietrzem czystym.
Dalej strefa świeżego powietrza przetłacza zanieczyszczenia poza strefę przebywania ludzi, gdzie zużyte powietrze jest odbierane przez wywiewniki. W takim rozwiązaniu temperatura powietrza nawiewanego powinna być minimalnie niższa od temperatury wewnątrz pomieszczeń, aby ze względu na większą gęstość, powietrze mogło „wylewać” się spokojną falą z nawiewnika. W strefie przebywania następuje ogrzanie powietrza (ludzie, urządzenia, oświetlenie) i zaczyna się ono wznosić ku górze – w strefę wyciągu. Od dołu zaś jest wypierane przez kolejne „porcje” świeżego chłodniejszego powietrza.
Powyżej opisane zjawiska występują, gdy spełnione są poniższe warunki: ■ świeże powietrze wprowadzane w strefie przypodłogowej ■ wyciąg w górnej części ■ zyski ciepła w pomieszczeniu ■ suma konwekcyjnych strumieni jest wyższa niż wydatek nawiewu.
Rozkład strug świeżego powietrza ma decydujący wpływ na odczucie komfortu przez użytkowników. Najwyższa prędkość powietrza występuje nisko nad podłogą w bezpośrednim sąsiedztwie nawiewnika (rys.3).


Rys. 1. Wentylacja mieszająca


Rys. 2. Wentylacja źródłowa


Rys. 3. Rozkład strugi powietrza


Rys. 4. Kształt strug powietrza w nawiewnikach płaskich

Nawiewniki wyporowe

Zalety:
■ możliwość wprowadzenia dużych ilości powietrza,
■ dobra wentylacja strefy przebywania,
■ możliwość zmniejszenia wydatków powietrza w stosunku do wentylacji mieszającej,
■ wypychanie zanieczyszczeń do strefy wyciągu.

Wady:
■ tylko do chłodzenia,
■ możliwe odczuwanie przeciągów wewnątrz strefy krytycznej,
■ zajmują miejsce na ścianie i podłodze.


Rys. 5. Wypływ powietrza z nawiewnika o dużej szerokości


Rys. 6. Nawiewniki systemu push-pull w spawalni

Prędkość ta zależy od wielu czynników – kształtu powierzchni nawiewnika (płaska/walec itp.), jego wymiarów (wysokość, szerokość), różnicy temperatury i prędkości Vo – na wylocie. Przy czym należy zwrócić uwagę, że prędkość na wylocie należy uśrednić do całej powierzchni czoła nawiewnika, bez uwzględnienia stopnia perforacji.
W przypadku nawiewu powietrza zimniejszego niż wewnętrzne dodatkowe zwiększenie prędkości strugi następuje na skutek opadania powietrza w dół. Dla komfortu największe znaczenie ma miejsce, w którym na wysokości 0,1 m struga uzyskuje prędkość 0,2 m/s – strefa ta nazywana jest miejscem krytycznym.
Jeżeli chodzi o parametry doborowe przy chłodzeniu to dla klimatyzacji komfortu należy przyjmować prędkość Vo =0,25 m/s i różnicę temperatury między powietrzem wewnętrznym i nawiewanym nie większą niż -20 C. Dla obiektów przemysłowych można nieco podnieść granice i przyjmować Vo <= 0,5 m/s i maksymalną różnicę temperatury do 50 C. Do ogrzewania nawiewników wyporowych stosować nie należy.
Najczęściej spotykane kształty nawiewników to prostokąt oraz walec i jego wycinki. Nawiewnik w kształcie półokręgu w porównaniu z nawiewnikiem prostokątnym o identycznej prędkości nawiewu będzie się charakteryzował znacznie szybszym spadkiem prędkości strugi nawiewnej. Nawiewniki mające dużą wysokości w stosunku do szerokości charakteryzują się szybkim spadkiem prędkości, podobnie jak nawiewniki o powierzchni pół-walca.
Nawiewniki stosunkowo szerokie wprowadzają powietrze w formie szerokiej „fali” i spadek prędkości jest znacznie mniejszy, a dodatkowo często pojawia się charakterystyczny przepływ zwrotny (rys. 4).
Nawiewniki wyporowe najczęściej stosowane są w przemyśle, gdzie przy dobrym zaprojektowaniu układu pozwalają zredukować ilość powietrza o około 20–40% w stosunku do wentylacji wykorzystującej nawiewniki wirowe. Doskonałym przykładem są systemy push-pull dla spawalni – nawiewniki wyporowe wprowadzają świeże powietrze do stanowisk spawalniczych, gdzie ogrzewa się ono od zysków ciepła przy spawaniu i unosi do góry wraz z zanieczyszczeniami gazowymi, dymem i drobnym pyłem spawalniczym. Niestety nie nadają się np. do szlifierni, gdzie zanieczyszczenia są dużo cięższe od powietrza i nie ma zysków ciepła.
W budynkach użyteczności publicznej najlepszymi pomieszczeniami do stosowania tego typu nawiewników są sale konferencyjne, teatralne i pomieszczenia wysokości powyżej 3 metrów, w których nawiewniki wyporowe pozwalają zredukować objętość przestrzeni komfortu. Coraz częściej nawiewniki malowane na różne kolory stanowią element wystroju wnętrza.

Mariusz Szczepkowski
TECMA