nawiewniki w wentylacji

Nawiewnik jest końcowym elementem instalacji wentylacyjnej lub klimatyzacyjnej. Jego zadaniem jest wprowadzenie powietrza do strefy pracy w sposób zapewniający warunki komfortu przebywającym wewnątrz ludziom. W obiektach przemysłowych głównym zadaniem klimatyzacji i wentylacji jest np. odebranie zysków ciepła powstających w wyniku procesów technologicznych i w takich przypadkach komfort ludzi schodzi często na dalszy plan. 
   Element nawiewny musi być tak skonstruowany i dobrany przez projektanta, aby dostarczany przez niego strumień nie powodował uczucia przeciągu, zbyt dużej stratyfikacji temperatury w pomieszczeniu oraz hałasu. Innym ważnym zagadnieniem, łączącym się ściśle z doborem nawiewników, jest odpowiednie zaprojektowanie rozdziału powietrza w pomieszczeniu. Źle zaprojektowana lokalizacja nawiewników i elementów wywiewnych może być powodem niedotrzymania założonych parametrów komfortu cieplnego wewnątrz pomieszczenia (rys. 1). 

 
Rys. 1. Przykładowy rozdział powietrza przy użyciu kratek wentylacyjnych 

   Typ nawiewników odpowiednich dla danego przypadku zależy najczęściej od następujących czynników: 
• rodzaju wentylacji (mieszająca, wyporowa), 
• wymiarów pomieszczenia (szczególnie wysokości), 
• strumienia objętościowego powietrza wentylacyjnego. 

   Dobór nawiewników przeprowadza się w oparciu o charakterystyki danego elementu nawiewnego lub typoszeregu elementów. Z charakterystyk występujących często pod postacią nomogramów można zwykle odczytać takie dane jak: 
• spadek ciśnienia, 
• poziom hałasu, 
• zasięg strumienia nawiewanego. 
   W niektórych przypadkach można także spotkać informacje o szerokości i ugięciu strumienia w zależności od różnicy temperatury pomiędzy powietrzem nawiewanym a otoczeniem oraz wielkości i lokalizacji elementu. 
   Wśród nomogramów do doboru nawiewników najbardziej powszechny jest wykres zależności przepływu powietrza od spadku ciśnienia, na którym przedstawione są także dane dotyczące poziomu mocy akustycznej lub poziomu dźwięku w pomieszczeniu z uwzględnieniem tłumienia typowego pomieszczenia. Jeżeli nawiewnik wyposażony jest w dodatkowe elementy mające wpływ na jego pracę (np. przepustnica), to producenci uwzględniają wpływ danego urządzenia na odczytywane wyniki poprzez zamieszczenie dodatkowych nomogramów lub tabel. 
   Właściwe zaprojektowanie rozdziału powietrza w pomieszczeniu wymaga sprawdzenia szeregu warunków w procesie doboru nawiewników (rys. 2). (...) 

 
Rys. 2. Podstawowe parametry podlegające sprawdzeniu w procesie doboru nawiewników 

Elastyczność rozwiązania 
   Elementy nawiewne stanowiące istotną składową część współczesnych systemów klimatyzacyjnych muszą wykazywać się elastycznością działania pozwalającą na wykorzystanie ich w zmiennych warunkach eksploatacji pomieszczenia. Powinny one pozwalać na spełnienie wysokich wymagań stawianych przez użytkowników pomieszczeń niezależnie od pór roku oraz trybu pracy całego obiektu.

Nawiewniki - wiele rodzajów 
   Problem dostosowania do zmiennych warunków pracy wydaje się być szczególnie istotny w przypadku nawiewników przeznaczonych do montażu sufitowego (np. anemostaty, nawiewniki wirowe). Aby zapewnić prawidłowe warunki w strefie pracy element nawiewny musi dawać możliwość całkowitej zmiany charakterystyki nawiewu. W przypadku, kiedy nawiewnik dostarcza do pomieszczenia powietrze chłodne, strumień rozchodzi się pod sufitem poziomo, zwiększając swój zasięg dzięki efektowi Coanda'y. Kiedy jednak wykorzystujemy ten sam nawiewnik do ogrzewania powietrza w pomieszczeniu, strumień nawiewany jest w kierunku pionowym, tak, aby mógł dotrzeć do strefy pracy (rys. 5).  

 
Rys. 5. Nawiewnik pracujący w trybie ogrzewania i chłodzenia 

Największy zasięg - dysze 
   Kwestia dostosowania konstrukcji nawiewnika do nawiewu nieizotermicznego jest także niezwykle istotną, w przypadku elementów przeznaczonych do nawiewania strumieni o dalekich zasięgach, takich jak dysze. 
   Strumienie dalekiego zasięgu charakteryzują się występowaniem znacznych prędkości, a przy nawiewie poziomym nawet nieduża odchyłka strugi od kierunku przewidzianego przez projektanta może być przyczyną dużej zmiany warunków panujących w strefie pracy, a w konsekwencji dyskomfortu użytkownika, bądź też niedotrzymania charakteru procesu produkcyjnego. W konstrukcjach wychodzących naprzeciw tym wymaganiom regulacja kąta nawiewanego strumienia odbywa się poprzez zmianę kąta nachylenia dyszy (rys. 7), dokonywaną ręcznie, bądź też w przypadku nowoczesnego systemu za pomocą siłownika mechanicznego sterowanego przez odpowiedni układ automatyczny.

 
Rys. 7. Zmiana kąta strumienia powietrza nawiewanego przez dyszę przy trybie chłodzenia i ogrzewania 

klimatyzacja- regulacja temperatury

 Klimatyzacja w  okresie roku, gdy wymagane jest nawilżanie powietrza (t_Zm < t_Km ≈ i_Z < i_K), zadaniem układu regulacji jest sprowadzenie stanu powietrza przed złożem zraszanym do stanu scharakteryzowanego punktem M leżącym na linii termometru mokrego (t_Km ≈ a i_K). Wówczas po nawilżeniu wodnym uzyskuje się wymaganą zawartość wilgoci w powietrzu nawiewanym. Klimatyzacja natomiast w okresie roku, gdy wymagane jest osuszanie powietrza, zadaniem układu jest ochłodzenie powietrza i wykroplenie z niego wilgoci w takiej ilości, aby również uzyskać wymaganą wartość temperatury termometru mokrego powietrza za chłodnicą tKm. Jak wynika z wykresu i-x, do przeprowadzenia przemiany od parametrów punktu Z do punktu N wymagane jest często "podwójne" zapotrzebowanie na energię, a mianowicie: 
- w przypadku nawilżania (wodnego) - nagrzewanie i rezygnacja z części odzysku ciepła, 
- w przypadku osuszania powietrza - ochłodzenie, ogrzewanie i czasami rezygnacja z możliwego odzysku ciepła. 
   W obu przypadkach skutkiem jest zwiększone zużycie energii i większa energochłonność procesu uzdatniania powietrza. W artykule określono wartości zużycia energii oraz sprawności i energochłonności tego typu procesów. Obliczenia przeprowadzono przy wykorzystaniu programu symulacyjnego dla okresu jednego roku w warunkach klimatycznych Polski. Dla określenia konkretnych wartości zużycia energii, oraz sprawności przyjęto określone wyposażenie centrali, algorytm regulacji, zmiany parametrów powietrza zewnętrznego i wewnętrznego, zmiany wydzielanych zysków ciepła i wilgoci w pomieszczeniu oraz czas pracy instalacji. 

Obliczenia symulacyjne 

Wyposażenie centrali 
   Do obliczeń przyjęto schemat technologiczny centrali klimatyzacyjnej wraz ze schematem układu sterowania pokazany na rys. 2. 

 
Rys. 2. Analizowany schemat technologiczny oraz układy regulacji centrali 

Wyposażenie centrali stanowią: 
- komora mieszania zapewniająca I recyrkulację powietrza w systemie, 
- nagrzewnica wstępna wodna na przewodzie powietrza zmieszanego 
- złoże zraszane wodne, 
- chłodnica powierzchniowa wodna, 
- nagrzewnica wtórna wodna. 

Algorytm sterowania 
   Do symulacji przyjęto kaskadowe układy regulacji temperatury klimatyzacji i wilgotności powierza w pomieszczeniu. W układzie regulacji temperatury obwód nadrzędny reguluje temperaturę powietrza w pomieszczeniu, natomiast obwód podrzędny - temperaturę powietrza nawiewanego. W układzie regulacji wilgotności względnej nadrzędny reguluje wilgotność względną powietrza w pomieszczeniu, natomiast obwód podrzędny - temperaturę termometru mokrego powietrza za urządzeniem zraszającym W przyjętym algorytmie, temperatura powietrza nawiewanego utrzymywana jest poprzez zmianę mocy nagrzewnicy wtórnej. 

 
Rys. 3. Sekwencje działania urządzeń centrali w układzie regulacji wilgotności (a) i temperatury (b) 
Podsumowanie 
   Reasumując należy stwierdzić, że największy wpływ na zużycie energii w analizowanych procesach uzdatniania powietrza, ma nie udział powietrza zewnętrznego (warianty 1÷5, tabela), ale wartości zadane i dopuszczalne zmiany parametrów powietrza wewnętrznego (warianty 6÷9). Wynika to z faktu różnych wartości energochłonności procesów przemiany powietrza w centrali klimatyzacyjnej dla poszczególnych miesięcy w roku; przy czym największą energochłonność wykazują procesy osuszania powietrza przez jego ochłodzenie i wykroplenie nadmiaru wilgoci. Generalnie można zatem stwierdzić, że w warunkach klimatycznych Polski, w zakresie parametrów komfortu cieplnego człowieka, im wyższa jest nastawa wartości zadanej wilgoci względnej powietrza w pomieszczeniu, tym mniejsze zużycie energii.