Pojęcia ogólne

O stanie dobrego samopoczucia ludzi w pomieszczeniach użyteczności publicznej lub o właściwym stanie powietrza w pomieszczeniach przemysłowych przy stosowaniu wentylacji mechanicznej, czy też klimatyzacji, decyduje poprawne obliczenie ilości powietrza wentylacyjnego i prawidłowe rozwiązanie rozprowadzenia tego powietrza w pomieszczeniu.
Rozwiązanie sposobu rozprowadzenia powietrza przez wentylatory w pomieszczeniu nazywamy rozdziałem powietrza wentylacyjnego. Przez rozdział powietrza należy rozumieć takie rozmieszczenie i dobór nawiewników i wywiewników, który zapewniłby równomierne rozprowadzenie obliczonej ilości powietrza w danym pomieszczeniu przy jednoczesnym zapewnieniu w strefie przebywania ludzi właściwego rozkładu pól temperatur, prędkości powietrza i koncentracji zanieczyszczeń.

Opracowanie koncepcji rozdziału powietrza jest skomplikowane, gdyż prawie każde pomieszczenie wymaga indywidualnego rozwiązania tego zagadnienia, zwłaszcza w budownictwie przemysłowym. Pomyślne rozwiązanie rozdziału powietrza zależy w każdym przypadku od umiejętnego i właściwego wykorzystania materiału doświadczalnego podanego w niniejszym artykule. W wielu przypadkach, zwłaszcza dla pomieszczeń dużych i wysokich, najwłaściwszym sposobem byłoby rozwiązywanie tego zagadnienia na modelach. Projektujący urządzenie wentylacji mechanicznej powinien być świadom tego, że bez prawidłowo opracowanego rozdziału powietrza nie można uzyskać efektywnie działającego urządzenia nawet w przypadku poprawnie ustalonej ilości powietrza wentylacyjnego, właściwego zaprojektowania przewodów powietrznych i doboru najlepszej jakości elementów wyposażenia urządzeń wentylacyjnych – wentylatorów lub klimatyzacyjnych – klimatyzatorów.

Strumień powietrzny

Podczas napływu powietrza wentylacyjnego do pomieszczenia wypełnionego powietrzem – powstaje strumień zatopiony, który w technice wentylacyjnej nazywamy w skrócie strumieniem powietrznym.

Strumienie powietrzne mogą być swobodne i półograniczone. Strumieniem swobodnym nazywamy taki strumień, który rozwija się w ośrodku powietrznym będącym w stanie względnego bezruchu i w przestrzeni nieskrępowanej powierzchniami przegród tworzących pomieszczenie. Strumieniem półograniczonym nazywamy taki strumień, który rozwija się wzdłuż powierzchni ściany lub sufitu. Strumień powietrza opuszczający wylot ma z reguły charakter ruchu burzliwego, przy czym temperatura powietrza w strumieniu może być wyższa lub niższa od temperatury powietrza w pomieszczeniu. Takie strumienie nazywamy nie izotermieznymi. Strumień izotermiczny, jest strumieniem powietrza o temperaturze równej temperaturze powietrza w pomieszczeniu, w praktyce wentylacyjnej występuje dość rzadko. Ponadto należy rozróżniać strumienie skupione, gdy wektory prędkości wypływu powietrza z nawiewnika są równoległe wzajemnie, względnie strumienie rozproszone, gdy wektory prędkości wypływu powietrza z nawiewnika tworzą między sobą pewien kąt.

Teoretycznie będziemy rozpatrywali izotermiczny strumień powietrza, który po opuszczeniu wylotu będzie kontynuował swój ruch w otaczającym go powietrzu jako strumień swobodny. Ruch powietrza w takim strumieniu (jak już uprzednio wspomniano) ma charakter burzliwy, wskutek czego występuje także ruch cząsteczek powietrza w kierunku poprzecznym do kierunku ruchu strumienia. Skrajne cząsteczki, wychodzące poza zasadniczą masę strumienia, przenoszą do granicznej warstwy otaczającego i względnie nieruchomego powietrza pewien ruch, który powoduje, że cząsteczki tego powietrza rozpoczynają ruch w kierunku strumienia powietrza.

Klasyczne teorie, określające zachowanie się swobodnego strumienia powietrza w pomieszczeniu, zostały opracowane dla wylotu niezasłoniętego w kształcie dyszy z zaokrąglonymi krawędziami.

W praktyce wentylacyjnej stosuje się wyloty przesłonięte różnego rodzaju osłonami jak łopatki kierujące, kraty, siatki, płyty perforowane itp., które powodują podział strumienia powietrza na szereg strumieni jednostkowych, łączących się następnie w jeden strumień w pewnej odległości od wylotu.

Analizując charakter strumieni powietrza, wypływających z różnego rodzaju wylotów stwierdzić można, że poza pewnym przekrojem początkowym, kształt strumieni jest podobny i praktycznie niezależny od rodzaju wylotu.

Oznacza to. że zależność jest słuszna dla wszelkiego rodzaju wylotów o przekroju kołowym lub kwadratowym przy wyrównanym polu prędkości o przekroju początkowym. Konieczna przy tym jest znajomość takich charakterystycznych wielkości dla przekroju początkowego, jak prędkość i przekrój łączny strumienia powietrza. Z doświadczeń wynika. że dla wylotów z obudową należy wyodrębnić strefę formowania się właściwego strumienia powietrza, leżącą między płaszczyzną wylotu a przekrojem początkowym. Zjawiska zachodzące w lej strefie decydują o własnościach strumienia powietrza w przekroju początkowym.

Wskutek zastosowania obudowy wylotu, jak to już wspomniano uprzednio, następuje podział strumienia powietrza na szereg strumieni jednostkowych. Omawianemu podziałowi całkowitego strumienia powietrza towarzyszy znaczne zróżnicowanie ciśnień statycznych w przekroju. W przestrzeniach wolnych, powstałych między strumieniami jednostkowymi. panuje podciśnienie będące przyczyną występowania dwojakiego rodzaju zjawisk:

  • ruchu wirowego powietrza w ramach wydzielonych przestrzeni, czemu towarzyszy strata pędu całkowitego strumienia powietrza oraz przewężenie tego strumienia,
  • zasysanie znacznych ilości powietrza z otoczenia

Oba te zjawiska występują tym wyraźniej, im większy jest stopień przesłonięcia płaszczyzny wylotu.

Ilość ciepła przenoszonego przez strumień powietrza jest praktycznie stała wzdłuż całej jego drogi. Wskutek różnej intensywności mieszania strumienia powietrza z powietrzem otoczenia, spadek temperatury w strumieniu powietrza ma inny przebieg w strefie formowania się strumienia, niż poza przekrojem początkowym.

Analizując warunki wypływu powietrza przez płaszczyznę osłaniającą wylot, stwierdzić można występowanie przewężenia jednostkowych strumieni powietrza spowodowane wpływem ostrych krawędzi obudowy oraz przewężenia całkowitego strumienia powietrza. Wielkości współczynników kontrakcji (przewężenia) są uzależnione od wzajemnego oddziaływania sąsiadujących jednostkowych strumieni powietrza. Ogólnie stwierdzić można, że o wielkości współczynnika decyduje układ geometryczny powierzchni wylotu oraz wielkość pędu jednostkowych strumieni powietrza.

« »