Maksymalna efektywność grawitacyjnych wywietrzników Zefir-150

Jak poprawiono maksymalną efektywność wywietrzników grawitacyjnych Zefir-150? Szereg wymagań stawianych przez ciągle rozwijającą się technikę powoduje, że każdy projektant systemów wentylacyjnych jest zmuszony do ciągłego poszukiwania nowych rozwiązań.

W efekcie wyrób istniejący albo nowoprojektowany ma wyższy poziom jakości przy zwiększonej wydajności pracy.
Jeszcze do niedawna podczas prac w tym zakresie konieczne było przeprowadzenie badań prototypowych oraz wykonanie prób w odpowiedniej, niemałej ilości. Kluczowe miejsce zajmowało montowanie szeregu stanowisk pomiarowych i wprowadzanie kolejnych zmian. Uzyskanie założonego efektu w zależności od stopnia skomplikowania problemu, wymagało czasu. Niejednokrotnie trwało to nawet kilka miesięcy, ale bardzo często optymalny efekt końcowy był kompromisem zdeterminowanym przez rachunek ekonomiczny. Dla naukowców i konstruktorów kluczową rolę odgrywał bowiem wspomniany już czas, a ze względów finansowych produkt musiał być możliwie najszybciej wprowadzony na rynek.
Obecnie konstruktor ma do dyspozycji zaawansowane oprogramowanie wspomagane wydrukiem w technologii 3D, a więc wszelkie pomysły są błyskawicznie urealniane. Oprócz tego wykorzystuje się możliwości w zakresie symulacji quasi rzeczywistej produktu. Tym sposobem warsztat pracy konstruktora ma szereg narzędzi, zatem produkty końcowe cechuje nie tylko doskonałość, ale i krótszy czas powstawania oraz, co ważne, niższe koszty związane z wykonaniem prototypu.

Tab. 1 Tabela zbiorcza wartości podciśnienia (P_a) na wlocie do wywietrznika w funkcji prędkości i kąta padania wiatru.
Siła wiatru	-60°	-45°	-30°	0	+30°	+45°	+60°
2 m/s	-0,40	-0,10	-0,12	-0,68	-0,21	-0,10	-0,05
4 m/s	-0,52	-0,48	-0,46	-2,62	-0,41	-0,32	-0,22
6 m/s	-1,75	-1,43	-1,00	-5,21	-0,90	-0,70	-0,51
8 m/s	-1,96	-1,55	-1,25	-11,49	-1,24	-1,26	-1,15

Tab. 2 Wartości współczynnika j dla różnego poziomu przepływu powietrza przez wywietrznik
Lp.	w	p_s	p_d	ξ
1	0,5	0,09	0,15	0,66
2	1	0,53	0,6	0,88
3	1,5	1,2	1,35	0,88
4	2	2,1	2,4	0,87
5	4	7,6	9,6	0,79

Jak powstawał model?

Model został wykonany w środowisku Creo 3.0, a następnie poddano go analizie przy użyciu programu FloEFD. Wizualizacja wartości podciśnień oraz strug i turbulencji powietrza występujących we wnętrzu wywietrznika i wokół niego, przedstawiono na rys. 3 – 8. Wyniki wartości podciśnień zawiera tabela 1. Należy zaobserwować, że efektywność osiąga najwyższy poziom wraz z poziomą strugą wiatru, ale w każdym przypadku przy różnych kątach jego padania występują podciśnienia. Jest to istotne dla zapewnienia poprawnej pracy wywietrznika na obiekcie. Taka konstrukcja wywietrznika zapewnia minimalizowanie zjawiska „cofki” powietrza do kanału z zewnątrz, co jest głównym problemem wentylacji naturalnej w budynkach.
Zmiany współczynnika oporu miejscowego ξ również analizowano za pomocą programu symulacyjnego.
Wyniki zebrano w tabeli 2, a obliczony na bazie tych wartości współczynnik ξ wynosi 0,83. Jest to kilkakrotnie mniej niż przed modyfikacją żaluzji, tym samym uzyskany wynik w pełni spełnia postawiony na wstępie cel projektowy.
Rys. 9 przedstawia przykładowy profil prędkości i wartości ciśnień w przestrzeni wywietrznika w wariancie, gdy powietrze przez niego przepływa.

Co dalej zrobili konstruktorzy?

W następnej kolejności konstruktorzy analizowali wyniki w rzeczywistości pomiarowej. Już podczas pierwszych prób przeprowadzonych w tunelu aerodynamicznym wyszło, że wyniki są zbieżne z badaniami symulacyjnymi. Oprócz tego porównawcze badania przeprowadzono w odniesieniu do poprzedniej, wklęsłej wersji żaluzji wywietrznika
Zefir-150. Wyniki zostały zilustrowane za pomocą wykresu. Widoczna jest zdecydowana różnica in plus na korzyść wywietrznika z żaluzją wypukłą. Zarówno jej efektywność, jak i niższy współczynnik oporu miejscowego ξ zapewnia efekt podciśnienia przy wyższych wydajnościach przepływu powietrza w kanałach wentylacyjnych.

Rys. 2. Schemat pomiarowy badanego modelu wywietrznika Zefir-150/M.

Rys. 3. Aksjonometryczny schemat badanego modelu wywietrznika Zefir-150/M z zaznaczonym przekrojem poddanym analizie modelowej prędkości powietrza.

Rys. 4. Aksjonometryczny schemat badanego modelu wywietrznika Zefir-150/M z zaznaczonym przekrojem poddanym analizie modelowej ciśnienia.

Rys. 5. Wizualizacja prędkości powietrza oraz występujących stref przyspieszeń i kierunków w bezpośredniej bliskości zamontowanego wywietrznika.

Rys. 6. Wpływ działania poziomej strugi wiatru na prędkość powietrza w korpusie wywietrznika. Widoczna strefa przyspieszenia strugi oraz turbulencje na żaluzji od strony kierunku naporu wiatru.