Szukanie maksymalnej efektywności wywietrzników grawitacyjnych Zefir-150

Wymagania stawiane przez współczesny świat techniki nie pozwalają spocząć na laurach. Również ambitny projektant urządzeń wentylacyjnych ciągle poszukuje nowych rozwiązań, które wdrożone w nowy wyrób lub już istniejący ale będący na etapie modyfikowania, pozwoli postawić go na wyższym poziomie jakości i zwiększy efektywność jego działania.

Procesy te, jeszcze do niedawna wymagały wielu prób, badań prototypowych, kolejnych zmian i montowania kosztownych stanowisk pomiarowych.
Uzyskanie optymalnego efektu trwało w zależności od złożoności problemu, nieraz wiele miesięcy a efekt końcowy nierzadko był pewnym kompromisem, wymuszonym względami ekonomicznymi. Czas poganiał badaczy i konstruktorów, bo przecież względy ekonomiczne nakazywały jak najszybciej wprowadzić produkt na rynek.
Współczesny konstruktor, wyposażony w zaawansowane oprogramowanie, posiadający możliwości wydruku w technice 3D swoich pomysłów, posiada jeszcze narzędzia symulacji quasi rzeczywistej wyrobu. Ma więc potężne narzędzia w swoim warsztacie pracy a produkty finalne są doskonalsze i powstają szybciej, przy zmniejszonych nakładach na wykonanie prototypu.
Prześledźmy ostatnią modyfikację wywietrznika grawitacyjnego Zefir-150. Produkt ten powstał kilkanaście lat temu, jednak teraz stanęliśmy przed zadaniem poprawienia jego efektywności. Ograniczeniem były gabaryty, chodziło o to, by – nie zmieniając wysokości i średnicy zewnętrznej – tak przemodelować kształt żaluzji, by poprawić poziom podciśnień wytwarzanych w strudze powietrza zewnętrznego. Po kilku próbach projektowych powstała żaluzja, która z wklęsłej stała się wypukła. Tak skonstruowany wywietrznik poddano badaniom modelowym.
Na rys. 1 przedstawiono schemat pomiarowy, w którym widać, że badane urządzenie starano się sprawdzić przy różnych prędkościach i kątach padania wiatru na wywietrznik.

Model wykonany w środowisku Creo 3.0, poddano analizie wykorzystując program FloEFD. Wizualizację wartości podciśnień oraz strug i turbulencji powietrza zarówno wewnątrz wywietrznika, jak również wokół niego, przedstawiają rysunki 2 – 7, a wyniki wartości podciśnień zapisano w tabeli 1. Widać wyraźnie, że efektywność jest największa przy poziomej strudze wiatru, ale w każdym przypadku przy różnych kątach jego padania występują podciśnienia, co jest istotne dla poprawnej pracy wywietrznika na obiekcie. Wywietrznik o takich cechach minimalizuje „cofki” powietrza do kanału z zewnątrz, a to jest przecież główna bolączka wentylacji naturalnej w budynkach.

 
Jak zmienił się współczynnik oporu miejscowego ξ? Tu również przyszedł z pomocą program symulacyjny.
Rys. 8 przedstawia przykładowy profil prędkości i wartości ciśnień w przestrzeni wywietrznika w wariancie gdy powietrze przez niego przepływa.

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.

Wykres charakterystyki podciśnień i wydajności Zefira-150/M dla różnej prędkości wiatru.

Wykres porównawczy wywietrznika Zefir-150 oraz wywietrznika Zefir-150/M. Widać wyraźny wzrost efektywności nowej konstrukcji.

Co pozostaje konstruktorom?

Oczywiście sprawdzić wyniki w rzeczywistości pomiarowej. Już pierwsze pomiary w tunelu aerodynamicznym pokazały zbieżność wyników z badaniami symulacyjnymi. Badania porównawczo wykonano również dla poprzedniej, wklęsłej wersji żaluzji wywietrznika Zefir-150, a wyniki przedstawiono w postaci wykresu. Widać wyraźną różnicę in plus dla wywietrznika z żaluzją wypukłą. Jej efektywność oraz niższy współczynnik oporu miejscowego ξ daje efekt podciśnienia przy wyższych wydajnościach przepływu powietrza w kanałach wentylacyjnych.

Uniwersal sp. z o.o.
40-219 Katowice, ul. Zakopiańska 1a
tel. +48 32 203 87 20
www.uniwersal.com.pl