Zwiększanie efektywności wywietrzników grawitacyjnych Zefir-150

Rys. 1. Wizualizacja prędkości powietrza oraz występujących stref przyspieszeń i kierunków w bezpośredniej bliskości zamontowanego wywietrznika

Procesy te jeszcze do niedawna wymagały wielu prób, badań prototypowych, kolejnych zmian i montowania kosztownych stanowisk pomiarowych.

W zależności od złożoności problemu, uzyskanie optymalnego efektu trwało 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.


Rys. 2. Wpływ działania poziomej strugi wiatru na prędkość powietrza w korpusie wywietrznika. Widoczna strefa przyspieszenia strugi oraz turbulencje na żaluzji od strony kierunku naporu wiatru

Współczesny konstruktor, wyposażony w zaawansowane oprogramowanie, posiadający możliwości wydruku swoich pomysłów w technice 3D, 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.


Rys. 3. Linie strugi oraz miejsca występowania turbulencji w przestrzeni żaluzyjnej wywietrznika

Modyfikacje wywietrznika Zefir-150
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.


Rys. 4. Produkt finalny

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, 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, co jest główną bolączką wentylacji naturalnej w budynkach.


Rys. 5. Wykres porównawczy wywietrznika Zefir-150 oraz wywietrznika Zefir-150/M. Widać wyraźny wzrost efektywności nowej konstrukcji

Jak zmienił się współczynnik oporu miejscowego ?? 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 ? wynosi 0,83. Jest to kilkakrotnie mniej niż przed modyfikacją żaluzji. Uzyskany wynik w pełni spełnia postawiony na wstępie cel projektowy.


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 ? daje efekt podciśnienia przy wyższych wydajnościach przepływu powietrza w kanałach wentylacyjnych.


Krzysztof Nowak
Uniwersal Sp. z o.o.