Proč se vzduch drží stropu
Většina moderních talířových ventilů a stropních anemostatů neposílá vzduch přímo dolů. Vyfoukne ho do stran těsně pod strop. Proud u rovné plochy vytvoří podtlak a k ploše se „přilepí“. Tento jev se nazývá Coandův efekt.
Výhoda je jednoduchá: rychlý a mírně chladnější vzduch jde nad hlavami. Cestou zpomalí, promíchá se se vzduchem v místnosti a vyrovná se s její teplotou. K lidem přijde pomalý a temperovaný. Proud se však stropu drží jen do chvíle, než mu něco zastaví cestu. Nejčastěji je to stěna.
Co se stane, když proud narazí na stěnu
U stěny se proud otočí směrem dolů a steče po ní k podlaze. Pak pokračuje po podlaze tam, kam ho táhne podtlak, tedy ke dveřím a ke spáře pod nimi. Odvod vzduchu je totiž v koupelně, na WC nebo v kuchyni a vzduch z pokoje k němu proudí právě pode dveřmi.
- čerstvý vzduch jde kolem lidí po podlaze a z pokoje odejde dřív, než ho promíchá,
- u nohou je chladnější a rychlejší vzduch, který lidé vnímají jako průvan,
- ve výšce hlavy zůstává více starého vzduchu.
Co ukázala simulace
Spočítali jsme proudění v pokoji 4,0 × 3,5 × 2,7 m s jedním přívodem 30 m³/h. Přívod měl 21 °C, místnost 23 °C, na jedné stěně je okno a naproti dveře se spárou u podlahy. Přívod jsme dali na tři místa: doprostřed stropu, do rohu u okna 60 cm od dvou stěn a ke dveřím 60 cm od stěny. Do přiváděného vzduchu jsme pak přidali stopovací látku, jako barvu, a sledovali, kam se za první minuty dostane.
| První 4 minuty | Střed | Roh | U dveří |
|---|---|---|---|
| První čerstvý vzduch pode dveřmi | po 99 s | po 68 s | po 35 s |
| Odešlo pode dveřmi z přiváděného vzduchu (4,5 min) | 1,3 % | 2,8 % | 4,4 % |
| Čerstvý vzduch u nohou / ve výšce hlavy ve stoje | 4,2 / 4,8 % | 7,3 / 4,0 % | 2,8 / 5,0 % |
| Proud se vrací od stěny už ve vzdálenosti od přívodu | 1,5 m | 0,7 m | 1,3 m |
| Riziko průvanu DR, 95 % pobytové zóny | 2,1 % | 4,4 % | 1,8 % |
Při dokonalém promíchání by bylo po 4 minutách všude 5,15 % čerstvého vzduchu. Riziko průvanu DR podle EN ISO 7730 udává předpokládaný podíl lidí nespokojených s průvanem.
Střed: čerstvý vzduch se po výšce rozložil nejrovnoměrněji a pode dveře se dostal nejpozději.
Roh: proud se od stěn vracel už 70 cm od přívodu a stékal dolů. U nohou bylo téměř dvakrát víc čerstvého vzduchu než ve výšce hlavy a riziko průvanu bylo dvojnásobné. Stále je nízké, ale tento rozdíl způsobilo jen posunutí přívodu.
U dveří: průvan se nezvýšil, zato čerstvý vzduch začal odcházet pode dveřmi ještě v první minutě. Část vzduchu, který ohřála rekuperační jednotka, prošla pokojem bez užitku.
Videa ze simulace
První video ukazuje stejný řez pokojem jako obrázek výše, ale v čase. Modrá barva je čerstvý vzduch z přívodu, čím tmavší, tím ho je víc.
Čas od spuštění přívodu, 4,5 minuty zrychlené 10×. Svislý řez osou přívodu, vlevo stěna s oknem, vpravo stěna s dveřmi.
Druhé video sleduje jednotlivé částečky vzduchu, které vycházejí z přívodu. Vidíte celý pokoj z boku. Barva ukazuje, jak dlouho je částečka v pokoji: tmavě modré jsou čerstvě vypuštěné, zelené a žluté jsou v pokoji už několik minut.
Stejné tři polohy a stejný čas, zrychleno 10×. U dveří si všimněte, jak částečky už v první minutě klesají k podlaze u dveří.
Jak umístit přívod v praxi
- Malý pokoj (ložnice, dětský pokoj, pracovna): jeden přívod co nejblíže ke středu stropu. Pokud je tam svítidlo, posuňte přívod vedle něj, ne ke stěně.
- Velká místnost (obývák s kuchyní): více přívodů, každý alespoň 2 až 3 m od stěny. Rozmístěte je rovnoměrně, přibližně na dvojnásobek odstupu od stěny. Kde se setkají dva proudy, chovají se podobně jako u stěny a otočí se dolů.
- Daleko od dveří. Dveře vedou k odvodu, přívod u nich je zkrat.
- Bez překážek pod stropem. Vysoká skříň, trám, schod v sádrokartonu nebo velké svítidlo v cestě proudu ho odtrhnou od stropu dřív.
- Přívod u okna neohřeje studené sklo. Stékání studeného vzduchu ze skla bylo v simulaci u každé polohy. Řeší ho kvalitní okno a topení pod ním, ne poloha přívodu.
Na čem ještě záleží
- Nastavení ventilu. Talířový ventil s příliš otevřenou mezerou nebo vyústka, která fouká šikmo dolů, Coandův efekt nevyužije. Pokud to systém umožňuje, regulujte průtok v potrubí nebo v boxu, ne přivíráním talířku.
- Průtok. Při vyšším průtoku sahá proud dál, proto je potřeba větší odstup od stěn. Pomůže údaj výrobce o dosahu proudu.
Pokud hledáte anemostat s regulátorem přímo v boxu, podívejte se na přechodový box s anemostatem Flow 125.
Simulace není umělá inteligence
Výsledky v tomto článku nevytvořila umělá inteligence. AI proudění vzduchu spočítat neumí, dokáže nanejvýš napodobit obrázek, který vypadá věrohodně. Použili jsme simulaci proudění, odborně CFD (výpočtová dynamika tekutin).
Simulační software rozdělí pokoj na statisíce malých buněk. V každé z nich řeší fyzikální rovnice, které popisují zachování hmoty, hybnosti a energie. Počítá tak, jak vzduch proudí, jak se míchá, jak ho brzdí stěny a jak teplejší vzduch stoupá a chladnější klesá. Při časovém výpočtu to opakuje v krocích kratších než desetina sekundy.
Jsou to náročné výpočty. Jedna poloha přívodu znamenala více než 8 000 časových kroků a v každém se řeší rovnice pro všechny buňky najednou. Výpočet běžel paralelně na více jádrech procesoru a jedna poloha trvala asi tři čtvrtě hodiny. Výpočty s celou geometrií ventilu mají miliony buněk a trvají ještě déle.
Díky tomu umíme velmi přesně simulovat, co se děje ve skutečnosti. Na stejných principech se navrhují letadla, auta i větrací systémy. Simulace navíc ukáže rychlost a teplotu v každém bodě pokoje najednou, což bychom měřením nezachytili.
Podmínky výpočtu
| Pokoj | 4,0 × 3,5 × 2,7 m, okno na jedné stěně, naproti dveře se spárou 10 mm u podlahy |
|---|---|
| Přívod | 30 m³/h, 21 °C, obecný proud u stropu, ne konkrétní výrobek |
| Místnost | 23 °C, sklo okna 18 °C |
| Polohy přívodu | střed stropu; roh u okna, 60 cm od dvou stěn; u dveří, 60 cm od stěny |
| Výpočet | časový výpočet proudění s vlivem teploty, prvních 4,5 minuty, 370 až 440 tisíc buněk |
Výpočet nezahrnuje lidi, zdroje tepla, otevřené dveře ani úplné promíchání, které trvá déle.
Časté otázky
Dělá tyto simulace umělá inteligence?
Ne. Jde o fyzikální výpočet proudění, který řeší rovnice pro statisíce buněk pokoje. AI takové výpočty dělat neumí.
Co když je uprostřed stropu svítidlo?
Posuňte přívod vedle svítidla tak, aby zůstal co nejdál od stěn a od dveří. Proud by neměl hned narazit na velké závěsné svítidlo.
Platí to i pro jiné značky anemostatů?
Ano, pokud vedou vzduch podél stropu. Simulace nepoužila konkrétní výrobek, ale obecný proud vzduchu u stropu.
Není lepší dát přívod k oknu, kde je nejchladněji?
Ne. Studený vzduch ze skla stéká nezávisle na poloze přívodu. Přívod v rohu u okna v simulaci přinesl nejvíce čerstvého vzduchu k nohám a nejvyšší riziko průvanu.
Jak daleko od stěny při vyšším průtoku?
Dál. Dosah proudu roste s průtokem, proto se řiďte údajem výrobce o dosahu a rozmístěte více přívodů s menším průtokem.