Dlaczego powietrze trzyma się sufitu
Większość nowoczesnych zaworów talerzowych i anemostatów sufitowych nie kieruje powietrza prosto w dół. Wydmuchuje je na boki tuż pod sufitem. Strumień przy płaskiej powierzchni tworzy podciśnienie i „przykleja się” do niej. To zjawisko nazywa się efektem Coandy.
Korzyść jest prosta: szybkie i nieco chłodniejsze powietrze płynie nad głowami. Po drodze zwalnia, miesza się z powietrzem w pomieszczeniu i wyrównuje jego temperaturę. Do ludzi dociera wolne i ogrzane. Strumień trzyma się jednak sufitu tylko do momentu, gdy coś zablokuje mu drogę. Najczęściej jest to ściana.
Co się dzieje, gdy strumień uderzy w ścianę
Przy ścianie strumień skręca w dół i spływa po niej na podłogę. Potem płynie po podłodze tam, gdzie ciągnie go podciśnienie, czyli do drzwi i szczeliny pod nimi. Wywiew jest bowiem w łazience, WC lub kuchni, a powietrze z pokoju trafia do niego właśnie pod drzwiami.
- świeże powietrze płynie po podłodze obok ludzi i opuszcza pokój, zanim go przewietrzy,
- przy nogach jest chłodniejsze i szybsze powietrze, które ludzie odczuwają jako przeciąg,
- na wysokości głowy zostaje więcej zużytego powietrza.
Co pokazała symulacja
Obliczyliśmy przepływ w pokoju 4,0 × 3,5 × 2,7 m z jednym nawiewem 30 m³/h. Nawiew miał 21 °C, pomieszczenie 23 °C, na jednej ścianie jest okno, a naprzeciw drzwi ze szczeliną przy podłodze. Nawiew umieściliśmy w trzech miejscach: na środku sufitu, w rogu przy oknie 60 cm od dwóch ścian i przy drzwiach 60 cm od ściany. Następnie dodaliśmy do nawiewanego powietrza znacznik, niczym barwnik, i obserwowaliśmy, dokąd dociera w pierwszych minutach.
| Pierwsze 4 minuty | Środek | Róg | Przy drzwiach |
|---|---|---|---|
| Pierwsze świeże powietrze pod drzwiami | po 99 s | po 68 s | po 35 s |
| Uciekło pod drzwiami z nawiewanego powietrza (4,5 min) | 1,3 % | 2,8 % | 4,4 % |
| Świeże powietrze przy nogach / na wysokości głowy na stojąco | 4,2 / 4,8 % | 7,3 / 4,0 % | 2,8 / 5,0 % |
| Strumień zawraca od ściany już w odległości od nawiewu | 1,5 m | 0,7 m | 1,3 m |
| Ryzyko przeciągu DR, 95 % strefy przebywania | 2,1 % | 4,4 % | 1,8 % |
Przy idealnym wymieszaniu po 4 minutach wszędzie byłoby 5,15 % świeżego powietrza. Ryzyko przeciągu DR według EN ISO 7730 określa przewidywany odsetek osób niezadowolonych z przeciągu.
Środek: świeże powietrze rozłożyło się na wysokości najrówniej i najpóźniej dotarło pod drzwi.
Róg: strumień zawracał od ścian już 70 cm od nawiewu i spływał w dół. Przy nogach było prawie dwa razy więcej świeżego powietrza niż na wysokości głowy, a ryzyko przeciągu było dwukrotnie wyższe. Nadal jest niskie, ale tę różnicę spowodowało samo przesunięcie nawiewu.
Przy drzwiach: przeciąg nie wzrósł, za to świeże powietrze zaczęło uciekać pod drzwiami już w pierwszej minucie. Część powietrza ogrzanego przez rekuperator przeszła przez pokój bez pożytku.
Filmy z symulacji
Pierwszy film pokazuje ten sam przekrój pokoju co obraz powyżej, ale w czasie. Niebieski kolor to świeże powietrze z nawiewu, im ciemniejszy, tym więcej go jest.
Czas od włączenia nawiewu, 4,5 minuty przyspieszone 10×. Pionowy przekrój przez oś nawiewu, po lewej ściana z oknem, po prawej ściana z drzwiami.
Drugi film śledzi pojedyncze cząstki powietrza wychodzące z nawiewu. Widzisz cały pokój z boku. Kolor pokazuje, jak długo cząstka jest w pokoju: ciemnoniebieskie dopiero co wyszły z nawiewu, zielone i żółte są w pokoju już kilka minut.
Te same trzy położenia i ten sam czas, przyspieszone 10×. Przy drzwiach zwróć uwagę, jak cząstki już w pierwszej minucie opadają do podłogi przy drzwiach.
Jak umieścić nawiew w praktyce
- Mały pokój (sypialnia, pokój dziecięcy, gabinet): jeden nawiew jak najbliżej środka sufitu. Jeśli jest tam lampa, przesuń nawiew obok niej, nie w stronę ściany.
- Duże pomieszczenie (salon z kuchnią): kilka nawiewów, każdy co najmniej 2 do 3 m od ściany. Rozmieść je równomiernie, w odstępach około dwukrotności odległości od ściany. Tam, gdzie spotkają się dwa strumienie, zachowują się podobnie jak przy ścianie i skręcają w dół.
- Daleko od drzwi. Drzwi prowadzą do wywiewu, nawiew przy nich to zwarcie.
- Bez przeszkód pod sufitem. Wysoka szafa, belka, uskok w płycie g-k lub duża lampa na drodze strumienia szybciej oderwą go od sufitu.
- Nawiew przy oknie nie ogrzeje zimnej szyby. Spływ zimnego powietrza z szyby występował w symulacji przy każdym położeniu. Rozwiązuje go dobre okno i grzejnik pod nim, a nie położenie nawiewu.
Co jeszcze ma znaczenie
- Ustawienie zaworu. Zawór talerzowy ze zbyt szeroko otwartą szczeliną lub kratka nawiewająca ukośnie w dół nie wykorzysta efektu Coandy. Jeśli system na to pozwala, reguluj przepływ w przewodzie lub w skrzynce rozprężnej, a nie przymykaniem talerzyka.
- Przepływ. Przy większym przepływie strumień sięga dalej, dlatego potrzebna jest większa odległość od ścian. Pomocne są dane producenta o zasięgu strumienia.
Jeśli szukasz anemostatu z regulatorem bezpośrednio w skrzynce, zobacz skrzynkę rozprężną z anemostatem Flow 125.
Symulacja to nie sztuczna inteligencja
Wyników w tym artykule nie stworzyła sztuczna inteligencja. AI nie potrafi obliczyć przepływu powietrza, może najwyżej naśladować obraz, który wygląda wiarygodnie. Użyliśmy symulacji przepływu, fachowo CFD (obliczeniowa mechanika płynów).
Oprogramowanie symulacyjne dzieli pokój na setki tysięcy małych komórek. W każdej z nich rozwiązuje równania fizyczne opisujące zachowanie masy, pędu i energii. Oblicza w ten sposób, jak powietrze płynie, jak się miesza, jak hamują je ściany oraz jak cieplejsze powietrze się unosi, a chłodniejsze opada. W obliczeniach w czasie powtarza to w krokach krótszych niż jedna dziesiąta sekundy.
To wymagające obliczenia. Jedno położenie nawiewu oznaczało ponad 8 000 kroków czasowych, a w każdym rozwiązuje się równania dla wszystkich komórek jednocześnie. Obliczenia działały równolegle na kilku rdzeniach procesora, a jedno położenie trwało około trzech kwadransów. Obliczenia z pełną geometrią zaworu mają miliony komórek i trwają jeszcze dłużej.
Dzięki temu potrafimy bardzo dokładnie symulować to, co dzieje się w rzeczywistości. Na tych samych zasadach projektuje się samoloty, samochody i systemy wentylacji. Symulacja pokazuje ponadto prędkość i temperaturę w każdym punkcie pokoju jednocześnie, czego pomiar by nie uchwycił.
Warunki obliczeń
| Pokój | 4,0 × 3,5 × 2,7 m, okno na jednej ścianie, naprzeciw drzwi ze szczeliną 10 mm przy podłodze |
|---|---|
| Nawiew | 30 m³/h, 21 °C, ogólny strumień przy suficie, nie konkretny produkt |
| Pomieszczenie | 23 °C, szyba okna 18 °C |
| Położenia nawiewu | środek sufitu; róg przy oknie, 60 cm od dwóch ścian; przy drzwiach, 60 cm od ściany |
| Obliczenia | obliczenia przepływu w czasie z wpływem temperatury, pierwsze 4,5 minuty, 370 do 440 tysięcy komórek |
Obliczenia nie uwzględniają ludzi, źródeł ciepła, otwartych drzwi ani pełnego wymieszania, które trwa dłużej.
Częste pytania
Czy te symulacje wykonuje sztuczna inteligencja?
Nie. To fizyczne obliczenia przepływu, które rozwiązują równania dla setek tysięcy komórek pokoju. AI nie potrafi wykonywać takich obliczeń.
Co jeśli na środku sufitu jest lampa?
Przesuń nawiew obok lampy tak, aby pozostał jak najdalej od ścian i drzwi. Strumień nie powinien od razu uderzać w dużą lampę wiszącą.
Czy dotyczy to także innych marek anemostatów?
Tak, jeśli prowadzą powietrze wzdłuż sufitu. Symulacja nie używała konkretnego produktu, lecz ogólnego strumienia powietrza przy suficie.
Czy nie lepiej umieścić nawiew przy oknie, gdzie jest najzimniej?
Nie. Zimne powietrze spływa z szyby niezależnie od położenia nawiewu. Nawiew w rogu przy oknie przyniósł w symulacji najwięcej świeżego powietrza do nóg i najwyższe ryzyko przeciągu.
Jak daleko od ściany przy większym przepływie?
Dalej. Zasięg strumienia rośnie z przepływem, dlatego kieruj się danymi producenta o zasięgu i zastosuj więcej nawiewów o mniejszym przepływie.