Jak kształtowanie złączy wylotowych wpływa na efektywność przepływu powietrza?

Badania nad przepływem powietrza przez złącza w kształcie „T” stanowią kluczowy element w projektowaniu systemów wentylacyjnych, szczególnie w kontekście efektywności energetycznej oraz redukcji oporu lokalnego (LDC). Jednym z głównych celów takich badań jest optymalizacja kształtu złączy w celu uzyskania jak najniższego oporu przy zachowaniu stabilności przepływu.

Eksperymenty, które miały na celu ocenę wpływu kształtowanych wlotów na opór przepływu, wykazały, że kształt insertu w złączu ma istotny wpływ na zmniejszenie wartości LDC, zwłaszcza w przypadku zastosowania kształtu „0.511”. W eksperymencie zastosowano wkładki wykonane z pianki polistyrenowej, które montowano w teście przy użyciu taśmy aluminiowej. Wyniki pomiarów wskazują, że wartości LDC dla kształtu „0.511” są mniejsze w porównaniu z innymi kształtami, co potwierdza jego uniwersalność i skuteczność w szerokim zakresie stosunków przepływu. Porównując wyniki eksperymentalne z danymi numerycznymi (CFD), można zauważyć, że obliczenia numeryczne przewidują nieco niższe wartości LDC, co może być wynikiem błędów związanych z procesem produkcji wkładki lub pomiarów. Mimo to, dane eksperymentalne potwierdzają, że kształt „0.511” jest najbardziej efektywny energetycznie w całym zakresie G/G, a jego linie są zawsze poniżej innych badanych kształtów.

Dalsze analizy wykazały, że funkcje LDC są dobrze aproksymowane przez równania kwadratowe, które mogą być wykorzystane w projektowaniu systemów wentylacyjnych. Równania te są dostępne w kalkulatorze LDC online, co ułatwia projektantom obliczenia dla różnych typów złączy. Dla przykładu, funkcje LDC dla złączy niekształtowanych i kształtowanych można wyrazić w formie równań, które pokazują zależność między stosunkiem przepływu G/G a oporem lokalnym w złączu.

W kontekście wpływu kształtowania na obszary wpływu (IZ) w złączu, badania wykazały, że przy optymalnym kształcie „0.511” długości tych obszarów zmieniają się w zależności od stosunku przepływu G/G. W szczególności, długość obszaru wpływu w odgałęzieniu głównego kanału rośnie wraz ze wzrostem tego stosunku, co ma kluczowe znaczenie przy projektowaniu bardziej efektywnych systemów wentylacyjnych. Zmiany w obszarach wpływu są bardziej wyraźne w przypadku przepływów o większym G/G, co może prowadzić do lepszego rozkładu ciśnienia i poprawy efektywności energetycznej.

Pomimo że kształtowanie może znacząco poprawić efektywność w zakresie zmniejszenia oporu, nie eliminuje ono całkowicie występowania stref wirów, które mogą pojawić się za kształtowanym obszarem. W przypadku złącza asymetrycznego, zależność między rozmiarem strefy wirów a stosunkiem przepływów jest złożona i zmienia się w zależności od tego, jak kształt wpływa na przepływ. Zmniejszenie rozmiaru tych stref może wpłynąć na dalszą optymalizację procesu, ale korzyści związane z kształtowaniem w tym obszarze są raczej ograniczone.

Warto również zwrócić uwagę na wpływ błędów pomiarowych i niedoskonałości w wykonaniu wkładek kształtujących na wyniki eksperymentalne. Z tego względu, dla uzyskania najbardziej dokładnych wyników, niezbędne jest przeprowadzanie wielokrotnych pomiarów oraz zapewnienie wysokiej precyzji wykonania elementów kształtujących.

Ponadto, choć kształtowanie złączy wykazuje pozytywne efekty w zakresie zmniejszenia oporu, warto pamiętać, że nie zawsze jest to rozwiązanie idealne dla każdego przypadku. W niektórych systemach wentylacyjnych, zwłaszcza przy specyficznych warunkach przepływu, zmiany w geometrii mogą prowadzić do wystąpienia niepożądanych efektów, takich jak niestabilność przepływu czy zwiększenie hałasu. Dlatego projektanci powinni rozważyć wszystkie czynniki, w tym koszty produkcji i długoterminową efektywność, przed zastosowaniem takich rozwiązań w praktyce.

Jak oszczędzać energię w systemach wentylacyjnych dzięki kształtowanym elementom kanałowym?

W przypadku małych i średnich instalacji o mocy do 670 kW, stawka elektryczności w Tatarstanie wynosi R = 0.07413 €/kW·h. Na tej podstawie oblicza się zmniejszenie wydatków operacyjnych (OPEX) dla systemu wentylacyjnego, co może wynieść około 148 €/rok na system. Warto również uwzględnić specyficzną moc wentylatorów (SFP) – jest to moc, jaką wentylator zużywa do utrzymania przepływu powietrza wynoszącego 1 m³/h w systemie, co pozwala dokładnie oszacować wpływ różnych elementów systemu na zużycie energii.

Zastosowanie elementów kanałowych o specjalnym kształcie (np. asymetrycznych trójników, skrzyżowań czy złączek) może znacznie wpłynąć na zmniejszenie strat ciśnienia w systemie wentylacyjnym, a co za tym idzie – obniżenie zużycia energii. Badania wykazały, że stosowanie takich elementów może skutkować zmniejszeniem strat ciśnienia z 375 Pa do 234 Pa, a oszczędności w zużyciu energii mogą sięgać nawet 21% w porównaniu do tradycyjnych systemów. Na przykład, dla wentylacyjnego systemu exhaust-2 obliczono oszczędności energii wynoszące 795,8 kWh rocznie, co przekłada się na redukcję kosztów operacyjnych o 59 €/rok na system.

W kontekście dużych systemów wentylacyjnych, jak np. w budynkach przemysłowych, obliczenia pokazują, że zastosowanie odpowiednio zaprojektowanych elementów kanałowych może prowadzić do znacznych oszczędności energii. W systemach z wykorzystaniem kształtowanych elementów kanałowych oszczędności sięgają wartości od 78 €/kW/rok do 31 €/kW/rok, w zależności od liczby i rodzaju zastosowanych elementów. Istotnym jest, że efektywność tych rozwiązań zależy od liczby zastosowanych elementów kształtowanych w systemie.

Z kolei obliczenia aerodynamiczne dla różnych systemów wentylacyjnych, takich jak systemy stosowane w biurach czy warsztatach przemysłowych, pokazują, że stosowanie elementów o zmniejszonym oporze może skutkować zmniejszeniem zapotrzebowania na moc wentylatorów o 18,2 kW. W wyniku tego obniża się także całkowite zużycie energii, co pozwala na redukcję kosztów operacyjnych o 2640 €/rok. Takie zmniejszenie zapotrzebowania na moc wentylatorów stwarza także możliwość redukcji kosztów inwestycyjnych (CAPEX), ponieważ można zastosować urządzenia o mniejszej mocy.

W kontekście dalszego rozwoju technologii wentylacyjnych warto zauważyć, że projektowanie nowych, bardziej efektywnych elementów kanałowych, które zmniejszają opory przepływu powietrza, jest jednym z kluczowych kierunków w dziedzinie aerodynamiki systemów wentylacyjnych. Istnieje duży potencjał w zastosowaniu nowych typów trójników, przejść o nietypowych kształtach, a także uszczelnień, które mogą znacznie poprawić efektywność całych instalacji wentylacyjnych.

Dodatkowo, warto również podkreślić, że oszczędności w systemach wentylacyjnych mają nie tylko wymiar ekonomiczny, ale również ekologiczny. Zmniejszenie zużycia energii w takich systemach przekłada się na mniejszy ślad węglowy, co w dzisiejszych czasach jest niezwykle istotne z punktu widzenia ochrony środowiska. Implementacja rozwiązań zmniejszających zużycie energii w systemach wentylacyjnych staje się więc kluczowym aspektem zrównoważonego rozwoju, szczególnie w dużych budynkach komercyjnych i przemysłowych.