Na potrzeby rozwijania naszej witryny korzystamy z plików cookies w celu personalizacji reklam, treści oraz analizowania ruchu na stronie.
Podczas korzystania z naszej strony zostaną zapamiętanie Twoich preferencje, przeglądarka czy lokalizacja. Więcej informacji o plikach cookies i ich funkcjonowaniu znajdziesz w naszej POLITYCE PRYWATNOŚCI.
Kontakt
dystrybutorzy
biblioteka BIM
strefa projektanta

Czerpnia powietrza i jej efektywność pod kątem zatrzymywania wody

czerpnia-powietrza

Czerpnia powietrza służy do pobierania powietrza zewnętrznego. W zależności od miejsca montażu można wyróżnić czerpnie ścienne, dachowe i terenowe.

Czerpnie ścienne niejednokrotnie stanowią element fasady budynku. Najczęściej występują w wykonaniu prostokątnym, ale także okrągłym. Otwór czerpni uzbrajają lamele, a dodatkowo również siatka, która chroni instalację przed przedostaniem się do jej wnętrza ptaków, gryzoni lub liści.

Czerpnie dachowe mają podstawę okrągłą lub prostokątną. Zdarza się, że w tym wariancie montażu urządzenie jest zabezpieczone jedynie siatką. W zależności od wykonania powietrze może napływać do instalacji z różnej liczby stron czerpni (od jednej do czterech stron).

Czerpnie terenowe, określane też jako wolnostojące, montuje się przy budynkach, najczęściej jako żelbetową albo murowaną konstrukcję zakończoną daszkiem. Bywa, że w ich otworach czerpalnych instaluje się odpowiedniki prostokątnych czerpni ściennych.

czerpnia-powietrza
czerpnia-powietrza

Rysunek 1. Przykładowa czerpnia – wersja ścienna prostokątna (a) oraz dachowa z podstawą prostokątną (b)

Zgodnie z paragrafem 152 ustępem 1 Warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie [1] „Czerpnie powietrza w instalacjach wentylacji i klimatyzacji powinny być zabezpieczone przed opadami atmosferycznymi i działaniem wiatru […]”. W praktyce projektantowi jest bardzo trudno wyznaczyć takie miejsce montażu czerpni, by spełnić ten warunek. Oczekuje się więc, że sama budowa czerpni będzie uniemożliwiała penetrację wody do wnętrza instalacji. By ocenić efektywność zatrzymywania wody przez czerpnie żaluzjowe, można się posłużyć metodyką przedstawioną w normie PN-EN 13030 Wentylacja w budynkach – Elementy końcowe – Badanie właściwości krat żaluzjowych w warunkach symulowanego deszczu [2].

Czerpnia powietrza a przeprowadzone badania

Badanie przenikania wody opadowej przez czerpnię należy przeprowadzić na stanowisku złożonym z trzech sekcji (pogodowej, odbiorowej, aerodynamicznej). Szczegółowy opis stanowiska można znaleźć w Metodyce badania efektywności czerpni powietrza pod kątem zatrzymywania wody [3]. Wśród podstawowych elementów stanowiska pomiarowego można wyróżnić:

  • komorę pogodową

Ta sekcja stanowiska służy do zasymulowania oddziaływania wiatru i deszczu na badaną czerpnię. W odległości 1 m od tego urządzenia należy odwzorować wiatr wiejący z prędkością 13 m/s. Symulowany opad deszczu powinien się cechować określonym, opomiarowanym strumieniem. Istotny jest także kąt rozpylania kropel wody.

  • komorę odbiorową

W tej sekcji stanowiska w trakcie testu zbiera się woda, która przedostaje się przez badaną czerpnię. To właśnie ilość wody zebranej w trakcie testu w tej komorze pozwala określić, jaką efektywnością zatrzymywania wody charakteryzuje się konkretna czerpnia. Im więcej wody dostaje się do komory odbiorowej, tym niższą efektywność jej zatrzymywania ma czerpnia.

  • komorę aerodynamiczną

Celem tej sekcji stanowiska jest wyrównanie przepływu powietrza przed elementem pomiarowym. Strumień objętości przepływającego powietrza można zmierzyć przy użyciu stożka wlotowego umieszczonego w tej komorze lub za pomocą innego urządzenia, które gwarantuje pomiar z odpowiednią dokładnością.

czerpnia-powietrza

1 – wentylator symulujący wiatr

2 – komora pogodowa

3 – instalacja symulująca deszcz

4 – badana czerpnia

5 – komora odbiorowa

6 – komora aerodynamiczna

7 – wentylator wymuszający przepływ powietrza

Rysunek 2. Schemat stanowiska pomiarowego

Norma [2] podaje zależność, dzięki której można określić efektywność zatrzymywania wody przez czerpnię. Zdefiniowane są cztery klasy efektywności zatrzymywania przez czerpnię. Najlepszą klasą jest A, a najniższą D, która świadczy o tym, że efektywność zatrzymywania wody wynosi poniżej 80%. Szczegółowe zakresy poszczególnych klas można znaleźć w tabeli 1.

czerpnia-powietrza

Tabela 1. Klasy efektywności czerpni pod kątem zatrzymywania wody

Podczas badania efektywności zatrzymywania wody przez czerpnie norma [2] narzuca konieczność przeprowadzenia badania dla kilku strumieni przepływającego powietrza. Czerpnia może zostać sklasyfikowana dla każdego z badanych strumieni w innej klasie. Norma [2] odnosi strumień objętości przepływającego powietrza do powierzchni rdzenia czerpni, której wielkość określa się jako iloczyn minimalnej wysokości i szerokości otworu wlotowego czerpni przy usunięciu jej lamel.

Czerpnia powietrza – sama praktyka

Wzrost prędkości powietrza przepływającego między lamelami czerpni zazwyczaj przekładał się również na wzrost ilości wody zaciąganej do wnętrza instalacji. Co za tym idzie, efektywność zatrzymywania wody przez daną czerpnię spadała. Im niższa prędkość powietrza przepływającego między lamelami czerpni, tym łatwiej uzyskać zadowalające parametry pracy danego urządzenia, czyli niskie opory oraz wysoką efektywność zatrzymywania wody. Warto podkreślić, że opory czerpni i efektywność zatrzymywania wody są ze sobą bardzo mocno powiązane.

Bardzo często czerpnie cechujące się niskimi oporami mają słabą efektywność zatrzymywania wody. Wysoka efektywność zatrzymywania wody przekłada się najczęściej na znaczące opory urządzenia.

W zależności od budowy czerpni można uzyskać bardzo różne parametry pracy urządzenia. Nie ma jednej stałej prędkości, dla której przez czerpnie o różnej budowie woda nie będzie zaciągana do wnętrza instalacji. Co ważne, różne prędkości mogą być newralgiczne dla akceptowalnego (bądź nie) zasysania wody przez czerpnię do wnętrza instalacji. Z uwagi na to bardzo ważne jest dobieranie urządzeń o określonych parametrach dla danego punktu pracy.

By można było porównać parametry dobieranych urządzeń, bardzo ważne jest, aby były one badane w analogiczny sposób. Tylko takie podejście pozwala określić, które urządzenie pracuje najlepiej. Wykorzystanie podczas pomiarów różnych standardów odniesienia może się przełożyć na porównywanie zupełnie innych parametrów pracy, które mogą mieć tylko taką samą nazwę.

Warto zwrócić uwagę na fakt, że w badaniu efektywności zatrzymywania wody przez czerpnie duże znaczenie ma prędkość, do jakiej odnosi się wyniki. Co prawda norma jasno definiuje, jak powinna być określona ta prędkość, niemniej nie jest już obligatoryjne stosowanie tej samej prędkości w danych prezentowanych w katalogach dostępnych na stronach producentów. A niejednokrotnie z uwagi na prezentacje także innych parametrów wygodniej jest przedstawić ten parametr w inny sposób. Dlatego przy doborze czerpni poza samą klasą należy także zwrócić szczególną uwagę na „znaczenie” prędkości, dla której dana klasa jest spełniona. Różnice w uzyskiwanej efektywności zatrzymywania wody przez przykładową czerpnię w zależności od przyjętego sposobu prezentacji danych przedstawia wykres 1. Zgodnie z [2] wyznaczona jest linia, która pokazuje efektywność zatrzymywania wody w odniesieniu do prędkości w powierzchni rdzenia czerpni (linia niebieska). Wyniki tego samego badania odniesione do prędkości wolnego przekroju prezentuje linia czerwona.

czerpnia-powietrza-1

Jeżeli użytkownik, analizując dane, nie zwróci uwagi na to, iż prędkości odniesione są do zupełnie innej powierzchni, mógłby uznać, że dwa produkty mają inne właściwości – chociaż w rzeczywistości działają tak samo, a tylko ich wyniki zostały zaprezentowane inaczej. Tabela 2. przedstawia prędkości graniczne, które można odczytać dla poszczególnych klas w przykładzie zaprezentowanym na wykresie 1.

czerpnia-powietrza-2

Jak wynika z tabeli 2., granice prędkości są zupełnie inne, ale wynika to tylko i wyłącznie z innego podejścia do powierzchni, do której odniesiony jest strumień przepływającego powietrza. Nie uwzględniwszy rodzaju powierzchni odniesienia, którą przyjęto do wyliczenia prędkości, można mylnie przyjąć, że wyniki przedstawione w tabeli 2. dotyczą dwóch różnych czerpni, z czego „pierwsza” działa gorzej, bo przy niższej prędkości uzyskuje gorszą klasę w porównaniu z „drugą”. W przedstawionym przykładzie powierzchnia rdzenia badanego elementu wynosiła 0,89 m2, a powierzchnia wolna 0,50 m2. Ostatecznie przekładało się to na takie same przepływy powietrza, a inne prędkości wynikały wyłącznie z różnych przekrojów odniesienia.

Czerpnia powietrza – czas na podsumowanie

By ocenić efektywność zatrzymywania wody przez czerpnie żaluzjowe, można się posłużyć metodyką przedstawioną w normie PN-EN 13030. Wyróżnione są cztery klasy zatrzymywania wody (od A do D, gdzie D oznacza najniższą klasę). W efektywności zatrzymywania wody przez czerpnie duże znaczenie ma prędkość, do jakiej odniesione są wyniki.

Nie ma jednej stałej prędkości, dla której przez czerpnie o różnej budowie woda nie będzie zaciągana do wnętrza instalacji. Określenie parametrów pracy zawsze wymaga analizy danych podanych przez producenta. Czerpnie o niskich oporach najczęściej cechują się niską efektywnością zatrzymywania wody. Wysoka efektywność zatrzymywania wody przekłada się najczęściej na znaczące opory urządzenia.

Dobierając czerpnię, należy określić, który parametr jest istotny, i na tej podstawie wybierać urządzenie, które spełnia oczekiwania. Warto jednak zwrócić uwagę na to, że niższe wartości strumienia powietrza przypadające na powierzchnię czerpni bardzo często przekładają się na lepsze parametry pracy (niższe opory, wyższą klasą zatrzymywania wody). Dlatego jeśli kluczowe są zarówno niskie opory, jak i skuteczność zatrzymywania wody, to zwiększenie wymiaru konkretnej czerpni przy utrzymaniu strumienia może wpłynąć na poprawę jej pracy.

[1] Rozporządzenie Ministra Rozwoju z dnia 16 września 2020 r. zmieniające rozporządzenie w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie.

[2] PN-EN 13030 Wentylacja w budynkach – Elementy końcowe – Badanie właściwości krat żaluzjowych w warunkach symulowanego deszczu.

[3] M. Borowski, J. Halibart, M. Karch, I. Tekielak-Skałka, Metodyka badania efektywności czerpni powietrza pod kątem zatrzymywania wody, „Ciepłownictwo, Ogrzewnictwo, Wentylacja” 54/11, 2020, s. 24–27.

Autor
Joanna Halibart

Z-ca Kierownika Działu Badań i Analiz CFD