Kategoriat: Asiantuntija-artikkelit
Artikkelin pääkuva: Suutinhajoittimet sijoitettuna kattosäteiljöiden viereen.
Kattosäteilijän perusperiaatteena on lämmön siirtyminen säteilyn ja konvektion välityksellä. Kattosäteilijän jäähdytysteho on riippuvainen muun muassa huonelämpötilasta, kattosäteilijän pintalämpötilasta, sekä ilmavirtausten voimakkuudesta. Kohdennetulla ilmanvaihdolla tuloilmaa johdetaan ennalta määritellyille alueille, kuten työpisteille. Kohdennettu ilmanvaihto voi aiheuttaa paikallisia lämpötilaeroja ja ilmavirtauksia tilassa.
Päätelaitteiden sijoittelun takia voi muodostua tilanteita, joissa kohdennettu ilmanvaihto tehostaa kattosäteilijän jäähdytystehoa.
Kohdennetun ilmanvaihdon vaikutusta arvioitiin numeerisella CFD-simuloinnilla
Simuloinnin tarkoituksena oli selvittää paneelin pintaan vaikuttavan ilmavirtauksen ja tästä aiheutuvan pakotetun konvektion vaikutusta säteilypaneelin kokonaisjäähdytystehoon. Säteilypaneeli mallinnettiin huonetilassa 6 m x 4 m x 2.9 m, jonka rakenteiden pintalämpötilat pysyvät vakiona. Simuloinneissa paneeli oli mallinnettu vapaan asennuksen tilanteessa huonetilassa (4 m x 6 m x 2,9 m). Laskelmissa ja mallinnuksissa käytettiin seuraavia keskeisiä laskenta-asetuksia ja parametreja:
- ItuGraf paneelin koko: 595 mm x 2990 mm
- Huonetilan rakenteiden pintalämpötila: 25 °C
- Jäähdytyksen menoveden lämpötila: 15 °C
- Jäähdytyksen vesivirta ja virtausnopeus: 105 l/h / 0,49 m/s
- Pintojen emissiivisyys: 0,90
Kuvassa 2. on esitetty säteilypaneelin aiheuttama luonnollinen konvektio mallinnetussa tilassa. Luonnollisen konvektion takia paneelin pinnalla ilman virtausnopeus on n. 0,05–0,08 m/s.
Kuva 2. Mallinnettu jäähdytyspaneelin aiheuttama luonnollisen konvektion ilmavirtaus.
Yhteenveto simulointituloksista
Taulukossa 1 on esitetty yhteenveto simulointituloksista. Pakotettu konvektio lisää merkittävästi kokonaisjäähdytystehoa ja konvektion osuus myös kokonaistehosta kasvaa mitä enemmän pakotettua konvektiota paneeliin kohdistetaan. Vastaavasti konvektion kasvaessa säteilyn osuus kokonaistehosta pienenee. Lisäksi myös säteilyn absoluuttinen teho pienenee. Ensimmäinen tulos taulukossa vastaa laboratoriossa määriteltyä tulosta, ja simuloitu tulos vastaa mitattua arvoa.
| Laskentatilanne | Huoneilman lämpötila | Paluuveden lämpötila | Alilämpötila | Kokonais-jäähdytysteho | Säteilyn osuus | Konvektion osuus |
| Ainoastaan terminen konvektio | 24.5 °C | 16.64 °C | 8.7 K | 201 W | 60 % | 40 % |
| Konvektio, 0.7 m/s koko paneeli | 24.3 °C | 17.07 °C | 8.3 K | 254 W | 47 % | 53 % |
| Konvektio, 1.4 m/s koko paneeli | 24.3 °C | 17.42 °C | 8.1 K | 296 W | 38 % | 62 % |
| Konvektio, 0,7 m/s puolikas paneeli | 24.2 °C | 16.88 °C | 8.3 K | 231 W | 53 % | 47 % |
| Konvektio, 1,4 m/s puolikas paneeli | 24.3 | 17.11 °C | 8.2 K | 259 W | 46 % | 54 % |
Taulukko 1. Yhteenveto simulointituloksista.
Kohdennetulla ilmanvaihdolla voidaan vaikuttaa merkittävästi kattosäteilijän jäähdytystehoon
Kohdistaessa pakotettu konvektio vain osaan paneelista saavutettava muutos tehoon on samassa suhteessa (tai hieman enemmän) em. osuuteen kokonaispinta-alasta. Tehon lisäyksestä huolimatta suutinhajoittimen sijoittelussa tulee kuitenkin ottaa huomioon, että säteilijöiden tarjoama miellyttävä säteilyviilennykseen perustuva olosuhde voi heikentyä, mikäli viileä ilmavirtaus olosuhdevyöhykkeellä kasvaa huomattavasti. Tämä voi heikentää huonetilassa oleskelevien viihtyvyyttä.