TECHNICKÉ ZARIADENIA BUDOV III

Transcript

1 Moderné vzdelávanie pre vedomostnú spoločnosť/ Projekt je spolufinancovaný zo zdrojov EÚ TECHNICKÉ ZARIADENIA BUDOV III Stavebná fakulta Kapalo Peter

2 Táto publikácia vznikla za finančnej podpory z Európskeho sociálneho fondu v rámci Operačného programu VZDELÁVANIE. Prioritná os 1 Reforma vzdelávania a odbornej prípravy Opatrenie 1.2 Vysoké školy a výskum a vývoj ako motory rozvoja vedomostnej spoločnosti. Názov projektu: Balík doplnkov pre ďalšiu reformu vzdelávania na TUKE ITMS Názov: Technické zariadenia budov III Autor: Kapalo Peter Recenzia: doc. Ing. Jiří Hirš, CSc. Vydavateľ: Technická univerzita v Košiciach Rok: 2015 Vydanie: prvé Počet výtlačkov: 10 ks Rozsah: 72 strán, 3,75 AH ISBN Rukopis neprešiel jazykovou úpravou. Za odbornú a obsahovú stránku zodpovedá autor. 2

3 Moderné vzdelávanie pre vedomostnú spoločnosť/ Projekt je spolufinancovaný zo zdrojov EÚ TECHNICKÉ ZARIADENIA BUDOV III Stavebná fakulta Kapalo Peter 3

4 ÚVOD Predmet Technické zariadenia budov III nadväzuje na predmet Technické zariadenia budov I a "Technické zariadenia budov II". Predmetná učebnica je určená pre študentov 4. ročníka bakalárskeho štúdia študijného programu Pozemné stavby - Budovy a prostredie, ako pre študentov 1. ročníka inžinierskeho štúdia študijného programu Tvorba budova a prostredia na podporu výučby predmetu Vetracie a klimatizačné sústavy na Stavebnej fakulte Technickej univerzity v Košiciach. Zaoberá sa problematikou vetrania a klimatizácie budov. 4

5 OBSAH 1 Úvod do problematiky Poslanie, ciele, úvod do problematiky Účel vzduchotechniky Klasifikácia vzduchotechniky Vetranie Teplovzdušné vykurovanie Klimatizácia Odsávanie Priemyselná vzduchotechnika Samohodnotiace otázky, záver, použitá a odporúčaná literatúra Legislatívne požiadavky na vetranie budov na Slovensku Poslanie, ciele, úvod do problematiky Legislatívne požiadavky na vetranie budov Vyhláška č.259/ Nariadenie č. 391/ Vyhláška č. 364/ Vyhláška č. 527/ Norma STN Tepelná ochrana budov Norma STN EN Norma STN EN Výpočet intenzity vetrania metódou kvality vnútorného vzduchu Výpočet intenzity vetrania metódou podľa počtu osôb Samohodnotiace otázky, záver, použitá a odporúčaná literatúra Tepelné zisky Poslanie, ciele, úvod do problematiky Tepelné zisky od vnútorných zdrojov tepla Produkcia tepla od ľudí Produkcia tepla od svietidiel Produkcia tepla od elektronických zariadení Produkcia tepla od elektromotorov Produkcia tepla od jedál Produkcia tepla ventilátorov Produkcia tepla ohriatím vzduchu vo vzduchovodoch Produkcia tepla od teplých povrchov Produkcia tepla od susedných miestností Produkcia tepla od prepravovaného materiálu Tepelné zisky od vonkajších zdrojov tepla Prechod tepla radiáciou oknom Prechod tepla konvekciou oknom Tepelné zisky cez nepriesvitné konštrukcie Vodné zisky Samohodnotiace otázky, záver, použitá a odporúčaná literatúra Výpočet objemového prietoku vzduchu Poslanie, ciele, úvod do problematiky Výpočet objemového prietoku vzduchu Výpočet objemového prietoku vzduchu infiltráciou Výpočet objemového prietoku vzduchu vetraním oknom Výpočet objemového prietoku vzduchu vetraním aeráciou Výpočet objemového prietoku vzduchu podľa dávky čerstvého vzduchu na osobu Výpočet objemového prietoku vzduchu podľa intenzity výmeny vzduchu Výpočet objemového prietoku vzduchu z tepelnej záťaže Výpočet objemového prietoku vzduchu z vlhkostnej záťaže Výpočet objemového prietoku vzduchu z pohľadu komfortu, hygieny a kvality vzduchu Výpočet objemového prietoku vzduchu z množstva plynných, kvapalných a tuhých škodlivín Výpočet objemového prietoku vzduchu z množstva škodlivín pri občasnom vetraní Výpočet objemového prietoku vzduchu z množstva škodlivín pri trvalom vetraní Samohodnotiace otázky, záver, použitá a odporúčaná literatúra

6 5 DIMENZOVANIE VZDUCHOVODU Poslanie, ciele, úvod do problematiky Výpočet vzduchovodu Voľba hlavnej vetvy Rozdelenie vetvy na úseky s rovnakými prietokmi vzduchu Určenie hospodárnej mernej tlakovej straty R Určenie predbežných hydraulických priemerov Stanovenie rozmerov potrubia pre každý úsek Stanovenie skutočnej mernej tlakovej straty a rýchlosti prúdenia vzduchu Výpočet tlakovej straty Tlakové straty trením Tlakové straty miestnymi odpormi Celkové tlakové straty Samohodnotiace otázky, záver, použitá a odporúčaná literatúra Zoznam obrázkov Zoznam tabuliek Literatúra

7 1 ÚVOD DO PROBLEMATIKY 1.1 Poslanie, ciele, úvod do problematiky Poslanie Poslaním tejto kapitoly je oboznámiť študentov so základnou problematikou súvisiacou s obsahom predmetu Technické zariadenia budov III, ktorá sa venuje vzduchotechnike v budovách. Ciele Po preštudovaní tejto kapitoly by ste mali vedieť: definovať technický odbor Vzduchotechnika, popísať účel vzduchotechniky, základné rozdelenie vzduchotechniky, definovať jednotlivé systémy vzduchotechniky. Úvod do problematiky Vzduchotechnika je technický odbor, ktorý sleduje tvorbu vnútorného prostredia budov určených k pobytu a činnosti ľudí, prípadne zvierat, k priebehu technologických procesov, skladovania alebo premiestňovania materiálu. Základným prostriedkom je výmena vzduchu v danom priestore za vzduch upravený na požadovanú úroveň predovšetkým teplotou, vlhkosťou a čistotou. Uvedenú výmenu vzduchu zaisťuje prúdenie, ktoré nastane v dôsledku tlakového rozdielu vplyvom vonkajších síl vyvolaných technickými prostriedkami (ventilátory) alebo pôsobením prírodných síl. Vzduchotechnika predstavuje komplex funkčných zariadení a elementov zabezpečujúcich úpravu vzduchu a ako celok tvoria vzduchotechnický systém. 1.2 Účel vzduchotechniky Vzduchotechnika je súčasťou širšieho odboru techniky prostredia. Úlohou vzduchotechniky je zabezpečiť úpravu a dopravu vzduchu a taktiež dopravu prevažne sypkých materiálov. Vzduchotechnika je komplexom funkčných elementov tvoriacich ako celok vzduchotechnické zariadenie. Vzduchotechnické zariadenie môže plniť štyri funkcie: ohrev vzduchu, chladenie vzduchu, 7

8 vlhčenie vzduchu, odvlhčenie vzduchu, čistotu vzduchu. Vzduchotechnické zariadenie umožňuje zaistiť požadovanú úroveň internej mikroklímy budovy, alebo pokryť požiadavky technológie prevádzky. 1.3 Klasifikácia vzduchotechniky Základným kritériom klasifikácie vzduchotechniky je funkcia a účel. Z uvedeného hľadiska je možné vzduchotechniku deliť na jednotlivé zariadenia podľa obrázku 1. Vzduchotechnika Vetranie Teplovzdušné vykurovanie Klimatizácia Odsávanie Priemyslová vzduchotechnika Obrázok 1: Základné delenie vzduchotechnických zariadení Každé zo vzduchotechnických zariadení plní špecifickú funkciu vyplývajúcu z požiadaviek na vnútorné prostredie budov alebo na technologický proces Vetranie Vetranie je možné definovať ako výmenu vzduchu v danom priestore. Znehodnotený vzduch je odvádzaný mimo daný priestor a je nahradený čerstvým vzduchom - prevažne upraveným vonkajším vzduchom. Výmena vzduchu je zabezpečená vplyvom tlakového spádu. Základné delenie vzduchu je nasledovné: Podľa zdroja tlakového spádu je vetranie delené na: prirodzené vetranie, nútené vetranie. Podľa doby chodu je vetranie delené na: trvalé vetranie, občasné vetranie. Vetranie má zabezpečiť : dostatočné prevetrávanie dávkou čerstvého vzduchu, odvedenie vlhkosti, pachov a ďalších škodlivín, zabrániť tvorbe plesní v dôsledku kondenzácie vodných pár, priviesť dostatočné množstvo vzduchu na spaľovanie (plynové spotrebiče), optimálne výmeny a dávky vzduchu. 8

9 Prirodzené vetranie. Princíp prirodzeného vetrania spočíva na výmene vzduchu v budove vplyvom tlakových rozdielov, ktoré sú vyvolané účinkom prírodných síl vznikajúcich rozdielom teplôt alebo dynamickým tlakom vetra. Základné delenie prirodzeného vetrania: Infiltrácia, Aerácia, Vetranie oknami, Šachtové vetranie. Nútené vetranie je zabezpečené nútene mechanickým zariadením ventilátorom. Nútené vetranie využíva k doprave vzduchu ventilátor. Výhodou núteného systému je nezávislosť na klimatických podmienkach, presné nastavenie prietoku vzduchu a možnosť vzduch: filtrovať, ohrievať, chladiť a dopravovať na ľubovoľné miesto. Vzduch sa dopravuje potrubím a do priestoru prichádza cez koncové prvky, ktoré môžu byť rôznej konštrukcie a môžu v miestnosti navodiť rôzne obrazy prúdenia vzduchu. Základné delenie núteného vetrania: Podľa tlakových pomerov: pretlakové vetranie, podtlakové vetranie, rovnotlaké vetranie. Podľa umiestnenia strojného zariadenia: s centrálnou vetracou jednotkou, s miestnym vetracím zariadením. Podľa úpravy vzduchu: vetracie zariadenie s úpravou vzduchu, vetracie zariadenie bez úpravy vzduchu. Podľa účelu: komfortné priemyslové technologické účelové Teplovzdušné vykurovanie Teplovzdušné vykurovanie zabezpečuje vykurovanie daného priestoru prívodným vzduchom a zároveň zabezpečuje nutnú výmenu znehodnoteného vzduchu. Privádzaný vzduch sa ohrieva na takú teplotu, aby bol schopný kryť tepelné straty daného priestoru. 9

10 1.3.3 Klimatizácia Klimatizáciu je možné definovať ako úpravu a výmenu vzduchu v danom priestore. Znehodnotený vzduch je odvádzaný mimo daný priestor a je nahradený čerstvým vzduchom. Privádzaný čerstvý vzduch a taktiež aj obehový vzduch je upravovaný. Vzduch je podľa potreby ohrievaný, chladený, zvlhčovaný a odvlhčovaný. Klimatizácia úpravou vzduchu zaisťuje čistotu vzduchu, teplotu vzduchu a vlhkosť vzduchu podľa požadovaných parametrov potrebných na zabezpečenie optimálnych pomerov v danom priestore. Používa sa v priestoroch s vyššími nárokmi na kvalitu internej mikroklímy. Vzduchotechnická jednotka vo všeobecnosti pozostáva z nasledujúcich zariadení: tlmiaca vložka, klapková komora, filtračná komora, zmiešavacia komora, ventilátorová komora, ohrievacia komora, chladiaca komora, komora spätného získavania tepla, tlmiaca komora, zvlhčovacia komora, voľná komora a sekcia protimrazovej ochrany. Klimatizačné zariadenie zaisťuje: výmenu vzduchu riadené vetranie, filtráciu vzduchu, chladenie alebo vykurovanie miestnosti, zvlhčovanie a odvlhčovanie miestnosti. Systém technických prvkov s uvedenými funkciami tvorí klimatizačný systém. Základné delenie klimatizácie: Podľa teplonosnej látky: Vzduchový systém, Chladivový systém, Kombinovaný systém. Podľa prietoku vzduchu: Konštantný prietok vzduchu, Premenlivý prietok vzduchu. Podľa riadenia prevádzky: Jednozónové, Viaczónové. Podľa umiestnenia strojovne: Ústredné (centrálne), Decentrálne (jednotkové). Podľa účelu: Komfortný, Technologický Odsávanie Odsávanie zaisťuje zachytávanie a odvod vznikajúcich škodlivín vzduchom priamo od miesta ich vzniku a zabraňuje tak ich šíreniu do okolitého priestoru. 10

11 1.3.5 Priemyselná vzduchotechnika Priemyselná vzduchotechnika zahrňuje širokú oblasť vzduchotechniky slúžiacu technologickým procesom. Tvorí ju niekoľko vzduchotechnických sústav so špeciálnymi funkciami ako sú napr.: odlučovanie ovanie prachu, pneumatická doprava, sušenie a pod Samohodnotiace otázky, záver, použitá a odporúčaná literatúra? Samohodnotiace otázky Ktoré funkcie môže plniť vzduchotechnické zariadenie? Čo zabezpečuje teplovzdušné vykurovanie? Čo zaisťuje klimatizácia? Čo zaisťuje odsávanie? Čo zaisťuje priemyselná vzduchotechnika? = Záver Klasifikácia vzduchotechnika je určená na bližšie špecifikovanie vzduchotechniky podľa a zdroja tlakového spádu spôsobujúceho vetranie a použitia vetracieho a klimatizačného zariadenia. Okrajovo je spomenuté odsávanie a priemyselná vzduchotechnika. Použitá a odporúčaná literatúra [1] Kapalo, P.: Vzduchotechnika 1. Časť.. Technická univerzita Košice, Stavebná fakulta. Košice ISBN [2] Székyová, M., Ferstl, K., Nový, R.: Vetranie a klimatizácia, vydavateľstvo Jaga group, s.r.o., Bratislava 2004, ISBN [3] Technický průvodce - Větrání a klimatizace, prof. Ing. Jaroslav Chyský CSc., prof. Ing. Karel Hemzal CSc. a kolektiv, Praha 1993 [4] Maurer, K. a kol.: Vzduchotechnická zařízení (pro 3. a 4. ročník SPŠ stavebních studijního oboru TZB). Sobotáles, Praha 2007, ISBN [5] Chyský, J., Hemzal K., a kol.: TP větrání a klimatizace, Brno: Bolit-b press, 1993, ISBN [6] Gebauer, G., Rubínová, O., Horká, H.: Vzduchotechnika, vydavateľstvo ERA group, spol. s.r.o., Brno 2005, ISBN X [7] Hirš, J., Gebauer, G.: Vzduchotechnika v příkladech 1, VUT v Brne, 2006, ISBN

12 2 LEGISLATÍVNE POŽIADAVKY NA VETRANIE BUDOV NA SLOVENSKU 2.1 Poslanie, ciele, úvod do problematiky Poslanie Poslaním tejto kapitoly je oboznámiť študentov s legislatívnymi požiadavkami na vetranie budov platnými na Slovensku, ktoré je potrebné rešpektovať pri navrhovaní budov. Ciele Po preštudovaní tejto kapitoly by ste mali vedieť: definovať kategóriu úrovne vnútorného prostredia budov, stanoviť spôsob výmeny vzduchu, navrhnúť intenzitu vetrania v jednotlivých miestnostiach, vypočítať objemový prietok vzduchu potrebný pre prívod čerstvého vzduchu na osobu. Úvod do problematiky Podľa charakteru používania budovy je potrebné definovať kategóriu úrovne vnútorného prostredia budov a následne navrhnúť intenzitu vetrania v jednotlivých miestnostiach. Z určenej intenzity vetrania je možné stanoviť objemový prietok vzduchu, ktorý je potrebný pri navrhovaní vzduchotechnického zariadenia. Na Slovensku určujú návrhovú intenzitu vetrania viacero právnych predpisov a noriem : Vyhláška Ministerstva zdravotníctva Slovenskej republiky číslo 259/2008 z 18. júna 2008,[8] Nariadenie vlády Slovenskej republiky 391/2006 Z.z. z 24. mája 2006,[9] Vyhláška Ministerstva dopravy, výstavby a regionálneho rozvoja Slovenskej republiky 364/2012 z 12. novembra 2012 [10] Vyhláška Ministerstva zdravotníctva Slovenskej republiky č. 527/2007 Z. z. [11] Norma STN EN 15251: 2007, Vstupné údaje o vnútornom prostredí budov na navrhovanie a hodnotenie energetickej hospodárnosti budov kvalita vzduchu, tepelný stav prostredia, osvetlenie a akustika[13]. Norma STN EN Vetranie nebytových budov. Všeobecné požiadavky na vetracie a klimatizačné zariadenia. Apríl [14] 12

13 2. 2 Legislatívne požiadavky na vetranie budov Vyhláška č.259/2008 Vyhláška Ministerstva zdravotníctva Slovenskej republiky číslo 259/2008 z 18. júna 2008 [8] pojednáva o požiadavkách na vnútorné prostredie budov a o minimálnych požiadavkách na byty nižšieho štandardu a na ubytovacie zariadenia. Podľa vyhlášky musia byť všetky vnútorné priestory s dlhodobým a krátkodobým pobytom ľudí vetrané. Vetranie budov má byť zabezpečené prirodzeným vetraním alebo núteným vetraním. Vetranie sa určuje podľa počtu osôb, vykonávanej činnosti, tepelnej záťaže a miery znečistenia ovzdušia tak, aby boli splnené požiadavky na množstvo vzduchu na dýchanie, na čistotu vnútorného ovzdušia a aby nedošlo k obťažovaniu ľudí pachovými látkami. Tabuľka 1: Triedy činnosti [8] Trieda Príklady činnosti 0 Pokojné ležanie, uvoľnené sedenie (odpočinok, sledovanie programu). 1a Činnosť posediačky s minimálnou pohybovou aktivitou (administratívne práce, žiaci v učebniach, a pod.), činnosť v sede spojená s ľahkou manuálnou prácou rúk a ramien (písanie na stroji, práca s PC, jednoduché šitie, laboratórne práce, a pod). Činnosť posediačky s manuálnou prácou rúk, ramien, občas nôh (výstupná kontrola, riadenie osobného vozidla v bežnej premávke). 1b Činnosť postojačky občas spojená s pomalou chôdzou po rovnej podlahe s prenášaním ľahkých bremien alebo prekonávaním malého odporu (varenie, strojné opracovanie a montáž malých ľahkých dielcov, kusová práca mechanikov, činnosť predavačov, nakupovanie). Činnosť posediačky so stálym zapojením oboch rúk, ramien a nôh (práce v potravinárskej prevádzke a v kuchyniach, strojné opracovanie a montáž stredne ťažkých dielcov, riadenie nákladných vozidiel, traktorov a dráhových vozidiel). 1c Činnosť postojačky s trvalým zapojením oboch rúk, ramien a nôh spojená s prenášaním bremien do 10 kg (práca predavačov pri veľkej frekvencii zákazníkov, lakovanie, zváranie, obsluha strojných vŕtačiek, sústruhov a fréz, ťahanie alebo tlačenie ľahkých vozíkov). Pomalá chôdza po rovine. Poznámka: Uvedené príklady činnosti slúžia len na orientáciu. Na spoľahlivé zatriedenie práce sa vykonáva objektívne meranie energetického výdaja alebo podrobná analýza vykonávanej činnosti. Kvalita privádzaného vzduchu a odvádzaného vzduchu sa považuje za vyhovujúcu, ak svojím zložením neohrozí zdravie ani nezhorší životné podmienky ľudí v priestoroch budovy ani v okolí budovy. Cirkulácia vetracieho vzduchu vo vetranom priestore musí zaručovať dobré prevetrávanie 13

14 miest pobytu ľudí, zníženie koncentrácie škodlivín na hodnoty nižšie ako limitné hodnoty zdraviu škodlivých faktorov. Výmena vzduchu prirodzeným vetraním sa používa v priestoroch bez zdrojov škodlivín a tepla, v ktorých postačuje jedno až dvojnásobná intenzita výmeny neupraveného vzduchu a v ktorých možno polohou a stavebným riešením zabezpečiť požadovanú výmenu vzduchu. Spôsob vetrania, poloha a veľkosť otvorov na prívod a odvod vzduchu sa určia výpočtom. V ostatných prípadoch sa musí výmena vzduchu zabezpečiť núteným, mechanickým vetraním. Pri výmene vzduchu sa musí dodržiavať zásada tlakového spádu vzduchu z miestností s čistejším prostredím do miestností s prostredím menej čistým. Z tohto hľadiska sa vetranie rieši ako: podtlakové, ak vzduch obsahujúci škodliviny nemá vo vetranej miestnosti prenikať do susedných priestorov, pretlakové, ak sa zamedzuje prenikaniu škodlivín zo susedných priestorov do vetranej miestnosti, rovnotlaké, ak nemá dochádzať k výmene vzduchu medzi vetranou miestnosťou a ostatnými priestormi. V priestoroch bez možnosti prirodzeného vetrania sa v prípade poruchy zabezpečuje na čas nevyhnutne potrebný na odstránenie poruchy aspoň znížená výmena vzduchu. Táto požiadavka sa musí zabezpečiť už v projektovej dokumentácii. Vo vnútorných priestoroch s dlhodobým pobytom ľudí sa nútené vetranie musí riešiť tak, aby prúdenie vzduchu nenarušilo prípustné podmienky tepelnovlhkostnej mikroklímy uvedených nasledujúcich tabuľkách. Tabuľka 2: Optimálne a prípustné podmienky tepelno-vlhkostnej mikroklímy pre teplé obdobie roka [8] Trieda práce Operatívna teplota θ o ( C) optimálna prípustná Prípustná rýchlosť prúdenia vzduchu v a (m/s) Prípustná relatívna vlhkosť vzduchu optimálna prípustná (%) ,2 1a ,25 1b ,3 30 až 70 1c ,3 Tabuľka 3: Optimálne a prípustné podmienky tepelno-vlhkostnej mikroklímy pre chladné obdobie roka [8] Trieda práce Operatívna teplota θ o ( C) optimálna prípustná Prípustná rýchlosť prúdenia vzduchu v a (m/s) ,2 Prípustná relatívna vlhkosť vzduchu optimálna prípustná (%) 1a ,2 1b ,25 30 až 70 1c ,3 14

15 Potrebné výmeny vzduchu v priestoroch s krátkodobým pobytom ľudí sú uvedené v nasledujúcej tabuľke. Tabuľka4: Príklady parametrov tepelno-vlhkostnej mikroklímy vo vybraných priestoroch s krátkodobým pobytom osôb [8] Priestor Operatívna teplota θ o ( C) Intenzita výmeny vzduchu n (1/h) chodby a schodiská vstupné haly WC kúpeľne, umyvárne čakárne miestnosti pre upratovačky sklady sklady liekov šatne denné miestnosti Potrebná intenzita vetrania niektorých priestorov s osobitnými požiadavkami je uvedená v nasledujúcej tabuľke. Tabuľka5: Príklady parametrov tepelno-vlhkostnej mikroklímy pre priestory s osobitnými požiadavkami [8] Priestor Operatívna teplota θ o ( C) Relatívna vlhkosť φ (%) Intenzita výmeny vzduchu n (1/h) Hotely, hromadné ubytovne študovne, spoločenské miestnosti jedálne Školy, predškolské zariadenia telocvične spálne DJ, MŠ učebne, herne, denné miestnosti izolačná miestnosť

16 Tabuľka6 - pokračovanie: Príklady parametrov tepelno-vlhkostnej mikroklímy pre priestory s osobitnými požiadavkami [8] Priestor Operatívna teplota θ o ( C) Relatívna vlhkosť φ (%) Intenzita výmeny vzduchu n (1/h) priestory určené na obnaženie pacientov Kúpeľné a liečebné budovy osušovne sprchy bazénové haly vodoliečebné sály sály pre liečebný telocvik hľadisko, sály, priľahlé priestory Divadlá, kiná, koncertné sály a iné kultúrne zariadenia šatne pre účinkujúcich výstavné sály, múzeá vyšetrovne, terapeutické miestnosti Zdravotnícke zariadenia, zariadenia sociálnych služieb izby pacientov lôžková časť operačné sály min min 15 centrálna sterilizácia sanitárna miestnosť Nariadenie č. 391/2006 Nariadenie vlády Slovenskej republiky 391/2006 Z.z. z 24. mája 2006 o minimálnych bezpečnostných a zdravotných požiadavkách na pracovisko [9] predpisuje výmenu vzduchu na pracoviskách bez výskytu škodlivých faktorov tak, aby zamestnanci neboli vystavení prievanu spôsobujúcemu tepelnú nepohodu a aby boli dodržané požiadavky podľa osobitného predpisu. Minimálna výmena vzduchu na jedného zamestnanca má byť najmenej 30 m 3 /h. Pri fyzickej práci sa má vymeniť na jedného zamestnanca 50 m 3 /h vzduchu. 16

17 2.2.3 Vyhláška č. 364/2012 Vyhláška Ministerstva dopravy, výstavby a regionálneho rozvoja Slovenskej republiky 364/2012 z 12. novembra 2012 [10], ktorou sa vykonáva zákon o energetickej hospodárnosti budov a o zmene a doplnení niektorých zákonov v znení neskorších predpisov udáva vstupné údaje súvisiace s normalizovaným spôsobom využívania budov. Vyhláška predpisuje výmenu vzduchu za vonkajší na podlahovú plochu a na osobu. Tabuľka 7: Výmena vzduchu podľa vyhlášky 364/2012 [10] Typ budovy Výmena vzduchu za vonkajší vzduch na podlahovú plochu m 3 /(h.m 2 ) Výmena vzduchu za vonkajší vzduch na osobu m 3 /(h.os) Rodinný dom 0,7 42 Bytový dom 0,7 28 Administratívna budova 0,7 14 Budovy škôl 0,7 7 Budovy nemocníc 1,0 30 Reštaurácia 1,2 6 Budovy pre šport 0,7 14 Zhromažďovacie haly 1,0 5 Obchodný dom 0,3 30 Kryté plavárne 0, Vyhláška č. 527/2007 Vyhláška Ministerstva zdravotníctva Slovenskej republiky č. 527/2007 Z. z. [11] zo dňa o podrobnostiach o požiadavkách na zariadenia pre deti a mládež predpisuje výmenu vzduchu v zariadeniach pre deti a mládež. Tabuľka 8: Výmena vzduchu podľa vyhlášky 527/2007 [11] priestor Výmena vzduchu za vonkajší vzduch učebňa m 3 /(h.os) telesná výchova 30 m 3 /(h.os) šatňa 20 m 3 /(h.miesto) umyváreň 30 m 3 /(h.umývadlo) sprcha m 3 /(h.sprcha) záchodová kabína 50 m 3 /(h.záchod) pisoár 25 m 3 /(h.pisoár) 17

18 2.2.5 Norma STN Tepelná ochrana budov Norma STN Tepelná ochrana budov [12] predpisuje priemernú intenzitu výmeny vzduchu v miestnosti z požiadaviek na nízku spotrebu energie vo všetkých vnútorných priestoroch bytových a nebytových budov n N = 0,5 1/h ak hygienické predpisy a prevádzkové podmienky nevyžadujú iné hodnoty Norma STN EN Norma STN EN [13] stanovuje kritéria pre návrh parametrov vnútorného prostredia budov a sústav techniky prostredia. Norma budov.. Tabuľka 9: Kategórie úrovne vnútorného prostredia budov [13] uvádza štyri kategórie úrovne vnútorného prostredia Kategória I II III IV Vysvetlenie Vysoká úroveň očakávania a odporúča sa pre priestory užívané veľmi senzitívnymi užívateľmi so špeciálnymi požiadavkami, ako sú telesne postihnutí, chorí, veľmi malé deti a starší ľudia. Normálna úroveň očakávania a má byť použitá pre nové a rekonštruované budovy. Prípustná, priemerná úroveň očakávania a môže byť použitá pre existujúce budovy. Hodnoty parametrov mimo kritérií predtým spomenutých kategórií. Táto kategória je prípustná iba obmedzenú časť roka. Pre určenie intenzity vetrania z pohľadu komfortu, hygieny a kvality vzduchu, je potrebné stanoviť požadovanú úroveň kvality vzduchu vo vetraných priestoroch. Výpočet odporúčanej návrhovej intenzity vetrania v administratívnych budovách je možné podľa normy STN EN [13] previesť tromi spôsobmi: Vypočítať potrebnú výmenu vzduchu pre užívateľov (fajčiari, nefajčiari) a požadovaný prídavok výmeny vzduchu k súčastiam budovy. Vypočítať potrebnú intenzitu výmeny vzduchu na osobu alebo na m 2 podlahovej plochy. Vypočítať požadovanú intenzitu výmeny vzduchu založenú na stave rovnováhy a na požadovaných kritériách na úroveň CO 2. Vypočítaná návrhová intenzita vetrania sa skladá z dvoch zložiek: z vetrania pre znečistenie od užívateľov z vetrania pre znečistenie od stavebných konštrukcií a systémov. Celkový objemový prietok vzduchu v miestnosti je vypočítaný zo vzťahu: q tot = n.q p + A.q B, (l/s) (1) kde: q tot - celkový objemový prietok vzduchu v miestnosti (l/s), n - počet osôb v miestnosti (osoba), q p - dávka vzduchu na osobu (l/(s osoba)), 18

19 A - podlahová plocha miestnosti (m 2 ), q B - intenzita vetrania pre emisie z budovy (l/(s m 2 )). Základná požadovaná intenzita výmeny vzduchu na zriedenie emisií od užívateľov pre rôzne kategórie q p je uvedená v tabuľke 9. Intenzita vetrania q B pre je uvedená v tabuľke 10. Tabuľka 10: Dávka vzduchu na osobu [13] Kategória Dávka vzduchu na osobu q p (l/(s osoba)) I. 10 II. 7 III. 4 IV. < 4 Tabuľka 11: Intenzita vetrania q B pre budovy [13] Kategória veľmi málo znečistená budova Intenzita vetrania q B (l/(s. m 2 )) pre emisie z budovy málo znečistená znečistená budova I. 0,5 1,0 2,0 II. 0,35 0,7 1,4 III. 0,3 0,4 0,8 Príklady celkovej intenzity vetrania pre nebytové, nevýrobné budovy založené na týchto hodnotách so zvolenou hustotou obsadenia vypočítané pomocou vzťahu (1) sa uvádzajú v tabuľke 11. Tabuľka 12: Príklady odporúčaných intenzít vetrania pre nebytové budovy so zvolenou hustotou obsadenosti pre tri kategórie znečistenia od budovy samotnej. [13] q p q B q tot q B q tot q B q tot Typ budovy alebo priestoru Jednoduchá kancelária Kancelária s otvorenou dispozíciou Konferenčná miestnosť Kategória Podlahová plocha m 2 /osoba l/(s.m 2 ) na užívateľa l/(s.m 2 ) pre veľmi málo znečisten ú budovu l/(s.m 2 ) pre málo znečisten ú budovu l/(s.m 2 ) pre znečistenú budovu I 10 1,0 0,5 1,5 1,0 2,0 2,0 3,0 II 10 0,7 0,3 1,0 0,7 1,4 1,4 2,1 III 10 0,4 0,2 0,6 0,4 0,8 0,8 1,2 I 15 0,7 0,5 1,2 1,0 1,7 2,0 2,7 II 15 0,5 0,3 0,8 0,7 1,2 1,4 1,9 III 15 0,3 0,2 0,5 0,4 0,7 0,8 1,1 I 2 5,0 0,5 5,5 1,0 6,0 2,0 7,0 II 2 3,5 0,3 3,8 0,7 4,2 1,4 4,9 III 2 2,0 0,2 2,2 0,4 2,4 0,8 2,8 19

20 Tabuľka 13 - pokračovanie: Príklady odporúčaných intenzít vetrania pre nebytové budovy so zvolenou hustotou obsadenosti pre tri kategórie znečistenia od budovy samotnej. [13] q p q B q tot q B q tot q B q tot Typ budovy alebo priestoru Kategória Podlahová plocha m 2 /osoba l/(s.m 2 ) na užívateľa l/(s.m 2 ) pre veľmi málo znečisten ú budovu l/(s.m 2 ) pre málo znečisten ú budovu l/(s.m 2 ) pre znečistenú budovu I 0, ,5 15,5 1,0 16 2,0 17 Poslucháreň II 0,75 10,5 0,3 10,8 0,7 11,2 1,4 11,9 III 0,75 6,0 0,2 0,8 0,4 6,4 0,8 6,8 I 1,5 7,0 0,5 7,5 1,0 8,0 2,0 9,0 Reštaurácia II 1,5 4,9 0,3 5,2 0,7 5,6 1,4 6,3 III 1,5 2,8 0,2 3,0 0,4 3,2 0,8 3,6 I 2,0 5,0 0,5 5,5 1,0 6,0 2,0 7,0 Učebňa II 2,0 3,5 0,3 3,8 0,7 4,2 1,4 4,9 III 2,0 2,0 0,2 2,2 0,4 2,4 0,8 2,8 I 2,0 6,0 0,5 6,5 1,0 7,0 2,0 8,0 Materská škola II 2,0 4,2 0,3 4,5 0,7 4,9 1,4 5,8 III 2,0 2,4 0,2 2,6 0,4 2,8 0,8 3,2 I 7 2,1 1,0 3,1 2,0 4,1 3,0 5,1 Obchodné centrum II 7 1,5 0,7 2,2 1,4 2,9 2,1 3,6 III 7 0,9 0,4 1,3 0,8 1,7 1,2 2,1 Kvalita vnútorného vzduchu v obytných budovách závisí od viacerých parametrov a zdrojov, ako sú počet užívateľov, emisie z činností, emisie zo zariadenia, z podlahových materiálov a čistiacich prostriedkov atď. Požadovaná intenzita vetrania sa musí určiť ako výmena vzduchu za hodinu pre každú miestnosť. Odporúčaná intenzita vetrania uvedená v norme STN EN [13] je založená na priemernom užívaní bytovej budovy. Dosiahnutie požadovanej kvality vzduchu závisí najmä od troch kritérií: odsávanie znečisťujúcich látok z mokrých prevádzok (z kúpeľní, kuchýň, toaliet), celkové vetranie všetkých miestností v budove, celkové vetranie všetkých miestností v budove podľa kritérií vetrania čerstvým vzduchom pre hlavné pobytové miestnosti (spálne a obývacie izby). Kvalita vzduchu je vyjadrená ako požadovaná úroveň vetrania. Kritériá sú vyjadrené rôznymi spôsobmi viď nasledujúcu tabuľku. 20

21 Tabuľka 14: Príklady intenzity vetrania pri bytových budovách. Kontinuálna prevádzka počas obsadenia budovy. Kompletné zmiešavanie. [13] Kategória Intenzita výmeny vzduchu a l/(s.m 2 ) (1) 1/h Obývacie izby a spálne, najmä množstvo vonkajšieho vzduchu l/(s.osoba) l/(s.m 2 ) (2) b (3) Množstvo odsávaného vzduchu (l/s) Kuchyňa (4a) Kúpeľne (4b) Toalety (4) I 0,49 0,7 10 1, II 0,42 0,6 7 1, III 0,35 0,5 4 0, a Intenzita výmeny vzduchu vyjadrená v l/(s.m 2 ) a v 1/h vzájomne korešponduje, ak výška stropu je 2,5 m. b Počet užívateľov sa môže určiť na základe počtu postelí. Ak existujú národné predpoklady, musia sa použiť; môžu sa odlišovať na energetický výpočet a na výpočet kvality vzduchu. izieb. Vzduch privádzaný do kuchýň, kúpeľní a toaliet môže byť vedený zo spální alebo obývacích Bytové budovy sa majú vetrať aj mimo času užívania menšou intenzitou vetrania ako počas užívania. Ak žiadny národný predpis nie je k dispozícii, odporúča sa minimálna intenzita vetrania medzi 0,05 až 0,1 l/(s.m 2 ). V systéme s regulovateľným tokom vzduchu kontrolovaným buď kritériom prezentujúcim potrebu, čas, alebo detekciu prítomnosti užívateľov sa môže intenzita vetrania meniť v rozsahu medzi maximom a minimom v závislosti od užívania a zaťaženia prostredia škodlivinami, ako je produkcia vlhkosti. Zvolené kritériá sa musia splniť aj pri systémoch cielene riadenej výmeny vzduchu alebo detekcie prítomnosti užívateľov. Intenzita vetrania v prirodzene vetraných budovách sa vypočíta podľa STN EN [17] na základe priestorového usporiadania budovy, lokality a klimatických podmienok. Postup voľby intenzity vetrania: Ak hodnoty získané z tabuľky 18 odvodené od počtu osôb, podlahovej plochy a počtu kuchýň, kúpeľní a toaliet vedú k rozdielnym hodnotám vetrania, má sa dodržať nasledujúci princíp: 1. Výpočet celkovej intenzity vetrania pre budovu založený na: a) podlahovej ploche, stĺpec 1, b) počte užívateľov alebo počte spální, stĺpce 2 a Výber vyššej hodnoty z a) alebo b) pre celkovú intenzitu vetrania budovy. 3. Nastavenie množstva odsávaného vzduchu z kuchýň, kúpeľní a toaliet, stĺpec 4 podľa toho, že: a) v budove s malou podlahovou plochou je intenzita odsávania nižšia, b) v rozsiahlejších budovách je intenzita odsávania vyššia. 4. Vonkajší vzduch sa má dodávať najmä do obývacích izieb a spální. Požadovanú intenzitu vetrania je možné určiť aj na základe rovnice rovnováhy pre koncentráciu CO 2 (STN EN [14]) s uvažovaním koncentrácie CO 2 vo vonkajšom ovzduší. Odporúčané 21

22 kritériá koncentrácie CO 2 sa uvádzajú v tabuľke 19. Uvedené hodnoty CO 2 sa môžu použiť aj na navrhovanie cielene riadeného vetrania. Ak sa vetranie reguluje automaticky, maximálna návrhová intenzita vetrania musí zodpovedať výpočtovej maximálnej koncentrácii znečisťujúcej látky. Intenzita vetrania môže kolísať medzi určenou maximálnou a minimálnou intenzitou vetrania, ale počas užívania budovy sa musí zabezpečiť aspoň minimálna intenzita vetrania. Tabuľka 15: Príklady odporúčanej koncentrácie CO 2 nad hodnotou koncentrácie vo vonkajšom vzduchu [13] Kategória Úroveň CO 2 nad vonkajšou úrovňou vzduchu, (ppm) I 350 II 500 III 800 IV > 800 Kvalitu vnútorného vzduchu podľa STN EN [13] je možné zabezpečiť riadeným mechanickým vetraním, ktoré je regulované na základe aktuálnej koncentrácie CO 2. Merania kvality vnútorného vzduchu sú založené na nepriamom prístupe merania intenzity vetrania. V budovách, kde hlavným zdrojom znečistenia sú ľudia, sa môže intenzita vetrania (na osobu alebo na 2 m) odvodiť použitím výstupov z meraní koncentrácie CO 2. Merania sa musia uskutočňovať v priestoroch, v ktorých užívatelia trávia najviac času, podľa možnosti v úrovni hlavy počas typickej záťaže. Merania koncentrácie CO 2 sa podľa možnosti uskutočňujú počas zimného obdobia, kedy je prívod čerstvého vzduchu najnižší. V niektorých prípadoch môžu byť postačujúce okamžité merania za najhorších podmienok (napr. predpoludním, na konci popoludnia v priestoroch, ako sú kancelárie a učebne). V rozsiahlych budovách nie je potrebné hodnotenie všetkých miestností. Postačujúce by mali byť merania len v 5 alebo 10 % (reprezentatívne vybraných) miestností Norma STN EN Podľa normy STN EN [14] sú jednotlivé druhy vzduchov delené do rôznych kategórií. Vnútorný vzduch privádzaný do miestnosti môže byť v rôznych oblastiach odlišný a hlavne v mestách býva znečistený. Tabuľka 16: Kvalita vnútorného vzduchu podľa STN EN13779 [14] Kat. IDA 1 IDA 2 IDA 3 IDA 4 Kvalita vnútorného vzduchu vysoká stredná slabá nízka 22

23 Častým zdrojom znečistenia vzduchu je človek. Jedným z produktom látkovej výmeny človeka je CO 2, ktorý je dobrým indikátorom emisií metabolickej činnosti človeka. Produkcia CO 2 narastá so zvyšujúcou sa váhou človeka a jeho fyzickou činnosťou. Koncentrácia CO 2 v miestnostiach závisí od jeho koncentrácie vo vonkajšom ovzduší a pohybuje sa na úrovni ppm. Tabuľka 17: Hladina CO 2 v miestnostiach pre pobyt ľudí a objemový prietok vonkajšieho vzduchu podľa STN EN [14] Kategória Hladina CO 2 (ppm) nad úrovňou vo vonkajšom vzduchu Zvyčajný rozsah Štandardná hodnota Objemový prietok vonkajšieho vzduchu na osobu (nefajčiar) (l/(s os)) Štandardná hodnota IDA IDA ,5 IDA IDA 4 > CO 2 sa môže hromadiť v miestnosti v prípade nedostatočného množstva privedeného vonkajšieho vzduchu. Vo vnútorných priestoroch obsadených ľuďmi koncentrácia oxidu uhličitého dosiahne vyššiu úroveň ako v čistom vonkajšom vzduchu. Pri koncentráciách vyšších ako ppm spôsobuje nepríjemné pocity vo viac než 20 % ľudí v miestnosti, a nepohodlie sa bude zvyšovať s rastom CO 2 koncentrácie. Určovanie objemového prietoku vonkajšieho vzduchu podľa podlahovej plochy sa používa v prípadoch, kedy miestnosť nie je určená pre pobyt osôb a ani sa s pobytom osôb neuvažuje (sklady a pod). Tabuľka 18: Objemový prietok vonkajšieho vzduchu na jednotku plochy podľa STN EN [14] Kategória Objemový prietok vonkajšieho vzduchu na jednotku plochy (l/(s m 2) ) Štandardná hodnota IDA 1 - IDA 2 0,83 IDA 3 0,55 IDA 4 0, Výpočet intenzity vetrania metódou kvality vnútorného vzduchu Najpresnejšia metóda výpočtu intenzity vetrania je dosiahnutá metódou kvality vnútorného vzduchu, kde najprv vypočítame objemový prietok vzduchu potrebný pri vetraní miestnosti. q = š (m 3 /s) (2) 23

24 q V q mš - objemový prietok vzduchu potrebný pri vetraní miestnosti (m 3 /s) - hmotnostný prietok CO 2 v miestnosti od zdroja škodliviny (mg/s) C IDA - koncentrácia CO 2 vo vzduchu v miestnosti (mg/m 3 ) C SUP - koncentrácia CO 2 v privádzanom vzduchu (mg/m 3 ). Následne vypočítame intenzitu vetrania podľa vzorca: n = (1/h) (3) n - intenzita výmeny vzduchu (1/h) q v - objemový prietok vzduchu (m 3 /h) V M - objem miestnosti (m 3 ) V bežnej praxi nie sú vždy k dispozícii vstupné údaje potrebné pre uvedený spôsob výpočtu a to hlavne v pri projektovaní budovy Výpočet intenzity vetrania metódou podľa počtu osôb Druhá menej presná metóda výpočtu je metóda podľa počtu osôb. Pre danú kvalitu vnútorného vzduchu odčítame z tabuľky 21 objemový prietok vetracieho vzduchu q Vi = 12,5 l/(s.os) a vynásobíme ho počtom osôb nachádzajúcich sa v miestnosti. q = 3,6 i q (m 3 /h) (4) qv - objemový prietok vzduchu (m 3 /h) i - počet osôb (-) qvi - objemový prietok vetracieho vzduchu na osobu (l/(s.os)) Intenzitu vetrania miestnosti vypočítame podľa vzorca (3). Pre porovnateľnosť s požadovanými parametrami vzduchu v zahraničí odporúčam používať výpočet intenzity vetrania podľa STN EN [14] metódou podľa počtu osôb a kategóriu vzduchu IDA 2, kde je možnosť splniť limitnú hranicu koncentrácie CO 2 C IDA = ppm. 24

25 2.3 Samohodnotiace otázky, záver, použitá a odporúčaná literatúra? Samohodnotiace otázky Vymenujte kategórie úrovne vnútorného prostredia budov. Vymenujte kategórie kvality vnútorného vzduchu. Uveďte postup výpočtu intenzity y vetrania metódou podľa počtu osôb = Záver Podľa legislatívnych požiadaviek uvedených v kapitole študent bude vedieť vypočítať č ť intenzitu vetrania v riešenom objekte. Taktiež je možné zo získaných znalostí vypočítať objemový prietok vzduchu potrebný pri navrhovaní vetracieho a klimatizačného zariadenia. Použitá a odporúčaná literatúra [8] Vyhláška Ministerstva zdravotníctva Slovenskej republiky číslo 259/2008 z 18. júna 2008, [9] Nariadenie vlády Slovenskej republiky 391/2006 Z. z. z 24. mája 2006, [10] Vyhláška Ministerstva dopravy, výstavby a regionálneho rozvoja Slovenskej republiky 364/2012 z 12. novembra 2012 [11] Vyhláška Ministerstva zdravotníctva Slovenskej republiky č. 527/2007 Z. z. [12] Norma STN Tepelná ochrana budov. Tepelnotechnické vlastnosti stavebných konštrukcii a budov. Časť 2: 2: Funkčné požiadavky. Júl 2012 [13] Norma STN EN 15251: 2007, Vstupné údaje o vnútornom prostredí budov na navrhovanie a hodnotenie energetickej hospodárnosti budov kvalita vzduchu, tepelný stav prostredia, osvetlenie a akustika. [14] Norma STN EN Vetranie nebytových budov. Všeobecné požiadavky na vetracie a klimatizačné zariadenia. Apríl 2005 [15] Norma STN EN A1 1+A1 Okná a dvere. Norma na výrobky, funkčné charakteristiky. [16] Norma STN EN Tepelnotechnické vlastnosti budov. Stanovenie vzduchovej priepustnosti budov. Metóda pretlaku pomocou ventilátora [17] Norma STN EN Vetranie budov. Výpočtové metódy na na stanovenie prietoku vzduchu v budovách vrátane infiltrácie 25

26 3 TEPELNÉ ZISKY 3.1 Poslanie, ciele, úvod do problematiky Poslanie Poslaním tejto kapitoly je oboznámiť študentov s postupom výpočtu tepelných ziskov, ktoré je potrebné stanoviť pri navrhovaní klimatizačného zariadenia a distribučného systému vzduchotechniky. Ciele Po preštudovaní tejto kapitoly by ste mali vedieť: vypočítať tepelné zisky od vnútorných zdrojov tepla, vypočítať tepelné zisky od vonkajších zdrojov tepla, stanoviť celkové tepelné zisky potrebné pre výpočet objemového prietoku vzduchu odvádzajúceho tepelnú záťaž. Úvod do problematiky Za účelom zníženia tepelnej záťaže ako škodliviny tepelnej povahy z klimatizovaných miestností je potrebné kvantifikovať tepelné zisky. Tepelné zisky sú tepelné toky do klimatizovaného priestoru - miestnosti, ktoré nezahrňujú teplo v privádzanom vzduchu okrem otváraní okien a dverí. Tepelné zisky podľa svojho pôvodu delíme do dvoch skupín: Tepelné zisky od vnútorných zdrojov tepla, Tepelné zisky od vonkajších zdrojov tepla. K vnútorným zdrojom tepla patrí produkcia tepla od: ľudí nachádzajúcich sa v klimatizovanom priestore, používaných svietidiel, elektronických zariadení, elektromotorov, ventilátorov jedál, teplých povrchov, susedných miestností, prepravovaného materiálu a pod. Vonkajšie tepelné zisky od vonkajších zdrojov tepla predstavujú tepelný tok vyvolaný: slnečnou radiáciou oknami, konvekciou oknami, konvekciou ostatnými stavebnými konštrukciami. 26

27 3.2 Tepelné zisky od vnútorných zdrojov tepla K vnútorným zdrojom tepla patrí produkcia tepla od ľudí, svietidiel, strojov, prestup tepla zo susedných miestností. Teplo môže produkovať aj výrobná technológia. K týmto tepelným ziskom je potrebné pripočítať aj teplo, ktorým sa vzduch ohreje v priebehu transportu medzi chladičom a klimatizovanou miestnosťou Produkcia tepla od ľudí Do tejto produkcie je zahrnuté len citeľné teplo, ktoré závisí od telesnej činnosti človeka, teploty vzduchu a zloženia skupiny ľudí. Ako základ sa uvažuje produkcia citeľného tepla muža pri mierne aktívnej práci pri stole pri teplote vzduchu 26 C. Pri inej teplote vzduchu sa prevádza korekcia podľa vzťahu: Q l i l ( ) = 6,2. 36 θ i l - počet osôb (-) θ ai - teplota vzduchu v miestnosti ( C). (W) (5) ai Produkcia tepla je rozdielna u oboch pohlaví a tiež aj detí. Produkcia tepla žien sa uvažuje 85 % a produkcia detí 75 % z produkcie mužov. Produkcia citeľného tepla a vodnej pary mužov je uvedená pre rôzne teploty a rôzne činnosti v tabuľke. Tabuľka 19: Produkcia citeľného tepla a vodnej pary mužov. [18] teplota vzduchu Činnosť človeka Miesto činnosti metabolické teplo (W) citeľné teplo 24 C 26 C 28 C vodná pára citeľné teplo vodná pára citeľné teplo vodná pára (W) (g/h) (W) (g/h) (W) (g/h) sedenie, odpočinok sedenie, mierna aktivita státie, ľahká práca chodenie, prechádzka kino, divadlo byt, kancelária obchod, sklad obchodný dom, banka ľahká práca pri stole dielňa mierny tanec sála

28 Pre rôznorodé zloženie skupiny ľudí sa vypočíta ekvivalentný počet ľudí podľa vzťahu: i m - počet mužov (-), i ž - počet žien (-), i d - počet detí (-). i i + 0,85. i + 0,75. i l = (-) (6) m ž d Produkcia tepla od svietidiel S produkciou tepla od svietidiel sa počíta v prípadoch, keď sú v prevádzke v dobe špičkových tepelných ziskov od iných zdrojov (v kinách, divadlách a v priestoroch bez okien) a kde denné svetlo nie je dostatočné (operačné sály, jemná mechanika a pod.). S umelým osvetlením sa počíta vo vzdialenosti väčšej ako 5 metrov od okien v hlbokých miestnostiach. Pri svietidlách sa uvažuje s tým, že celý elektrický príkon svietidla sa mení na teplo, ktoré sa sálaním a konvekciou šíri do osvetľovaného priestoru. Pomernú časť tepla produkovaného svietidlom, ktorá sa prejaví ako súčasť tepelných ziskov predstavuje zbytkový súčiniteľ c 2. Pre špeciálne konštruované svietidlá s odsávaním sa používajú hodnoty c 2 udávané výrobcom. Pri odsávaní vzduchu pod stropom vedľa svietidiel, ak tam nie je vzduch rozvírený privádzaným vzduchom sa uvažuje so zbytkovým súčiniteľom c 2 = 0,7. Tepelná záťaž od svietidiel sa počíta zo vzťahu: Q sv = (W) (7) P. c c 1. 2 Q sv - produkciou tepla od svietidiel (W), P - celkový príkon svietidiel včítane straty v predradníku (W), c 1 - súčiniteľ súčasnosti používania svietidiel (-), c 2 - zbytkový súčiniteľ (-). Pri výpočte sa počíta s hodnotami intenzít osvetlení, ktoré požaduje projektant. Ak nie sú tieto hodnoty k dispozícii, použijú sa intenzity osvetlenia a im odpovedajúcich produkcií tepla podľa tabuliek. Tabuľka 20: Produkcia tepla od svietidiel. [18] Miestnosť byt, reštaurácia, divadlo, sklad učebňa, pokladňa, montážna dielňa kancelária, čitáreň, výskum obchodný dom, výstavisko elektrotechnická dielňa Intenzita osvetlenia Žiarovka žiarivka (lx) (W/m 2 ) (W/m 2 )

29 3.2.3 Produkcia tepla od elektronických zariadení Rôzne elektronické zariadenia televízny prijímač, počítač, monitor, tlačiareň kopírky a pod. produkujú teplo. Pokiaľ je celkový trvalý príkon menší ako 100 W, nie je potrebné tento zdroj tepla uvažovať. Tepelné zisky od elektronický zariadení sa vypočítajú podľa vzťahu: Q el 3 = c c P Q el - produkcia tepla od elektronických zariadení (W), P - elektrický príkon zariadení (W), c 1 - súčiniteľ súčasnosti chodu všetkých zariadení (-), c 3 - priemerné zaťaženie zariadení (-). 1. (W) (8) Produkcia tepla od elektromotorov Súčasťou strojov v rôznych výrobných prevádzkach je často elektromotor, ktorý je hnacou jednotkou. Pri výpočte je potrebné uvažovať so skutočným príkonom elektromotora, jeho účinnosťou, súčiniteľom súčasnosti chodu motorov a zaťažením elektromotora. Výpočet tepelných ziskov vykonáme podľa vzťahu: Q m N N Q m = c 1 c2. c3 (W) (9) ηm - produkcia tepla od elektromotorov (W), - štítkový výkon elektromotora (W), c 1 - súčiniteľ súčasnosti chodu všetkých motorov (-), c 2 - zbytkový súčiniteľ pri odsávaní, bez odsávania c 2 =1 (-), c 3 - priemerné zaťaženie strojov (-), η m - účinnosť elektromotora (-). Tabuľka 21: Priemerná účinnosť elektromotora. [18] Menovitý výkon elektromotora N (kw) 0,2 0, Účinnosť (%) Produkcia tepla od jedál V stravovacích zariadeniach sa počíta produkcia tepla nasledovne: = (W) (10) Q j - produkcia tepla z jedál (W), q - produkcia tepla z jedného jedla: q = 5 Wh/jedlo n m - počet miest na sedenie pri stole (-), n j - počet jedál (-), 29

30 Pre reštauráciu 1. a 2. triedy sa počíta na jedno miesto s jedným jedlom za hodinu (n j = 1). Pre reštauráciu 3. a 4. triedy sa počíta na jedno miesto s dvoma jedlami za hodinu (n j = 2). Pre závodnú jedáleň sa počíta na jedno miesto s troma jedlami za hodinu (n j = 3) Produkcia tepla ventilátorov Tepelné zisky od súčastí klimatizačných a vetracích zariadení sú prevažne od ventilátorov, ktorými prechádza dopravovaný vzduch. Prechádzajúci vzduch sa pri prietoku ventilátorom ohrieva. Ak je v prúde vzduchu aj elektromotor (napr. v klimatizačnej jednotke) uvažujeme aj s produkciou tepla od elektromotora. Produkcia tepla ventilátorov v zostave vzduchotechnickej jednotky sa počíta zo vzťahu: Q v - produkcia tepla ventilátorov (W), V - prietok vzduchu ventilátorom (m 3 /s), η v - účinnosť ventilátora (-), η m - účinnosť elektromotora (-). Q v V. p = (W) (11) η. η v m Pre samostatné ventilátory, kde elektromotor je umiestnený mimo prúd vzduchu sa produkcia tepla počíta podľa vzťahu: Q v V p =. (W) (12) η v Q v - produkcia tepla ventilátorov (W), V - prietok vzduchu ventilátorom (m 3 /s), η v - účinnosť ventilátora (-), p - celkový tlak ventilátora (Pa) Produkcia tepla ohriatím vzduchu vo vzduchovodoch Ak prechádza tepelne neizolovaný vzduchovod teplejším prostredím, dopravovaný vzduch sa ohreje od okolitého prostredia. Ohriatie vzduchu o θ vplyvom okolia vypočítame: U. S. θam θ= w. A θ - ohriatie vzduchu (K), U - súčiniteľ prechodu tepla (W/(m 2.K)), (K) (13) 30

31 S - povrch vzduchovodu, ktorým teplo prestupuje (m 2 ), θ m - stredný rozdiel teplôt medzi vzduchom vo vzduchovode a okolím (K), W - rýchlosť prúdenia vzduchu vo vzduchovode (m/s), A - prierez vzduchovodu (m 2 ) Produkcia tepla od teplých povrchov Ak majú niektoré povrchy v miestnosti inú teplotu, ako je teplota vzduchu v miestnosti, počíta sa s prestupom tepla podľa vzorca: Q z = h A. θ. (W) (14) m h - súčiniteľ prestupu tepla konvekciou a sálaním. Pri voľnom prúdení vzduchu okolo povrchu uvažujeme h = 10 W/(m 2.K), A - teplovýmenná plocha (m 2 ), θ m - stredný rozdiel teplôt medzi povrchom a vzduchom v miestnosti (K) Produkcia tepla od susedných miestností Ak susedí klimatizovaná miestnosť s miestnosťou, v ktorej je iná teplota počíta sa s tepelnými ziskami podľa vzorca: Q s = U A. ( ) θ θ Q s - produkcia tepla od susedných miestností (W), U - súčiniteľ prechodu tepla stenou (W/(m 2.K)) A - plocha steny (m 2 ), Θ ais - teplota vzduchu v susednej miestnosti ( C), Θ ai - teplota vzduchu v klimatizovanej miestnosti ( C).. (W) (15) ais ai Produkcia tepla od prepravovaného materiálu Ak sa cez klimatizovanú miestnosť prepravuje materiál s inou teplotou, potom tepelné zisky vypočítame: Q M = M c. ( ) θ θ. (W) (16) en ex Q M c θ en θ ex - produkcia tepla od prepravovaného materiálu (W), - špecifická tepelná kapacita prepravovaného materiálu (J/(kg.K)), - teplota materiálu na vstupe do miestnosti ( C), - teplota materiálu na výstupe z miestnosti ( C). 31

32 3.3 Tepelné zisky od vonkajších zdrojov tepla Vonkajšie tepelné zisky od vonkajších zdrojov tepla predstavujú tepelný tok vyvolaný slnečnou radiáciou oknami a konvekciou oknami a ostatnými stavebnými konštrukciami. Výpočet tepelných ziskov klimatizovaných priestorov sa vykonáva podľa STN [18]. Výsledky výpočtu slúžia ako podklad pre dimenzovanie klimatizačných zariadení. V norme sú uvedené zásady pre výpočet tepelnej záťaže klimatizovaných priestorov. Výpočet platí pre priestory so stálou vnútornou teplotou. Výpočet sa prevádza pre slnečný deň 21. júl. V odôvodnených prípadoch, daných orientáciou alebo prevádzkou v budove je možné previesť výpočet pre iný mesiac. Výpočty sa prevádzajú k 21. dňu príslušného mesiaca. Výpočet sa prevádza pre hodinu, v ktorej je možné očakávať najväčšie tepelné zisky. V prípade viac miestností rôzne orientovaných, sa výpočet prevádza v intervaloch po jednej hodine podľa spôsobu užívania miestnosti. Výpočet sa prevádza samostatne pre jednotlivé miestnosti. Celkové tepelné zisky sú súčtom jednotlivých tepelných ziskov. Časový priebeh sa znázorni formou tabuliek, alebo graficky. Ak nie je z hygienických alebo technologických dôvodov stanovené inak, počíta sa v najteplejších dňoch v klimatizovaných miestnostiach s teplotou 26 C. Obvyklá tolerancia teplôt je ± 1 K. Pokiaľ nie je technológiou vyžadovaná určitá teplota, je možné pripustiť zvýšenie teploty v najteplejších dňoch o 2 K. Výsledné hodnoty ziskov sa zaokrúhľujú na 5 W. Záporné tepelné zisky menšie ako 100 W sa do súčtu nemusia započítať. Pri ručnom výpočte sa zaokrúhľuje orientácia obvodového plášťa na 8 základných svetových strán (S, SV, V, JV, J, JZ, Z, SV) a horizontálna rovina. Do vzťahov pre výpočty sa dosadzujú vnútorné rozmery miestností. Ako hĺbka okna pri dvojitom zasklení sa berie vzdialenosť vonkajšieho skla od vonkajšieho povrchu steny. Pri bežných výpočtoch sa používajú súčinitele prestupu tepla: súčiniteľ prestupu tepla na vonkajšej strane steny h e = 15 W/(m 2.K), súčiniteľ prestupu tepla na vnútornej strane zvislej steny h i = 8 W/(m 2.K). Teplota vonkajšieho vzduchu z maximálnej vonkajšej teploty vzduchu θ ae max = 30 C. Priebeh teplôt vonkajšieho vzduchu v priebehu dňa θ ae je možné vypočítať pomocou nasledujúceho vzťahu. =! # $1 &' (15 * 135+, ( C) (17) θ ae max - maximálna vonkajšia teplota vzduchu v príslušnom dni ( C) A - amplitúda kolísania teplôt vonkajšieho vzduchu (K) τ - slnečný čas (hod) 32

33 Tabuľka 22: Doporučené maximálne vonkajšie teplote vzduchu v jednotlivých mesiacoch [18] mesiac marec apríl máj jún júl august sept. okt. θ ae max C) 19,0 22,0 26,5 28,5 30,0 30,0 27,5 23,5 Tabuľka 23: Teploty vonkajšieho vzduchu v priebehu dňa pri θ ae max = 30 C a A = 7 K. [18] hodina θ ae ( C) 16,0 16,2 16,9 18,1 19,5 21,2 23,0 24,8 26,5 27,9 29,1 29,8 30,0 hodina Z dlhodobých sledovaní vyplynulo, že minimálna teplota v priebehu dňa sa vyskytuje o 3. hodine a maximálna teplota o 15. hodine. Pre zimné obdobie je výpočtová teplota pre návrh vykurovania budov odvodená z dlhodobých priemerov piatich najchladnejších dní. V letnom období je výpočtová teplota volená ako dlhodobý priemer absolútne najvyššej teploty. Intenzita slnečnej radiácie je zásadnou zložkou tepelnej energie dopadajúcou do miestnosti. Do budovy slnečné žiarenie preniká radiáciou priesvitnými konštrukciami. Hodnoty tepelných tokov slnečného žiarenia sú funkciou: geografickej polohy budovy, orientácie budovy, polohy slnka a stavu oblohy. Slnečné žiarenie dopadajúce na rozhranie zemskej atmosféry sa zemským ovzduším šíri ako zložka priama I p a vplyvom prímesí vzduchu (vodná para, prach, atd.) sa rozkladá na zložku difúznu I D. Obe formy žiarenia pôsobia na obvodový plášť budov. Celková pomerná priepustnosť priamej slnečnej radiácie štandardným jednoduchým sklom závisí od uhla dopadu slnečných lúčov. Intenzita priamej slnečnej radiácie dopadajúca na plochu kolmú na smer slnečných lúčov I pn sa vypočíta zo vzťahu: -./ = , :9 z - súčiniteľ znečistenia atmosféry (-) H - nadmorská výška (km) h - výška slnka nad obzorom ( ) sin h>?,@ A (W/m 2 ) (18) Tabuľka 24: Súčiniteľ znečistenia atmosféry z (-). [18] mesiac marec apríl máj jún júl august september október z (-) Výška slnka nad obzorom h ( ) pre 50; severnej šírky sa vypočíta podľa nasledujúceho vzťahu: sin h = 0,766 sin C 0,643 cos C cos (15 *+ ( ) (19) δ - slnečná deklinácia ( ) τ - slnečný čas (hod) 33

34 h Obrázok 2: Výška slnka nad obzorom h [1] Tabuľka 25: Výška slnka h ( ). [18] mesiac Slnečný čas (hod) XII I, XI Výška slnka h ( ) II, X III, IX IV, VIII V, VII VI zo vzťahu: Intenzita priamej slnečnej radiácie dopadajúca na ľubovoľne orientovanú plochu I p sa vypočíta -. = -./ cos G (W/m 2 ) (20) I p - Intenzita priamej slnečnej radiácie dopadajúca na ľubovoľne orientovanú plochu (W/m 2 ) I pn - Intenzita priamej slnečnej radiácie dopadajúca na plochu kolmú na smer lúčov (W/m 2 ) φ - uhol medzi normálou oslneného povrchu a smerom slnečných lúčov ( ) Celková pomerná priepustnosť difúznej - nepriamej slnečnej radiácie štandardným jednoduchým sklom je stála a nezávisí na polohe slnka. Intenzita difúznej slnečnej radiácie I d sa vypočíta zo vzťahu: 34

35 - H = I J1080 1,4 -. L sin MN M O P Q R S (W/m 2 ) (21) I p - Intenzita priamej slnečnej radiácie dopadajúca na ľubovoľne orientovanú plochu (W/m 2 ) I d - Intenzita difúznej slnečnej radiácie (W/m 2 ) κ - uhol steny s vodorovnou rovinou, odčítaný na strane odvrátenej od slnka ( ) h - výška slnka nad obzorom ( ) Celková intenzita slnečnej radiácie I o je súčet priamej a difúznej zložky slnečnej radiácie. - T = H (W/m 2 ) (22) I o - Celková Intenzita slnečnej radiácie (W/m 2 ) I p - Intenzita priamej slnečnej radiácie dopadajúca na ľubovoľne orientovanú plochu (W/m 2 ) I d - Intenzita difúznej slnečnej radiácie (W/m 2 ) Prechod tepla radiáciou oknom Výpočet tepelnej záťaže radiáciou oknom sa vykonáva pre slnečný deň 21. júl. V odôvodnených prípadoch, daných orientáciou alebo prevádzkou v budove je možné previesť výpočet pre iný mesiac. Výpočty sa prevádzajú k 21. dňu príslušného mesiaca. Tabuľka 26: Celková intenzita slnečnej radiácie pre deň 21. júl. smer Celková intenzita slnečnej radiácie I o (W/m 2 ) prechádzajúca jednoduchým oknom s oceľovým rámom pre danú hodinu dňa 21. júla S SV V JV J JZ Z SZ Hor

36 Hodnoty celkovej intenzity slnečnej radiácie I o pre 21. júl pri uvažovaní so súčiniteľom znečistenia atmosféry z = 5 podľa STN sú uvedené v prechádzajúcej tabuľke. Hodnoty radiácie pre ostatné mesiace v roku je možné zistiť v norme STN [18]. Hodnoty v tabuľke platia pre stredne čistú atmosféru c o = 1, odpovedajúcu väčšiemu mestu bez priemyselných oblastí. Tepelné zisky od slnečnej radiácie oknami Q or sa počítajú zo vzťahu: TV = $# TW - T X T + (# T # TW + - H, & (W) (23) A os - oslnený povrch okna (m 2 ) A o - plocha okna vrátane rámu (m 2 ) I o - celková intenzita slnečnej radiácie prechádzajúca štandardným jednoduchým sklom (W/m 2 ) I d - intenzita difúznej slnečnej radiácie prechádzajúca štandardným jednoduchým sklom (W/m 2 ) c o s - korekcia pre čistotu atmosféry, vidiecka oblasť c o = 1,15 mesto c o = 1,00 priemyselná oblasť c o = 0,85 - tieniaci súčiniteľ. Tieniaci súčiniteľ s vyjadruje aká časť slnečnej radiácie prechádza počítaným oknom vzhľadom k štandardnému jednoduchému zaskleniu. Pri kombinácii niekoľkých spôsobov tienenia sa výsledná hodnota získa súčinom jednotlivých hodnôt: & = & 7 & M & S & Y & / (-) (24) Tabuľka 27: Hodnoty tieniaceho súčiniteľa s (-) Druh zasklenia tieniaci prostriedok tieniaci súčiniteľ s (-) Jednoduché sklo 1,00 Dvojité sklo 0,90 Jednoduché determálne sklo 0,70 Vonkajšie determálne sklo, vnútorné obyčajné sklo 0,60 Reflexné sklo jednoduché - priemerná akosť 0,70 Reflexné sklo dvojité - špičková výroba 0,24 Vonkajšie reflexné sklo priemernej akosti, vnútorné obyčajné 0,60 Zdvojené reflexné sklo dobrej akosti 0,30 Reflexná fólia tmavá 0,25 Reflexná fólia svetlá 0,42 Vnútorné žalúzie lamely 45, svetlé 0,56 36

37 Tabuľka 28 - pokračovanie: Hodnoty tieniaceho súčiniteľa s (-) Druh zasklenia tieniaci prostriedok tieniaci súčiniteľ s (-) Vnútorné žalúzie lamely 45, strednej farby 0,65 Vnútorné žalúzie lamely 45, tmavé 0,75 Vonkajšie žalúzie lamely 45, svetlé 0,15 Vonkajšie žalúzie lamely 45, vonku jasné do vnútra tmavé 0,13 Vonkajšie markízy - vetraný medzipriestor 0,30 Medziokenné žalúzie - nevetraný medzipriestor 0,50 Reflexné záclony svetlé - vonkajšia reflexná vrstva 0,60 Závesy: bavlna, umelé vlákna 0,80 Reflexné záclony tmavé - vonkajšia reflexná vrstva 0,70 Pri výpočte tepelných ziskov od slnečnej radiácie oknami je potrebné uvažovať len časť okna, ktorá je oslnená. Oslnený povrch okna A os sa určí sa podľa vzťahu: # TW = $[ \ (1 7 ] +, $[ ^ (1 M _ +, (m 2 ) (25) L A - šírka zasklenej časti okna (m) L B - výška zasklenej časti okna (m) e 1, e 2 - dĺžka tieňa v okennom otvore od okraja slnolamu (m) f, g - odstup zvislej a vodorovnej časti skla od slnolamu (m) A f L A f c d h e 1 β γ A o e 2 A os g L B g B α n juh Obrázok 3: Schéma oslnenia okna [1] 37

38 Dĺžky tieňov sa vypočítajú podľa vzťahov: 1 7 = ` tan d e (m) (26) e 7 = g hiq j gkp l m (m) (27) d - hĺbka okna (m) c - hĺbka okna vzhľadom k hornej cloniacej hrany (m) α - azimut slnka ( ) γ - azimut steny - okna ( ) h - je výška slnka nad obzorom ( ) Tabuľka 29: Azimut slnka α ( ) [18] mesiac Slnečný čas (hod) XII I, XI Slnečný azimut ( ) II, X III, IX IV, VIII V, VII VI Pri počítaní oslneného povrchu okna A os je nutné brať do úvahy nasledovné okrajové podmienky: - ak d e 90 potom # TW = 0 (m 2 ), - ak d e 90 a 1 7 [ \ + ] potom # TW = 0 (m 2 ), - ak d e 90 a 1 M [ ^ + _ potom # TW = 0 (m 2 ), - ak 1 7 ] potom výraz $[ \ (1 7 ] +, nahradíme hodnotou L A, - ak je sklo vsadené do kovového rámu, do sklenenej časti sa započítava aj plocha rámu. 38

39 S Z α V n γ J Obrázok 4: Slnečný azimut α ( ) a uhol normály steny γ ( ). [1] Tepelné zisky od slnečnej radiácie sú čiastočne pohltené vnútornými deliacimi konštrukciami a vnútorným zariadením miestností. Zníženie tepelných ziskov od oslnených okien Q sa počíta podľa vzťahu: Δ = 0,05 r Δθ (W) (28) Q - zníženie maximálnej hodnoty tepelných ziskov od oslnenia okien (W) M - hmotnosť stien (bez obvodových), podlahy a stropu, ktoré prichádzajú do úvahy pre akumuláciu (kg). keď je hrúbka konštr. 0,16 m vo výpočte sa uvažuje jej polovičná hrúbka, keď je hrúbka konštr. > 0,16 m vo výpočte sa uvažuje hrúbka 0,08 m, keď je na podlahe koberec vo výpočte sa uvažuje len ¼ hmotnosti podlahy. θ - max. pripustené prekročenie požadovanej teploty v klimatizovanom priestore (2 K). (K) Ak je rozdiel maximálnej hodnoty tepelných ziskov radiácie Q or max a zníženie maximálnej hodnoty tepelných ziskov od oslnenia okien Q menší ako priemerné tepelné zisky radiáciou Q orm v dobe prevádzky zariadenia, uvažuje sa pre výpočet hodnota priemerných tepelných ziskov Q orm. ( TV! +< TV (W) (29) Hodnota priemerných tepelných ziskov Q orm sa počíta podľa vzťahu: TV = { z } w xyz / (W) (30) 39

40 Q ori - tepelné zisky radiáciou v i-tu hodinu (W) n - počet hodín prevádzky klimatizácie (hod) Tabuľka 30: Výpočtová hodnota súčiniteľa prechodu tepla oknom a dverami U o (W/(m 2.K)) [18] Druhy okien a dverí U o (W/(m 2.K)) s jedným sklom 5,20 s prídavným sklom v rámčeku z plastu alebo z kovu 3,00 Okno drevené, plastové a kombinované Jednoduché okno Zdvojené okno s izolačným dvojsklom bez selektívnej vrstvy 2,90 s izolačným dvojsklom so selektívnou vrstvou 2,10 s izolačným dvojsklom bez selektívnej vrstvy a s prídavným sklom v rámčeku z plastu alebo z kovu 2,20 s izolačným trojsklom 2,10 S dvoma sklami 2,80 S troma sklami s izolačným dvojsklom na vnútornej strane okna 2,00 S troma sklami - tretie sklo v rámčeku medzi krídlami 1,90 Dvojité okno Dve jednoduché sklá 2,70 Jedno jednoduché sklo a dvojsklo 1,60 s jedným sklom 6,50 Okno kovové Jednoduché okno Zdvojené okno s izolačným dvojsklom 4,50 s izolačným dvojsklom a prerušeným tepelným mostom 3,70 s izolačným dvojsklom so selektívnou vrstvou a prerušeným tepelným mostom 2,70 s izolačným trojsklom a prerušeným tepelným mostom 2,80 S dvoma sklami 3,80 S dvoma sklami a prerušeným tepelným mostom 3,20 S troma sklami s izolačným dvojsklom na vnútornej strane okna a prerušeným tepelným mostom 2,80 Drevené bez sklenenej výplne 2,60 Drevené s jedným sklom 4,70 Dvere kovové s jedným sklom 6,50 Balkónové viď okná Vnútorné drevené plné 2,00 Vnútorné drevené zasklenené plné s jedným sklom 3,50 40

41 3.3.2 Prechod tepla konvekciou oknom Prechod tepla konvekciou oknom Q ok sa počíta podľa vzťahu: T~ = T # T ( + (W) (31) U o - súčiniteľ prechodu tepla oknom (W/(m 2.K)) A o - plocha okna vrátane rámu (m 2 ) Θ ae - teplota exteriérového vzduchu ( C) Θ ai - teplota vzduchu v miestnosti ( C) Tabuľka 31: Rovnocenná slnečná teplota vzduchu θ r ( C) a priemerná rovnocenná slnečná teplota vzduchu θ rm ( C) vypočítaná pre maximálnu dennú teplotu θ ae max = 30 C, θ ae max - θ ae min = 14 K, ε = 0,6 a pre mesiac júl. [18] hodiny θ ae ( C) Rovnocenná slnečná teplota vzduchu θ r ( C) Horiz. S SV V JV J JZ Z SZ 1 16,9 16,9 16,9 16,9 16,9 16,9 16,9 16,9 16,9 16,9 2 16,2 16,2 16,2 16,2 16,2 16,2 16,2 16,2 16,2 16,2 3 16,0 16,0 16,0 16,0 16,0 16,0 16,0 16,0 16,0 16,0 4 16,2 16,2 16,2 16,2 16,2 16,2 16,2 16,2 16,2 16,2 5 16,9 19,1 19,3 20,9 20,8 19,1 18,1 18,1 18,1 18,1 6 18,1 25,1 23,5 31,4 32,9 27,2 20,9 20,6 20,6 20,6 7 19,5 32,8 23,9 36,8 41,7 35,8 23,2 23,2 23,2 23,2 8 21,2 40,8 25,9 37,9 46,3 42,8 29,3 25,9 25,9 25,9 9 23,0 48,4 28,5 36,0 47,2 47,4 36,6 28,5 28,5 28, ,8 54,7 30,9 32,4 45,0 49,4 43,0 30,9 30,9 30, ,5 59,3 33,0 33,0 40,6 48,7 47,7 38,1 33,0 33, ,9 61,7 34,6 34,6 34,6 45,6 50,2 45,6 34,6 34, ,1 61,8 35,6 35,6 35,6 40,6 50,3 51,3 43,1 35, ,8 59,6 35,9 35,9 35,9 35,9 47,9 54,4 50,0 37, ,0 55,4 35,5 35,5 35,5 35,5 43,6 54,4 54,2 43, ,8 49,4 34,4 34,4 34,4 34,4 37,9 51,3 54,9 46, ,1 42,3 33,5 32,7 32,7 32,7 32,7 45,3 51,3 46, ,9 35,0 33,4 30,5 30,5 30,5 30,5 37,1 42,8 41, ,5 26,7 28,9 27,6 27,6 27,6 27,6 28,7 30,4 30, ,8 24,8 24,8 24,8 24,8 24,8 24,8 24,8 24,8 24, ,0 23,0 23,0 23,0 23,0 23,0 23,0 23,0 23,0 23, ,2 21,2 21,2 21,2 21,2 21,2 21,2 21,2 21,2 21, ,5 19,5 19,5 19,5 19,5 19,5 19,5 19,5 19,5 19, ,1 18,1 18,1 18,1 18,1 18,1 18,1 18,1 18,1 18,1 θ rm ( C) 23,0 33,6 26,2 27,8 29,7 30,2 29,6 30,2 29,7 27,8 41

42 3.3.3 Tepelné zisky cez nepriesvitné konštrukcie Pre výpočet prestupu tepla sa dosadzujú teploty vzduchu po obidvoch stranách steny. Len v prípade ak je stena oslnená, dosadzuje sa rovnocenná slnečná teplota vzduchu θ r ( C) definovaná: V = + x R ƒ ( C) (32) θ r - rovnocenná slnečná teplota vzduchu ( C), θ ae - teplota vonkajšieho vzduchu ( C), I o - intenzita priamej a difúznej slnečnej radiácie dopadajúca na stenu (W), ε - súčiniteľ pomernej pohltivosti pre slnečnú radiáciu (-), h e - súčiniteľ prestupu tepla na vonkajšej strane steny (W/(m 2.K)), Vonkajšie steny sú podľa STN [18] rozdelené do troch kategórií: steny ľahké steny stredne ťažké steny ťažké Steny ľahké Sú steny s hrúbkou steny δ < 0,08 m. Vykazujú malú tepelnú kapacitu a fázový posun teplotných kmitov tepelných tokov je malý. Proces prechodu tepla je možné uvažovať ako ustálený. Prechod tepla Q st sa určí zo vzťahu: W = W # W ( V + (W) (33) Q st - prechod tepla cez vonkajšiu stenu (W) U st - súčiniteľ prechodu tepla cez vonkajšiu stenu (W/(m 2.K)) A st - plocha vonkajšej steny (m 2 ) θ r θ ai - rovnocenná slnečná teplota vzduchu ( C) - teplota interiérového vzduchu ( C) Steny stredne ťažké Sú steny s hrúbkou steny 0,08 m δ 0,45 m. Vykazujú väčšiu tepelnú kapacitu a z toho dôvodu ovplyvňujú aj kolísanie teplôt na vnútornom povrchu a tým aj fázový posun pri prechode tepla. Prechod tepla Q st sa určí zo vzťahu: W = W # W ( V ++ J V V Lˆ (W) (34) 42

43 Q st - prechod tepla cez vonkajšiu stenu (W) U st - súčiniteľ prechodu tepla cez vonkajšiu stenu (W/(m 2.K)) A st - plocha vonkajšej steny (m 2 ) θ rm - priemerná rovnocenná slnečná teplota vzduchu za 24 hodín ( C) θ ai - teplota interiérového vzduchu ( C) θ rφ - rovnocenná slnečná teplota vzduchu v čase o φ hodín skôr ( C) m - súčiniteľ zmenšenia teplotného kolísania pri prechode tepla konštrukciou (-) Hodnoty φ a m sa určia podľa diagramu uvedenom v norme STN [18]. Pre priemerné vlastnosti stien je možné určiť fázové posuny teplotných kmitov φ (hod) pomocou približného vzťahu: G = 32 C 0,5 (hod) (35) δ - hrúbka steny (m) Zmenšenie teplotného kolísania je možné vypočítať zo vzťahu: = 7:Š,8 MŒ?? (-) (36) m - súčiniteľ zmenšenia teplotného kolísania pri prechode tepla konštrukciou (-) δ - hrúbka steny (m) Steny ťažké Sú steny s hrúbkou steny δ > 0,45 m. Vykazujú takú veľkú tepelnú kapacitu, že je možné zanedbať kolísanie teplôt na vnútornom povrchu. Prechod tepla Qst sa určí zo vzťahu: W = W # W ( V + (W) (37) Q st - prechod tepla cez vonkajšiu stenu (W) U st - súčiniteľ prechodu tepla cez vonkajšiu stenu (W/(m2.K)) A st - plocha vonkajšej steny (m2) θ rm - priemerná rovnocenná slnečná teplota vzduchu za 24 hodín ( C) θ ai - teplota interiérového vzduchu ( C). 43

44 3.3.4 Vodné zisky Aby sme zamedzili nadmernej vlhkosti v miestnosti je niekedy potrebné určiť vodný zisk. Zdrojom produkcie vodnej pary môže byť človek, odparovanie z jedla a odparovanie z hladiny vody, ktorá má vyššiu teplotu ako je teplota vzduchu v interiéry. Ak je teplota mokrého povrchu, z ktorého sa voda odparuje, vyššia ako teplota vzduchu, odoberá sa teplo potrebné k odpareniu priamo z vody. Odparovaný hmotnostný tok vody z mokrého povrchu alebo hladiny vody M w (kg/s) sa pre výpočet vodných ziskov vypočíta podľa vzťahu: r Ž = (7 + 5,3 + # J2. " 2L 10 S (ks/s) (38) w - stredná rýchlosť prúdenia vzduchu nad hladinou (mokrým povrchom) (m/s) A - plocha hladiny mokrého povrchu (m 2 ) " 2. - špecifická vlhkosť nasýteného vzduchu pri teplote povrchu (kg/kg s. v.) x - špecifická vlhkosť vzduchu nad mokrým povrchom (kg/kg s. v.) Vzhľadom ku zložitosti procesov je potrebné počítať so stálym odparovaním, ktorého veľkosť vyplýva z praktických skúseností. Pri krytých bazénoch s vykurovanými podlahami môžeme počítať s odparovaním vody M w = kg/(m 2.s). Pri odparovaní vody z povrchu hladiny sa odoberá teplo zo vzduchu tento jav nazývame adiabatické odparovanie. Teplota povrchu hladiny sa pohybuje medzi teplotou mokrého teplomeru a teplotou vzduchu závisí od intenzity sálania okolitých plôch. Odparovaný hmotnostný tok vody z mokrého povrchu M w (kg/s) sa vypočíta podľa predošlého vzťahu. V tomto prípade sa od tepelnej záťaže citeľným teplom odpočíta teplo potrebné k odpareniu vody z mokrého povrchu podľa nasledujúceho vzťahu. T = r Ž Ž (W) (39) Q o - teplo potrebné k odpareniu vody z mokrého povrchu (W) l w - výparné teplo vody l w = 2, J/kg M w - odparovaný hmotnostný tok vody z mokrého povrchu (kg/s) 44

45 3.4 Samohodnotiace otázky, záver, použitá a odporúčaná literatúra? Samohodnotiace otázky Od čoho závisí ľuďmi produkované teplo? Vymenujte veličiny, iny, od ktorých závisí prechod tepla konvekciou oknami. Vymenujte veličiny, iny, od ktorých závisí prechod tepla radiáciou oknami. = Záver V uvedenej kapitole sú uvedené bežné spôsoby výpočtu tepelných ziskov, ktoré je potrebné vypočítať za účelom zníženia tepelnej záťaže ako škodliviny tepelnej povahy v klimatizovaných miestnostiach. Na základe vypočítaných tepelných ziskov je možné vypočítať objemový prietok vzduchu, ktorým budeme môcť odviesť prebytočné teplo z miestnosti. Táto problematika je rozpracovaná v nasledujúcej kapitole. Použitá a odporúčaná literatúra [18] STN Výpočet tepelnej záťaže klimatizovaných - priestorov [1] Kapalo, P.: Vzduchotechnika 1. Časť.. Technická univerzita Košice, Stavebná fakulta. Košice ISBN [2] Székyová, M., Ferstl, K., Nový, R.: Vetranie a klimatizácia, vydavateľstvo Jaga group, s.r.o., Bratislava 2004, ISBN [3] Technický průvodce - Větrání a klimatizace, prof. Ing. Jaroslav Chyský CSc., prof. Ing. Karel Hemzal CSc. a kolektiv, Praha 1993 [4] Maurer, K. a kol.: Vzduchotechnická zařízení (pro 3. a 4. ročník SPŠ stavebních studijního oboru TZB). Sobotáles, Praha 2007, ISBN [5] Chyský, J., Hemzal K., a kol.: TP větrání a klimatizace, Brno: Bolit-b press, 1993, ISBN [6] Gebauer, G., Rubínová, O., Horká, H.: Vzduchotechnika, vydavateľstvo ERA group, spol. s.r.o., Brno 2005, ISBN X [7] Hirš, J., Gebauer, G.: Vzduchotechnika v příkladech 1, 1, VUT v Brne, 2006, ISBN

46 4 VÝPOČET OBJEMOVÉHO PRIETOKU VZDUCHU 4.1 Poslanie, ciele, úvod do problematiky Poslanie Poslaním tejto kapitoly je oboznámiť študentov s postupom výpočtu objemového prietoku vzduchu, ktorý je potrebné stanoviť pri navrhovaní klimatizačného zariadenia a distribučného systému vzduchotechniky. Ciele Po preštudovaní tejto kapitoly by ste mali vedieť vypočítať objemový prietok vzduchu: pri infiltráciou, pri vetraní oknom, aeráciou, podľa dávky čerstvého vzduchu, z tepelnej záťaže z vlhkostnej záťaže z množstva vznikajúcich škodlivín. Úvod do problematiky Za účelom zníženia tepelnej záťaže ako škodliviny tepelnej povahy a odvodu škodlivín vznikajúcich počas užívania miestnosti je potrebné kvantifikovať objemový prietok vzduchu. Jedno z najrozšírenejších vetraní je prirodzené vetranie: infiltráciou a exfiltráciou, vetranie oknom, vetranie aeráciou. Na odvedenie tepelnej záťaže sa vo veľkých budovách prevažne používa nútené mechanické vetranie. V tejto kapitole sú stručne spracované najčastejšie používané postupy pre výpočet objemového prietoku vzduchu. 46

47 4.2 Výpočet objemového prietoku vzduchu Výpočet objemového prietoku vzduchu infiltráciou Vetranie infiltráciou je výmena vzduchu v miestnosti vplyvom netesnosti stavebných konštrukcií. Ide o samovoľné vnikanie vonkajšieho vzduchu do budovy špárami okien a dverí vplyvom podtlaku v budove. Objemový prietok vzduchu prúdiaceho do miestnosti dĺžkou špár otváravých okien a dverí sa určí z rovnice: = ' 3 / (m 3 /s) (40) i - súčiniteľ prievzdušnosti špáry ((m 3 /s)/(m.pa n )) l - dĺžka špár (m) n - exponent charakterizujúci prúdenie vzduchu špárou, bežne n = 0,67 p - rozdiel tlaku vyvolaný rozdielom teplôt a pôsobením vetra (Pa) Obrázok 5: Schéma okna s vyznačením špár [1] Súčiniteľ špárovej prievzdušnosti i je hodnota vyjadrujúca mieru priepustnosti vzduchu špárou. Infiltrácia je najväčšia v mrazivých a veterných dňoch a spôsobuje veľké tepelné straty. Zatesňovanie špár môže naopak spôsobiť hygienické problémy v miestnosti tvorba plesní, zvýšená koncentrácia CO 2 a pod. Tlak vyvodený vplyvom rozdielu teplôt je daný Eulerovou rovnicou hydrostatiky. Pre konštantné teploty vzduchu s podmienkou, že teplota interiérového vzduchu je väčšia ako exteriérového vzduchu θ i > θ e, kde rozdiel hustôt vzduchu bude ρ i < ρ e, platí pre rozdiel tlakov a výšku h rovnica: 3 = M h _ ( S + (Pa) (41) ρ i - hustota interiérového vzduchu (kg/m 3 ) ρ e - hustota exteriérového vzduchu (kg/m 3 ) h - výška vetracieho otvoru (m) g - gravitačné zrýchlenie (m/s 2 ) 47

48 Tlak vyvodený účinkom vetra je výsledkom jeho silového pôsobenia na budovu. Pre dynamický tlak vetra platí rovnica: p = 0,5 v M ρ (Pa) (42) v - rýchlosť vetra (m/s) ρ e - hustota exteriérového vzduchu (kg/m 3 ) Rýchlosť vetra je na hydrometeorologickej stanici meraná vo výške 10 m nad otvoreným terénom. Charakter a rýchlosť vzduchového prúdu sa však mení v závislosti od výšky nad terénom a urbanistickej zástavby a jej modifikácia vo výške h je vyjadrená: v h v 10m k v j = k v 7? (m/s) (43) - odhadovaná rýchlosť vetra v požadovanej výške nad terénom (m/s) - rýchlosť vetra nameraná na hydrometeorologickej stanici vo výške 10 m (m/s) - koeficient zmeny vyjadrujúci vplyv urbanistickej zástavby a výšku nad terénom. Tabuľka 32: Hodnoty koeficientov transformujúcich rýchlosť vetra nad terénom [19] Hodnoty koeficientu zmeny k (-) Výška nad terénom (m) Centrum veľkých miest 0,65 0,75 0,83 0,9 0,95 Predmestia 0,65 0,72 0,78 0,82 0,86 Tlak vyvodený súčasným pôsobením teploty a vetra je daný súčtom predchádzajúcich prípadov: p = M h _ ( S ++ 0,5 v M j ρ (Pa) (44) ρ i - hustota interiérového vzduchu (kg/m 3 ) ρ e - hustota exteriérového vzduchu (kg/m 3 ) h - výška vetracieho otvoru (m) g - gravitačné zrýchlenie (m/s 2 ) v h k - odhadovaná rýchlosť vetra v požadovanej výške nad terénom (m/s) - koeficient zmeny vyjadrujúci vplyv urbanistickej zástavby a výšku nad terénom Výpočet objemového prietoku vzduchu vetraním oknom Vetranie oknom je najčastejší spôsob vetrania malých miestností. Súčasťou moderných okien je integrovaná štrbina slúžiaca na prívod (odvod) vzduchu, ktorá umožňuje efektívne vetranie 48

49 v kombinácii s podtlakovým systémom. V tejto časti sa zaoberáme len klasickým vetraním oknom bez prvkov na prívod resp. odvod vzduchu. Vetranie oknom umožňuje prirodzenú výmenu vzduchu, ktorá je spôsobená rozdielom teplôt interiéru a exteriéru a pôsobením vetra. Pretože účinok vetra má náhodný charakter, vo výpočte sa s ním bežne neuvažuje. Pri výpočte sa uvažuje ako v prípade aerácie s tým, že jeden a ten istý otvor slúži na prívod aj odvod vzduchu. Za predpokladu, že hmotnosť privádzaného vzduchu je rovnaká ako hmotnosť odvádzaného vzduchu sa neutrálna rovina, ktorá tvorí rozhranie medzi prúdmi vzduchu, posunie pod rovinu stredu okna. b b/2 a p Obrázok 6: Schéma vetrania oknom [1] Pre ustálený stav prúdenia vzduchu je možné stanoviť objemový prietok vzduchu pre strednú = 0, 5 z rovnice: ρ ρ + hustotu vzduchu ( ) s e ρ i = M œ S ž Ÿ M ρ ρ J ρ ρ L 6 } Jž z, :ž ƒ, L> (m 3 /s) (45) kde: q V - objemový prietok vzduchu (m 3 /s) µ - výtokový súčiniteľ otvoru (-) ρ i - hustota interiérového vzduchu (kg/m 3 ) ρ e - hustota exteriérového vzduchu (kg/m 3 ) ρ s - stredná hustota vzduchu (kg/m 3 ) a - dĺžka otvoru - okna (m) b - výška otvoru - okna (m) g - tiažové zrýchlenie (m/s 2 ) Tabuľka 33: Výtokový súčiniteľ otvoru Uhol otvorenia okna α ( ) výtokový súčiniteľ otvoru µ (-) 15 0, , , , ,67 49

50 4.2.3 Výpočet objemového prietoku vzduchu vetraním aeráciou Vetranie aeráciou je spôsob výmeny vzduchu pomocou otvorov umiestnených nad sebou s osovou vzdialenosti h podľa nasledujúceho obrázku. p 2 θ e θ i A h h A 1 h p 1 p Obrázok 7: Schéma vetrania aeráciou [1] V prípade dvoch otvorov o ploche A 1 a A 2 umiestnených v miestnosti nad sebou vznikne pri rozdielnej teplote v interiéry a exteriéry pre θ i > θ e rozdiel tlaku p e. Hmotnostný prietok vzduchu q m je daný vzorcom: = # 7 µ 7 2 ρ p 7 = # M µ M 2 ρ p M (kg/s) (46) kde: A 1 - plocha vetracieho otvoru privádzajúceho vzduch (m 2 ) A 2 - plocha vetracieho otvoru odvádzajúceho vzduch (m 2 ) µ 1 - výtokový súčiniteľ otvoru privádzajúceho vzduch (-) µ 2 - výtokový súčiniteľ otvoru odvádzajúceho vzduch (-) ρ i - hustota interiérového vzduchu (kg/m 3 ) ρ e - hustota exteriérového vzduchu (kg/m 3 ) p 1 - rozdiel tlakov pre otvor, ktorým sa vzduch privádza (Pa) p 2 - rozdiel tlakov pre otvor, ktorým sa vzduch odvádza (Pa) Po úpravách za predpokladu, že otvory sú rovnakej veľkosti A zjednoduší na tvar: 1 = A 2 = A sa predošlá rovnica q = A µ ª 2 ρ ρ j J ρ ρ L ρ : ρ (kg/s) (47) kde: A - plocha vetracieho otvoru privádzajúceho / odvádzajúceho vzduch (m 2 ) µ - výtokový súčiniteľ otvoru privádzajúceho / odvádzajúceho vzduch (-) ρ i - hustota interiérového vzduchu (kg/m 3 ) ρ e - hustota exteriérového vzduchu (kg/m 3 ) g - tiažové zrýchlenie (m/s 2 ) h - osová vzdialenosť otvorov (m) 50

51 4.2.4 Výpočet objemového prietoku vzduchu podľa dávky čerstvého vzduchu na osobu V praxi sa často používa stanovenie množstva vzduchu podľa dávky čerstvého vzduchu na osobu, keď je známy počet ľudí v miestnosti. q v q = n «d (m 3 /h) (48) objemový prietok čerstvého vzduchu (m 3 /h) n L počet osôb v miestnosti (-) d dávka čerstvého vzduchu (m 3 /h) Dávku čerstvého vzduchu je možné stanoviť podľa Vyhlášky 527/2007 [11] a podľa Vyhlášky 391/2006 [9], ktoré sú spracované v kapitole: 2.2 Legislatívne požiadavky na vetranie budov Výpočet objemového prietoku vzduchu podľa intenzity výmeny vzduchu Keď nie je známy počet ľudí v miestnosti je možné vypočítať množstvo vzduchu podľa intenzity výmeny vzduchu daný legislatívnymi požiadavkami. Objemový prietok vzduchu je závislý od druhu priestoru a od potrebnej intenzity výmeny vzduchu. Objemový prietok čerstvého vzduchu vypočítame pomocou vzťahu: q = V n (m 3 /hod) (49) q V - objemový prietok vzduchu (m 3 /hod) V M - objem miestnosti (m 3 ) n - intenzita výmeny vzduchu (1/hod) Hodnotu intenzity výmeny vzduchu je možné stanoviť podľa typu prevádzky sú spracované v kapitole: 2.2 Legislatívne požiadavky na vetranie budov Výpočet objemového prietoku vzduchu z tepelnej záťaže Objemový prietok vzduchu potrebný na odvod tepelnej záťaže sa vypočíta podľa vzťahu: q = g ± J² ³, ² ³, L (m 3 /s) (50) q V Φ - objemový prietok vzduchu potrebný na odvod tepelnej záťaže (m 3 /s) - tepelná záťaž (W) c p - špecifická tepelná kapacita vzduchu (J/(kg.K)) c pv = 1010 J/(kg.K) ρ - hustota vzduchu (kg/m 3 ), ρ = 1,141 kg/m 3 pri teplote vzduchu 26 C θ a,ida - teplota vzduchu v miestnosti ( C) θ a,sup - teplota privádzaného vzduchu ( C) 51

52 Pri stanovení tepelnej záťaže postupujeme podľa postupu uvedeného v kapitole: 3 Tepelné zisky. Odporúčaný rozdiel teplôt θ uvažujeme: v zimnom období θ = 6 až 8 C v letnom období θ = 4 až 6 C Výpočet objemového prietoku vzduchu z vlhkostnej záťaže V prípade, že sa v miestnosti nachádza bazén, alebo iný významný zdroj vlhkosti je potrebné vypočítať objemový prietok vzduchu z vlhkostnej záťaže. Medzi hlavné zdroje vlhkosti v bežných budovách patrí: metabolizmus človeka - produkcia 50 až 250 g vodnej pary / h, podľa druhu činnosti, kúpeľne - produkcia 700 až g vodnej pary / h, kuchyňa - produkcia 600 až g vodnej pary / h, sušenie bielizne - produkcia 200 až 500 g vodnej páry / h / 5 kg. V mnohých vyspelých krajinách sa pre dodržanie optimálnej relatívnej vlhkosti vzduchu medzi 35 % až 45 % predpisuje nútené riadené vetranie bytov s trvalou intenzitou vetrania n = 0,3 1/h až 0,5 1/h. Objemový prietok vzduchu potrebný na odvedenie produkovanej vlhkosti sa vypočíta podľa vzťahu: q V q = ± (µ µ + - objemový prietok vzduchu potrebný na odvodenie vlhkosti (m 3 /s) X p - vlhkostná záťaž miestnosti (g/s) ρ e - hustota privádzaného vzduchu(kg/m 3 ) x IDA x SUP - špecifická vlhkosť vzduchu v miestnosti (g/kg) - špecifická vlhkosť privádzaného vzduchu (g/kg) (m 3 /s) (51) Výpočet objemového prietoku vzduchu z pohľadu komfortu, hygieny a kvality vzduchu Pri výpočte objemového prietoku vzduchu z pohľadu komfortu, hygieny a kvality vzduchu, je potrebné stanoviť požadovanú úroveň kvality vzduchu vo vetraných priestoroch. Vypočítaná návrhová intenzita vetrania sa skladá z dvoch zložiek: z vetrania pre znečistenie od užívateľov z vetrania pre znečistenie od stavebných konštrukcií a systémov. Celkový objemový prietok vzduchu v miestnosti vypočítame podľa vzťahu 11 uvedený v kapitole: 2.2 Legislatívne požiadavky na vetranie budov. Základná požadovaná intenzita výmeny vzduchu na zriedenie emisií od užívateľov pre rôzne kategórie q p a intenzita vetrania q B sú uvedené v tabuľke v kapitole 2.2 Legislatívne požiadavky na vetranie budov. 52

53 4.3 Výpočet objemového prietoku vzduchu z množstva plynných, kvapalných a tuhých škodlivín Keď sú v miestnosti zdroje škodlivín, je možnosť znížiť ich koncentráciu občasným vetraním alebo trvalým vetraním. Pri občasnom vetraní sa nedá dosiahnuť ustálený stav koncentrácie škodlivín. Pri trvalom vetraní sa dá dosiahnuť ustálený stav koncentrácie škodlivín, ale ide o energeticky náročnejšie vetranie Výpočet objemového prietoku vzduchu z množstva škodlivín pri občasnom vetraní Základná rovnica vetrania je: q C ¹ dt + q š d h q C º»¼ dt = V dc º»¼ (52) q V - objemový prietok vzduchu potrebný pri vetraní miestnosti (m 3 /s) C SUP - koncentrácia škodliviny v privádzanom vzduchu v čase t (g/m 3 ) q mš - hmotnostný prietok škodliviny v miestnosti od zdroja škodliviny (g/s) C IDA - koncentrácia škodliviny vo vzduchu v miestnosti v čase t (g/m 3 ) V M - objem miestnosti (m 3 ) t - čas (s) Ak zapíšeme matematickým vzťahom: hmotnosť škodliviny privedenej do miestnosti vzduchom potrebným pri vetraní za čas dt q š, ¹ = q C ¹ dt (g/s) (53) q mš,sup q V - hmotnostný prietok škodliviny privedený do miestnosti vetraným vzduchom (g/s) - objemový prietok vzduchu potrebný pri vetraní miestnosti (m 3 /s) C SUP - koncentrácia škodliviny v privádzanom vzduchu v čase t (g/m 3 ) t - čas (s) hmotnosť škodliviny zo zdroja v miestnosti do miestnosti za rovnaký čas dt q š = q š dt (g/s) (54) q mš t - hmotnostný prietok škodliviny v miestnosti od zdroja škodliviny (g/s) - čas (s) q mš,ida q V hmotnosť škodliviny odvedenej z miestnosti vzduchom potrebným pri vetraní za čas dt q š,º»¼ = C º»¼ q dt (g/s) (55) - hmotnosť škodliviny odvedenej z miestnosti pri vetraní za čas dt (g/s) - objemový prietok vzduchu potrebný pri vetraní miestnosti (m 3 /s) 53

54 C IDA - koncentrácia škodliviny vo vzduchu v miestnosti v čase t (g/m 3 ) t - čas (s) q mš,ida prírastok hmotnosti škodliviny vo vzduchu v miestnosti dq š,º»¼ = V dc º»¼ (g/s) (56) - prírastok hmotnosti škodliviny vo vzduchu v miestnosti (g/s) V M - objem miestnosti (m 3 ) C IDA - koncentrácia škodliviny vo vzduchu v miestnosti v čase t (g/m 3 ) Zjednodušene je možné teda napísať vzťah pre hmotnosť škodliviny odvedenej z miestnosti vzduchom potrebným pri vetraní za čas dt q š, ¹ + q š q š,º»¼ = dq š,º»¼ (g/s) (57) dm ši M ši M š M še Obrázok 8: Schéma toku škodliviny pri vetraní miestnosti. [2] Podľa predchádzajúceho obrázku predpokladajme, že vo vetranom priestore sa vyskytuje zdroj s časovo stálou produkciou plynnej škodliviny M š (g/s), ktorá sa rovnomerne rozptyľuje v miestnosti s objemom V M (m 3 ). Objemový prietok vzduchu potrebný pre vetranie q V (m 3 /s) so vstupnou koncentráciou tej istej škodliviny C SUP (g/m 3 ) rovnomerne prevetráva celý priestor, takže koncentrácia škodliviny v odvádzanom vzduchu C IDA (g/m 3 ) sa rovná koncentrácii v miestnosti [2]. Konečná koncentrácia škodlivín vo vzduchu v miestnosti je daná najvyššou prípustnou hodnotou koncentrácie látok (NPK). Koncentráciu C IDA je možné vypočítať zo vzťahu: C º»¼ = C ¹ + š ½1 exp I6 > to (g/m 3 ) (58) C IDA - koncentrácia škodliviny vo vzduchu v miestnosti v čase t (g/m 3 ) C SUP - koncentrácia škodliviny v privádzanom vzduchu v čase t (g/m 3 ) q mš q V - hmotnostný prietok škodliviny v miestnosti od zdroja škodliviny (g/s) - objemový prietok vzduchu potrebný pri vetraní miestnosti (m 3 /s) V M - objem miestnosti (m 3 ) t - čas (s) Zdroj škodliviny 54

55 Priemernou polhodinovou koncentráciou sa rozumie stredná hodnota koncentrácie zistená na určenom mieste v priebehu polhodiny. Priemernou jednohodinovou koncentráciou sa rozumie stredná hodnota koncentrácie zistená na určenom mieste v priebehu jednej hodiny. Priemernou osemhodinovou koncentráciou sa rozumie stredná hodnota koncentrácie zistená na určenom mieste v priebehu ôsmich hodín. Objemový prietok vzduchu potrebný pre vetranie miestnosti na to, aby konečná koncentrácia škodlivín vo vzduchu v miestnosti C IDA neprekročila prípustnú hodnotu koncentrácie látok (NPK) vypočítame zo vzťahu: q V q mš q = š + 46 š M ( + h M ( + >M + 6 h š 7/M >A h - objemový prietok vzduchu potrebný pri vetraní miestnosti (m 3 /s) - hmotnostný prietok škodliviny v miestnosti od zdroja škodliviny (g/s) C IDA - koncentrácia škodliviny vo vzduchu v miestnosti v čase t (g/m 3 ) C SUP - koncentrácia škodliviny v privádzanom vzduchu v čase t (g/m 3 ) V M - objem miestnosti (m 3 ) t - čas (s) (m 3 /s) (59) Výpočet objemového prietoku vzduchu z množstva škodlivín pri trvalom vetraní Pri trvalom vetraní miestnosti so zdrojmi škodlivín platí rovnica látkovej bilancie: q mš q V q š + q C ¹ = q C º»¼ (g/s) (60) - hmotnostný prietok škodliviny v miestnosti od zdroja škodliviny (g/s) - objemový prietok vzduchu potrebný pri vetraní miestnosti (m 3 /s) C SUP - koncentrácia škodliviny v privádzanom vzduchu (g/m 3 ) C IDA - koncentrácia škodliviny vo vzduchu v miestnosti v čase t (g/m 3 ) Objemový prietok vzduchu podľa produkovanej škodliviny vypočítame úpravou predošlej rovnice. q = š (m 3 /s) (61) Koncentráciu škodliviny v odvádzanom vzduchu C IDA volíme tak, aby koncentrácia v oblasti pobytu osôb neprekročila najvyššiu prípustnú koncentráciu určenú hygienickými predpismi. Ďalšia menej presná metóda výpočtu je metóda podľa počtu osôb. Pre danú kvalitu vnútorného vzduchu napr. kategóriu IDA 2 z normy STN EN [14] odčítame z tabuľky (viď tabuľku 31) 55

56 objemový prietok vetracieho vzduchu q Vi = 12,5 l/(s.os) a vynásobíme ho počtom osôb nachádzajúcich sa v miestnosti. Objemový prietok vzduchu podľa počtu osôb vypočítame: q = 3,6 i q (m 3 /h) (62) q v - objemový prietok vzduchu (m 3 /h) i - počet osôb (-) q vi - objemový prietok vetracieho vzduchu na osobu (l/(s.os)) Tabuľka 34: Objemový prietok vonkajšieho vzduchu podľa STN EN [14] Kategória Objemový prietok vonkajšieho vzduchu na osobu (nefajčiar) (l/(s os)) Objemový prietok vonkajšieho vzduchu na osobu (fajčiar) (l/(s os)) IDA IDA 2 12,5 25 IDA IDA Uvedená metóda je menej presná ale jednoduchá a rýchla. Pri stanovovaní objemového prietoku vzduchu podľa počtu osôb nachádzajúcich sa v administratívnych priestoroch, kde sa nevykonáva fyzicky náročná činnosť je doporučené previesť výpočet podľa vzorca 62, prípadne overiť inú metodiku výpočtu aj týmto výpočtom. 56

57 4.4 Samohodnotiace otázky, záver, použitá a odporúčaná literatúra? Samohodnotiace otázky Vymenujte najčastejšie astejšie používané druhy prirodzeného vetrania. Od ktorých veličín závisí objemový prietok vzduchu z tepelnej záťaže? Od ktorých veličín závisí objemový prietok vzduchu z množstva škodlivín? = Záver V uvedenej kapitole sú uvedené bežné spôsoby výpočtu objemového prietoku vzduchu potrebného na zabezpečenie enie potrebnej dávky vzduchu pre osoby nachádzajúce sa v miestnosti. Taktiež je v kapitole uvedený výpočet objemového prietoku vzduchu potrebného na odvedenie tepelnej a vlhkostnej záťaže. Výpočet objemového prietoku vzduchu z množstva škodlivín a podľa počtu osôb je praxi najjednoduchšie použiteľný. Použitá a odporúčaná literatúra [19] Bielek, M., Černík, P., Tajmír, M., Aerodynamika budov, ALFA Bratislava, 1999 [1] Kapalo, P.: Vzduchotechnika 1. Časť. Technická univerzita Košice, Stavebná fakulta. Košice ISBN [2] Székyová, M., Ferstl, K., Nový, R.: Vetranie a klimatizácia, vydavateľstvo Jaga group, s.r.o., Bratislava 2004, ISBN [9] Nariadenie vlády Slovenskej republiky 391/2006 Z. z. z 24. mája 2006, [11] Vyhláška Ministerstva zdravotníctva Slovenskej republiky č.527/2007 Z. z. [13] Norma STN EN 15251: 2007, Vstupné údaje o vnútornom prostredí budov na navrhovanie a hodnotenie energetickej hospodárnosti budov kvalita vzduchu, tepelný stav prostredia, osvetlenie a akustika. [14] Norma STN EN Vetranie nebytových budov. Všeobecné požiadavky na vetracie a klimatizačné zariadenia. Apríl

58 5 DIMENZOVANIE VZDUCHOVODU 5.1 Poslanie, ciele, úvod do problematiky Poslanie Úlohou vzduchovodov je privádzať čerstvý upravený vzduch do vetraných a klimatizovaných priestorov a odvádzať vzduch so škodlivinami z týchto priestorov. Poslaním tejto kapitoly je oboznámiť študentov s postupom pri výpočte rozmeru vzduchotechnického potrubia. Ciele Cieľom je naučiť sa základné kroky pri navrhovaní vzduchotechnické rozvodu vzduchu. Po preštudovaní tejto kapitoly by ste mali vedieť: vypočítať tlakové straty miestnymi odpormi, vypočítať tlakové straty trením vo vzduchotechnickej rúre, vypočítať rozmer vzduchotechnického potrubia. Úvod do problematiky Vzduchovod v budove môže byť jednoduchý, ale môže pozostávať aj z veľmi členitej potrubnej siete. V tejto kapitole sa zaoberáme výpočtom jednoduchého rozvodu vzduchu. Študent by mal po osvojení vedomostí z kapitoly získať vedomosti o výpočte rozmeru vzduchotechnického potrubia. Rozmer vzduchotechnického potrubia je potrebný na určenie svetlej výšku miestností, v ktorých je uvažované so vzduchotechnickým rozvodom zabezpečujúcim vetranie a klimatizáciu. Z toho to dôvodu je táto kapitola určená nie len pre študentov so zameraním na technické zariadenia budov, ale aj pre študentov zaoberajúcich sa tvorbou budov. 5.2 Výpočet vzduchovodu Pri navrhovaní vzduchovodu ako celku určenému na dopravu vzduchu potrebujeme najprv zvoliť: trasu vzduchovodu, typ vzduchovodu: kruhový štvorhranný stanoviť rozmer rúr, vypočítať dopravný tlak ventilátora. 58

59 Pri voľbe trasy rozvodu vzduchu je potrebné zohľadniť rozmiestnenie koncových prvkov, ktorými je vzduch distribuovaný do požadovaného priestoru. Pri určovaní trasy je potrebné zohľadniť stavebnú konštrukciu budovy, požiarne úseky a netreba zabudnúť na križovanie vzduchotechnických rozvodov navzájom (prívodné a odsávacie rúry) a križovanie vzduchotechnických rúr s inými rozvodmi (vykurovanie, vnútorný vodovod, vnútorná kanalizácia, plynovod a elektroinštalácia). Taktiež je potrebné uvažovať aj s rozmiestnením čistiacich a revíznych otvorov a odvodnením vzduchotechnických rúr. V ďalšom kroku je potrebné zvoliť vhodnú rýchlosť prúdenia vzduchu. Zvýšená rýchlosť vzduchu vo vzduchovode môže spôsobovať nepríjemný hluk v mieste pobytu ľudí a taktiež zvyšuje energetickú náročnosť vetracieho systému. Maximálne rýchlosti prúdenia vzduchu v nízkotlakých vzduchotechnických rozvodoch je uvedená v nasledujúcej tabuľke. Tabuľka 35: Maximálne rýchlosti prúdenia vzduchu v nízkotlakých vzduchotechnických rozvodoch podľa Carriera [3] Vetraný priestor Hluková hladina (db) Rýchlosť vzduchu (m/s) doporučená maximálna Byty Hotelové izby Čitárne, kancelárie Divadlá, posluchárne Veľké kancelárie, reštaurácie ,5 obchody Priemyselné prevádzky Viac ako ,5 Pri výpočte rozmerov rúr v jednotlivých úsekoch vzduchotechnického rozvodu postupujeme od najvzdialenejšieho úseku smerom ku ventilátoru. Jednou z metód výpočtu je metóda stáleho tlakového spádu. Pre zjednodušenie vysvetlenia postupu výpočtu uvedieme príklad, v ktorom bude zachovaný postup výpočtu. Jednotlivé kroky potrebné k výpočtu rozmerov vzduchotechnických rúr podľa metódy stáleho tlakového spádu sú nasledovné: Voľba hlavnej vetvy. Rozdelenie vetvy na úseky s rovnakými prietokmi vzduchu. Určenie hospodárnej mernej tlakovej straty R. Určenie predbežných hydraulických priemerov jednotlivých úsekov hlavnej vetvy d h. Stanovenie rozmerov potrubia pre každý úsek. 59

60 Stanovenie skutočnej mernej tlakovej straty R v jednotlivých úsekoch. Stanovenie rýchlosti prúdenia vzduchu v jednotlivých úsekoch. Výpočet straty trením v jednotlivých úsekoch. Stanovenie súčiniteľov miestnych strát v jednotlivých úsekoch. Výpočet straty miestnymi odpormi v jednotlivých úsekoch. Výpočet celkových tlakových strát Voľba hlavnej vetvy Pri voľbe hlavnej vetvy volíme trasu vzduchu, ktorá sa nám na prvý pohľad javí ako najnepriaznivejšia. Zväčša je to najdlhšia trasa s rôznymi tvarovkami, ktoré kladú prepravovanému vzduchu najväčší odpor. Na obrázku je nami zvolená hlavná trasa označená hrubšou červenou čiarou. Obrázok 9: Voľba hlavnej trasy. [20] Rozdelenie vetvy na úseky s rovnakými prietokmi vzduchu Hlavnú vetvu rozdelíme úseky, ktoré majú konštantný prietok vzduchu. Odmeriame si dĺžky jednotlivých úsekov. V našom prípade máme 5 úsekov. Obrázok 10: Voľba hlavnej trasy. [20] 60

61 5.2.3 Určenie hospodárnej mernej tlakovej straty R Hospodárnu mernú tlakovú stratu určíme z tabuľky podľa predpokladanej doby prevádzkovania klimatizačného zariadenia a maximálneho prietoku vzduchu. Zohľadňuje hospodárne využívanie vzduchotechnického zariadenia ako celku. Tabuľka 36: Hospodárna merná tlaková strata [4] Denná Maximálny prietok vzduchu v zariadení (10 3 x (m 3 /h)) prevádzka (h/deň) Merná tlaková strata R (Pa/m) 4 5,0 3,5 2,8 2,5 2,2 1,7 1,5 1,0 0,8 0,7 0,6 8 2,8 1,8 1,5 1,3 1,2 1,0 0,8 0,6 0,45 0,4 0, ,6 1,3 1,0 0,85 0,75 0,65 0,55 0,35 0,3 0,25 0, ,0 0,7 0,6 0,5 0,45 0,37 0,3 0,22 0,18 0,15 0,14 V našom príklade pri maximálnom prietoku vzduchu m 3 /h a dennej 8 hodinovej prevádzke je hospodárna merná tlaková strata R = 1,2 Pa/m Určenie predbežných hydraulických priemerov Obrázok 11: Tlakový spád pri prúdení štandardného vzduchu oceľovým vzduchotechnickým potrubím. Určenie hydraulického priemeru. 61

62 Určenie predbežných hydraulických priemerov jednotlivých úsekov hlavnej vetvy d h vykonáme pomocou diagramu tlakového spádu. Pre prvý úsek s prietokom vzduchu 625 m 3 /h a predbežnú tlakovú stratu R = 1,2 Pa/m nájdeme diagrame predbežný hydraulický priemer d h. V našom prípade je d h = 225 mm Stanovenie rozmerov potrubia pre každý úsek Z predbežného hydraulického priemeru určíme rozmer štvorhranného potrubia podľa tabuľky s ekvivalentnými priemermi štvorhranného potrubia podľa objemového množstva vzduchu. V našom prípade pre nami zvolený predbežný hydraulický priemer dh = 225 mm hľadáme najbližší vyšší ekvivalentný priemer štvorhranného potrubia a následne rozmer štvorhranného potrubia. Tabuľka 37: Ekvivalentný priemer a rozmer štvorhranného potrubia podľa množstva vzduchu Pre nami zvolený predbežný hydraulický priemer d h = 225 mm sme zvolili skutočný hydraulický priemer štvorhranného potrubia d he = 226 mm a následne rozmer štvorhranného potrubia 355 x 125 mm. Pri voľbe rozmeru potrubia je nutné brať ohľad aj na rozmer koncové distribučného prvku Stanovenie skutočnej mernej tlakovej straty a rýchlosti prúdenia vzduchu Skutočnú mernú tlakovú stratu R v jednotlivých úsekoch určíme obdobne ako v kapitole Poznáme skutočný hydraulický priemer štvorhranného potrubia d hs = 226 mm a prietok vzduchu v prvom úseku 625 m 3 /h. Priesečníkom týchto dvoch hodnôt v diagrame tlakového spádu pri prúdení štandardného vzduchu potrubím vyhľadáme skutočnú mernú tlakovú stratu R v jednotlivých úsekoch. 62