SLOVENSKÁ TECHNICKÁ UNIVERZITA V BRATISLAVE STAVEBNÁ FAKULTA KATEDRA TECHNICKÝCH ZARIADENÍ BUDOV VETRANIE PRIEMYSELNÝCH HÁL Vypracoval: Bc. Michal Uvíra Konzultant: Doc. Ing. Marta SZÉKYOVÁ, PhD. BRATISLAVA 2006 MICHAL UVÍRA strana 1
Obsah Úvod 1. Mikroklíma 1.1. Hygienické zásady 1.2. Tepelná bilancia 1.3. Tepelná pohoda 1.4. Meranie tepelného stavu prostredia 1.5. Škodliviny vo vnútornom vzduchu 1.6. Zápachy 2. Návrh a dimenzovanie klimatizačných zariadení 2.1. Klimatické podmienky pre dimenzovanie vetracích a klim. zar. 2.1.1 Teploty vonkajšieho vzduchu 2.1.2 Obsah vlhkosti vo vzduchu 2.1.3 Tlak vzduchu 2.1.4 Slnečná radiácia 2.2. Stanovenie minimálneho prívodu čerstvého vzduchu 2.3. Psychrometrické výpočty 2.4. Najčastejšie využívaný klimatizačný systém pre kiná 3. Prúdenie vzduchu v priestore 3.1. Klasifikácia prúdenia vzduchu v miestnosti 3.2. Voľný izotermný prúd 3.3. Voľný neizotermný prúd 3.4. Poloohraničený prúd 3.5. Ohraničený prúd 3.6. Plochý prúd MICHAL UVÍRA strana 2
4. Analýza systémov distribúcie vzduchu 4.1. Prúdenie vzduchu zhora - dole ( zmiešavacie prúdenie ) 4.2. Prúdenie vzduchu zdola - hore 5. Distribučné prvky pre VZT 5.1. Prívodné a odvodné výustky 5.2. Distribučné prvky pre zmiešavacie prúdenie 5.2.1 Žalúziové výustky 5.2.2 Anemostaty 5.2.3 Výustky s vírivým účinkom 5.2.4 Riešenie prívodu vzduchu dýzami 5.3. Distribučné prvky pre vztlakový a mikroklimatický systém 5.3.1 Veľkoplošné výustky 5.3.2 Výustky s prívodom v tesnej blízkosti človeka Zoznam použitých fyzikálnych veličín Zoznam použitej literatúry MICHAL UVÍRA strana 3
ÚVOD Základnou funkciou vetracích a klimatizačných zariadení je odvod škodlivín a tvorba požadovaného tepelno-vlhkostného stavu prostredia v určenom priestore budovy. Potreba inštalovania vetracieho alebo klimatizačného zariadenia vyplýva z miery narušenia stavu vnútorného prostredia produkciou škodlivín z vnútorných alebo vonkajších zdrojov. V seminárnej práci sa zaoberám problematikou vetrania a klimatizácie priemyselných hál. S rozvojom priemyslu sa zväčšuje počet priemyselných hál s rôznou prevádzkou, pričom každý druh prevádzky má iné požiadavky na vnútornú mikroklímu. Mnohé prevádzky sa nezameriavajú na vytvorenie pohody pre človeka v danom priestore ale na požiadavky na vnútorné prostredie, ktoré stanovuje použitá technológia. V priemyselných halách často na úpravu vzduchu vplýva viacero faktorov, ako tepelnovlhkostné požiadavky tak kvalita vzduchu po chemickej stránke, nakoľko v priemyselných prevádzkach vznikajú nebezpečné látky pre zdravie človeka. O ostatných činiteľoch, ktoré sa zúčastňujú na vytváraní optimálnej vnútornej klímy sa často už uvažuje málo. Prostredie pôsobí na človeka nielen prostredníctvom teploty vzduchu, ale aj pohybom vzduchu, sálania okolitých plôch, predmetov a konštrukcií, vlhkosti a znečistenia vzduchu a v neposlednom rade aj elektronickými javmi v ovzduší. Tieto vplyvy a javy sa môžu prejavovať v rozličných kombináciách. V budovách je zabezpečená tepelná pohoda, ale na ľudí pôsobia mnohé rušivé podnety. Preto je veľmi dôležité, aby projektant bral do úvahy všetky stavy interiérového prostredia - teplotný, vlhkostný, hlukový, aerodynamický, mikrobiálny, svetelný a elektromagnetický. Tepelnú záťaž tvoria v priemysle rôzne zdroje podľa druhu prevádzky - tepelná produkcia ľudí, osvetlenie, technológia spojená s prevádzkou. Dávka čerstvého vzduchu sa rovnako ako ostatné požiadavky odvíjajú od použitej technológie. V niektorých prevádzkach je dôležité aj zabezpečenie bezprašnosti vzduchu. Takéto prevádzky sú napr. v prevádzkach na výrobu a balenie liečiv, prípadne MICHAL UVÍRA strana 4
v prevádzkach kde sa vyrába a montuje mikroelektronika. K týmto prevádzkam potom pristupujeme ako k čistým priestorom, ktoré zaberajú samostanú kapitolu, príliš obsiažnu na podrobnejšie rozobranie v nasledujúcej práci. V objektoch priemyslených prevádzok nie sú tak prísne požiadavky na hluk ako v budovách občianskej vybavenosti. Ak sú tlmiče hluku nutné, používajú sa v prívodnom a odvodnom potrubí. Je potrebné venovať pozornosť šíreniu hluku stavebnými časťami zo strojovne, prípadne z vonkajšieho priestoru. Keďže vetranie aktívne pôsobí na tvorbu vnútorného prostredia a má dôsledky na ekonomiku výstavby a prevádzku budov, je voľba vhodného vetracieho systému veľmi dôležitým krokom pri návrhu budovy. K výberu vhodného systému by sa malo prikročiť iba po dôkladnej analýze vnútorných podmienok a prevádzkových požiadaviek. Treba si uvedomiť, že nútené vetranie s úpravou vzduchu, a najmä klimatizácia, je spojená s nárokmi na spotrebu energie. Projektant musí zohľadniť všetky tieto aspekty, požiadavky a potreby ako aj požiadavky a potreby ľudí nachádzajúcich sa v daných priestoroch a musí vhodne vybrať vetrací či klimatizačný systém vyhovujúci menovaným okolnostiam aby bola zabezpečená kvalitná interiérová pohoda prostredia a tiež účinnosť a efektívnosť vetracieho zariadenia. Najčastejšie sa používajú nízkotlakové centrálne zariadenia. Pretože technologické zariadenia a priemyslené prevádzky všobecne obyčajne nemajú nároky na vlhkost vzduchu, zvykne sa vynechať zvlhčovač. Rozhodujúcu úlohu pri efektívnej prevádzke vetracích a klimatizačných zariadení má práve distribúcia vzduchu t.j. spôsob a rozmiestňovanie prívodných a odvodných vetracích výustiek, ich tvar a aerodynamické vlastnosti, ako aj vol'ba parametrov nimi pretekajúceho vzduchu. Pretože správny návrh distribúcie vzduchu predstavuje potenciálny zdroj úspor energie, je predmetom intenzívneho výskumu. MICHAL UVÍRA strana 5
1. MIKROKLÍMA Účelom vetrania a klimatizácie je zabezpečiť priaznivé klimatické podmienky pre pobyt a prácu človeka, prípadne pre správnu funkciu zariadení v uzavretých, to znamená od vonkajšieho prostredia oddelených priestorov. Súhrn faktorov životného prostredia vnútorných priestorov tvorí tzv. "mikroklímu". Pri vykurovaní a chladení ide o vytváranie priaznivých tepelných pomerov dôležitých z hľadiska fyziologickej termoregulácie človeka, a pri vetraní - o zabezpečenie vyžadovanej čistoty ovzdušia a jeho priaznivej skladby, čo je dôležité z hľadiska hygieny a zdravia človeka. Poznanie fyziologických javov a hygienických podmienok je preto nevyhnutným predpokladom pre úspešné riešenie vykurovacích, vetracích a klimatizačných zariadení. 1.1. Hygienické zásady Výkonnosť človeka je ovplyvnená prostredím, v ktorom žije. Pri každej intenzite práce, alebo duševnej činnosti, kvantifikovateľnej tepelnou produkciou človeka, sú najdôležitejšie činitele rozhodujúce o tepelnom stave prostredia (teploty vzduchu a okolitých plôch - predmetov a stien, rýchlosť' prúdenia vzduchu jeho vlhkosť', tepelne izolačné vlastnosti odevu), čistota okolitého vzduchu (plynné škodliviny, pachy, zápachy), hladina hluku, intenzita osvetlenia. Na zdravie človeka majú taktiež vplyv činitele, ktoré človek nevníma (ionizujúce a neionizujúce elektromagnetické žiarenia, chemické látky bez zápachu, elektrostatické pole, počet a prevažujúca polarita iontov v ovzduší). 1.2. Tepelná bilancia človeka Ľudské telo udržuje za všetkých podmienok približne stálu teplotu 37 C vnútornou termoreguláciou. Biochemickými reakciami - oxidáciou potravy so vzdušným kyslíkom, sa vytvára v tele teplo, ktoré musí byt' odvádzané okolím. Nakoľko však toto teplo je iba malou súčasťou tepelných ziskov v priemyselných halách, do návrhu chladenia, ktoré sa samo o sebe používa v priemysle iba výnimočne, MICHAL UVÍRA strana 6
ho nezapočítavame. 1.3. Tepelná pohoda Tepelnou pohodou sa označuje stav, kedy prostredie odoberá človeku jeho tepelnú produkciu bez výrazného ( mokrého ) potenia. Vzhľadom k individuálnym odchýlkam fyziologických funkcií ľudí nie je možné zaistiť žiadnou kombináciou veličín, určujúcich tepelný stav prostredia, podmienky tepelnej pohody všetkým prítomným osobám v pracovných alebo zhromažďovacích priestoroch. Vždy je určitý počet nespokojných, ktorý' pociťujú nepohodu (diskomfort). Preto sú pre potreby projektantov TZB a hygienikov dôležité okrem optimálnych taktiež aj prípustné podmienky tepelnej mikroklímy podľa fyzickej aktivity a oblečenia ľudí. [Chyský,Hemzal :Větrání a klim. - str 134] Spoločný účinok pôsobenia tepla radiáciou a konvekciou združuje tzv. operatívna teplota t o. Je to teplota čierneho uzavretého priestoru, v ktorom by človek rovnako pociťoval teplo šírenie konvekciou a radiáciou, ako v skutočnom nerovnomernom priestore. Pri optimálnom tepelnom stave človeka neexistuje napätie v termoregulačnom mechanizme ani pocit nepohody a vytvára sa predpoklad pre vysokú pracovnú schopnosť. 1.4. Meranie tepelného stavu prostredia K určeniu tepelného stavu prostredia sa merajú buď jednotlivé činitele tj. teplota vzduchu, účinná teplota okolitých plôch, vlhkosť' vzduchu a rýchlosť' prúdenia alebo výsledné veličiny, zahrňujúce spoločný účinok dvoch alebo viacej činiteľov. Pri meraní teploty vzduchu je treba teplomery s bankou chrániť pred účinkami sálania okolitých plôch. Najúčinnejšou ochranou je lesklá clona zvýšenie rýchlosti prúdenia vzduchu okolo činnej časti teplomeru. Presné výsledky (v medziach 0,2 K ) MICHAL UVÍRA strana 7
dosahuje Assmanov aspiračný psychrometer s ciachovaným dilatačným ( ortuťovým ) teplomerom. Registráciu a diaľkový prenos umožňujú termočlánky a odporové teplomery. Vo vzduchotechnike sa najčastejšie používajú dvojice kovov : podľa STN 35 67 10 meď - konstantan asi 50 μv / K, do 400 C, železo- konstantan asi 60 μv/ K, do 600 C, nichrom - nikel asi 40 μv / K, do 900 C a platinrhodium-platina asi 10 μv / K do 1300 C a je medzinárodným štandardom. Vlhkosť vzduchu sa najčastejšie zisťuje psychrometricky, postupom založeným na meraní mokrého a suchého teplomeru. Vlasové a blanové vlhkomery relatívnej vlhkosti vyžadujú častú regeneráciu, hlavne v prostredí s vlhkosťou pod 60%. Meranie rýchlosti prúdenia vzduchu vo vetranom, klimatizovanom priestore je obtiažne pre malé hodnoty rýchlosti (od niekoľko cm/s do 0,5 m/s) a pre silnú turbulenciu. Zmeny rýchlosti sú náhodilé, majú stochatický charakter. Táto náhodilosť zmien rýchlosti je prirodzenou vlastnosťou pohybu vzduchu v miestnostiach, kde aj bez núteného prívodu vzduchu prúdi prirodzenou konvekciou na stenách a na predmetoch s inou teplotou než má vzduch. Preto tieto malé rýchlosti meriame katateplomerom, alebo mechanickým alebo elektrickým anemometrom. Účinnú teplotu okolitých plôch t u je možné stanoviť z hodnôt teplôt jednotlivých stien a určenie uhlových pomerov osáľania vzhľadom ku človeku v určitom mieste priestoru. Tento postup je vhodný pre návrh zariadenia. V existujúcich budovách je bežnejšie meranie výslednej teploty t c guľovým teplomerom ( pri súčasnom zmeraní teploty vzduchu ta a rýchlosti prúdenia v ). 1.5. Škodliviny vo vnútornom vzduchu Škodlivinami sú prímesi vzduchu, ktoré spôsobia pokles produktívnej činnosti človeka a môžu poškodzovať' jeho zdravie, pôsobia škodlivo na výrobné zariadenia, na budovy a poškodzujú prírodné prostredie. Ich zdrojom je výrobná činnosť ( priemyselné škodliviny), alebo sú produkované človekom ( biologické prímesi). Priemyslovými škodlivinami sú plyny, pary, kvapalné alebo tuhé aerosóly. Škodlivinou je taktiež nadmerné teplo, konvekčné alebo radiačné. Obsah prímesí vo MICHAL UVÍRA strana 8
vzduchu je nežiadúci, lebo majú toxický účinok na ľudský organizmus, príp. karcinogénny, alergénny, fibrogénny, sú rádioaktívne alebo v prípade interného prachu spôsobujú zvýšené opotrebenie strojov prípadne zvýšený podiel zmätkov. Pri posudzovaní nebezpečia poškodenia zdravia je treba prihliadať k intenzite fyzickej práce, ktorú pracovníci konajú. So stúpajúcou obtiažnosťou práce sa zvyšuje objemový prietok pľúcami a v prevádzkach, v ktorých ľudia ťažko pracujú je vhodné úmerne znížiť hodnoty koncentrácie. Najvyššie prípustné koncentrácie škodlivín c np sú uvedené v Hygienickom predpise, ako priemerné c npp (za celú prevádzku ) a medzné c npm, (nesmú bit' prekročené v žiadnom prípade ). hodnotách c np sa podľa súčasných vedeckých znalostí opodstatnene predpokladá, že nepoškodia zdravie osôb, ktoré sú vystavené ich pôsobeniu po dobu produktívneho veku. Koncentrácie udávajú obsah prímesí vo vzduchu hmotnostne v mg /m 3, alebo objemovo v ppm (parts per milión, diely v milióne, zhodné s ml /m 3 alebo cm 3 /m 3 ). Škodliviny na človeka pôsobia buď aditívne, alebo neaditívne. Podľa tohto pôsobenia určujeme aj potrebné množstvo vzduchu na jej odstránenie a elimináciu. Rozdelenie škodlivých látok podľa biologických účinkov rozlišuje látky : toxické - vstrebávajú sa v pľúcach a pôsobia na celý organizmus fibrogénne - prach, ktorý vyvoláva zvýšené bujnenie väziva v pľúcach karcinogénne - môžu vytvárať zhubné bujnenie tkanív alergénne - môžu byt' príčinou prieduškovej astmy a kožných ekzémov interné- nemajú žiadne z vyššie uvedených účinkov. 1.6. Zápachy Znečistenie ovzdušia vnímané ľuďmi vo vnútornom a vonkajšom prostredí ako obťažujúce, nepríjemné, vydýchané nie je väčšinou možné charakterizovať chemickou analýzou ovzdušia. Fanger navrhol kvantifikovať zdroje znečistenia ovzdušia jednotkou olf. Jeden olf je dávka emisie biologických prímesí do vzduchu od štandardnej osoby. Iné zdroje znečistenia je možné vyjadriť počtom olfov, tj. osôb, ktoré spôsobia rovnakú MICHAL UVÍRA strana 9
nespokojnosť ako skutočný zdroj prímesí. Štandartná osoba je priemerný dospelý človek, pracujúci veľmi ľahko pri tepelnej pohode, ktorý sa priemerne 0,7 krát denne kúpe. Pracujúca osoba (4met) je zdrojom znečistenia 5 olf, pri intenzite práce 6 met produkuje 11 olf, ľahko pracujúci fajčiar priemerne 6 olf, avšak počas fajčenia je to 25 o1f, materiály v kanceláriách produkujú okolo 0,5 olf (m 2 podlahy). Koncentráciu biologických ľudských prímesí vyjadruje decipol (pol od latinského slova polutio znečistenie). Jeden decipol je koncentrácia biologických prímesí v miestnosti so zdrojom znečistenia jeden olf, vetranej čistým vzduchom o prietoku 10 l/s. V mestskom vonkajšom vzduchu je asi 0,1 decipol, v dobre vetraných budovách 1 decipol a v málo vetraných asi 10 decipol. Koncentrácie v decipóloch vyjadruje ľudské vnemy a nepostihuje zdravotné riziko znečistenia. [Chyský,Hemzal :Větrání a klim. - str 143] MICHAL UVÍRA strana 10
2. NÁVRH A DIMENZOVANIE KLIMATIZAČNÝCH ZARIADENÍ Pre voľbu, návrh a dimenzovanie klimatizačných zariadení potrebuje projektant poznať' tieto hodnoty : a) klimatické podmienky v danom mieste : nadmorskú výšku, polohu v krajine, hlavne teploty a vlhkosti vonkajšieho vzduchu (maximálna, minimálna, priemerná), ale aj množstvo slnečného svitu b) požiadavky na mikroklímu : teplotu a vlhkosť vzduchu ( buď stále alebo premenlivé hodnoty počas dňa a roka ), čistotu vzduchu ( triedu filtrácie, prípadne počet prachových častíc v objemovej jednotke vzduchu ), prípustné hodnoty rýchlosti prúdenia vzduchu, najvyššie prípustné hladiny hluku c) tepelné vlastnosti klimatizovanej budovy (celkovú dispozíciu, orientáciu, tepelné vlastnosti stien a najmä okien, hmotnosť, tepelnú kapacitu ) d) prevádzka a režim prevádzky v klimatizovanom priestore ( počet ľudí, chod strojov, otváranie dverí, zdroje škodlivín, osvetlenie, smennosť Niektoré hodnoty získa projektant od investora alebo od užívateľa budovy, iné si musí zistiť sám, prípadne ich získať z platných noriem a predpisov. Požiadavky sa musia stanovovať uvážene, pretože zdanlivo nepodstatná položka v požiadavkách môže ovplyvniť cenu celého zariadenia (napr. požiadavky na tolerancie kolísania teplôt, nároky na hlučnosť, na čistotu vzduchu a pod. ) Návrh klimatizačného zariadenia obsahuje tieto úkony : a ) výpočet letnej záťaže a zimných tepelných strát b ) stanovenie minimálneho prívodu vzduchu c ) psychrometrický výpočet letnej a zimnej prevádzky a dimenzovanie jednotl.súčastí d ) návrh klimatizačného systému e ) výber zariadení podľa podnikových prospektov alebo iných podkladov a MICHAL UVÍRA strana 11
konfrontácia ich parametrov s výpočtom f ) návrh strojovne, rozmiestnenie rozvodov vzduchu a koncových prvkov g ) výpočet hydraulických odporov na strane vzduchu, dimenzovanie vzduchovodov a ventilátorov h ) stanovenie extrémnych potrieb tepla, chladu a elektrického prúdu, výpočet celoročných spotrieb energií a nákladov na prevádzku i ) ideový návrh rozvodov vykurovacej a chladiacej vody (najmä u kombinovaných systémov vzduch - voda) j ) ideový návrh automatickej regulácie k ) rozpis materiálu a príslušný rozpočet 2.1. Klimatické podmienky pre dimenzovanie vetracích a klimatizačných zariadení Pre dimenzovanie klimatizačných a vetracích zariadení je treba poznať externé klimatické podmienky, pre ktoré sa výpočet prevádza. Pretože kolísanie klimatických dát je značné, je účelné stanoviť externé aj bežné výpočtové hodnoty normatívne, aby sa obmedzili rozptyly vypočítaných hodnôt, spôsobené živelnou voľbou týchto parametrov. Najdôležitejšie hodnoty sú : teplota vonkajšieho vzduchu obsah vodných pár vo vzduchu barometrický tlak intenzity slnečnej radiácie - pre dimenzovanie vykurovacích zariadení sa rešpektuje rozdelenie územia SR na tri oblasti s minimálnou teplotou -12,-15,-18 C ( vid' STN 06 0210 ). Pri stanovovaní týchto hodnôt sa rešpektovala priemerná akumulačná schopnosť stavieb, ktorá vyrovnáva extrémne hodnoty, ktoré sa vyskytujú len krátkodobo. Pretože pri vetraní žiadny útlm extrémnych teplôt nenastáva, malo by sa pre ohrev privádzaného vonkajšieho vzduchu počítať s teplotami nižšími než sa počítajú tepelné straty. Pre tieto účely je vhodné uvádzané hodnoty znížiť o 3 C. MICHAL UVÍRA strana 12
- pre leto je výpočet tepelnej záťaže v STN 73 0548 stanovená výpočtová teplota 30 C pre celú oblasť SR. Toto zjednodušenie je možné len preto, že konvekcia vyvolaná touto teplotou má len malý význam. Pre dimenzovanie zariadení ( hlavne chladičov ) by sa teplota vzduchu mala brat' podľa skutočných klimatických podmienok (32 až 35 C ). Pretože kolísane teplôt počas slnečného dňa je v lete značné, je treba túto skutočnosť pri výpočtoch rešpektovať. Pre praktické výpočty je možné kolísanie teplôt vzduchu nahradiť kolísaním harmonickým s maximom o 15 hodine : Obsah vlhkosti vo vzduchu Najvyššie namerané vlhkosti vzduchu v Bratislave sa pohybujú okolo 13 g/kg (p d =2000 Pa). Pri maximálnych teplotách je však vlhkosť vzduchu menšia (vzhľadom k bezmračným dňom) a pohybuje sa okolo 15,5 g /kg ( 1600 Pa). Týmto maximálnym hodnotám odpovedá teplota mokrého teplomeru tm =20 C (h = 58 kj / kg). V jednotlivých oblastiach môžu byt' od týchto hodnôt značne odchýlky. Najmenší obsah vodných pár vo vzduchu je pri minimálnych teplotách a býva 0,5 až 1 g /kg ( P D = 80 až 160 Pa ). Pre niektoré výpočty je treba poznať absolútnu vlhkosť x e v závislosti na t e. Tlak vzduchu Pri vzduchotechnických výpočtoch má len malý význam. Bežné kolísanie tlakov dané meteorologickými podmienkami sa neuvažuje. Odchylné podmienky je treba rešpektovať iba u zariadení, ktoré pracujú vo väčších nadmorských výškach (hory, lietadlá). Vzhľadom na to, že seminárna práca sa zaoberá vetraním priemyslených hál, touto problematikou sa ďaľej zaoberať nebudem. 2.1.4. Slnečná radiácia Slnečná radiácia má pre tepelnú bilanciu budov podstatný význam. Prenos tepla sálaním medzi sledovaným povrchom a okolím má niekoľko zložiek : - priamou slnečnou radiáciou (priame oslnenie) - difúznou slnečnou radiáciou (spektrum je rovnaké ako u priamej radiácie, táto zložka je však všesmerová a vzniká odrazom priamej radiácie od prachových častíc v ovzduší a odrazom od oslnených povrchov) - prenos tepla medzi sledovaným povrchom a oblohou dlhovlnným sálaním - prenos tepla medzi povrchom a okolitými povrchmi MICHAL UVÍRA strana 13
Najväčší podiel na prenose tepla sálaním má priama slnečná radiácia. Jej intenzita na hranici zemskej atmosféry (solárna konštanta) je nepriamo úmerná štvorcu vzdialenosti zeme od slnka. Stredná hodnota solárnej konštanty I o = 1354 W /m 2. Vzhľadom na to že vzdialenosť zeme a slnka sa mení uvažuje sa vo výpočtoch hodnota I o = 1350 W /m 2. I D a I Dč sú intenzity priamej slnečnej radiácie pri prechode znečistenou a úplne čistou atmosférou. Hodnota súčiniteľu znečistenia z udáva, koľko krát hmotnejšia by musela byt' úplne čistá atmosféra, aby mala rovnakú pohltivosť pre slnečnú radiáciu ako atmosféra sledovaná. Hodnoty z sa pohybujú od 1 pri úplne čistej atmosfére až 10, pri znečistenej atmosfére. Difúzna slnečná radiácia má dve zložky : difúznu radiáciu oblohy a difúznu radiáciu vzniknutú odrazom priamej radiácie od oslnených povrchov. Difúzna slnečná radiácia oblohy závisí od znečistenia atmosféry a od výšky slnka. 2.2. Stanovenie minimálneho prívodu čerstvého vzduchu Klimatizácia má dvojitý účel : zaisťovať vetranie a zaisťovať požadované podmienky v príslušných priestoroch. Obe tieto úlohy môžu byt' rôzne požiadavky na prívod čerstvého vzduchu. Je potrebné pamätať na to, že neúmerný prívod čerstvého vzduchu má v zime za následok vysokú spotrebu tepla. Tieto nároky sa neskôr prenášajú aj na investície, predstavované potrebnými zdrojmi. Pokiaľ sú v klimatizovaných priestoroch zdroje škodlivín, je prívod čerstvého vzduchu daný ich najvyššími prípustnými koncentráciami. Tento prípad nastáva u klimatizácie len zriedka. Častejšie je potreba vetrania vyvolaná prítomnosťou ľudí. Po stránke produkcie CO 2 človekom je vyhovujúci prívod 20 m 3 /h čerstvého vzduchu na osobu. Dnes sa táto hodnota považuje za nízku. Minimálna dimenzovaná býva 30 m 3 /h na osobu a aj viac. Niektoré zahraničné normy pripúšťajú, v dobe minimálnych vonkajších teplôt, zníženie tejto hodnoty na 8 m 3 /h na osobu (VDI, ASHRAE ). MICHAL UVÍRA strana 14
Ako minimálny podiel čerstvého vzduchu býva, hlavne hygienikmi, požadovaný 10% čerstvého vzduchu z celkového prívodu vzduchu. Toto stanovisko však nie je správne. V mnohých objektoch je z rôznych dôvodov vysoká výmena vzduchu a požadovaný podiel 10% čerstvého vzduchu vedie k energetickému plytvaniu. Typický je príklad výpočtových stredísk, kde by pri tomto prívode pripadalo na jedného človeka niekoľko sto m 3 /h. V niektorých prípadoch, hlavne ak nie je možné vopred stanoviť počet ľudí v objekte, sa prívod čerstvého vzduchu stanovuje z hodinovej výmeny vzduchu. Prívody čerstvého vzduchu je možné aj značne zvýšiť v prípadoch, kedy to dovoľujú energetické podmienky (prechodné obdobie, kedy nie je treba chladiť ani vykurovať, keď je pre vykurovanie možné využívať odpadové teplo, alebo pri použití zariadenia pre spätné získavanie tepla ). Celkové množstvo privádzaného vzduchu do klimatizovaných miestností je dané súčtom vzduchu privádzaného a vzduchu obehového ( cirkulačného ). Obehový vzduch sa využíva z dvoch dôvodov : - aby sa obmedzil pracovný rozdiel teplôt, hlavne v lete ( rozdiel teploty vzduchu v miestnosti a vzduchu privádzaného ). Tento rozdiel by mal byt' v lete v bežných prípadoch 6 až 8 K, v zime max. 20 až 30 K, optimum do 20 K. - aby pri meniacom sa alebo malom prívode čerstvého vzduchu sa dodržali predpokladané obrazy prúdenia a aby sa celý priestor dokonale prevetral. Podiel obehového vzduchu je účelné obmedziť na najmenšiu možnú hodnotu. Obehový vzduch zhoršuje kvalitu privádzaného vzduchu, zvyšuje náklady na zariadenie, je náročný na priestory pre vzduchovody, zhoršuje hlukové pomery, zvyšuje príkon ventilátorov. Množstvo vzduchu je možné obmedziť voľbou vhodného systému a prípadne tiež voľbou a umiestnením koncových prvkov. MICHAL UVÍRA strana 15
2.3. Psychrometrické výpočty Psychrometrické výpočty sú ďalej označované výpočty spojené s dimenzovaním klimatizačných zariadení pomocou h - x diagramu. Pri výpočtoch sa snažíme vždy o únosnú jednoduchosť a prehľadnosť. Označovanie má byt' jednoduché, jednoznačné, grafy prehľadné. Do diagramu je vhodné vynášať len jeden druh úprav, inak sa stávajú neprehľadné. Pre zjednodušenie výpočtov sú ďalej používané tieto zaokrúhlené hodnoty i keď sú niektoré mierne závislé na teplote: výparné teplo vody pri teplote 0 C lo = 2500 kj /kg merná tepelná kapacita vody c w = 4.2 kj /(kg K) merná tepelná kapacita vzduchu c a = 1.0 kj /(kg K) normálna hustota vzduchu ρ a = 1.2 kg /m 3 Pre zjednodušenie sú ďalej prijaté tieto idealizácie : - nebude uvažované ohriatie vzduchu vo ventilátore a straty tepla v rozvodoch potrubia - zvlhčovanie vodou bude uvažované ako dej izoentalpický - zvlhčovanie parou bude dej izotermický Pre hodnotenie funkcie výmenníka bude použitý obtokový súčiniteľ F. Jeho význam je zrejmý z obr. 2.1. Je to vlastne podiel vzduchu, ktorý by pretekal pomyselným obtokom, keby výmenník mal sto percentnú účinnosť (keby sa vzduch upravil až na povrchovú teplotu výmenníka). Obtokový súčiniteľ závisí na veľkosti výmenníka (na počte radov), v menšej miere na rýchlosti prúdenia vzduchu. Dimenzovanie klimatizačných zariadení sa prevádza podľa letnej prevádzky. Tým sa stanový veľkosť klimatizačného zariadenia. Tejto veľkosti sa prispôsobí zimná prevádzka. Letné dimenzovanie je treba prispôsobovať možnostiam výberu vyrábaných MICHAL UVÍRA strana 16
zariadení, ktoré svojimi vlastnosťami môžu ovplyvniť spôsob dimenzovania. Hlavne je treba venovať pozornosť : - či je možné použiť zariadenie s obtokom - či je možné pracovať s premenlivou teplotou chladiacej vody Pri návrhu klimatizačného zariadenia je možné dosiahnuť značných úspor pri použití zariadení s obtokom. Dva prípady riešenia obtoku sú uvedené na obr. 2.2 a, b. Prvý prípad je vhodný pre použitie, ak je smer υi málo premenlivý, druhý prípad, ak je υi premenlivé. Regulácia jednotlivých prvkov obtokom je vhodná aj v zariadeniach, pracujúcich len s čerstvým vzduchom. MICHAL UVÍRA strana 17
2.4. Systémy VZT využívané v priemysle. VZT v priemyselných prevádzkach je problematika, ktorá si žiada viac ako pár strán tejto seminárnej práce nakoľko v priemysle je v závislosti od druhu prevádzky možné použiť veľké množstvo rôznych systémov. Základným predpokladom klimatizácie je úprava vzduchu v strojovom zariadení tak, aby jeho výsledný stav vyhovoval po celý rok požadovaným parametrom komfortu alebo technológie. Proces úpravy vzduchu nie je jednoduchý, ale väčšinou ide o viacero dielčích úprav prebiehajúcich za sebou. V priemyslených prevádzkach sa zatiaľ iba málo stretávame s kompletnou úpravou vzduchu ako je chladenie či vlhčenie okrem prípadov, keď si tieto úpravy vzduchu vyžaduje priamo technológia. Je to spôsobené pomerne ekonomicky náročnou prevádzkou. V tejto práci sa chcem venovať najmä priemyselným prevádzkam, v ktorých nevznikajú nijaké škodliviny okrem tepla teda prevádzok, v ktorých sa berie aký taký ohľad na ľudí nachádzajúcich sa v danom priestore. Klimatizačné zariadenie zaisťuje riadenú výmenu vzduchu, teplotu, vlhkosť v danom priestore, s viacej než jednou termodynamickou úpravou privádzaného vzduchu. Klimatizačné zariadenie môžeme podľa konštrukcie deliť na centrálne, decentralizované (miestne) a kombinované (centrálne sa upravuje len dávka čerstvého privádzaného vzduchu a jednotkové zariadenia upravujú cirkulačne vzduch v priestore podľa potreby). Pre vetranie a klimatizáciu priemyslených hál sa často využívajú práve kombinované systémy s centrálnou úpravou časti vzduchu a decentrálnou úpravou (cirkulačným ohrevom alebo ochladením) vzduchu. Systém s centrálnou úpravou vzduchu. VZT jednotka s prvkami podľa potreby ako sú: ohrievač, chladič a zvlhčovač je umiestnená buď v strojovni vzduchotechniky, ktorá musí byť požiarnbe oddelená od ostatných priestorov, alebo na streche objektu. V prípade, že je VZT jednotka umiestnená v strojovni, môže byť vyhotovený podľa objemu upravovaného vzduchu v podstropnom vyhotovení alebo v klasickom vyhotovení, kedy by mal byť pod jednotkou základ a mala by byť antivibračne oddelená od ostatných konštrukcií. MICHAL UVÍRA strana 18
V prípade, že je centrálna úprava jedinou úpravou vzduchu pre celý priestor haly, je takto upravované pomerne veľké množstvo vzduchu. Ak je navyše vzduchotechnikou nielen pokrývaná tepelná strata vetraním ale celkové tepelné straty, je veľmi výhodné zaradiť do zostavy takejto jednotky aj spätné získavanie tepla. Spätné získavanie tepla (SZT) je možné realizovať viacerými spôsobmi, a to: - zmiešavací systém je to systém s najvyššou účinnosťou získavania vzduchu z odpadového vzduchu s tým, že do priestoru sa vracia nejaká časť ccirkulačného vzduchu. Pri väčšine prevádzok toto nie je problém pokiaľ je zabezpečená minimálna hygienická dávka vzduchu na osobu a v priestore nedochádza k vývinu pre zdravie škodlivých látok. - S podobne vysokou účinnosťou pracuje aj rotačný výmenník. Pri rotačnom výmenníku už nedochádza k cirkulácii odpadového vzduchu, resp. Iba v minimálnej (zanedbateľnej) miere. Dochádza však k výmene hmoty vlhkosti. - Z hygienického hľadiska je najprijateľnejší rekuperačný doskový výmenník, pri ktorom sa energia odovzdáva cez plochy, ktoré hermetickyy oddeľujú prívod čerstvého a odvod odpadového vzduchu. Pracujú s nižšími účinnosťami ale napriek tomu sú veľmi výhodné z hľadiska ekonomiky prevádzky. Decentrálne systémy VZT Decentrálne systémy VZT sa používajú najmä v halách, ktoré majú rôzne prevádzky s rozdielnymi požiadavkami na vnútornú mikroklímu. Decentrálny systém je možné riešiť dvoma spôsobmi. 1. prívod vzduchu je zabezpečený jednou VZT jednotkou ale úprava vzduchu je pre daný priestor je realizovaná až v mieste určenia. 2. Každý priestor je zabezpečený samostatnou VZT jednotkou, ktorá zabezpečuje aj prívod čerstvého vzduchu. Tieto jednotkové zariadenia sú určené buď na pokrytie tepelných strát alebo ziskov, t.j. môžu to byť rovnako jednotky na kúrenie ako aj chladenie. Ako príklad by som uviedol jednotku GEA SAHARA, ktorá jhe schopná zabezpečiť prívod čerstvého vzduchu, pokryť tepelné straty a navyše na objednávku je do nej zabudovaný aj niektorý systém SZT (miešanie, doskový výmenník) MICHAL UVÍRA strana 19
GEA SAHARA: 1. s dávkou čerstvého vzduchu 2. cirkulačný ohrev na oboch obrázkoch sú jednotky v prevedení s plynovým horákom a odvodom spalín cez strešný plášť. Kombinovaný systém Systém, pri ktorom je do objektu privádzané pomocou centrálnej jednotky množstvo vzduchu, ktoré pokrýva hygienickú dávku vzduchu. Tento vzduch je ohriety prípadne ochladený iba tak, aby boli pokryté zisky/straty spôsobené vetraním. Zbytok tepelných ziskov/strát je pokrývaný jednotkovými zaradeniami, výlučne na cirkulačný vzduch. Pri použití tohto systému je na SZT použitý jedine rekuperačný doskový výmenník, nakoľko miešaním vzduchu by sme ešte viac znížili dávku čerstvého vzduchu, čo nie je želané. Jednotkové zariadenia hlavne zariadenia typu GEA SAHARA, môžeme v rámci pokrývania tepelných strát využiť aj ako zábranu na vnik neupraveného vzduchu cez otvory tzv. vzduchovú clonu. V čase keď sú dvere, či vráta zavreté, pokrývaju iba tepelné straty priestoru a v momente otvorenia vrát ich prúd vzduchu, ktorý musí byť presne prepočítaný (rýchlosť, sklon) zabraňuje vniknutiu vzduchu a tým ochladeniu priestoru. Vzduché clony môžu byť vyhotovené vo viacerých variantách bočné, horné, spodné, s horným výfukom a spodným nasávaním a pod. Pre predstavu je MICHAL UVÍRA strana 20
na obrázku zobrazená bočná a horná vzduchová clona GEA SAHARA. MICHAL UVÍRA strana 21
Na chladenie priestorov môžme použiť jednotky s oddeleným výparníkom s cirkulačnou úpravou vzduchu. Vonkajšie jednotky týchto zariadení sa rovnako dajú použiť aj ako zdroj chladu do centrálnych VZT zariadení. Cirkulačným chladením sa však v priemysle najčastejšie chladia iba administratívne časti priemyselných hál. Dôvodom sú veľké vstupy a komfort, ktorý je v priemysle zbytočný, pokiaľ si ho nevyžaduje technológia. Dobrým príkladom použitia môže byť serverovňa, ktorá slúži na riadenie celej technológie v priemyselnej hale a v ktorej musí byť udržaná daná teplota. MICHAL UVÍRA strana 22
3.0 PRÚDENIE VZDUCHU V PRIESTORE Teoretická analýza pohybu vzduchu vystupujúceho z otvoru do neohraničeného priestoru sa odvíja z teórie "voľného prúdu", ktorú v roku 1936 vypracoval G. N. Abramovič. Štúdium prúdenia vzduchu v uzavretých priestoroch tvorí základnú požiadavku pre získanie podkladov na návrh efektívneho vetracieho zariadenia. Pohyb vzduchu v skutočných miestnostiach je okrem hybnosti privádzaného vzduchu ovplyvňovaný aj gravitačnými silami (rozdiel teplôt), pohybom ľudí a predmetov. Na celkový obraz prúdenia vzduchu vplýva aj tvar miestnosti. Analytické vyjadrenie tohoto často veľmi zložitého a navzájom sa ovplyvňujúceho deja je obtiažne a na jeho štúdium sa používajú modelové pozorovania. 3.1 Klasifikácia prúdenia vzduchu v miestnosti Podľa toho, aké sily vyvolávajú pohyb vzduchu v miestnosti, môžeme prúdenie rozdeliť na a) prúdenie vyvolané mechanickými silami, b) prúdenie vyvolané gravitačnými silami v dôsledku rôznej hustoty vzduchu c) prúdenie vyvolané rozdielom tlaku Podľa tvaru prúdu vzduchu vo vetranom priestore delíme tieto prúdy na a) osovo symetrické prúdy - vychádzajúce z kruhových alebo hranatých otvorov, ale aj prúdy, ktoré sa vytvoria nad symetrickým pôdorysom zariadení s vyššou povrchovou teplotou (konvektívne prúdy); b) plochý prúd - vychádzajúci z otvoru s malou výškou a veľkou dĺžkou - štrbiny c) obdĺžnikový prúd - sformovaný obdĺžnikovým prierezom výtokového otvoru. Trvanie takýchto prúdov je obyčajne krátkodobé, pretože sa preformujú na osovosymetrické. V reálnych prípadoch núteného vetrania miestnosti sa najčastejšie stretávame s prípadom, keď je tvar prúdu vzduchu ovplyvňovaný stenami miestnosti. Podľa toho ako prúd vzduchu tieto konštrukčné prvky ovplyvňujú, delíme prúdy na MICHAL UVÍRA strana 23
a) voľný prúd, ktorý sa môže rozvíjať tak ako v neohraničenom priestore, b) poloohraničený prúd, ktorý je ovplyvnený stenou v akčnom poli voľného prúdu, c) ohraničený prúd, ktorý je usmernený z dvoch alebo viacerých strán stenami. Na tvar prúdu vzduchu v priestore vplýva aj rozdiel teplôt medzi vzduchom privádzaným a vzduchom v priestore. V dôsledku rozdielnej hustoty vyvolanej rozdielnou teplotou dochádza k zakriveniu osi prúdu, a preto treba prúdy rozdeľovať na a) izotermné - keď je teplota privádzaného vzduchu zhodná s teplotou v miestnosti, b) neizotermné - keď je teplota privádzaného vzduchu vyššia alebo nižšia ako teplota vzduchu vo vetranom priestore. Okrem týchto hľadísk sa pri klasifikácii prúdov používajú kritéria zaužívané v aerodynamike. MICHAL UVÍRA strana 24
4. ANALÝZA SYSTÉMOV DISTRIBÚCIE VZDUCHU Súčasná energetická situácia vo svete vyžaduje, aby sa stavby a ich príslušenstvá riešili tak, aby spotreba energie - ako na dosiahnutie pohody ľudí na pracoviskách, tak aj na vytvorenie mikroklímy v objektoch pre výrobné a spracovateľské procesy bola čo najmenšia. Technický vývoj vetracích a klimatizačných zariadení je determinovaný dvomi navzájom zdanlivo protichodnými skutočnosťami - zvyšujúcimi sa požiadavkami na kvalitu vnútorného prostredia pri stále zhoršujúcich sa parametroch vonkajšieho vzduchu. Vo všeobecnosti sú požiadavky na kvalitu vzduchu dané hygienickými a technologickými požiadavkami. Tieto požiadavky musia vetracie a klimatizačné zariadenia zabezpečiť s vysokou efektívnosťou t.j. dosiahnuť požadovaný stav vnútorného vzduchu s čo najnižšími energetickými a optimálnymi materiálovými nákladmi pri minimálnej náročnosti na ľudskú prácu pri výrobe, montáži a prevádzke zariadení. Pri posudzovaní efektívnosti vetracích a klimatizačných zariadení rozhodujúcu úlohu zohráva distribúcia vzduchu vo vetranom priestore. Pri analýze systémov distribúcie vzduchu môžeme tieto rozdeliť do dvoch skupín a to 1. Distribúcia vzduchu zhora - dole (zhora - hore ) tzn. zmiešavacie prúdenie 2. Distribúcia vzduchu zdola - hore tzn. vytlačovacie prúdenie ( vztlakový Systém ). Sú to dve základne, ale v zásade odlišné formy vedenia vzduchu v priestore. [ M. Székyová : Distribučné prvky pre VZT ] MICHAL UVÍRA strana 25
4.1. Prúdenie vzduchu zhora - dole (zmiešavacie prúdenie) Je to klasicky Systém distribúcie vzduchu. V tomto prípade sa vytvára turbulentné prúdenie a takéto prúdenie má vypĺňať celý priestor. Na zachovanie turbulentného prúdenia je vytvorená minimálna kinetická energia, ktorá sa musí privádzať do priestoru prívodným upraveným vzduchom. Jej veľkosť závisí od sledovaného vírivého poľa, od veľkosti a geometrického tvaru priestoru. Privádzaný vzduch je do priestoru vyfukovaný relatívne vysokou rýchlosťou s pomerne vysokým teplotným rozdielom vzhľadom k teplote interiéru ( Δt = 4 až 8 K ). Privádzaný upravený vzduch sa zmiešava s okolitým vzduchom, tým sa dosiahne pomerne rýchle zníženie teplotných rozdielov a rýchlosti vzduchu pozdĺž jeho dráhy. Teplotný rozdiel a rýchlosť prúdenia musia byť zredukované tak, aby sa v zóne pobytu dosiahli optimálne pohodové parametre ( teplota, rýchlosť prúdenia vzduchu ). Zmiešanie vzduchu v priestore je väčšinou tak dokonalé, že odhliadnuc od blízkeho okolia distribučného prvku sú teploty a koncentrácie škodlivín v celom priestore približné rovnaké ( obr.4.1, obr.4.2 ). Obr.4.1 Rýchlostný profil a profil koncentrácie škodlivín a teplôt v priestore A - vytlačovacie prúdenie B - zmiešavacie prúdenie MICHAL UVÍRA strana 26
Kvalita vzduchu v pobytovej oblasti sa dosahuje "zriedením" koncentrácie vnútorného vzduchu so vzduchom čerstvým. Charakteristickým znakom vedenia vzduchu zhora je, že miešanie nastáva v celom priestore, čím dochádza k zaťaženiu pobytovej oblasti cirkulačným vzduchom a vzniká neúmerne vysoká výška miešacej zóny ( obr.4.3 ). Pri zmiešavacom prúdení je kvalita vzduchu v pobytovej oblasti približne rovnaká ako kvalita odvádzaného vzduchu. Charakteristickým rysom sú koncové prvky ( výustky ) umiestnené nad pobytovou zónou ( strop, stena,... ). Výsledný stav vzduchu v referenčnej oblasti je daný potom polohou a aerodynamickými vlastnosťami prívodnej výustky. Podľa charakteru, veľkosti a geometrického tvaru priestoru je treba navrhnúť vhodný typ distribučného prvku a spôsob prúdenia vzduchu ( podstropný, zvislý, šikmý,... ). [ M. Székyová : Distribučné prvky pre VZT ] MICHAL UVÍRA strana 27
4.2. Prúdenie vzduchu zdola - hore Podľa typu a umiestnenia distribučných prvkov riešime tento systém ako výtlačný t.j. vztlakový alebo mikroklimatický ( obr.4. 4 ) Referenčná oblasť v tomto prípade je v prúde privádzaného upraveného vzduchu s garantovanou koncentráciou škodliviny. V podstate ide o zabezpečenie vyžadovaných parametrov vnútornej klímy len v ohraničenej časti priestoru - v pobytovej zóne (obr. 4.3b) Pri princípe vytvárania tzv. lokálnej klímy vedome upúšťame od dodržania podmienok pohody v celej oblasti ohraničenej stenami priestoru. Čerstvý, spravidla upravený vzduch vstupuje do miestnosti nad podlahou veľkoplošnými výustkami s malými rýchlosťami prúdenia vzduchu alebo každé miesto prípadne ucelená skupina miest v referenčnej oblasti je zásobovaná priamo privádzaným čerstvým upraveným vzduchom. Pobytová oblasť sa tak stáva oblasťou s maximálnou koncentráciou čerstvého vzduchu v priestore. Koncentrácia škodlivín a teplota nie je v priestore rovnomerná - stúpa zdola nahor ( obr.4. 1 ). Uvedený systém nezruší vertikálne rozdelenie teplôt a koncentrácie škodlivín v priestore, podporuje súčasne konvektívne prúdenie to znamená, že koncentrácie škodlivín a teplota odvádzaného vzduchu je vždy vyššia ako v pobytovej zóne. Pobytová oblasť nie je zaťažovaná cirkulačným vzduchom, naopak, konvektívne prúdenie znižuje aj tepelnú záťaž vznikajúcu v pobytovej zóne. Je zrejmé, že tento systém podporuje aj konvektívne prúdenie v tesnej blízkosti človeka ( obr.4. 5 ). Je dôležité vedieť aká časť tepelných ziskov od ľudí zostáva pôsobiť ako tepelná záťaž v pobytovej zóne. Podľa K. Fitznera vyplýva, že nie celé teplo produkované osobami prispieva k zvýšeniu teploty v pobytovej oblasti. Prúdenie uvedenej vrstvy sa zdola nahor zhusťuje a až v oblasti hlavy a nad ňou dochádza k silnejšiemu zvíreniu. MICHAL UVÍRA strana 28
Zo zhodnotenia laboratórnych meraní vyplynulo, že sálaním sa odovzdá 1/3 produkovaného tepla a 2/3 sú odovzdané konvektívne. Z toho sa iba polovica, teda 1/3 celkového tepla osôb odovzdá v pobytovej oblasti do okolitého vzduchu t.z., že časť vyprodukovaného tepla odchádza konvekciou nahor a nepôsobí ako tepelná záťaž v pobytovej oblasti. Pri rovnakej dávke vzduchu na osobu je kvalita vzduchu v pobytovej zóne pri systéme vedenia vzduchu zdola - hore podstatne lepšia ako pri zmiešavacom prúdení. Potrebný objemový prietok privádzaného vzduchu na osobu potom nezávisí od veľkosti priestoru a je možné redukovať ho na minimálne hygienické dávky čerstvého upraveného vzduchu. [ M. Székyová : Distribučné prvky pre VZT ] MICHAL UVÍRA strana 29
5.0 DISTRIBUČNÉ PRVKY VO VZT 5.1 Prívodné a odvodné výustky Výustky sú koncové prvky vzduchovodov, ktoré vyúst'ujú do vetraného priestoru a stávajú sa súčast'ou interiéru. Svojou funkciou zabezpečujú výmenu vzduchu v stanovenej časti vetraného priestoru, ktorým najčastejšie býva pobytová oblast' - priestor asi dva metre nad podlahou. Vzájomná poloha prívodnych a odvodných výustiek určuje vo vetranom priestore spôsob prúdenia vzduchu - tzv. obraz prúdenia vzduchu, ktorý v podstatnej miere ovplyvňuje efektívnosť vetrania. Pri vol'be obrazu prúdenia je potrebné rešpektovat' geometrický tvar miestnosti, prevádzku v nej ako aj náväznosti na celkové dispozičné a konštrukčné riešenie objektu. Platí pritom zásada, že predpokladom správnej funkcie vetracieho zariadenia je, aby obraz prúdenia bol v celom vetranom priestore jasný. Prívodne výustky sú otvory na stenách vzduchovodov opatrené mriežkou a regulačným zariadením umožňujúcim nastavenie požadovaného prietoku vzduchu po montáži. Tvar štandartných výustiek je bud' štvorhranný alebo kruhový. Ked' je výška výustky v pomere jej dĺžky vel'mi malá, tvorí tzv. štrbinu, ktorou je pri určitých podmienkach možné dosiahut' uspokojivú vetraciu funkciu a estetický dojem v interiéri. Zvláštnym druhom stropných výustiek sú anemostaty, kruhového alebo štvorcového tvaru. Vyznačujú sa relatívne vel'kým prietokom vzduchu a tým, že vytvárajú prúd paralelný so stropom ( vhodné pre nízke miestnosti ). Prívod vzduchu zhora sa môže riešiť aj dierovanými stropmi, vytvorenými podhl'adom z perforovaných dosiek ( kaziet ). Vzduch sa privádza iba do medzipriestoru stropu, odkial' pretlakom vyúst'uje cez diery do interiéru. V snahe o racionalizáciu montážnych prác vznikli v posledných rokoch tzv. integrované stropy, ktoré v sebe zahŕňajú funkciu stavebno - interiérovú, vetraciu, osvetl'ovaciu a akustickú. Prívodne výustky musia byt' navrhnuté tak, aby v posudzovanej časti vetraného priestoru bola rovnomerná výmena vzduchu a rýchlost' prúdenia neprekročila hodnotu 0,35-0,5 m.s -1. Vzduch privádzaný výustkou do priestoru sa mieša so vzduchom v MICHAL UVÍRA strana 30
miestnosti a jeho rýchlost' postupne klesá. Vzdialenost' od čela výustky po rovinu, kde rýchlost' poklesne na hodnotu 0,5 m.s -1 sa nazýva dosah prúdu. Požadovaný dosah prúdu teda určuje výstupnú rýchlosť vzduchu z výustky. Pre rozmiestnenie prívodných výustiek v interiéri je rozhodujúcou skutočnosťou, že za výustkou sa prúd vzduchu ustáli do tvaru kužela, ktorý má vrcholový uhol 20 až 22. Vzdialenosť a polohu prívodných výustiek treba voliť tak, aby celá pobytová oblasť bola rovnomerne zásobovaná privádzaným upraveným vzduchom s rovnomernou teplotou a rýchlosťou nižšou ako 0,5 m.s -1. 5.2 Distribučné prvky pre zmiešavacie prúdenie Distribúcia so zmiešavaním prúdov je vhodná pre priestory, v ktorých vzniká pomerne málo škodlivín a kde sa v priebehu roka striedajú požiadavky na chladenie a vykurovanie. Rôzne typy výustiek a ich usporiadanie poskytuje veľa možností pri voľbe obrazu prúdenia vzduchu. Zabezpečujú rovnomernú teplotu (bez vrstvenia) a hodia sa preto tam, kde sú požiadavky na rovnomernú teplotu prioritné. V miestnostiach s veľkými požiadavkami na intenzitu vetrania, pri vyšších nárokoch na dodržanie kvality vnútorného ovzdušia je návrh takéhoto systému obtiažny. Výustky umiestnené spravidla nad pobytovou zónou, na stene alebo pod stropom spôsobujú miešanie čerstvého vzduchu so vzduchom vnútorným, čím sa dosiahne zriedenie škodlivín. Každá výustka, ak má správne plniť svoju funkciu musí spĺňať určité technické parametre. Tieto sú rozdielne podľa účelu na aký je výustka navrhovaná. MICHAL UVÍRA strana 31
Technické parametre : veľkosť a tvar výustky, dezign výtoková rýchlosť vzduchu dosah prúdu vzduchu hlučnosť výustky spracovateľský teplotný rozdiel U miešacích systémov prúdenia sa navrhujú klasické žalúziové výustky, 4-hranné alebo kruhové anemostaty, štrbiny a dýzy v hornej časti miestnosti nad pobytovou zónou, alebo výustky s rotačnými prúdmi umiestnené pod stropom. 5.2.1 Žalúziové výustky Klasické žalúziové výustky sú vhodné pre vetracie a klimatizačné zariadenia resp. pre teplovzdušné vykurovanie. Používajú sa pre priemyselné ale aj komfortné zariadenia v rozsahu teplôt od -20 C do 70 C. Sú prispôsobené na osadenie do potrubia, podhl'adov alebo stavebných priečok. Regulácia prívodu upraveného vzduchu je riešená nábehovým plechom alebo s regulačnou klapkou s protibežnými listami. Hlavné parametre pre návrh výustky sú: objemový prietok vzduchu, výtoková rýchlost' wo, rýchlost' prúdenia v mieste dosahu w L a teplotný rozdiel Δt L v mieste dosahu prúdu. Teplotný stupeň zat'aženia priestoru pri prívode upraveného vzduchu zhora dole žalúziovými výustkami μt 1. MICHAL UVÍRA strana 32
5.2.2 Anemostaty Anemostaty sa pouzívajú k prívodu upraveného vzduchu väčšinou u komfortných vetracích zariadení. Sú vhodné pre osadenie do integrovaných stropov a podhl'adov. Môžu byť umiestnené aj vol'ne pod stropom. Nastavenie požadovaného objemového prietoku vzduchu sa vykoná regulačným ústrojenstvom v hrdle anemostatu. Podl'a režimu: ohrev - chladenie, môže byť dosiahnutý zvislý alebo vodorovný prúd privádzaného upraveného vzduchu. Teplotný stupeň zaťaženia priestoru pri prívode upraveného vzduchu anemostatmi μt 0,94. Obr.5.2. : Štvorcový anemostat Obdĺžnikový anemostat Obr. 5.3: Rýchlostný Profil pre prúd vzduchu a) zvislý b) vodorovný pod stropom MICHAL UVÍRA strana 33
5.2.3 Výustky s vírivým účinkom Výustky s vírivým účinkom s prestavitel'nými lamelami sú vhodné pre priestory s výškou od 2,6 do 6 m. Zabezpečujú intenzívne miešanie privádzaného vzduchu so vzduchom v priestore a tým aj malý teplotný rozdiel v jednotlivých miestach vetraného priestoru. Výstupný prúd je smerovaný nastavením výstupných žalúzií ako horizontálny, šikmý alebo vertikálny. Zmena smeru výfuku môže byť ručne, pneumaticky alebo elektricky. Pri priestoroch so striedavou teplotnou záťažou býva prívodný vzduch vyfukovaný ako chladný, izotermický alebo teplý. Chladný a teplý vzduch sa v dôsledku rozdielnej hustoty rozdielne chovajú. Chladný vzduch padá nadol a skôr nastáva pocit prievanu v pobytovej oblasti, ako pri prívode teplého vzduchu. Teplý vzduch naproti tomu môže zotrvať pod stropom, takže zohriatie pobytovej oblasti nenastane. Obidva prípady sú nevýhodné, vzhl'adom na dosiahnutú kvalitu vzduchu v pobytovej zóne. Výustky s vírivým účinkom odstraňujú tieto nevýhody tým, že zmenou uhla vyfukovania pri režime vykurovania a pri režime chladenia sa zabezpečí optimálne prevetranie pobytovej oblasti. Vzhl'adom na vel'ký rozsah prietokov vzduchu sú vhodné pre vysoké priestory (napr. priemyselné haly, letiskové haly, športové haly... ), ale aj pre menšie výšky riešených priestorov od 2,6 m ( napr. zhromažd'ovacie priestory, vel'kopriestorové kancelárie a pod.). MICHAL UVÍRA strana 34
Obr. 5.4. : Výustky s vírivým účinkom 5.2.4. Riešenie prívodu vzduchu dýzami Zvláštnym prípadom uvedenej distribúcie vzduchu je riešenie prívodu vzduchu dýzami. Dýzy sa s výhodou používajú na prívod upraveného vzduchu s vysokými rýchlost'ami do vel'kých priestorov ( napr. konferenčné sály, športové haly, kryté átriá, nahrávacie štúdiá...). Do prúdu vyfukovaného vzduchu sa indukuje okolitý vzduch a tým v mieste dosahu prúdu je niekol'ko násobne vyšší prietok než vystupuje z dýzy. Pri vetraní dýzami sa prekonávajú pomerne vel'ké vzdialenosti medzi výustkami oblast'ou pobytu 1'udí. V dôsledku vyššej turbulencie a teda aj rýchlejšieho vyrovnávania teplôt môžeme pracovať s menšímy objemovými prietokmi vzduchu pri vyšších teplotných rozdieloch než u bežného vetrania. Výhodou je veľký dosah prúdu, nízka hlučnosť dýz i pri vysokých výtokových rýchlostiach. MICHAL UVÍRA strana 35
Dýzy môžu byť vyhotovené s reguláciou alebo bez regulácie a v tom prípade je potrebné reguláciu zabezpečiť regulačnou klapkou. Obidva typy dýz sa používajú samostatne alebo sa môžu združovať do skupín. S výhodou sa používajú dýzové panely, ich skladaním je možné vytvoriť veľké súbory dýz. Z energetického hľadiska je dôležitá práve výhoda veľkej indukcie, ktorá umožňuje pracovať s veľkými pracovnými rozdielmi teplôt zvlášť pri vysokých prívodných rýchlostiach. Pri dostatočných tepelných zdrojoch v priestore to znamená, že v zimnom období môžeme minimalizovať prietok privádzaného vzduchu až na hygienickú dávku. Pri dostatočnej dlhej dráhe prívodného vzduchu môžeme pracovať s nízkymi teplotami. Ak je navrhnuté aj SZT (spätné získavanie tepla) často odpadá aj klasický ohrev čerstvého prívodného vzduchu. Takto navrhnuté zariadenie dosahuje hlavne prevádzké úspory a to : úspora elektrickej energie na pohon ventilátora (pracuje sa s minimálnym objemovým prietokom vzduchu). úspora tepelnej energie na ohrev čerstvého vzduchu, pretože sa využíva veľká indukcia a veľká hybnosť prívodného vzduchu. Vyššie uvedené výhody sa uplatňujú pri vetraní veľkých priestorov, ako sú športové haly, telocvične, bazény, priemyselné haly s obmedzeným vývinom škodlivín, viacúčelové spoločenské sály, kiná a pod. Uvedené dýzy je výhodné navrhovať tam, kde prívodný vzduch pri prechode do pracovnej zóny musí prekonať veľkú vzdialenosť. To je prípad, keď vo veľkých miestnostiach nie je možný rovnomerný prívod vzduchu stropnými výustkami. Tu sa osadzujú dýzy s veľkým dosahom do bočných častí priestoru. Smer prívodného prúdu môže byť ovplyvnený vonkajšími vplyvmi napr. konvektívnymi prúdmi v riešenom priestore alebo spätnými prúdmi. [ M. Székyová : Distribučné prvky pre VZT ] MICHAL UVÍRA strana 36
5.3 Distribučné prvky pre vztlakový a mikroklimatický systém V súčasnosti sa stále viac v oblasti vetrania a klimatizácie uplatňujú nové energeticky výhodné systémy distribúcie vzduchu v miestnosti zdola-hore. Tieto systémy sa svojim charakterom najviac približujú prirodzenému vetraniu. Správnu funkciu týchto systémov zabezpečujú špeciálne výustky ( napr. kazetové veľkoplošné, podlahové, stenové, výustky umiestnené v kreslách, stoloch a pod.). Technické parametre pri týchto výustkách sú obmedzené v podstate hygienickým hľadiskom prúdenia vzduchu v miestnosti. Sú to : výtoková rýchlosť vzduchu pracovný rozdiel teplôt Pracovný rozdiel teplôt sa volí 3 K pri veľkoplošných výustkách, v iných prípadoch môže byť 4-5 K. Otázky dosahu prúdu nie sú také dôležité, pretože vlastné prúdenie vzduchu v miestnosti ovplyvňujú samotné zdroje tepla. Tieto svojim rozmiestnením na ploche miestnosti si potrebný vzduch k sebe pritiahnú. 5.3.1 Veľkoplošné výustky Veľkoplošné výustky pre vztlakové vetranie sa umiestňujú spravidla na podlahe vetranej miestnosti. Pôdorysne sú rôzne tvarované (rohové, polkruhové, kruhové...). Základné údaje pre dimenzovanie veľkoplošných kazetových výustiek sú : prietok vzduchu V (m 3.h -1 ), rozdiel teplôt vzduchu v pracovnej oblasti a teploty vo výustke Δtp = tr - tp (K), max. prípustná rýchlosť wx (m.h -1 ) vo vzdialenosti od výustky. Hygienickou presnosťou systému je, že vetrací vzduch sa privádza priamo do zóny pobytu bez predchádzajúceho znečistenia škodlivinami z pásma nad pobytovou oblasťou. Z teoretických a experimentálnych údajov vyplýva, že účinnosť vetrania stabilizovaným prívodom vzduchu je väčšia než u bežne navrhovaných systémov s výustkami nad pracovnou oblasťou. Pri rovnakom prietoku vzduchu a rovnakom množstve produkovaných škodlivín sa dosiahne v pobytovej oblasti lepšia kvalita vzduchu (nižšia koncentrácia škodlivín). MICHAL UVÍRA strana 37