TZB - VZDUCHOTECHNIKA

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ FAKULTA STAVEBNÍ

JIŘÍ HIRŠ, GÜNTER GEBAUER

TZB - VZDUCHOTECHNIKA MODUL BT02-08 KLIMATIZACE

STUDIJNÍ OPORY PRO STUDIJNÍ PROGRAMY S KOMBINOVANOU FORMOU STUDIA

TZB – Vzduchotechnika, modul BT02-08, Klimatizace

© Doc. Ing. Jiří Hirš,CSc., Ing. Günter Gebauer,CSc., Ing. Olga Rubinová,Ph.D., Brno 2005

- 2 (39) -

Obsah

OBSAH 1 Úvod 5 1.1 Cíle ........................................................................................................5 1.2 Požadované znalosti ..............................................................................5 1.3 Doba potřebná ke studiu .......................................................................5 1.4 Klíčová slova.........................................................................................5 1.5 Použitá terminologie .............................................................................5 2 Klimatizace....................................................................................................9 2.1 Základní pojmy .....................................................................................9 2.2 Charakteristika klimatizačních systémů................................................9 2.3 Vzduchové systémy klimatizace.........................................................10 2.3.1 Nízkotlaké ústřední vzduchové systémy...............................10 2.3.2 Zónové vzduchové systémy..................................................12 2.3.3 Decentrální vzduchové systémy ...........................................13 2.3.4 Speciální vzduchové systémy ...............................................15 2.3.5 Vysokotlaké vzduchové systémy..........................................15 2.3.5.1 Jednokanálové vysokotlaké vzduchové systémy ..................15 2.3.5.2 Dvoukanálové vysokotlaké vzduchové systémy ..................16 2.4 Kombinované klimatizační systémy ...................................................16 2.4.1 Kombinované klimatizační systémy s fancoily ....................17 2.4.2 Kombinované klimatizační systémy indukční ......................19 2.5 Kombinovaný klimatizační systémy chladicí strop ............................21 2.5.1 Základní částí systému..........................................................22 2.5.2 Hodnocení a použití ..............................................................22 2.6 Chladivové systémy klimatizace.........................................................23 2.6.1 Základní princip funkce ........................................................23 2.6.2 Charakteristiky chladivové klimatizace................................24 2.6.3 Základní druhy chladivových systémů .................................25 2.6.4 Vnitřní jednotky ....................................................................26 2.6.5 Odvod kondenzátu ................................................................28 2.6.6 Venkovní jednotky................................................................29 2.6.7 Ovládání a regulace chladicího výkonu................................31 2.6.8 Chladivové potrubí................................................................31 2.6.9 Nástin návrhu chladivové klimatizace ..................................32 2.6.9.1 Výchozí údaje návrhu klimatizačního zařízení.....................32 2.6.9.2 Primární návrhové veličiny...................................................33 2.6.9.3 Volba systému.......................................................................33 3 Závěr ............................................................................................................35 3.1 Shrnutí.................................................................................................35 3.2 Studijní prameny .................................................................................35 3.2.1 Seznam použité literatury .....................................................35 3.2.2 Seznam doplňkové studijní literatury ...................................36

- 3 (39) -


3.3 3.4 3.5 3.6

3.2.3 Odkazy na další studijní zdroje a prameny .......................... 36 Cvičení................................................................................................ 36 Příklad................................................................................................. 38 Úkol .................................................................................................... 38 Kontrolní otázky................................................................................. 39

- 4 (39) -

Úvod

1

Úvod

1.1

Cíle

Tvorba interního mikroklimatu budov vzduchotechnikou je oblastí se širokými možnostmi realizace. Tvorbu interního mikroklimatu budov s vyššími požadavky stavu prostředí umožňují systémy klimatizace. Zajišťující nezbytnou výměnu vnitřního vzduchu a všechny složky prostředí. Cílem modulu je seznámení s problematikou klimatizace budov. Z přehledu, klasifikace, algoritmu návrhu a typických sestav i řešení získá čtenář poznatky nezbytné k zajištění komplexní úrovně interního mikroklimatu budov.

1.2

Požadované znalosti

Výchozí jsou poznatky modulu BT02-01 až 07 a stavební fyziky.

1.3

Doba potřebná ke studiu

Doba potřebná ke studiu bude 3 hodiny s nutností opakovaní.

1.4

Klíčová slova

Interní mikroklima, klimatizace,systémy vzduchotechniky, úpravy vzduchu, hx diagram, vzduchotechnické jednotky, tepelná zátěž, fancoil, vnitřní jednotka, venkovní jednotka, chladivo, potrubí, kompresor

1.5

Použitá terminologie

Intenzita větrání - poměr objemového průtoku čerstvého venkovního vzduchu přiváděného do prostoru k objemu tohoto prostoru Intenzita výměny vzduchu - poměr objemového průtoku přiváděného vzduchu přiváděného do prostoru k objemu tohoto prostoru Jednotka klimatizační okenní - klimatizační jednotka s vlastním chladicím zařízením určená k instalaci do okna nebo do venkovní zdi Jednotka klimatizační s děleným chladicím zařízením tzv. jednotka split klimatizační jednotka s vlastním chladicím zařízením, kompresor s kondenzátorem vzduchem chlazeným, tvořící venkovní jednotku se umísťuje ve venkovním prostoru, výparník je součástí vnitřní ventilátorové jednotky Jednotka klimatizační s vlastním chladicím zařízením - klimatizační jednotka s vestavěným zdrojem chladu tzn. s chladicím agregátem včetně kondenzátoru

- 5 (39) -


Jednotka klimatizační sestavná - klimatizační jednotka, jejíž konstrukce umožňuje uspořádat funkční části v požadovaném sledu podle potřeb úpravy vzduchu Klimatizace - úprava čistoty, teploty a vlhkosti vzduchu Klimatizace vysokotlaká - také vysokorychlostní s rychlostmi v hlavních úsecích rozvodu nad 12 m/s. Rozvod je ukončen jednotkami, které spolu s redukcí rychlosti také tlumí hluk. Obraz proudění - zviditelněné proudění v prostoru (skutečné nebo virtuální), umožňující představu o primárních a sekundárních proudech vzduchu Pohoda tepelná - stav tepelné rovnováhy mezi člověkem a prostředím dosažený bez nadměrného pocení, také tepelná neutralita Prostředí - environment je soubor přírodních, umělých (antropogenních), sociálních a kulturních činitelů okolního světa, působících na člověka Strop chladicí - vodou chlazená část stropu k odvodu části tepelné zátěže Škodlivina - látka, která působí nepříznivě na živé organizmy, objekty a technická zařízení Teplo citelné - teplo, působící změnu teploty vzduchu při stálé měrné vlhkostí Teplo vázané - teplo, působící změnu entalpie vzduchu bez změny teploty Teplota operativní - jednotná teplota černého (z aspektu sdílení tepla sáláním) uzavřeného prostoru ve kterém by člověk sdílel konvekcí a radiací stejně tepla, jako ve skutečném teplotně nestejnorodém prostoru Teplota výsledná - teplota měřená kulovým teploměrem Teplota vzduchu - teplota měřená stíněným teploměrem Teplota vzduchu rovnocenná sluneční - teplota vzduchu, při níž je přestup tepla konvekcí mezi vzduchem a osluněnou stěnou stejný, jako je konvekcí při skutečné teplotě vzduchu a sluneční radiací dohromady Úprava vzduchu - čištění, míšení, ohřev, chlazení, odvlhčování vzduchu Zařízení klimatizační - zařízení zajišťující řízené větrání a úpravu teploty a vlhkostí vzduchu v daném prostoru Klimatizační systém chladivový - klimatizační systém, kde nositelem tepelné energie pro odvod tepelné zátěže daného prostoru je chladivo přiváděn do výparníků vnitřních jednotek Klimatizační systém chladivový multisplit - klimatizační systém split, který obsahuje více vnitřních jednotek napojených na jednu venkovní Klimatizační systém chladivový split - klimatizační systém chladivový u kterého se kompresor s kondenzátorem vzduchem chlazeným umísťuje ve venkovním prostoru (venkovní jednotka) a výparník je součástí vnitřní ventilátorové jednotky Klimatizační systém kombinovaný indukční - klimatizační systém, kde nositeli tepelné energie pro odvod tepelné zátěže daného prostoru jsou vzduch a voda přiváděné do indukčních jednotek

- 6 (39) -

Úvod

Klimatizační systém nízkotlaký - klimatizační systém, kde rychlost vzduchu v potrubí zpravidla nepřekračuje 12 m/s Klimatizační systém vodní - klimatizační systém, kde nositelem tepelné energie pro odvod tepelné zátěže daného prostoru je voda přiváděná do výměníků vnitřních jednotek Klimatizační systém vodní chladicí strop - plochý výměník tepla pro odvod části tepelné zátěže prostoru, protékaný chladnou vodou Klimatizační systém vodní s ventilátorovými konvektory tzv. fancoily klimatizační systém s rozvodem chladné a teplé vody do výměníků (parapetních, podstropních) vnitřních jednotek s ventilátory Klimatizační systém vodní s ventilátorovými konvektory čtyřtrubkový klimatizační systém s rozvodem chladné a teplé vody do výměníků (parapetních, podstropních) vnitřních jednotek s ventilátory tzv. fancoilů se samostatným rozvodem teplé a chladné vody Klimatizační systém vodní s ventilátorovými konvektory tzv. fancoily dvoutrubkový, přepínací, (nepřepínací) - klimatizační systém s rozvodem chladné a teplé vody do výměníků (parapetních, podstropních) vnitřních jednotek s ventilátory; s přepínacím, (s nepřepínacím) rozvodem teplé nebo chladné vody Klimatizační systém vodní s ventilátorovými konvektory tzv. fancoily třítrubkový - klimatizační systém s rozvodem chladné a teplé vody do výměníků (parapetních, podstropních) vnitřních jednotek s ventilátory se samostatným přívodem teplé a chladné vody k jednotkám a se společným odvodem Klimatizační systém vysokotlaký - klimatizační systém, kde rychlost vzduchu v potrubí zpravidla překračuje 12 m/s Klimatizační systém vzduchový - klimatizační systém, kde nositelem tepelné energie pro krytí tepelné zátěže daného prostoru je jen vzduch Klimatizační systém vzduchový dvoukanálový - klimatizační systém, v němž se přiváděný vzduch o rozdílných teplotách dopravuje do daného prostoru dvěma vzduchovody a smíšení se děje bezprostředně před jeho vstupem do prostoru v závislosti na tepelné bilanci prostoru Klimatizační systém vzduchový jednokanálový - klimatizační systém, v němž se upravený vzduch dopravuje do klimatizovaného prostoru jedním vzduchovodem Klimatizační systém vzduchový jednokanálový jednozónový - klimatizační systém pro úpravu vzduchu v jednom prostoru tzn. zóně Klimatizační systém vzduchový jednokanálový s konstantním průtokem vzduchu - klimatizační systém kde tepelný výkon se reguluje změnou teploty přiváděného vzduchu Klimatizační systém vzduchový jednokanálový s proměnným průtokem vzduchu - klimatizační systém kde tepelný výkon se reguluje změnou průtoku přiváděného vzduchu Klimatizační systém vzduchový jednokanálový s proměnným průtokem a proměnnou teplotou vzduchu - klimatizační systém kde tepelný výkon se

- 7 (39) -


reguluje změnou teploty a intenzita větrání změnou průtoku přiváděného vzduchu Klimatizační systém vzduchový jednokanálový vícezónový - klimatizační systém pro úpravu vzduchu ve více prostorech tzn. zónách

- 8 (39) -

Název kap. č. 2

2

Klimatizace

2.1

Základní pojmy

Klimatizací se pro účely tvorby vnitřního prostředí tj. interního mikroklimatu budov rozumí úprava vzduchu sledující zajištění požadované čistoty, teploty a vlhkosti vzduchu v místnostech souborem technických prvků vytvářejících klimatizační zařízení. Z fyzikálního hlediska je klimatizační zařízení systémem plnícím čtyři termodynamické funkce úprav vzduchu. Úpravy tvoří chlazení, ohřev, vlhčení a odvlhčování. Klimatizační zařízení zajistí podle svého provedení funkce: •

výměnu vzduchu v místnosti vzduchem vnějším s odvodem škodlivin, tzn. řízené větrání,

•

filtraci vzduchu, event. jeho další speciální úpravy (ionizaci, sterilizaci, ap.),

•

chlazení nebo vytápění místností, což představuje úpravu teploty vzduchu,

•

zvlhčování nebo odvlhčování vzduchu v místnosti tzn. úpravu vlhkosti vzduchu.

Klimatizační zařízení, které zajistí alespoň chlazení či vlhčení nebo alespoň odvlhčování je označována jako dílčí klimatizace. Soubor technických prvků s výše uvedenými funkcemi tvoří klimatizační systém. Dle technického provedení a typických teplonosných látek, které jsou primární pro tvorbu interního mikroklimatu lze klimatizační systémy dělit na vzduchové, kombinované a chladivové. Podle účelu lze klimatizační zařízení dělit na komfortní a technologické. Komfortní klimatizační zařízení slouží ke tvorbě mikroklimatu pro lidí pobývající v určitém prostoru. Technologická klimatizační zařízení slouží k vytváření prostředí nutného k průběhu technologických procesů. Klimatizace se používá k zajištění vnitřního prostředí (interního mikroklimatu) místností a budov s vyššími požadavky na jeho kvalitu zejména v letním období. Stává se nutností v budovách s velkým podílem zasklených ploch s vysokou tepelnou zátěží, a také v místnostech a budovách s vysokými nároky na pohodu prostředí, kde se stává běžným standardem. Klimatizace je nutná také ve výrobních budovách, pokud to vyžaduje průběh technologických procesů. Příkladem použití klimatizace v občanských budovách jsou divadla, konferenční sály, hotely, obchodní domy, restaurace, správní budovy apod.

2.2

Charakteristika klimatizačních systémů

Vzduchové systémy představují klasická technická řešení. Teplonosnou látkou zprostředkující přenos tepla a chladu mezi zdroji a klimatizovanou místnosti k pokrytí tepelné zátěže a ztrát je vzduch vedený vzduchovody. Z důvodu malé tepelné kapacity vzduchu jsou k přenosu tepelné energie nutné větší průtoky. Z uvedené skutečnosti vyplývá, že k zajištění vnitřního prostředí jsou nutné větší

- 9 (39) -

Název předmětu · Modul #

výměny vzduchu v místnostech, s ní spojená vyšší rychlost proudění vzduchu vnitřním prostorem a zejména rozměrná potrubí vedená mezi místem úpravy vzduchu (strojovnou) a klimatizovanou místností. Vzduchové systémy se vyskytují v řadě variant provedení. Převažující jsou systémy s ústřední strojovnou méně časté jsou systémy jednotkové. Užívají se zejména pro velké místností občanských a průmyslových budov. Kombinované systémy klimatizace se vyznačují kombinovaným přenosem chladu a tepla k pokrytí tepelné zátěže a ztrát klimatizovaných místností. Zmíněný přenos u těchto systémů zprostředkuje voda a vzduch. Podstatnou část potřeb tepla a chladu přenáší voda. K větrání prostorů se upravený čerstvý vzduch dopraví potrubní sítí ze strojovny do koncových prvků osazených do jednotlivých klimatizovaných místností budovy. Dle koncových prvků základní provedení tvoří: • kombinované indukční • kombinované s fancoily • chladicí stropy. Chladivové systémy lze charakterizovat specifickým přenosem chladu a tepla k pokrytí tepelné zátěže klimatizovaných místností. Teplonosnou látkou k přenosu tepelné energie mezi zdrojem a klimatizovanou místností k pokrytí tepelné zátěže event. tepelných ztrát tvoří chladivo umožňující přenos tepla pomocí skupenských změn. Systémy pracují běžně v režimu chlazení, některé mohou sloužit vytápění v režimu provozu tepelného čerpadla, event. umožňují „čerpání tepla“ mezi místnostmi s kladným a negativním tepelným potenciálem.

2.3

Vzduchové systémy klimatizace

Uvedené systémy se vyznačují tím, že nositelem tepelné energie pro krytí tepelné zátěže i ztrát daného prostoru je jen vzduch. Systém tvoří zařízení pro úpravu vzduchu a distribuční síť. Podle rychlosti proudění vzduchu v potrubí lze systémy dělit na nízkotlaké a vysokotlaké. Bližší dělení je patrné na obr. 1. Vzduchové klimatizační systémy

Nízkotlaké • ústřední • zónové • jednotkové • speciální

Vysokotlaké • jednokanálové • dvoukanálové

Obr. 1 Dělení systémů vzduchových klimatizačních systémů

2.3.1

Nízkotlaké ústřední vzduchové systémy

Nízkotlaké ústřední vzduchové systémy se vyznačují společnou úpravou vzduchu ve strojovně, ze které se vzduch rozvádí do jednotlivých klimatizovaných místností se stejnou úrovni mikroklimatu. Rychlost proudění vzduchu v potrubí

- 10 (39) -

Název kap. č. 2

se pohybuje do 10 ms-1. Typickou pro tyto systémy je ústřední strojovna a distribuce vzduchu potrubní sítí s koncovými vyústnými elementy. Obr. 2 Schéma vzduchového systému Úprava vzduchu formující interní mikroklima probíhá v zařízeních úpravy vzduchu (ZUV), tvořených zpravidla sestavnými klimatizačními jednotkami umožňujícími i aktuální zpětné využití tepla. Základní variantou technického řešení nízkotlakého ústředního vzduchového systému je klimatizační systém vzduchový jednokanálový. U tohoto řešení se upravený vzduch dopravuje do klimatizované místnosti jedním vzduchovodem. Systém pracuje obvykle s konstantním průtokem přiváděného vzduchu. Tepelný výkon se reguluje změnou teploty přiváděného vzduchu. Příklad technického řešení systému je na obr. 3. Primárním funkčním zařízením systému je klimatizační jednotka. Schéma běžné sestavné ležaté jednotky uvádí modul BT02-06. Je tvořena funkčními elementy v konstrukci umožňující sestavit je ve sledu potřebném dle úprav vzduchu. Dalšími variantami ústředního vzduchového systému jsou systémy s proměnným průtokem vzduchu event. systémy s proměnným průtokem a proměnnou teplotou přívodního vzduchu. Uvedené proměnné průtoky a teploty umožňují pružnou regulaci tepelného výkonu systémů i intenzit výměn vzduchu v klimatizovaných prostorech. Znehodnocený vzduch z místností se u těchto soustav odvádí samostatným vzduchovodem a vyfukuje do exteriéru. Z ekonomických důvodů je zejména v zimě vhodné vestavěným zařízením recyklace využít teplo odváděného vzduchu k ohřevu vnějšího čerstvého vzduchu. Typické aplikace nízkotlakých vzduchových systémů Systémy jsou vhodné a provozují se ve velkých místnostech občanských, průmyslových i zemědělských staveb s větším podílem vnějšího vzduchu. Jsou to zejména: • sály konferenční a koncertní, divadla, kina, obchodní domy, restaurace, jídelny, apod.,

Přiváděný vzduch

• pracovní prostory, laboratoře, atp. • výrobní prostory, objekty chovu zvířat, apod.

- 11 (39) -

Mikroklima Odváděný vzduch


Řez

Půdorys systému tp1, x1

t1, x1

Vp, tp1, x1

M1

M1

Vp, tp1, x1

ZUV ZUV

Ve, te

Vp, tp

US

Ve, te

Vz, ti

US

M1

Vc, ti

Vz, ti

Ve, te

Legenda M1 - interní mikroklima US - ústřední strojovna ZUV - zařízení úpravy vzduchu V - objemový průtok vzduchu t, x - teplota, měrná vlhkost vzduchu

indexy veličin e, i - vnější, vnitřní p - přiváděný c - cirkulační (oběhový) z - odváděný

Obr. 3 Příklad ústředního vzduchového klimatizačního systému Základní komponenty vzduchových systémů uvádí modul BT02-06 a [1].

2.3.2

Zónové vzduchové systémy

Zónové vzduchové klimatizační systémy patří mezi systémy u nichž je nositelem tepelné energie pro krytí tepelné zátěže i ztrát klimatizovaného místnosti jen vzduch. Systémy se vyznačují úpravou vzduchu v ústřední strojovně, ze které se vzduch rozvádí do jednotlivých klimatizovaných místností, či jejich skupin tzv. zón se stejnou úrovni mikroklimatu. Typická varianta provedení vychází ze vzduchového ústředního systému. Základní úprava (ZU) příváděného vzduchu proběhne v jedné zpravidla sestavné jednotce a úpravu vzduchu do stavu nutného pro formování mikroklimatu jednotlivých zón zajistí doplňkové zařízení (ZoU). Znehodnocený vzduch se z jednotlivých zón odvádí samostatným potrubím a před jeho výfukem do atmosféry je vhodné zařízením recyklace využít jeho tepelné energie v zimě k ohřevu vnějšího čerstvého vzduchu. Základní varianta řešení je na obr. 4. Řez

Půdorys

tp2,x2

M2

tp1,x1

M1

Vp, tp1, x1

M1 M2

US

ZU

Vp, tp2, x2

ZoU

Vz, ti

Vz, ti Ve, te

ZoU

ZU

Vc, ti

Ve,te

Obr. 4 Schéma zónového klimatizačního systému Použití zónových systému

- 12 (39) -

Legenda M1, M2 - interní mikroklima US - ústřední strojovna ZU - zařízení základní úpravy vzduchu ZoU - zařízení zónové úpravy vzduchu V - objemový průtok vzduchu t, x - teplota, měrná vlhkost vzduchu indexy veličin e, i - vnější, vnitřní p - přiváděný c - cirkulační (oběhový) z - odváděný

Název kap. č. 2

Systémy jsou vhodné pro rozlehlé budovy a provozy průmyslových objektů např. obchodní centra, výstavní pavilóny, operační komplexy, výrobní haly ap. s různými požadavky na úroveň vnitřního prostředí jednotlivých zón.

2.3.3

Decentrální vzduchové systémy

Decentrální vzduchové klimatizační systémy se vyznačují úpravou vzduchu probíhající přímo v klimatizovaném prostoru. Typickým prvkem těchto systémů jsou klimatizační jednotky s přímým nebo nepřímým chlazením, ohřevem event. s vlhčením výstupního přiváděného vzduchu k formováni mikroklimatu. Jednotky se instalují přímo do klimatizovaných prostorů a nevyžadují tudíž strojovnu vzduchotechniky ani potrubní síť. Jednotky jsou vybaveny samostatným vestaveným chladicím agregátem. Podle způsobu odvodu tepla z kondenzátoru chladicího agregátu jsou k dispozici dvě varianty provedení klimatizačních jednotek: • 1. varianta představuje tzv. přímé chlazení kondenzátoru, kdy kondenzátor chladicího zařízení je osazen ve vnějším prostředí a je tudíž chlazen přímo vnějším vzduchem. • 2. varianta tvoří sestavu tzv. nepřímé chlazení kondenzátoru, kdy se teplo kondenzátoru chladicího zařízení odvádí pomocí teplonosné látky, zpravidla vody. Ta se pak chladí v chladicí věží nebo v tzv. suchém chladiči vody. Běžná provedení těchto klimatizačních jednotek tvoří fancoily, klimatizační skříně, okenní či stěnové klimatizátory. Přehled vybraných jednotek je v [1] a modulu BT02-06. Fancoil je koncový prvek vzduchotechniky vybavený ventilátorem a výměníky. Pro účely klimatizace pak chladičem a ohřívačem vzduchu. Umožňuje provoz v režimu cirkulačním nebo kombinovaném se saním vnějšího vzduchu. Schéma provedení je v BT02-06 a [1]. Fancoily nachází široké uplatnění u kombinovaných systémů klimatizace. Blíže BT02-06 a [1]. Vp, tp E

3 2 1

H

Ve, te

F

C O

Vo, ti 4

Legenda O - ohřívač vzduchu C - chladič vzduchu F - filtr vzduchu E - ventilátor K - chladicí agregát H - vlhčení vzduchu

V - průtok vzduchu t - teplota vzduchu 1 - topná voda 2 - chladicí voda 3 - voda pro vlhčení 4 - voda pro chlazení kondenzátoru

indexy p, i – přívodní, vnitřní e, o – externí, oběhový

K

Obr. 5 Schéma skříňové klimatizační jednotky

Klimatizační skříně jsou kompaktní zařízení umožňující filtraci, ohřev, chlazení, vlhčení a distribuci vzduchu. Skříně jsou běžně v provedení s nepřímým chlazením, tedy s vodou chlazeným kondenzátorem. Vodu lze po ochlazení v chladicí věži v režimu cirkulačního provozu využívat ke kontinuálnímu chlazení kondenzátoru. Schéma klimatizační skříně s vlastním chladicím zařízením

- 13 (39) -


a vodou chlazeným kondenzátorem je na obr. 5. Příklad možného osazení skříně s idealizovaným zapojením na chladič vody event. chladicí věž je na obr. 6. Situování chladičů vody závisí na místních podmínkách. Chladicí výkon klimatizačních skříní se obvykle pohybuje v mezích 5 až 30 kW. Dnes se tyto jednotky používají zejména pro přesnou klimatizaci. Klimatizační jednotka okenní a stěnová jsou kompaktní zařízení v provedení vhodném k osazení do okna či vnější stěny klimatizovaného prostoru umožňující filtraci a chlazení vzduchu. Jednotky mají vlastní chladicí zařízení s přímým chlazením v provedení s kondenzátorem pro vnější prostředí umožňujícím jeho chlazení vzduchem. Výparník uložený ve vnitřním prostoru funguje jako chladič vzduchu. Chladicí výkony jsou v obvykle mezících 2 až 6 kW. Čerstvý vnější vzduch do klimatizované místnosti musí zajistit systém nuceného větrání. Některá provedení těchto jednotek umožňují nasávat i jistou část vnějšího vzduchu, který slouží účelům minimální výměny vzduchu. Funkční schéma klimatizační okenní jednotky je na obr. 7. Exteriér Vp, tp Vo , to

Mikroklima ti, ϕi

Vc, ti

Ve, te

Legenda V - objemový průtok vzduchu 1 - Skříňová jednotka t - teplota vzduchu 2 - Odvod vzduchu 3 - Chladič vody ϕ - vlhkost vzduchu indexy veličin e, i - vnější, vnitřní p - přívodní c - cirkulační o - odváděný

Obr. 6 Schéma osazení a zapojení skříňové klimatizační jednotky Exteriér

Interiér Ochlazený vzduchu Vp, tp

Veo, teo Výparník Vep, tep Vstupní teplý vzduch Vp, ti Kondenzátor Okno

Obr. 7 Principiální schéma okenní klimatizační jednotky

- 14 (39) -

Legenda K - kondenzátor E - výparník V - objemový průtok vzduchu t - teplota vzduchu indexy veličin e, i - vnější, vnitřní p, o – přívodní, odváděný

Název kap. č. 2

2.3.4

Speciální vzduchové systémy

Tyto systémy slouží tvorbě interního mikroklimatu v prostorách z přesnými požadavky na stav vnitřního prostředí a malými tolerancemi jejich kolísání, zpravidla teplotami. Systémy mají charakter ústředních vzduchových systémů. Vzduch pro zajištění interního mikroklimatu se upravuje v ústřední strojovně. Ideové řešení systému je v [1].

2.3.5

Vysokotlaké vzduchové systémy

Vysokotlaké vzduchové systémy klimatizace se vyznačují tím, že nositelem tepla i chladu k pokrytí tepelné zátěže i ztrát je vzduch. Rychlost vzduchu proudícího vzduchovody mezi místem úpravy (strojovnou) a klimatizovanou místností překračuje v hlavních úsecích rozvodu 12 ms-1. Vyšší rychlost umožňuje zmenšit průřezy vzduchovodů a minimalizovat prostorové nároky vzduchotechniky. Nevýhodou systémů je však vyšší hlučnost a vyšší provozní náklady. Úprava vzduchu formující interní mikroklima probíhá v zařízeních úpravy vzduchu (ZUV), tvořených zpravidla sestavnými klimatizačními jednotkami umožňujícími i aktuální zpětné využití tepla. Distribuční systém tvoří část vysokotlaká a nízkotlaká. Před vstupem do klimatizované místnosti se tlak vzduchu redukuje jednotkami, napojenými na zmíněné tlakové části potrubí. Jednotky spolu se snížením rychlosti také tlumí hluk. Vysokotlaké systémy se dělí na jednokanálové a dvoukanálové. 2.3.5.1 Jednokanálové vysokotlaké vzduchové systémy Uvedené systémy jsou základní variantou vycházející z nízkotlakého ústředního vzduchového systému, který je pro účely redukce tlaku doplněn redukční skříni. Vzduch upravený ve strojovně se vysokotlakou částí potrubí dopravuje ke klimatizované místnosti, před níž je uložena redukční skříň. V základní variantě pracují skříně s konstantním průtokem vzduchu do klimatizovaného prostoru. Z důvodů proměnných tepelných zátěží i ztrát jednotlivých místností jsou vhodnějším řešením skříně s proměnným průtokem vzduchu regulujícími průtok vzduch v závislosti na okamžitých podmínkách a stavu mikroklimatu. Schéma skladby základní varianty jednokanálového vysokotlaké systémy je na obr. 8. Systém je vhodný pro použití v budovách z většími místnostmi se stejnými požadavky na interní mikroklima, např. obchodních domy. Uvedený systém se dnes nahrazuje vhodnějšími systémy.

- 15 (39) -


Řez budovou Vysokotlaký rozvod

Legenda

Nízkotlaký rozvod

RS

M1

Vp, tp, xp

M1

Vp, tp, xp

M1

Vp, tp, xp

ZU

US

Vo, ti

M - interní mikroklima US - ústřední strojovna ZU - zařízení úpravy vzduchu RS - redukční skříň V - objemový průtok vzduchu t, x - teplota, měrná vlhkost vzduchu indexy veličin e, i - vnější, vnitřní p - přívodní vzduch c - cirkulační (oběhový) o - odváděný Ve, te

Vc, ti

Obr. 8 Schéma jednokanálového vysokotlakého vzduchového systému 2.3.5.2 Dvoukanálové vysokotlaké vzduchové systémy

Řez budovou Vysokotlaký rozvod Legenda Nízkotlaký rozvod

RSS

M1

Vp1, tp1, xp1

M2

Vp2, tp2, xp2

M3

Vp3, tp3, xp3

ZoU Vo, ti

ZU

US

M1, M2, M3 - interní mikroklima US - ústřední strojovna ZU - zařízení základní úpravy vzduchu ZoU - zařízení zónové úpravy vzduchu RSS - redukční skříň směšovací V - objemový průtok vzduchu t, x - teplota, měrná vlhkost vzduchu indexy veličin e, i - vnější, vnitřní p - přívodní vzduch c - cirkulační (oběhový) o - odváděný Ve, te

Vc, ti

Obr. 9 Schéma dvoukanálového vysokotlakého vzduchového systému

2.4

Kombinované klimatizační systémy

Kombinované klimatizační systémy se vyznačují tím, že nositelem tepla a chladu pro tvorbu interního mikroklimatu a pokrytí tepelné zátěže i ztrát místností je voda, která se rozvádí z místa své úpravy do jednotlivých klimatizovaných místností budovy potrubní sítí. K předání tepla jsou v klimatizovaných místnostech osazeny koncové prvky s teplosměnnou plochou sdílející teplo:

- 16 (39) -

Název kap. č. 2

• konvekcí pomocí indukčních jednotek, • konvekcí pomocí ventilátorových jednotek tzv. fancoilů, • sáláním velkoplošnou plochou tzv. chladicím stropem. Systémy s indukčními jednotkami i fancoily jsou v podstatě analogické, liší se pouze koncovými prvky. Zmíněné systémy lze klasifikovat dle způsobu rozvodu vody na dvoutrubkové, třítrubkové a čtyřtrubkové s horizontálním a vertikálním provedení. K výměně vzduchu se přivádí do každé z klimatizovaných místností hygienicky nutná dávka čerstvého vzduchu systémem vzduchotechniky, v případě rozměrných prostorů i s odvodem vzduchu. Základní částí obou systémů tvoří níže uvedené komponenty: • Zdroj chladu, kterým jsou chladicí jednotky (chillery) k přípravě chladicí vody. • Zdroj tepla tvořený kotelnou či předávací stanicí k přípravě topné vody. • Koncové prvky, kterými jsou dle systému fancoily nebo indukční jednotky tvořící vnitřní jednotky k předávání tepla v běžném provedení parapetním, podstropním, nástěnném, ap. • Zařízení k úpravě a dopravě čerstvého vzduchu do klimatizovaných místností tvořené zpravidla samostatným nízkotlakým klimatizačním ústředním systémem s distribuční sítí. Úprava venkovního vzduchu spočívá v jeho filtraci, ohřevu event. chlazení či vlhčení pomocí sestavné klimatizační jednotky. • Zařízení k odvodu znehodnoceného vzduchu z místností tvořené ústředním nízkotlakým systémem. • Rozvodný systém chladicí a topné vody s potřebnými funkčními elementy. Rozvodné systémy vody se aplikují ve variantách: • Dvoutrubkové, třítrubkové a čtyřtrubkové. • Horizontální a vertikální.

2.4.1

Kombinované klimatizační systémy s fancoily

Vodní systémy lze dle rozvodu vody a provedení fancoilů dělit do čtyř skupin. 1. Klimatizační systém vodní dvoutrubkový nepřepínací s fancoily. Systém tvoří tzv. nepřepínací rozvod vody do výměníku vnitřních jednotek. Znamená to, že do výměníku vnitřních jednotek se přivádí dvěma trubkami (přívodní a zpětnou) jen chladicí. Klimatizační systém vodní dvoutrubkový přepínací s fancoily. Systém tvoří tzv. přepínací rozvod vody do výměníku vnitřních jednotek. V této variantě se dvěma trubkami (přívodní a zpětnou) přivede do výměníku jednotky dle aktuální potřeby chladicí či topná voda.

- 17 (39) -


Klimatizační systém vodní třítrubkový s fancoily lze charakterizovat rozvodem vody do výměníku vnitřních jednotek se samostatným přívodem teplé a chladné vody a jejich společným odvodem.


Upravený vzduch

Fancoil

Sekundární - oběhový vzduch

Primární – venkovní vzduch Voda

Obr. 10 Schéma systému s fancoily V této variantě se třemi trubkami, tzn. přívodní s chladicí a teplou vodou a společnou třetí trubkou pro zpětnou vodu přivádí do výměníku jednotky chladicí či topná voda. Schéma zmíněných systémů s fancoily je na obr. 11. Hodnocení a použití

Vodní systémy s fancoily mají oproti jiným systémům jisté výhody. Zásadní výhoda vyplývá ze způsobu přenosu tepelné energie vodou, která svými vlastnostmi umožní minimalizovat průtok vzduchu. Voda je jako látka přenosu tepla ekologicky nezávadná a daleko lépe než vzduch se reguluje její teplota i průtok. Klimatizační systém vodní čtyřtrubkový s fancoily se vyznačuje samostatnými (dvoutrubkovými) rozvody chladicí a topné vody přivedené do výměníků, kterými jsou chladič a ohřívač vnitřních jednotek. Průtok vzduchu se oproti vzduchovým systémům snižuje průměrně na 20 % a závislí jen na počtu osob v klimatizované místností. Z uvedené skutečnosti vyplývá, že profily vzduchovodů jsou podstatně menší a s menším průtokem vzduchu klesají i náklady na provoz vzduchotechnického zařízení. Vodní systémy s fancoily umožňují individuální regulaci tepelných výkonů a tudíž i stavu interního mikroklimatu klimatizovaných místností. Vodní systémy s fancoily lze použít k zajištění interního mikroklimatu zejména v občanských budovách. Typickými pro aplikaci banky, správní budovy, obchody, hotely, výškové budovy, restaurace, ap.

- 18 (39) -

Název kap. č. 2

Řez budovou Vo, ti

M1

Legenda M1,M2,M3 – interní mikroklima V - objemový průtok vzduchu t - teplota vzduchu 1 - Ohřívač 2 - Chladič 3 - Ventilátor indexy veličin e, i - vnější, vnitřní p - přívodní vzduch o – odváděný

Zákryt

Vp, tp

1

2 trubkový

c - cirkulační M2

M3

3 trubkový

4 trubkový

3 1

Vp, tp

1

2 2

Čerstvý vzduch

Strojovna VZT

3 Zdroj tepla a chladu Vc, ti

Vpr, tpr Ve, te Fancoil

Ve, tpr

Obr. 11 Schéma vodního klimatizačního systému s fancoily

2.4.2

Kombinované klimatizační systémy indukční

Kombinované klimatizační systémy indukční se vyznačují tím, že nositeli tepelné energie ke tvorbě vnitřního prostředí budov je voda a vzduch. Voda umožní z důvodu svých přenosových vlastností minimalizaci hmotnostních toků látek nutných k přenosu tepla a tudíž i profily potrubní sítě. Vnitřní prostředí se bezprostředně formují tzv. indukční jednotky. Jednotky jsou osazeny v klimatizovaných místnostech, napojeny na rozvod vody a rozvod tzv. primárního vzduchu. Jednotky svým provedením umožňují přisávání sekundární vzduch, kterým je oběhový vnitřní vzduch. Primární vzduch zajišťuje větrání místností a jeho průtok je dán minimální dávkou vnějšího vzduchu pro klimatizovanou místnost. Kombinované indukční lze obdobně jako v případě systémů s fancioly dle rozvodu vody dělit do čtyř skupin. Kritériem dělení je rozvodná potrubní síť vody. Společným rysem všech variant indukčních systémů je rozvodná síť k přívodu primárního vzduchu do každé z indukčních jednotek.

- 19 (39) -



Upravený vzduch Indukční jednotka Sekundární - oběhový vzduch

Primární - venkovní vzduch Voda

Obr. 11 Schéma klimatizačního indukčního systému Základní varianty a charakteristika indukčních systémů 1. Klimatizační systém vodní dvoutrubkový nepřepínací tvoří tzv. nepřepínací rozvod vody do indukčních jednotek. Znamená to, že do výměníku indukčních jednotek se přivádí dvěma trubkami (přívodní a zpětnou), jen chladicí voda k ochlazení sekundárního vzduchu. Tepelné ztráty místnosti v zimě pokrývá primární vzduch. 2. Klimatizační systém vodní dvoutrubkový přepínací tvoří tzv. přepínací rozvod vody do indukčních jednotek. V této variantě se dvěma trubkami (přívodní a zpětnou) přivede do výměníků jednotek dle potřeby chladicí či topná voda k tepelné úpravě sekundárního vzduchu. 3. Klimatizační systém vodní třítrubkový lze charakterizovat rozvodem vody do indukčních jednotek se samostatným přívodem teplé a chladicí vody a jejich společným odvodem. V této variantě se třemi trubkami tzn. přívodní s chladicí a teplou vodou a společnou třetí trubkou pro zpětnou vodu dopraví do výměníků jednotek dle potřeby chladicí či topná voda 4. Klimatizační systém vodní čtyřtrubkový se vyznačuje samostatnými (dvoutrubkovými) rozvody chladicí a topné vody přiváděné do výměníků, kterými jsou chladič a ohřívač indukčních jednotek. Je to systém umožňující individuální regulaci stavu interního mikroklimatu. Další komponenty systému tvoří Rozvodná soustava vody horizontální či vertikální tvořená zpravidla ocelovým potrubí, armaturami a čerpadlem. Rozvodný systém vzduchu, jenž dopravuje primární vzduch vyšší rychlostí (10 až 20 ms-1) kruhovým potrubím. Systémy mohou být v provedení horizontálním či vertikálním. Strojovna vzduchotechniky je zpravidla ústřední a zajišťuje úpravu primárního vzduchu. Odvod vzduchu z klimatizovaných místností se zajistí potrubním systémem nízkotlakým, jehož ventilátor lze situovat na střechách budov.

- 20 (39) -

Název kap. č. 2

Řez budovou

M1

1

Legenda M1,M2,M3 – interní mikroklima V - objemový průtok vzduchu t - teplota vzduchu 1 - Ohřívač 2 – Chladič 3 – Klapky indexy veličin e, i - vnější, vnitřní p - přívodní vzduch o – odváděný

Zákryt

Vp, tp 2 trubkový

M2

1

Vo, ti

M3

3 trubkový

Vp, tp

4 trubkový

2

Vpr, tpr

3 Čerstvý vzduch

Strojovna VZT

2 Zdroj tepla a chladu

Vpr, tpr

Vs, ti

Ve, te

1

Indukční jednotka

Obr. 12 Schéma kombinovaného klimatizačního indukčního systému Indukční jednotka tvoří koncový prvek uvedených systémů. Svým provedením umožňuje napojení na primární vzduch, přisávání sekundárního vzduchu (oběhový vzduch z místnosti), jeho tepelnou úpravu a výdech směsi vzduchu do klimatizované místností blíže modul BT02-06 a [1]. Schéma kombinovaného indukčního systému je na obr. 12. V případě větších objemových průtoků vnějšího vzduchu je výhodné využívat teplo odváděného vzduchu zařízením zpětného využití. Použití kombinovaných indukčních klimatizačních systémů Systémy se používaly a lze je používat pro klimatizaci výškových budov, kancelářských budov, hotelů s atp. individuálními požadavky na interní mikroklima místností. Dnes však jsou upřednostňovány kombinované systémy s fancoily.

2.5

Kombinovaný klimatizační systémy chladicí strop

Tento systém lze charakterizovat jako zařízení tvořené částí chladicí a vzduchotechnickou. Chladicí systém pokrývá tepelnou zátěž zcela či částečně, v zimním období ji lze využít k pokrytí tepelných ztrát (vytápění). Chladicí část tvoří plochý trubkový výměník tepla zavěšený zpravidla pod stropem klimatizované místnosti. Výměníkem protéká chladná voda, odnímá teplo a pokrývá tak část event. celou tepelnou zátěž prostoru. Teplota povrchu chladicího stropu se obvykle pohybuje okolo 19 až 20 oC dle teploty chladicí vody a požadované úrovně mikroklimatu. Modifikací chladicí stropu je chladicí podlaha. Vzduchotechnický systém zajistí výměnu vzduchu a jeho vlhčení, pokrytí tepelných ztrát či částečné tepelné zátěže klimatizovaných místností. Pokud celou tepelnou zátěž pokrývá chladicí strop, pak se do jednotlivých klimatizo-

- 21 (39) -


vaných místností přivádí vlhkostně upravený vzduch s teplotou vzduchu v místnosti a průtokem vyplývajícím z hygienicky nutné dávky k výměně vzduchu za čerstvý.

2.5.1

Základní částí systému

Chladicí strop je tvořen stropním nebo podstropním plošným výměníkem, či chladicími elementy. Části stropu tvoří nosná konstrukce, rozvodný systém trubek chladicího výměníku, soustava lišt, krycích panelů event. lamel. Součástí chladicích stropu mohou být i svítidla event. distribuční prvky k přívodu čerstvého vzduchu. Nezbytné prvky dále tvoří: • Zdroj chladu, kterým jsou chladicí jednotky (chillery) k výrobě chladicí vody. • Zařízení k úpravě a dopravě přívodního vzduchu do klimatizovaných místností tvořený obvykle nízkotlakým klimatizačním ústředním systém s distribuční sítí. Přívodní vzduch slouží k event. eliminaci části tepelné zátěže, ale zejména však musí pokrýt dávku čerstvého venkovního vzduch pro každou z klimatizovaných místností. Úprava přívodního vzduchu spočívající ve filtraci, ohřevu event. chlazení či vlhčení zajistí sestavná klimatizační jednotka. • Zařízení k odvodu znehodnoceného vzduchu z místnosti, jenž je součástí ústředního systému přívodního vzduchu. • Rozvodná síť chladicí vody s potřebnými funkčními elementy. Poznámka Některé varianty provedení chladicího stropu umožňují jeho využití i v zimním období k vytápění. V tomto případě je nutný zdroj tepla tvořený kotelnou či předávací stanicí k přípravě topné vody.

2.5.2

Hodnocení a použití

Chladicí strop poskytuje oproti jiným systémům řadu výhod. Zásadní výhoda spočívá v zajištění stavu prostředí bez proudění vzduchu vyvolávající průvan pociťovaný uživateli zejména u vzduchových systémů. Teplo se v případě chladicích stropů sdílí v rozhodující míře sáláním mezi povrchy s různou teplotou a jeho přenos není vázán na proudění vzduchu. Objemový průtok vzduchu se oproti vzduchovým systémům snižuje průměrně na 20 % a je závislý na počtu osob v klimatizované místností. Z uvedeného vyplývá, že profily vzduchovodů jsou podstatně menší a s menším průtokem vzduchu klesají i náklady na provoz vzduchotechnického zařízení. Chladicí strop vyžaduje minimální nároky na prostor pro instalaci. Údržba při provozu je minimální. Chladicí výkon se pohybuje dle provedení a teplot v mezích 20 až 50 Wm-2. Chladicí stropy lze použít k zajištění interního mikroklimatu zejména v občanských budovách. Typickými budou banky, kanceláře, obchody, restaurace, ap.

- 22 (39) -

Název kap. č. 2

Ideové schéma základní varianty klimatizačního systému chladicí strop je na obr. 13. Výměník-chladič

Čerstvý vzduch Voda

Vp Qr

Mikroklima

Odváděný vzduch

Obr. 13 Schéma chladicího stropu

2.6

Chladivové systémy klimatizace

Chladivové systémy představují moderní pojetí klimatizace, jsou komfortní pro uživatele a přitom prostorově nenáročné. To jsou dva stěžejní důvody, proč se stávají stále oblíbenějšími a rozšířenějšími. Tato kapitola je zaměřena na: • princip funkce • rozdělení základních systémů chladivové klimatizace • popis jednotlivých prvků chladivové klimatizace • základní přístupy k návrhu systému

2.6.1

Základní princip funkce

Chladivové systémy pracují se základní variantou kompresorového chladícího okruhu. Ačkoliv se jedná o nejjednodušší provedení chladícího oběhu, rozvoj těchto systémů byl podmíněn zavedením moderních zejména spirálových kompresorů a kvalitních chladících látek (chladiva). Dnes mohou chladivové systémy poskytnout stejný komfort a technické možnosti jako systémy vodní.

- 23 (39) -


expanzní ventil Rozdělení chladícího okruhu u split-systémů:

výparník

vnitřní jednotka venkovní jednotka chladivové potrubí - pára kompresor chladivové potrubí kapalina

kondenzátor sběrač chladiva

Obr. 14 Schéma chladicího okruhu a jeho rozdělení u split-systémů Chladivové systémy se vyznačují dvou nebo třítrubkovým rozvodem chladiva a přenosem tepla pomocí skupenských změn. V základním chladicím režimu provozu probíhá vypařování chladiva ve vnitřní jednotce (odnímá se teplo klimatizované místnosti) a kondenzace chladiva ve vnější kondenzátorové jednotce (kondenzační teplo se předává externímu vzduchu). Základní varianta provedení systému umožní pouze chlazení, dokonalejší varianty chladivových systémů lze provozovat i v režimu vytápění místností. V tomto případě probíhají tepelné děje spojené s přenosem tepla opačně (tepelné čerpadlo). Kompresor zajišťuje nejen stlačování chladiva, ale také jeho dopravu k výparníkům ve vnitřních jednotkách. Část z práce kompresoru se tedy spotřebuje na krytí tlakových ztrát chladiva v potrubí a s délkou potrubí chladící výkon systému klesá. U každé venkovní jednotky je tak dána maximální vodorovná a svislá vzdálenost potrubí mezi vnitřní a venkovní jednotkou, tato odpovídá zpravidla 15% poklesu nominálního výkonu zařízení.

2.6.2

Charakteristiky chladivové klimatizace

Chladivové systémy představují moderní variantu klimatizace administrativních budov, hotelů i bytového prostředí. Vyrábí se ve variantách od jednoduchého systému pro jednu klimatizovanou místnost po rozsáhlé soustavy stovek místností. Tato variabilita je velkou předností chladivových systémů. Mají hospodárný provoz a zpravidla umožňují v létě chlazení a v zimě vytápění, u technicky nejdkonalejších systémů je možné provozovat režim chlazení a vytápění současně.

- 24 (39) -

Název kap. č. 2

Chladivové systémy se vyznačují tím, že teplonosnou látkou k přenosu tepelné energie mezi zdrojem a klimatizovanou místností k pokrytí tepelné zátěže event. tepelných ztrát je chladivo. Chladivové systémy se vyznačují chladicím zařízením děleným a tvoří tzv. „split“ systém s jednou vnější a vnitřní jednotkou nebo s více vnitřními jednotkami. Vnější a vnitřní jednotky jsou vzájemně spojeny potrubím k cirkulaci chladiva. Chladivové potrubí velmi subtilní a tím prostorově nenáročné. Součástí vnitřní ventilátorové jednotky je výparník ve funkci chladiče vzduchu. Vnější jednotka je zpravidla umístěna ve venkovním prostoru obsahuje kompresor a vzduchem chlazený kondenzátor.

Obr. 15 Chladivová potrubní klimatizační jednotka zabudovaná do podhledu obytné místnosti. Tyto systémy nezajišťují větrání, vnitřní jednotky pracují pouze s oběhovým (cirkulačním) vzduchem. Ve speciálních případech umožňují některé vnitřní jednotky připojení potrubí s přívodem venkovního (upraveného nebo neupraveného) vzduchu. Chladiva jsou regulovanou látkou, podléhají kontrole, neboť ve větší či menší míře poškozují ozónovou vrstvu Země a přispívají ke skleníkovému efektu. Podle aktuálních předpisů musí být každé zařízení s náplní chladiva větší jak 3kg každý rok kontrolováno pověřeným revizním technikem z hlediska úniku chladiva. Díky tomu, že do chladícího oběhu nejsou vloženy žádné další okruhy jako např. u vodnícho chlazení, dosahují chladivové systémy vysokého chladícího faktoru a mají úspornější provoz. Ve srovnání s vodními systémy odpadají rozměrné a těžké akumulační nádoby, hydraulické vyvážení rozvodů chladné vody apod.

2.6.3

Základní druhy chladivových systémů

Chladivové systémy lze rozdělit do těchto základních skupin:

- 25 (39) -


• Split – systém skládající se z jedné vnitřní a jedné venkovní jednotky. Výkon kompresoru se reguluje 0/100% - zapnuto/vypnuto, nebo plynule, tato technologie se nazývá invertorová. • Multisplit – systém skládající se z několika (zpravidla od 2 do 4) vnitřních jednotek a jedné jednotky venkovní. Vnitřní jednotky pracují ve stejném režimu, každá vnitřní jednotka je ovládána samostatně. Výkon kompresoru se reguluje 0/100% - zapnuto/vypnuto. • Multisplit s proměnným průtokem chladiva (obchodní označení VRV, VRF, MRV) – systém skládající se z několika (podle velikosti od 2 až do 40) vnitřních jednotek a jedné jednotky venkovní. Výkon kompresoru je plynule řízen frekvenčním měničem (inverter). • Multisplit s proměnným průtokem chladiva s přečerpáním tepla (VRV, VRF), někdy také označované se zpětným získáváním tepla. Jedná se o předchozí variantu, která je doplněna o prvky umožňující distribuci tepelné energie mezi jednotlivými vnitřními jednotkami. Tím mohou některé vnitřní jednotky být v režimu vytápění a jiné současně v režimu chlazení. Z tohoto výčtu je zřejmé, že chladivové systémy jsou vhodné jak pro klimatizaci jediné místnosti, tak ve vhodné konfiguraci pro klimatizaci rozsáhlé budovy s několika sty místností. Systém umožňuje individuální regulaci teploty v každé klimatizované místnosti. Chladivové systémy se stále technicky zdokonalují, proto členění na jednotlivé typy již není výstižné, systémy se v některých parametrech překrývají.

(mono) split

multisplit (na obr. trisplit)

multisplit s proměnným průtokem chladiva

multisplit s proměnným průtokem chladiva a přečerpáním tepla

Obr. 16 Schéma základních typů chladivových systémů

2.6.4

Vnitřní jednotky

V klimatizovaných místnostech jsou situovány vnitřní ventilátorové jednotky, které obsahují jeden výměník (základní je funkce je výparník, také kondenzátor), ventilátor a také vzduchový filtr. Výparníkové jednotky obsahují zpravidla - 26 (39) -

Název kap. č. 2

také expanzní ventil. Jednotky mohou pracovat pouze s oběhovým vzduchem, nebo lze do nich zaústit přívod venkovního vzduchu. Podle konkrétního zařízení musí být venkovní vzduch již předupraven (filtrovaný a v zimě předehřátý), nebo ho lze nasávat přímo z venkovního prostředí. V současné době je některých provedení vnitřních jednotek dbáno na filtraci vzduchu, instalované filtry odstraňují ze vzduchu zápachy, tabákový kouř, pyl apod. Do jednotky může být vestavěn také ionizátor vzduchu. Chladící výkony vnitřních jednotek se pohybují od 2 do 12 kW, výjimečně do 20 kW. Vnitřní jednotky se vyrábí v mnoha provedeních. Nejběžnější typy z hlediska umístění a proudění vzduchu jsou: •

nástěnná jednotka k montáži na zeď s nastavitelným výfukem šikmo před sebe až vodorovně,

•

podstropní, určená k montáži vodorovně pod strop, s vodorovným výfukem vzduchu,

•

parapetní, k postavení pod parapet (podobně jako otopné těleso) s výfukem nahoru,

•

kazetová k zabudování do podhledu nebo s opláštěním s výfuky po jedné, dvou nebo čtyřech stranách kazety pod nastavitelným úhlem pod strop,

•

potrubní, která je určena k zabudování do vzduchotechnického potrubí a proudění vzduchu v interiéru je určeno volbou a umístěním koncových elementů tohoto vzduchotechnického rozvodu. Tento typ je právě díky možnosti výběru distribučních prvků oblíben pro klimatizaci náročných interiérů. Většina jednotek má částečně nastavitelný směr výfuku vzduchu pomocí pohyblivých lamel (ovládaných servomotorem), jejichž polohu lze uživatelsky nastavovat. Správné umístění vnitřní jednotky je vedle jejího odpovídajícího výkonu klíčovým parametrem funkce klimatizačního systému a spokojenosti uživatele. Nevhodné umístění klimatizační jednotky v interiéru způsobuje nerovnoměrné rozložení teploty v prostoru a riziko průvanu, což může celý systém z uživatelského hlediska znehodnotit. Důležitým parametrem vnitřních jednotek je také jejich hlučnost.

- 27 (39) -


Základní druhy vnitřních jednotek

Jednosměrná kazetová jednotka do podhledu

Čtyřsměrná kazetová jednotka do podhledu

Dvousměrná kazetová jednotka do podhledu

Podstropní jednotka

Parapetní jednotka zabudovaná

Parapetní jednotka s opláštěním

Obr. 17 Základní druhy vnitřních jednotek chladivové klimatizace

2.6.5

Odvod kondenzátu

Na výparníku kondenzuje vodní pára z proudícího ochlazovaného vzduchu, systém tedy vzduch nejen chladí, ale také odvlhčuje. Vznikající kondenzát je nutno odvést do kanalizace, od které však kondenzátní potrubí musí být odděleno zápachovou uzávěrou, jejíž funkce musí být zajištěna i při vyschnutí. Za

Obr. 18 Možnosti umístění čerpadla kondenzátu v nástěnné jednotce - 28 (39) -

Název kap. č. 2

běžných podmínek při teplotě interiéru 26°C a relativní vlhkosti vzduchu kolem 40% vzniká v závislosti na chladícím výkonu 1-5 litrů kondenzátu za hodinu. Jednotky určené do podhledu (kazetové provedení) bývají vybaveny čerpadlem kondenzátu, které zajistí automatické přečerpání kondenzátu o 500600mm nad podhled, odkud pak může být odváděn gravitačně. Vestavba čerpadel kondenzátu do nástěnných jednotek je poměrně komplikovaná. Jejich hlučnost navíc často převyšuje hlučnost samotné klimatizační jednotky.

2.6.6

Venkovní jednotky

Zbývající prvky chladícího okruhu, tedy kondenzátor spolu s kompresorem jsou umístěny ve společné tzv. venkovní kondenzační jednotce. Většina kondenzačních jednotek je vzduchem chlazených, výjimečně jsou upraveny pro chlazení vodou. Proudění vzduchu přes kondenzátor pak zajišťuje ventilátor. Umístí se ve venkovním prostoru na vhodném místě budovy např. na venkovní stěně, na střeše, na upraveném terénu, apod. Kompresor je vždy zdrojem hluku, proto je třeba venkovní jednotky umísťovat uvážlivě, aby nedocházelo k překročení hlukového limitu, v případě potřeby je možno použít akustické zástěny. Výhodou větších VRV systémů je možnost určitého předimenzování kondenzační jednotky, tj. součet výkonů vnitřních jednotek může dosáhnout až 130% jejího nominálního výkon. Digitální regulace umožňuje invertorovým technologiím uzpůsobení výkonu kompresoru aktuálním požadavkům vnitřních jednotek. Tímto lze dosáhnout energetických úspor jak při provozu systému, tak při dimenzování jištěného elektrického příkonu pozvolným nabíháním kompresoru venkovní jednotky (softstart frekvenčním měničem). Pouze softwarovou nástavbou lze ukládat historii požadavků jednotek a tím poměrné spotřeby energie jednotlivými jednotkami. Takto lze i u chladivových systémů rozúčtovat přesně náklady na spotřebovanou energii.

Venkovní jednotka s kompresorem a kondenzátorem tvaru „V“

Rozdělovač chladiva pro soustavy s přečerpáním tepla

Obr. 19 Součásti chladivových systémů

- 29 (39) -

Spirálový kompresor


VRV systémy umožňující přečerpávání tepla a individuální teplotní režim jednotlivých místností se vyrábí ve dvoutrubkovém a třítrubkovém provedení. Ve doutrubkovém provedení je prvek, který umožňuje přísun kapalného chladiva nebo páry podle okamžité potřeby vnitřní jednotky je tzv. rozdělovač chladiva, jeho příklad je na obr. 19. Kompresor produkuje směs kapaliny a páry, tato směs se podle skupenství rozdělí v rozdělovači chladiva, odkud již k vnitřním jednotkám vede dvoutrubkový rozvod, ve kterém se přivádí chladivo jako kapalina nebo pára podle režimu vnitřní jednotky chlazení – ohřev.

Obr. 20 Příklady osazení prvků chladivových systémů

- 30 (39) -

Název kap. č. 2

V případě třítrubkové soustavy jsou podobné prvky umístěny bezprostředně před vnitřními jednotkami a zajišťují přepínání mezi přívodem páry a kapaliny. Významný rozdíl mezi dvoutrubkovou a třítrubkovou soustavou spočívá v počtu spojů, kterých je u dvoutrubkového systému s centrálními rozdělovači chladiva významně méně. Oblíbenost jednoduchých chladivových systémů způsobila, že venkovní jednotky už dnes můžeme vidět na každém kroku, př. jsou na obr. 20. Jsou to však strojní zařízení vyžadující jistý servis, kontrolu a musí být tedy bezpečně přístupná pro obsluhu. V neposlední řadě jsou zdrojem hluku a pro svou funkci vyžadují kolem sebe volný prostor, zejména na straně výtlaku vzduchu. Každé umístění proto nemusí být vhodné.

2.6.7

Ovládání a regulace chladicího výkonu

U chladivových systémů může být chladicí výkon v nejjednodušším případě regulován spínáním chodu kompresoru (zapnuto/vypnuto) a pomocně stupňovitou regulací otáček ventilátoru u výparníku Po dosažení nastavené teploty se kompresor vypíná. Klimatizační jednotky jsou zpravidla navrženy na venkovní teplotu 32 - 35 °C. Při teplotách nižších se periodicky zapíná a vypíná kompresor ve venkovní jednotce a to tím častěji čím je venkovní teplota nižší. Z jednotky pravidelně pulsuje teplý a studený proud vzduchu. Toto je hlavní nedostatek jednoduchých splitů a důvod obliby jednotek Split – Inverter, které mají plynule regulovaný chladící výkon. Uvádí se, že podle provedení regulace úspora elektrické energie v porovnání s klasickým splitem činí až 30%. K ovládání chodu zařízení včetně nastavování teploty, která má být automaticky udržována, slouží ovladače, které jsou nejčastěji dálkové. Lze jimi také ovládat otáčky ventilátoru, programovat chod zařízení v čase, měnit nastavení výfuku vzduchu (pomocí polohy výfukových lamel). Moderní jednotky obsahují pohyblivé teplotní čidlo, které snímá rozdělení teploty v místnosti, a podle toho vyhodnocuje nastavení provozních parametrů. Příklad jednotky a detail čidla je na obr. 21. Pro celkovou správu zařízení, nastavení teplot, centrální hlášení poruch jsou určeny nadřazené ovladače. Pro rozsáhlé soustavy s desítkami a stovkami vnitřních jednotek je vhodná vizualizace provozu na PC.

2.6.8

Chladivové potrubí

Vnější a vnitřní jednotka jsou propojeny měděným chladivovým potrubím, jehož velikost je dána chladícím výkonem, běžně se jedná o průměry do 25mm. Vzhledem k teplotám chladiva musí být potrubí tepelně izolováno izolací na bázi syntetického kaučuku o tl. cca 10mm. Dnes je pro rychlou montáž používáno předizolované potrubí. Souběžně s chladivovým potrubím jsou jednotky propojeny komunikačním kabelem a podle typu zařízení je silové napájení nutno připojit na vnější nebo (dnes pro malé výkony častěji) na vnitřní jednotku. Vzdálenost určující délku potrubí a převýšení mezi vnitřní a venkovní jednotkou je dána vždy výrobcem zařízení a maximální vzdálenost celková a ve vertikálním směru se pohybuje se od 5 do 40 m.

- 31 (39) -


Obr. 21 Příklad integrace chladivové klimatizace do systému řízení budovy přes rozhraní s protokolem LonWorks.

2.6.9

Nástin návrhu chladivové klimatizace

Návrh zařízení vyžaduje znalost výchozích údajů, ze kterých lze vyčíslit primární návrhové veličiny. 2.6.9.1 Výchozí údaje návrhu klimatizačního zařízení •

Požadavky na stav vnitřního prostředí, zejména max. vnitřní teplota v letním období, rychlost proudění vzduchu v pobytové zóně, požadavky na hluk uvnitř i vně stavby

•

Zeměpisná poloha stavby a její vnější prostředí. Výchozí pro návrh klimatizačního zařízení jsou průměrné extrémní klimatické veličiny vyskytující se v letním a zimním období. Základní veličinou jsou teploty vnějšího vzduchu. Zimní návrhová teplota se pro ČR pohybuje v mezích -12, -15 ev. -18°C. Letní návrhová teplota dosahuje u nás hodnot 29 až 30°C. Dominantní návrhovou veličinou klimatizace je v letním období u budov s okny intenzita sluneční radiace.

•

Tepelně technické a geometrické charakteristiky stavebních konstrukcí a budovy. Ze stavebních konstrukcí mají zásadní význam venkovní stěny, jejich druh (lehké, těžké) a zejména podíl zasklených ploch, kterými prostupuje sluneční záření do interiéru. Negativní vliv slunečního záření v extrémním letním období na stav interního mikroklimatu a související chladicí výkon zařízení lze snížit stínícími prostředky. Podstatné jsou také rozměry a tvar klimatizovaných místností, což rozhoduje o typu vnitřní jednotky.

•

Provoz budovy - Typické faktory návrhu tvoří provozní či technologický režim a z něj vyplývající nutnost osvětlení, přítomnost lidí, chod výrobního zařízení atp.

- 32 (39) -

Název kap. č. 2

Návrh musí sledovat dosažení požadovaného či předepsaného stavu vnitřního mikroklimatu při pokud možno optimálních potřebách energií. 2.6.9.2 Primární návrhové veličiny Na základě výše uvedených vstupních údajů lze pomocí tepelně hmotnostních bilancí vyčíslit primární návrhové veličiny klimatizačního zařízení. Tvoří je: •

tepelná zátěž,

•

tepelné ztráty – pokud má zařízení zajišťovat i teplovzdušné vytápění,

•

vodní zisky – pokud se má garantovat i max. vlhkost vzduchu. Chladivová klimatizace odvlhčuje při režimu chlazení vzduch, tento děj je však neřízený,

•

potřeba vzduchu pro větrání: o

pokud je nízká (průtok venkovního vzduchu je přibližně třetinový než průtok oběhového vzduchu vnitřními jednotkami) lze větrání zajistit pomocí vnitřních jednotek, do nichž se zaústí přívod venkovního vzduchu (lze pouze u vybraných typů).

o Pokud není možné zajistit potřebný průtok vzduchu přes vnitřní jednotky nebo není dostatečné přirozené větrání, je nutné pro větrání navrhnout samostatný vzduchotechnický systém. 2.6.9.3 Volba systému Volbu konkrétního chladivového systému ovlivňují zejména tyto skutečnosti: •

počet klimatizovaných místností

•

požadavek provozu: o

pouze sezónní chlazení (běžné prostory) nebo

o celoroční chlazení (např. servery, telefonní ústředny) nebo o v letním období chlazení a v zimě teplovzdušné vytápění nebo o celoroční možnost libovolného přepínání mezi chlazením a vytápěním u každé vnitřní jednotky •

možnost umístění venkovní jednotky, čímž je dána horizontální a vertikální vzdálenost mezi vnitřní a venkovní jednotkou

•

požadavek na ovládání z nadřazeného systému řízení budovy

•

max. dovolený elektrický příkon, akustické poměry apod.

- 33 (39) -

Závěr

3

Závěr

3.1

Shrnutí

Tvorba interního mikroklimatu budov vzduchotechnikou je oblastí se širokými možnostmi realizace. Zásadními pro tvorbu interního mikroklimatu budov s vyššími požadavky stavu prostředí jsou systémy klimatizace. Zajišťující nezbytnou výměnu vnitřního vzduchu a všechny složky vnitřního prostředí budov. Systémy klimatizace existují v širokém spektru technických provedení a skladby. Jako základní kritérium pro jejich klasifikci lze přijmout způsob přenosu tepla a druh teplonosné látky. Tradiční vzduchové systémy aktuálně doplňují systémy kombinované a chladivové. Chladivové systémy představují moderní řešení klimatizace budov. Existují v široké škále typů, velikostí, které lze uplatnit jak v budovách administrativních, hotelech, ale dnes také ve stavbách pro bydlení. Chladivové systémy jsou úsporné v provozu a prosazují se také pro malé prostorové nároky. Skládají se z vnitřních jednotek, které jsou umístěné přímo v klimatizovaných místnostech a z jednotek venkovních, určených do venkovního prostoru. Vzájemně jsou propojeny chladivovým potrubím. Moderní systémy umožňují kromě režimu chlazení také teplovzdušné vytápění v režimu tepelného čerpadla.

3.2

Studijní prameny

3.2.1

Seznam použité literatury

[1]

Gebauer G., Horká H., Rubinová O.: Vzduchotechnika, ERA 2005

[2]

Hirš, J., Gebauer, G., Rubinová O. Vzduchotechnika – příklady a návrhy. Brno, Cerm 2006

[3]

Chyský, J., Hemzal, K., a kol. Větrání a klimatizace. Bolit, Brno 1993

[4]

Názvoslovný výkladový slovník z oborů techniky prostředí. Přílohy časopisu VVI 2001 a 2002

[5]

ČSN 12 0000 Vzduchotechnická zařízení. Názvosloví

[6]

ČSN 12 7010 Vzduchotechnická zařízení. Navrhování větracích a klimatizačních zařízení. Všeobecná ustanovení

[7]

ČSN 73 0540 Tepelná ochrana budov

[8]

Vyhláška MZ č. 6/2003, kterou se stanoví hygienické limity chemických, fyzikálních a biologických ukazatelů pro vnitřní prostředí pobytových místností některých staveb

[9]

Nařízení vlády č. 523/2002, kterým se stanoví podmínky ochraně veřejného zdraví zaměstnanců, které upravuje Nařízení vlády č. 178/2001, kterým se stanoví podmínky ochraně veřejného zdraví zaměstnanců

- 35 (39) -


3.2.2

Seznam doplňkové studijní literatury

[10]

Rubinová, O., Rubina, A.: Klimatizace a větrání, ERA 2004

[11]

ČSN EN 832 Tepelné chování budov – Výpočet potřeby energie na vytápění – Obytné budovy

[12]

ČSN EN ISO 7730 Mírné tepelné prostředí - Stanovení ukazatelů PMV a PPD a popis podmínek tepelné pohody

[13]

ČSN EN 13 142 Větrání budov - Součásti/výrobky pro větrání bytů Požadované a volitelné výkonové veličiny

[14]

ČSN EN 13 465 Větrání budov - Výpočtové metody pro stanovení průtoku vzduchu v obydlích

[15]

ČSN EN 13 779 Větrání nebytových budov - Základní požadavky na větrací a klimatizační zařízení

[16]

ČSN ISO 13791 Tepelné chování budov – Výpočet vnitřních teplot v místnosti v letním období bez strojního chlazení – Základní kritéria pro validační postupy

[17]

ČSN ISO 13792 Tepelné chování budov – Výpočet vnitřních teplot v místnosti v letním období bez strojního chlazení – Zjednodušené metody

[18]

Vyhláška MZ č. 107/2001 Sb. o hygienických požadavcích na stravovací služby a zásadách osobní a provozní hygieny při činnostech epidemiologicky závažných

[19]

Vyhláška MZ č. 108/2001 Sb., ze dne 8. 3. 2001, kterou se stanoví hygienické požadavky na prostory a provoz škol, předškolních zařízení a některých školských zařízení. Od roku 2004 se připravuje novela

[20]

Vyhláška MPR č. 137/1998 o obecných technických požadavcích na výstavbu

[21]

Nařízení vlády č. 441/2004, kterým se stanoví podmínky ochraně veřejného zdraví zaměstnanců

3.2.3 [22]

3.3

Odkazy na další studijní zdroje a prameny www. tzb-info.cz

Cvičení

Pro prostory popsané v levém sloupci přiřaďte vhodný systém klimatizace z pravého sloupce. Je možné vybrat i více variant.

- 36 (39) -

Závěr

Obchodní prostory s prodejní plochou 100 m2 Split (monosplit) 1+1 Rodinný dům s 4 obytnými místnostmi Jedna místnost 20 m2 Administrativní budova 100 kanceláří, situovanými na jižní straně Administrativní budova 100 kanceláří, situovanými z ½ na západní a z ½ na východní straně

Multisplit s proměnným průtokem chladiva Multisplit 2 až 4 +1

Vzduchový systém klimatizace VRV systém s přečerpáním tepla

Konferenční sál pro 150 osob – nutné i nucené větrání

Řešení

Obchodní prostory s prodejní plochou 100 m2 Split (monosplit) 1+1 Rodinný dům s 4 obytnými místnostmi Jedna místnost 20 m2 Administrativní budova 100 kanceláří, situovanými na jižní straně Administrativní budova 100 kanceláří, situovanými z ½ na západní a z ½ na východní straně

Multisplit s proměnným průtokem chladiva Multisplit 2 až 4 +1

Vzduchový systém klimatizace VRV systém s přečerpáním tepla

Konferenční sál pro 150 osob – nutné i nucené větrání

- 37 (39) -


3.4

Příklad

Zadání: Navrhněte systém nízkotlaké vzduchové klimatizace pro víceúčelový sál dle obrázku.

15000

30000

SV 4200

Vstupní hodnoty Tepelná zátěž Ql = 36820 W, tepelné ztráty Qz = 33190 W, vodní zisky Mw = 7,8 gs-1, počet osob nl = 120, požadovaná vnitřní teplota a vlhkost v létě til = 26 o C, ϕil = 60 %, vnitřní teplota a vlhkost v zimě tiz = 22 oC, ϕiz = 45 %, teplota a entalpie vnějšího vzduchu v létě tel = 30 oC, hel = 56,2 kJkg-1, vnější teplota a entalpie v zimě tez = - 12 oC, hez = - 9,2 kJkg-1, zvolené rozdíly teplot v létě ∆tkl = 7 K a v zimě předběžně ∆tkz = 12 K. Zdrojem tepla bude topná voda, předpokládají se konstantní hodnoty c = 1010 JkgK-1, ρ = 1,15 kgm-3. Postup řešení • • • • • •

a. Specifikace výchozích hodnot b. Určení objemových průtoků vzduchu c. Řešení úprav vzduchu d. Řešení distribuce vzduchu e. Návrh strojovny f. Grafické řešení

Řešení úkolů Podrobné řešení uvádí lit. [2].

3.5

Úkol

Zadání: Navrhněte systém kombinované indukční klimatizace pro podlaží budovy a zadaná vstupní data. Vstupní hodnoty: Místo budovy Brno, počet osob v jednotlivých místnostech 2 až 3, jejich tepelná zátěž, ztráty a vodní zisky určené postupem modulu BT57-05. Část typického podlaží budovy je vykreslena na obrázku. Teplota vnějšího, vnitřního a primárního vzduchu v letním období te = 29 oC, ti = 25 oC, tpr = 12 oC. Teplota vnějšího, vnitřního a primárního vzduchu v zimním období te = -12 oC, ti = 22 oC, tpr = 15 oC. Relativní vlhkost vnitřního vzduchu ϕi = 50%, obtokový součinitel chladiče Os = 0,05. Řešení úkolu uvádí lit. [2].

- 38 (39) -

Závěr

3.6

Kontrolní otázky

Klimatizace, definice, účel Klasifikace systémů, jejich sestavy a schémata Vzduchové systémy ústřední a jejich návrh Vzduchové systémy decentrální a jejich návrh Kombinované systémy indukční a jejich návrh Kombinované systémy s fancoily a jejich návrh Chladivové systémy a jejich návrh

- 39 (39) -

TZB - VZDUCHOTECHNIKA

Recommend Documents