Mikroklima budov Přirozené větrání

AT 02 TZB II a technická infrastruktura

LS 2012

Mikroklima budov Přirozené větrání

7. Přednáška

Ing. Olga Rubinová, Ph.D.1

Harmonogram AT02 t.

část

Přednáška

Cvičení

1

Mikroklima budov, výpočet tepelných ztrát

Tepelná ztráta obálkovou metodou

2

Otopné soustavy – základní rozdělení prvků

Tepelná ztráta dle ČSN 060210

3

Otopná tělesa, potrubní rozvody, armatury, zabezpečovací zařízení

Otopná tělesa

UT

4

Zdroje tepla pro vytápění, plynové spotřebiče, příprava teplé vody

Rozvody

5

Kotelny a předávací stanice

Výkresy

6

Obnovitelné zdroje energie pro vytápění

Kotel

7

Význam vzduchotechniky, přirozené větrání

Solární ohřev TV + LABORATOŘ

8

Proudění vzduchu, nucené větrání

Přirozené větrání

9

Strojovna vzduchotechniky a prostorové nároky VZT

Distribuce vzduchu

10

Tepelné bilance

VZT potrubí a VZT jednotka

Klimatizační systémy a chlazení pro vzduchotechniku

Tepelná zátěž

12

Hluk ve vzduchotechnice, zpětné získávání tepla

Klimatizace

13

Aplikace vzduchotechnických systémů v občanských stavbách

Zápočet

11

VZT

Struktura předmětu Architektura pozemních staveb Bakalářský studijní program Ročník 3. - LS

http://www.fce.vutbr.cz/TZB/rubinova.o

OSNOVA PŘEDMĚTU t.

část

Přednáška

1

UT

Mikroklima budov, výpočet tepelných ztrát

2

Otopné soustavy – základní rozdělení prvků

3

Otopná tělesa, potrubní rozvody, armatury, zabezpečovací zařízení

4

Zdroje tepla pro vytápění, plynové spotřebiče, příprava teplé vody

5

Kotelny a předávací stanice

6

Obnovitelné zdroje energie pro vytápění

7

VZT

PŘEDNÁŠKA – pdf / web Text Vzorové příklady

Význam vzduchotechniky, přirozené větrání

8

Proudění vzduchu, nucené větrání

9

Strojovna vzduchotechniky a prostorové nároky VZT

10

Tepelné bilance

11

Klimatizační systémy a chlazení pro vzduchotechniku

12

Hluk ve vzduchotechnice, zpětné získávání tepla

13

Aplikace vzduchotechnických systémů v občanských stavbách

CVIČENÍ - Jednotné osnovy (web) Základní úlohy při návrhu systémů vytápění, větrání a klimatizace pro zadaný objekt

Životní prostředí člověka

2. Vnitřní • Pracovní • obytné

1.Vnější

VZDUCHOTECHNIKA UTVÁŘÍ VNITŘNÍ PROSTŘEDÍ BUDOV VZT zařízení řízeně ovlivňuje: Koncentrace látek ve vzduchu (škodlivin – plynných, pevného i kapalného aerosolu) Teplota v zimním i letním období Vlhkost vzduchu v zimním i letním období Proudění vzduchu, tlakové poměry

Faktory utvářející vnitřní prostředí

plynné látky pevný aerosol toxické plyny mikroby odéry

ODÉROVÉ TOXICKÉ MIKROBIÁLNÍ AEROSOLOVÉ

teplo vodní pára pohyb vzduchu

TEPELNĚ VLHKOSTNÍ

ELEKTROMAGNETICKÉ ELEKTROSTATICKÉ ELEKTROIONTOVÉ

KVALITA VZDUCHU

AKUSTICKÉ SVĚTELNÉ IONIZAČNÍ

Význam jednotlivých složek prostředí (mikroklimatu)

SVĚTELNÉ

24

30,1 TEPELNĚ VLHKOSTNÍ 7,5

AKUSTICKÉ 21,9

6,6

9,9 ODÉROVÉ

Klimatizace v dávnověku … Staří Egypťané znali chlazení stěn vodou přiváděnou akvadukty. Takové využití vody je samozřejmě drahé, najdeme je jen v luxusních domech bohatých lidí.

Z historie větrání …

Teplovzdušné vytápění v antice Hypokaustum = začátkem 1. století př.n.l. C. Sergiem Oratou vynalezené vytápění horkým vzduchem a spalinami vedenými pod podlahou a dutinami ve zdech nad střechu; užívalo se v lázních, obdobné systémy lze nalézt i v Číně a Koreji i v některých objektech středověké Evropy. Podlahové kanály v zámku Vranov nad Dyjí

Teplovzdušný rozvod pod podlahou v římské vile

Originální systém větrání hygienických místností v historické budově

Původní větrací systém kostela

Z historie větrání a klimatizace ve světě 16.st známý ventilátor, od 19. stol. s mechanickým pohonem 1700: O škodlivinách vznikajících při různé pracovní činnosti psal italský lékař B. Ramazzini. 1820 Michael Farady zkonstruoval kompresorový chladící okruh (čpavek) pro přímé chlazení vzduchu 1821 Vídeňský inženýr Meissner navrhuje cirkulační teplovzdušné vytápění, které se až do roku 1870 stane nejrozšířenějším druhem. Doporučují jej významné autority, jako německý profesor Herman Rietschel a v roce 1900 český inženýr rytíř Jan Purkyně. 1827 provedl projektant setník von Brauckmann první tepelně-technický výpočet v souvislosti s návrhem teplovzdušného vytápění budovy gymnasia v Heilbronnu. Až do roku 1870 je nejrozšířenějším druhem ústředního vytápění.

Z historie větrání a klimatizace ve světě 1877

Dávka venkovního vzduchu v místnostech, kde pobývají lidé, byla stanovena Maxem von Pettenkoferem v roce z podmínky, aby koncentrace oxidu uhličitého ve vnitřním vzduchu nepřekročila 0,1 obj.% (Pettenkoferovo číslo)

2/2 19. st.: Prvky úpravy vzduchu byly uplatněny v Anglii v několika budovách (parlament v Londýně, koncertní hala v Liverpoolu) - nucený přívod i odvod venkovního a oběhového vzduchu ventilátory, ohřev vzduchu parními ohřívači, vlhčení a chlazení vzduchu sprchováním vodou, vlhčení přidáváním páry i chlazení užitím přírodního ledu

Z historie větrání a klimatizace ve světě 1844

zařízení pro komfortní klimatizaci (s využitím větrání a přímého chlazení vzduchu) sestavené amerického lékaře a technika Dr. Johna Gorrie (malárie na Floridě) - první klimatizované nemocniční oddělení

1907

V USA byl poprvé použit pojem "air conditioning" v textilním průmyslu. Navrhl jej S. W. Cramer, který použil adiabatické chlazení pro snížení teploty a zvýšení vlhkosti

1911

Dr. Carrier sestavil psychrometrické tabulky a grafy, kompresorové chlazení

Vzduchotechnika na počátku 20. století

Nashville Union Station (1900)

Hotel Nashville Union Station (1900)


Andrew Carnegie Free Library , Pittsburgh (1906)


Morgan Memorial Building, Hartford (1910)

Z historie větrání a klimatizace v ČR 80. léta 19.st. Parní ventilátory pro větrání dolů na Ostravsku 1890 Ev. rytíř Purkyně (vrchní inženýr odboru pro ústřední topení a větrání při První českomoravské továrně na stroje v Praze) vydává spis Topení a větrání obydlí lidských . 1872 založena firma Janka (Janem Jankou), 1907 přemístěna do Radotína, od následujícího roku moderní výroba parních i elektrických ventilátorů, kde funguje dodnes.

Z historie vzduchotechniky … Vzduchotechnika zajišťuje tvorbu vnitřního prostředí tam, kde stavba tuto funkci neplní (z různých důvodů). První systémy větrání a klimatizace se vyvíjely pro tyto prostory:

• DOLY • NEMOCNICE • DIVADLA • PRŮMYSL

Polní nemocnice … V rámci interiéru je vytvořeno prostředí, které odpovídá daným podmínkám stacionárního pracoviště (sterilní prostředí, teplotní podmínky, dostatečný prostor pro manipulaci se zraněnými a pod.).

Význam vzduchotechniky – tvorba požadovaného vnitřního prostředí tam, kde stavební řešení tuto funkci nezajistí.

Význam vzduchotechniky a její místo ve 21. století


VYTVÁŘÍ UŽIVATELSKÝ KOMFORT

Význam vzduchotechniky a její místo ve 21. století STAVBA – FYZIKA (PRIMÁRNÍ FUNKCE)

TZB - PODMÍNKY PRO POBYT A ČINNOST (PRÁCI) ČLOVĚKA

ZTI – UT – VZT – odvod kouře a tepla – MaR BMS - SI – EPS – SHZ – EZS – STA výtahy – osvětlení – PC sítě přístupový systém – kamerový systém odpadové hospodářství – provoz a údržba

Nároky na vnitřní prostředí

tvorba interního mikroklimatu místností a budov s cílem formovat vnitřní prostředí pro optimální pobyt a činnost jeho uživatelů

zajištění prostředí pro průběh technologických procesů s případnou likvidaci doprovodných škodlivin

Technické prostředky k jeho tvorbě


Požadavky na stavby a TZB v budovách 137/1998 Sb. VYHLÁŠKA Ministerstva pro místní rozvoj ze dne 9. června 1998 o obecných technických požadavcích na výstavbu Stavba musí být navržena a provedena tak, aby byla při respektování hospodárnosti vhodná pro zamýšlené využití a aby současně splnila základní požadavky, kterými jsou  mechanická odolnost a stabilita,  požární bezpečnost,  ochrana zdraví, zdravých životních podmínek a životního prostředí,  ochrana proti hluku,  bezpečnost při užívání,  úspora energie a ochrana tepla

Vzduchotechnické zařízení …

 bezprostředním dopadem na stav vnitřního prostředí, příp. venkovní ovzduší (ekologie)  investiční a zejména provozní náročností  vysokými prostorovými nároky  sociologickými faktory souvisejícími s provozem

Vzduchotechnika kolem nás - příklady

Vzduchotechnické zařízení může být umístěno vně nebo uvnitř stavby.


Vzduchotechnické zařízení může být umístěno vně nebo uvnitř stavby.


Vzduchotechnika se vyznačuje vysokými prostorovými nároky.


Typické umístění VZT zařízení je ve strojovnách VZT.


Typické umístění VZT zařízení je ve strojovnách VZT.


Vzduchotechnika také dotváří interiér budov.


Vzduchotechnika je funkční součástí budovy.


Vzduchotechnika také dotváří interiér budov.

Základní členění - úpravy vzduchu Klimatizace – úprava čistoty, teploty a vlhkosti vzduchu

KVALITA VZDUCHU v závislosti na klimatických podmínkách

KVALITA VZDUCHU TRVALE

TEPLOTA V ZIMĚ

TEPLOTA V LÉTĚ

VLHKOST VZDUCHU

ŘIDITELNÉ PARAMETRY PROSTŘEDÍ PŘIROZENÉ VĚTRÁNÍ

NUCENÉ VĚTRÁNÍ

TEPLOVZDUŠNÉ VYTÁPĚNÍ KLIMATIZACE

Přirozené větrání - princip funkce Přirozené větrání představuje výměnu vzduchu v (prostoru) budově (místností) vlivem tlakového rozdílu, který je vyvolán účinkem přírodních sil vznikajících  rozdílem teplot nebo  dynamickým tlakem větru. Tento účinný vztlak se spotřebovává prouděním vzduchu přes vřazené odpory (spáry oken, dveří, mřížky na fasádě i uvnitř budovy).

http://www.squidoo.com/passivebuildingcooling

Vliv zeleně a jiných překážek proudění vzduchu

Vliv zeleně a dalších překážek na proudění vzduchu budovou

Tlakové poměry v budově Ve výšce místnosti či budovy, ve které se tlak pi rovná tlaku okolní atmosféry se nachází tzv. neutrálná rovina . Kom ínový efekt způsobuje podtlak v místnostech spodního podlaží.

KOMÍNOVÝ EFEKT SCHODIŠTĚ NEUTRÁLNÍ ROVINA ŠÍŘENÍ ODÉRŮ

NEUTRÁLNÍ ROVINA

Vliv dispozice na proudění vzduchu budovou

PRŮTOK VZDUCHU

RYCHLOST VZDUCHU

Proudění vzduchu budovou záleží na dispozičním řešení – tlakovým odporům při proudění vzduchu, na výšce nad terénem, s kterou roste rychlost větru.

Hodnocení větrání – průtok a výměna vzduchu Efekt přirozeného větrání lze hodnotit základní veličinou, kterou je průtok vzduchu. Typickou pro přirozené větrání je skutečnost, že vlivem proměnného rozdílu teplot (odpovídající okamžitým klimatickým podmínkám) a nahodilého vlivu větru má účinek zcela variabilní. Proto je přirozené větrání základním systémem tvorby mikroklimatu v jen budovách s nenáročnými požadavky na mikroklima. Intenzita výměny vzduchu – poměr objemového průtoku vzduchu přiváděného do prostoru V k objemu tohoto prostoru O ( = kolikrát za hodinu se vzduch v místnosti vymění za čerstvý, venkovní) Orientační hodnoty:  obytné prostředí n = 0,5 /h  školy n = 2,0 /h

V n= O

Druhy přirozeného větrání • infiltrace • aerace • okna • šachtové • šachtové (i s využitím účinku větru nebo Slunce)

Infiltrace Větraní infiltrací představuje výměnu vzduchu v místnostech probíhající vlivem netěsnosti stavebních konstrukcí. Zcela dominantní je výměna vzduchu spárami otvíravých oken či venkovních dveří. Objemový průtok vzduchu V proudícího do místnosti délkou spár l otevíraných křídel oken či dveří: SMĚR VĚTRU

V = i.L. p 0, 67 A = 0,6

A = −0,3 PROUDĚNÍ VZDUCHU BUDOVOU

∆p = pt + pw = h.g.(ρe - ρi) + 0,5. A.w2.ρe i … součinitel provzdušnosti spáry (m3s-1/mPan) Dp … rozdíl tlaku vzduchu vyvolaný rozdílem teplot Dpt a působením větru Dpw n … exponent charakterizující proudění vzduchu spárou, běžně n = 0,67

Infiltrace Exfiltrace – unikání vzduchu z budovy vlivem přetlaku v budově. Infiltrace –vnikání venkovního vzduchu do budovy spárami oken a dveří vlivem podtlaku v budově.

i = 1,4.10-4 i

V = i.l.∆pn

V

i = 0,5.10-5

Součástí moderních oken jsou prvky pro přívod vzduchu, které umožňují zejména v kombinaci s podtlakovým větráním jednoduché a efektivní přirozené větrání. V okenním rámu mohou být integrovány štěrbiny pro přívod vzduchu, nebo systém otevírání okenního křídla umožňuje nastavit křídlo do polohy, kdy mezi okenním křídlem a rámem vzniká širší spára, dostatečná pro infiltraci. Tyto systémy se označují jako mikroventilace).

Současný stav systémů podtlakového bytového větrání V nevětraných bytech ať nových nebo zateplených s vyměněnými okny se projevily důsledky nedostatečné výměny vzduchu především vytvořením plísní.

Mikroventilace zajišťuje výměnu vzduchu v místnosti pomocí speciálního členu v kování. Pokud se klikou otočí o 45° (4. poloha kliky), křídlo se "odtěsní" cca o 4 - 6 mm. Vytvoří se spára umožňující infiltraci vzduchu. Použití je závislé na uživateli, není to poloha trvalá.

Přívod vzduchu pro přirozené větrání – prvky v oknech Přívod vzduchu ve styku okenního rámu a křídla

Štěrbinový větrací systém

Větrací mřížka v prosklené části okna

Přívod vzduchu v okenním rámu

Přívod vzduchu pro přirozené větrání – prvky v oknech

Větrání se zavřeným oknem - Schüco VentoTherm

Přívod vzduchu pro přirozené větrání – samostatný prvek

Tubus s vloženým tlumičem hluku a prachovým fitrem

Aerace = způsob výměny vzduchu pomocí otvorů umístěných nad sebou s osovou vzdáleností h. V případě dvou otvorů o ploše S1 a S2 umístěných v místností nad sebou vznikne při rozdílné teplotě v interiéru a exteriéru pro ti > te rozdíl tlaku Dpe. Hmotnostní průtok vzduchu (rovnice větrací rovnováhy) m je dán:

m = S1.µ1. 2.ρ e .∆p1 = S2 .µ 2 . 2.ρi .∆p2 S1, S2 … průřezy přiváděcího a odváděcího otvoru μ1, μ 2 … výtokový součinitel pro přiváděcí a odváděcí otvor (obvykle µ1 = µ2 = 0,6 až 0,7) ρe, ρ i … hustoty venkovního a vnitřního vzduchu Pro předpoklad pouze vlivu teploty a S1 = S2 = S se rovnice zjednoduší na tvar:

S te

ti

h

h.g.(ρ e − ρi ) m = S.µ. 2.ρ e .ρi ρ e + ρi

∆pe ∆p2

∆p1

Aerace Aerace je vhodný způsob jednoduchého větrání pro haly s vývinem tepla.

Větrání okny = základní prostředek větrání menších místností. Výměna vzduchu je odvozena pouze pro účinek teploty a vychází z řešení problematiky aerace s tím, že jediný otvor (okno) slouží jak pro přívod i odvod vzduchu.

2.µ .a 2.b ρ e .ρ i (ρ e − ρ i ).g Vp = . 3 3.ρ s ρ i0,33 + ρ e0,33 3

(

)

a … šířka okna b … výška okna µ … výtokový součinitel ρs…. střední hustota vzduchu

α

μ

15

0,25

30

0,42

45

0,52

60

0,57

90

0,67

α

Šachtové větrání

∆p = h.g (ρ e − ρ i ) Odváděcí výtlačná šachta w3 S 3 t3 λ

3

ξ3

ρo to

h2 S3

λ3 ξ3 w1 t1 Přívodní sací šachta

h3

h3

= druh přirozeného větrání, při kterém je vzduch do místnosti přiváděn (sací šachtou), nebo z místnosti odváděn (výtlačnou šachtou), nebo přiváděn i odváděn otvory zaústěnými do svislých průduchů. Výškovým rozdílem sacího a výtlačného otvoru vznikne tlakový rozdíl ∆p. Tento tlak se spotřebuje na překonání hydraulických ztrát při proudění vzduchu šachtou .

Šachtové větrání - atrium

Tlakové poměry v budově Ve výšce místnosti či budovy, ve které se tlak pi rovná tlaku okolní atmosféry se nachází tzv. neutrálná rovina. Komínový efekt způsobuje podtlak v místnostech spodního podlaží.

NEUTRÁLNÍ ROVINA ŠÍŘENÍ ODÉRŮ

KOMÍNOVÝ EFEKT SCHODIŠTĚ NEUTRÁLNÍ ROVINA

Kvalita venkovního vzduchu – měření ČHMÚ – polétavý prach Leden 2006

Kvalita venkovního vzduchu – měření ČHMÚ – polétavý prach

Kvalita ovzduší ve vybraných městech ČR Do zpracování indexu kvality ovzduší (IKOr) byly zahrnuty naměřené koncentrace SO2, NOx, TSP a PM10.

61

Samotahová hlavice = koncová součást montovaná na střechu: • zabraňuje pronikání povětrnostních srážek a nečistot do svislého potrubí • Využívá vítr ke zvětšení podtlaku odpadového vzduchu v potrubí. Používá se k přirozenému větrání provozů s vysokým vývinem tepla. Za bezvětří má minimální výkon, tehdy účinkuje pouze konvektivní proudění vzduchu. rozvinutá délka šachty

dh L = l + (ξ + 1,2 ) 0,02 VÍTR

vztlak vlivem větru

∆ph = 0,025.v 2 .g

dh

PŘETLAK PODTLAK

průměr hlavice

2.L.V .g d hs = 1000∆ph 5

Lomanco - ventilační turbíny Větrání panelových domů kombinace turbíny Lomanco a malých axiálních ventilátorů. K regulaci se použijí uzavíratelné mřížky na výstupech v bytě. Regulace klapkou ruční nebo se servopohonem Průtok vzduchu dle rychlosti větru TYP

8 km/h

13 km/h

24 km/h

BIB 12

590 m3/h

930 m3/h

1750 m3/h

BIB 14

710 m3/h

1200 m3/h

2250 m3/h

GT 12

590 m3/h

930 m3/h

1750 m3/h

IB 8

165 m3/h

295 m3/h

565 m3/h

TIB 12

590 m3/h

930 m3/h

1750 m3/h

TIB 14

710 m3/h

1200 m3/h

2250 m3/h

Větrací hlavice (gravitační ventilátory)

Šachtové větrání s využitím sluneční energie Experimentální dům pro výzkum větrání Odboru termomechaniky a techniky prostředí Fakulty strojního inženýrství VUT

Solární komín, který je instalován nad schodištěm, slouží k intenzivnímu větrání budovy v teplém ročním období, kdy výměna vzduchu v domě není spojena s tepelnou ztrátou a právě naopak je žádoucí odvádět tepelnou zátěž větráním. Principiálně je solární komín vzduchovým kolektorem, ve kterém se slunečním zářením ohřívá vzduch a zvyšuje se tak vztlaková síla pro přirozené (šachtové) větrání

Mikroklima budov Přirozené větrání

Recommend Documents