Projektování automatizovaných systémů

Projektování automatizovaných systémů Osvald Modrlák, Petr Školník, Jaroslav Semerád, Albín Dobeš, Frank Worlitz

TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI Fakulta mechatroniky, informatiky a mezioborových studií

Tento materiál vznikl v rámci projektu ESF CZ.1.07/2.2.00/07.0247 Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření, který je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem ČR

Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření

Základy vzduchotechniky a její projektování


Požadavky norem a hygienických předpisů na výměnu vzduchu podle • Kubatury a typu místnosti

Typ místnosti

Výměna vzduchu [h-1]

Bazény

3–8×

Bufety

8 – 12 ×

Dílny bez zdr.tepla

3–6×

Hlediště,divadla, kina

5–8×

Kanceláře

2 – 10 ×

Kuchyň bytová

–3×

Kuchyň hromadná

15 – 20 ×

Lázně,sprchy

8 – 10 ×

Umývárny

2–5×

WC společné

– 50 ×

Šatny

4–8×

Lůžkové pokoje

5–8×

Prodejny

4–8×

Restaurace

5 – 10 ×

Školní třídy

3–8×


Požadavky norem a hygienických předpisů na výměnu vzduchu podle • Počtu osob a typu místnosti Typ místnosti

Výměna vzduchu na osobu [m3/h]

Hlediště, divadla, kina

30 – 60

Jídelny

30 – 50

Kuřárny

60 – 100

WC mísa

50

Pisoár

25


Při transportu materiálu v potrubí je nutné dodržet následující rychlosti v potrubí Materiál

Transportní rychlost [m/s]

Prach

9

Mouka

13

Piliny

15

Jemný kovový prach

15

Dřevěné třísky

18

Kovové piliny

20 – 25


Při výrobních operacích jsou pak doporučeny sběrné rychlosti Výrobní operace

Sběrná rychlost [m/s]

Svařování, leptání, pozinkování

0,5 – 1,0

Stříkací kabiny

0,7 – 1,0

Broušení

2,5 – 10,0


Proudění vzduchu vzduchovody • Rychlost vzduchu roste spojitě od stěny k ose vzduchovodu • Dochází k posuvu mezi vrstvami • Rychlejší vrstva brzděna třecí silou, která je dána viskozitou (molekulární směšování) • Laminární proudění • Směšovány molekuly • Re<2300 • Turbulentní proudění • Směšovány shluky molekul (větší třecí síly) • Re≥2300 w ⋅ d w – rychlost proudění [m/s] d – průměr potrubí [m] Re = ν ν – kinematická viskozita [m2/s]

µ ν= ρ

µ – dynamická viskozita [Pa/s] ρ – hustota [m2/sec]


Pro standardní vzduch

Je

p = 101,3 kPa t = 20°C φ = 0,5 (relativní vlhkost vzduchu 50%)

ρ = 1, 2 kg/m3 µ = 18,14 ⋅10−6 Pa ⋅ s υ = 15, 07 ⋅10−6 m 2 /s

Pro kruhové potrubí d=200mm a střední rychlost w=5m/s je Re=7963.


Pro standardní vzduch

p = 101,3 kPa t = 20°C φ = 0,5 (relativní vlhkost vzduchu 50%)


Tlakové ztráty v přímém potrubí • Část mechanické energie se mění v teplo (tření) → pokles statického tlaku ∆pz

 U  2 λ ⋅ ⋅l⋅ρ ⋅ w 4⋅A  ∆p Z =  2

l – délka potrubí A – průřez potrubí U – obvod potrubí

λ (součinitel tření) - závisí na Re a ekvivalentní drsnosti stěn vzduchovodu ε [mm] - při turbulentním proudění v kruhovém vzduchovodu

   5,5 ⋅ d  λ = 0, 28 log 55 ⋅ d    ε+ Re  

−2

- pro obdelníkový průřez se vypočítá ekvivalentní průměr a λ0 se pro stejné w koriguje

λ = C ⋅ λ0 C = 1,1 − 0,1

b a


Tlakové ztráty místní • vznikají narušením proudu a vyjadřují se násobkem dynamického tlaku

∆p Z =

ξ ⋅ρ ⋅ w 2

ξ – ztrátoví součinitel 2

w – rychlost proudění [m/s] ρ – hustota [kg/m3]

• Pro Re>10000 je ξ konstantní. • U tvarovek je ξ určován experimentálně • Oblouky kruhového a čtvercového průřezu: a) hladký 90°p ři d≤0,2m a r/d≥1 je ξ =

b) segmentový a odbočky dle grafů

0, 21 r d







Tlakové ztráty místní c) konfusor (přechod osový/jednostranný) při δ≥15°je ξ=0,05 d) regulační klapky - v potrubí stejného průřezu ξ=0,32 - na vstupu do potrubí ve stěně ξ=0,6 - na vstupu do potrubí v prostoru ξ=1,1 - na výstupu do potrubí ξ=1,4 e) kruhové stříšky ξ pro d [mm]

100-125

160-355

400-1250

Sání

3,5

1,6

0,6

výfuk

1,0

0,7

0,7

f) hlavice výfukové ξ=1,2 g) hlavice GAGI ξ=0,64


Tlakové ztráty místní h) hadice ALUFLEX/ SEMIFLEX SONO/ SEMIFLEX TERMO - k flexi připojení distribučních elementů


Tlakové ztráty místní ch) distribuční elementy - talířové ventily IT










Tlakové ztráty místní ch) distribuční elementy - stropní anemostaty










Tlakové ztráty místní ch) distribuční elementy - TC stabilizační box














Tlakové ztráty místní ch) distribuční elementy - vyústky
















Tlakové ztráty místní i) filtry

- zachycování nečistot ve vedeném vzduchu - čistota vzduchu (pro lidi) - ochrana ohřívačů a chladičů proti usazování nečistot

Třída

Celková odlučivost [%]

EU 1

Do 65

EU 2

65 – 80

EU 3

80 – 90

EU 4

Přes 90

EU 5

40 – 60

EU 6

60 – 80

EU 7

80 – 90

EU 8

90 – 95

EU 9

Přes 95

(usazený prach snižuje účinnost výměníku) - velikost odlučovaných částic 0,01 – 100µm - tlaková ztráta udávána v čistém stavu (po dosažení stanovené tlakové ztráty je nutno filtr vyměnit) - pro definovanou tlakovou ztrátu je filtr doplněn klapkou a snímačem průtoku 1) prachové - 9 tříd odlučivosti (podíl hmotnosti prachu odloučeného a přivedeného do filtru)



- zachycování nečistot ve vedeném vzduchu - čistota vzduchu (pro lidi) - ochrana ohřívačů a chladičů proti usazování nečistot (usazený prach snižuje účinnost výměníku) - velikost odlučovaných částic 0,01 – 100µm - tlaková ztráta udávána v čistém stavu (po dosažení stanovené tlakové ztráty je nutno filtr vyměnit) - pro definovanou tlakovou ztrátu je filtr doplněn klapkou a snímačem průtoku 2) aerosolové (HEPA) - do koncových elementů CGF - pro čisté prostory - mikroorganizmy vázány na vodní aerosol - papírové, při manipulaci se nesmí protrhnout










Tlakové ztráty místní j) tlumiče hluku - Zdroje hluku - ventilátory - chladící kompresory - VZT rozvody - koncové elementy - Normy určují veličiny garantované výrobcem: a) hladina akustického výkonu Lwa [dB(A)] b) hladina akust. Výkonu v oktávových pásmech Lwoct [dB] c) hladina zvuku La [dB] a hladina akustického tlaku v okt. pásmech Loct [dB] v místech pro obsluhu - Akustický výkon přenášen vzduchem a potrubím - Úkolem projektanta je maximálně vyzařovaní hluku omezit


Tlakové ztráty místní j) tlumiče hluku - Akustický výkon přenášen vzduchem a potrubím - Úkolem projektanta je maximálně vyzařovaní hluku omezit - Vkládání tlumičů do výtlačného případně sacího potrubí VZT jednotky - Izolace VZT potrubí při průchodu stavebními prvky - Optimální volba koncových elementů - Tlumiče do 4hr. Potrubí - Absorbují hluk v celém oktávovém pásmu - Desky (kulisy, buňky) o tloušťce a, délce l montovány do VZT potrubí na vzd. b od sebe. - Útlum D pak dán

D = 2, 2 ⋅

α ⋅l b

[dB]

- V oblasti nízkých frekvencí α silně závisí na tloušťce pohltivého materiálu


Tlakové ztráty místní j) tlumiče hluku - Tlumiče do 4hr. potrubí - Kulisové tlumiče - (fa Grief) o tloušťce 100mm – délka 1 a 1,5 m - Pohltivý materiál je kašírované desky z tvrdé minerální vaty - Tlakové ztráty a útlum pro IAA tlumiče viz. obrázek


Tlakové ztráty místní j) tlumiče hluku - Tlumiče do 4hr. potrubí


Tlakové ztráty místní j) tlumiče hluku - Tlumiče do 4hr. potrubí


Tlakové ztráty místní j) tlumiče hluku - Tlumiče do kulaté potrubí (MAA, MTS, TAA)








Tlakové ztráty místní j) tlumiče hluku - Další opatření pro omezení šíření hluku - Obalení potrubí při průchodu stavebními kostrukcemi (Mirelonem do 10mm) - Závěsy potrubí ISA L, ISA Z a ISA V s gum. silentbloky - Objímky s gumovou podložkou - Textilní manžety s molitanovou podložkou - Tlumiče KSE-M pro ventilátory - Opatření je třeba předepsat do technické zprávy a uvézt ve specifikaci


Tlakové ztráty místní k) ohřívače vzduchu - Zabezpečují ohřev přívodního vzduchu (nezabezpečují vytápění místností) 1. Elektrické - na provoz jednodušší × dražší - nezamrzají - V ohřívači topné tyče (1×230V, 2×400V nebo 3×400V) - Pro 2500m3/h + kruhové potrubí a 10000m3/h, 4hrané potrubí k dispozici např. MBE a IBE ohřívače - Nutno doplnit regulací silové části


Tlakové ztráty místní k) ohřívače vzduchu 1) Elektrické












Tlakové ztráty místní k) ohřívače vzduchu - Zabezpečují ohřev přívodního vzduchu (nezabezpečují vytápění místností) 2. Vodní - Topná voda přivedena do trubek s voštinami (zvětšení teplosměnné plochy) - Např. na vstupu 80°C, na výstupu 60°C => oh řívač pracuje s 20°C teplotním spádem - Ochrana proti zamrznutí - Zabraňuje destrukci ohřívače - Na vstupu ohřívače musí být směšovací uzel s čtyřcestným ventilem a pomocným čerpadlem - Termostat ve vratné topné vodě - Lepší kapilárový termostat na voštinách


Tlakové ztráty místní k) ohřívače vzduchu 2. Vodní - Na vstupu ohřívače musí být směšovací uzel s čtyřcestným ventilem a pomocným čerpadlem






Tlakové ztráty místní k) ohřívače vzduchu - Zabezpečují ohřev přívodního vzduchu (nezabezpečují vytápění místností) 2. Vodní - Topná voda přivedena do trubek s voštinami (zvětšení teplosměnné plochy) - Na vstupu 80°C, na výstupu 60°C => oh řívač pracuje s 20°C teplotním spádem - Ochrana proti zamrznutí - Při „zámrazu“ nutno: - Vypnout ventilátor , zavřít klapku přívodu vzduchu - Otevřít čtyřcestný ventil - Pomocné čerpadlo zajistí cirkulaci topné vody - Signalizovat poruchu obsluze !


Tlakové ztráty místní k) ohřívače vzduchu 2) Vodní












Tlakové ztráty místní k) ohřívače vzduchu - Zabezpečují ohřev přívodního vzduchu (nezabezpečují vytápění místností) 2. Vodní - Vývody z Cu na které se letují mosazné přechodové kusy - Dále potrubí ocel, PPR nebo Cu - Přívodní i odvodní větev se tepelně izoluje - Ohřívač nutno připojit, aby výměník pracoval v protiproudu (větší účinnost) - Ohřívače pro kruh. potrubí (MBW) a 4hr. potrubí (IBW)


Tlakové ztráty místní l) chladiče vzduchu - S přímím výparem (dále) - Vodní - Využívají chladící vodu z výrobníku (+6°C) - Po průchodu vody chladičem je její teplota cca (+12°C) - Spád je tedy pouze 6°C - Za chladičem lapač kapek a kuličkový sifon pro odvod kondenzátu - Na sifonu musí být dostatečný spád, aby kondenzát mohl z podtlaku v komoře vytékat - Zásadní rozdíl v zapojení na rozvod topné vody oproti připojení ohřívače na rozvod topné vody.


Tlakové ztráty místní Ohřívač 1 – připojení ohřívače na rozvod teplé vody s dvoucestným regulačním ventilem Ochrana proti zamrznutí ohřívače: • termostat na 10°C na vratné topné vodě • Vypnutí ventilátoru • Uzavření klapky na přívodu studeného vzduchu servopohonem • Signalizace poruchy obsluze


Tlakové ztráty místní Ohřívač 2 – připojení ohřívače na rozvod teplé vody s 3-cestným regulačním ventilem v rozdělovací funkci, pomocným oběhovým čerpadlem a zkratem s ruč. Ventilem k zajištěním teploty topné vody před ohřívačem. Ochrana proti zamrznutí ohřívače: • Pomocí kapilárového termostatu • Přichycen k voštinám • Snímá teplotu výstuního vzduchu na celém průřezu • Při poklesu pod definovanou teplotu spustí protizámrazovou sekvenci (viz. Ohřívač 1) • Při normální funkci pomocné čerpadlo směšuje vratnou a přívodní vodu. V případě zámrazu zajišťuje cirkulaci topné vody ohřívačem aby nezamrzl.


Tlakové ztráty místní Vodní chladič • Teplota vzduchu regulována trojcestným ventilem s rozdělovací funkcí • Přímá cesta ventilu vede do chladiče, vedlejší cesta zajišťuje konstantní průtok v rozvodu chladící vody (výrobník chladící vody vyžaduje konstantní průtok !!) • Ruční ventil slouží k nastavení stejné tlakové ztráty jako má chladič • Umístíme-li 3-cestný ventil na výstup z chladiče bude mít směšovací funkci a musí být opět použit ventil ve vedlejší větvi.


Tlakové ztráty místní m) rekuperátory - Zpětně získává teplo z odpadního vzduchu k předehřevu vzduchu přívodního - Účinnost 50-60% - Nemalá úspora tepla - Deskové (křížové) × rotační - Deskové - Statické bez přenosu vlhkosti z odvodu do přívodu - Plastové nebo Al


Tlakové ztráty místní m) rekuperátory




Tlakové ztráty místní m) rekuperátory - Zpětně získává teplo z odpadního vzduchu k předehřevu vzduchu přívodního - Účinnost 50-60% - Nemalá úspora tepla - Deskové (křížové) × rotační - Rotační - Kovový voštinový kotouč se otáčí podle osy rovnoběžné s přiváděným a odváděným vzduchem (nemění směr proudění vzduchu => menší tlaková ztráta) - V polovině pro odv. vzduch se kotouč ohřeje/ochladí a v druhé polovině předá teplo/chlad přívodnímu vzduchu - Účinnost 75% - Potřebuje příkon pro pohon otáčení










Tepelné izolace VZT rozvodů - Nutno izolovat - Přívodní potrubí (je li z pozinku) - Z venku (rosí se při teplotách pod 14°C) - K ohřívačům, chladičům, distribučním elementům (tepelně upravený vzduch třeba přivést ve stejném stavu do spotřeby) - 4hr. potrubí - Desky z minerální vaty (40 mm) s Al polepem - Upevnění odporově navařenými hřeby s podložkami - Spoje přelepeny Al páskou - Kruhové potrubí - Zkruže z minerální vaty - Spoje přelepeny Al páskou


Montážní materiál pro vzduchovody - Spojování potrubí - 4hr. potrubí - Příruby velikosti 20 a 30 + rohovníky - Samolepící molitanové těsnění přírub - C-příruba se šroubem - Závěsy - Závitové tyče M6, M8 a M10 - C na OK - Závěsy na trap. plechové střechy - K připojení potrubí k VZT jednotce je třeba použít dilatační textilní vložky - Ke kotvení závěsu ISA L a ISA Z na potrubí se používají samovrtné vruty „texy“ - Kruhové potrubí


Montážní materiál pro vzduchovody - Spojování potrubí - Kruhové potrubí - Vsuvky, nátrubky - Kruhové objímky - ISA V závěsy - Lisované příruby - Rychloupínací spony, nylonové spony - Kruhové objímky - Pro menší průměr potrubí (do 300 mm) lze použít příchytky ISA V. - Pro velké průměry je třeba zavěsit na lisované plechové nebo z úhelníků stočené příruby, jinak se vzduchovod deformuje.


Zaregulování VZT sítě - Zaregulování sítě - Regulační klapky - Jednolisté × vícelisté - U vyústek 3 druhy regulace - Naklánění nebo posun listů - Naklápění vnitřní mřížky - Talířové ventily - Zašroubováním/vyšroubováním středového disku - Měření vzduchového výkonu - Koš, Pitotova trubice 1. Pracovník změří a nastaví výkon na nejvzdálenějším distribučním místě 2. Provede totéž na bližším místě a pak se vrátí na vzdálenější


Ventilátory - Podle funkce - Axiální, radiální a diagonální - Podle použití v potrubí - Kruhové a čtyřhranné - Podle velikosti - Malé a velké


Ventilátory -Regulace

- Škrcením

- Změnou otáček


Ventilátory - Lze řadit - za sebou (sériově) - vedle sebe (paralelně)


Požární bezpečnost - Prostory veřejných budov (úřady, školy, nemocnice…) rozděleny na požární úseky - Zpracováno v požární zprávě objektu - Při průchodu VZT potrubí mezi úseky je nutno zajistit, aby se nešířil požár v budově => do potrubí o průřezu >40000 mm2 nutno osadit protipožární klapku (PPK). - PPK - jednolistá klapka ze dvou dílů s pozinku spojených přírubovým spojem - V přírubovém spoji je klapka, kterou drží v otevřeném stavu pojistka sletovaná Woodovým kovem (bod tání cca 72°C), která se p ři průtoku horkého vzduchu přetaví a pružina pak klapku uzavře. - List klapky z požárně odolného materiálu - Po ukončení požárního poplachu je nutno ji ručně otevřít - Může být vybavena koncovým spínačem uzavřené polohy do EPS (elektrické požární signalizace)


Požární bezpečnost - PPK - Může být vybavena elektromagnetem k dálkovému ovládání z EPS (lze ji automaticky uzavřít bez přetavení pojistky) - Může být vybavena servopohonem k otevření/uzavření klapky - Požadavky na montáž PPK - Montáž s vodorovnou osou otáčení listu - Montáž s listem do líce zdiva - Není-li to možné je nutno potrubí opatřit protipožární izolací - Mechanizmus musí být přístupný přes kontrolní otvor pro obsluhu - Spáru mezi PPK a zdivem nutno opatřit změnitelným protipožárním tmelem - Do větracích otvorů ve stavebních konstrukcích na hranici požárních úseků nutno osadit stěnové požární uzávěry SPU - Vícelisté protipožární klapky


Požární bezpečnost - Na všechny PPK musí mont. org. udělat výchozí revizi (podklad ke kolaudaci) - Provozovatel povinen zajistit pravidelné revize PPK


Požární bezpečnost - Tlakové ztráty PPK

- Pro 4-hranou klapku

∆p Z =

ξ ⋅ρ ⋅ w2 2


Požární bezpečnost - Tlakové ztráty PPK

∆p Z =

ξ ⋅ρ ⋅ w2 2

- Pro kruhovou klapku

- Součástí ochrany osob je požární větrání chráněných únikových cest (chodem, schodišť…) - Přívod venkovního vzduchu do chráněných únikových cest - Spuštěno jen při požáru - Má vlastní nezávislé napájení podobně jako nouzové osvětlení - Nutno provádět pravidelné revize jako u PPK


Dveřní clony - K zamezení úniků a přísunu studeného vzduchu z venku do objektu - Elektrické a teplovodní - V budov s automatickým otevíráním dveří se zádveřím je lépe clonu neosadit do zádveří


Požadavky na ostatní profese - Elektro - napájení a ovládání ventilátorů VZT a požární větrání - MaR - Požadované teploty a výkovy chladičů a ohřívačů, jejich tlakové ztráty na topné/chladící vodě, tlakové ztráty filtrů … - ÚT - Výkony a tlakové ztráty ohřívačů a dveřních clon … - Chlazení - Výkon a tlakové ztráty chladičů - Stavba - Prostupy stavebními konstrukcemi, požární ucpávky … - Požadavky na ostatní profese jsou součástí technické zprávy PD


Požadavky na ostatní profese - V případě, že součástí dodávky VZT jsou i jiné práce (bourání, rozvody chlazení…) je třeba je zahrnout do výkazu výměr, aby je mohl dodavatel nacenit. - Nejde o koordinaci profesí - Střety řeší jednotlivé profese na své náklady - Nekompletní specifikace, nekoordinovanost profesí a snižování nákladů za každou cenou jsou příčinou nezvyšující se kvality nových staveb.

Projektování automatizovaných systémů

Recommend Documents