VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ FAKULTA STAVEBNÍ
JIŘÍ HIRŠ, GÜNTER GEBAUER
TZB - VZDUCHOTECHNIKA MODUL BT02-06 SOUČÁSTI VZDUCHOTECHNICKÝCH SYSTÉMŮ
STUDIJNÍ OPORY PRO STUDIJNÍ PROGRAMY S KOMBINOVANOU FORMOU STUDIA
TZB-Vzduchotechnika, modul BT02-06, součástí vzduchotechnických systémů
© Ing. Günter Gebauer, CSc., Brno 2005
- 2 (16) -
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 2 Součástí vzduchotechnických systémů .......................................................7 2.1 Základní pojmy .....................................................................................7 2.2 Koncové části vzduchotechnických systémů ........................................7 2.2.1 Typické distribuční prvky vnitřní a jejich charakteristika ......8 2.2.2 Návrh distribučních komponentů..........................................10 2.2.3 Inteligentní koncový prvek ...................................................10 2.2.4 Typické distribuční prvky vnější a jejich charakteristika .....11 2.3 Ventilátory ..........................................................................................11 2.3.1 Radiální ventilátory...............................................................11 2.4 Vzduchotechnické jednotky ................................................................13 2.5 Vzduchotechnické výměníky..............................................................14 2.6 Filtry atmosférického vzduchu............................................................14 2.7 Vzduchotechnické potrubí ..................................................................14 2.8 Kontrolní otázky .................................................................................15 3 Závěr ............................................................................................................15 3.1 Shrnutí.................................................................................................15 3.2 Studijní prameny .................................................................................15 3.2.1 Seznam použité literatury .....................................................15 3.2.2 Seznam doplňkové studijní literatury ...................................15 3.2.3 Odkazy na další studijní zdroje a prameny ...........................16
- 3 (16) -
Úvod
1
Úvod
1.1
Cíle
Vzduchotechnické systémy tvoří široké spektrum komponentů úpravy vzduchu a jeho dopravy. Cílem modulu je poskytnout čtenáři přehled o základních elementech vzduhotechnických systém a jejich návrhu.
1.2
Požadované znalosti
Základní poznatky ze stavební fyziky.
1.3
Doba potřebná ke studiu
Potřebná doba 2 hodiny.
1.4
Klíčová slova
Koncové prvky, vzduchotechnické jednotky, ventilátor, ohřívač, chladič, filtr
- 5 (16) -
Závěr
2
Součástí vzduchotechnických systémů
2.1
Základní pojmy
Vzduchotechnický systémy je souborem dílčích komponentů, které jako celek plní funkce spojené s tvorbou interního mikroklimatu budov a místností. Součástí vzduchotechnických systémů tvoří řada prvků a funkční zařízení zajišťující, jak mechanickou a tepelně vlhkostní úpravu, tak distribuci vzduchu do prostoru, ve kterém se má zajistit mikroklima. Schéma typického vzduchotechnického systému je na obr. 1.
KP
ZUV
Po M1 Vp1, tp1
DP DP
M2 Vp2, tp2
Vp, tp
V Vz, ti
Vc, ti
KP
ZUV
KP
Po
Ve, te
Po ZUV - zařízení úpravy vzduchu V - ventilátor DP - distribuční prvek KP - koncový prvek Po - potrubí M - interní mikroklima V - objemový průtok vzduchu t - teplota p, e, i – přívodní, vnější, vnitřní c, z – cirkulační, odváděný
Obr. 1 Schéma skladby vzduchotechnického systému Primární vzduchotechnický systém tvoří částí: • koncové - distribuční komponenty, žaluzie, výfukové hlavice, atd., • regulační - klapky, clony, redukční a směšovací skříně, apod., • přenosové - potrubí, ventilátory, • úpravy vzduchu - filtry, ohřívače, chladiče, zvlhčovače, sestavná zařízení, strojovny • ochranné - tlumiče hluku a chvění, • pomocné - závěsy, podpěry, pozední rámy, apod.
2.2
Koncové části vzduchotechnických systémů
Koncové částí jsou komponenty napojené na vzduchotechnický systém v místech výtoku či saní vzduchu z volného vnitřního či vnějšího prostoru budovy. Schéma na obr. 2.
- 7 (16) -
TZB-Vzduchotechnika, modul BT02-06, součástí vzduchotechnických systémů
A Vnitřní prvek distribuční
tA v L
vo
v. LA, t Mikroklima zóna pobytu
1800
v
Vnější prvek sací
v
v
Obr. 2 Schéma lokace koncových prvků Tab. 1 Klasifikace koncových částí Č.
Kritérium
Charakter a provedení
Typické elementy
1
Proudění vzduchu
2 3 4 5 6
Lokace Tvar Materiál Provedení Povrchová úprava Situování, osazení Regulace Úprava vzduchu
laminární tzv. vytěsňovací, zaplavovací turbulentní tzn. směšovací, zřeďovací, difúzní kompaktní, proudové vnější, vnitřní tzv. distribuční čtyřhranné, kruhové, štěrbinové kov, plasty, kombinace materiálů průmyslové, komfortní nátěr, eloxování, pokovování, izolace
velkoplošné vyústě vyústky, anemostaty dýzy, trysky žaluzie, vyústě štěrbiny, vyústě, dýzy blíže EKV výrobců blíže EKV výrobců blíže EKV výrobců
svislé, vodorovné, strop, stěna, podlaha
blíže EKV výrobců
7 8 9
2.2.1
průtoku vzduchu M, směru S výstupního proudu klasická VZT bez úpravy BU, filtrace F, tepelná úprava IJ, FC,inteligentní ohřev O, chlazení CH systémy VZT
Typické distribuční prvky vnitřní a jejich charakteristika
Typické prvky osazené v místností tvoří níže uvedené komponenty Anemostat - obdélníkový či kruhový prvek přívodu vzduchu s radiálním, vířivým či kompaktním výstupným proudem Anemostat vířivý – prvek přívodu vzduchu s radiálním výstupním proudem Vyústka event. výusť - součást, kterou je ukončen přívod či odvod vzduchu v místnosti, jenž umožňuje regulaci průtoku a směru proudění vystupujícího vzduchu Vyústka indukční - přívodní element pro přívod vzduchu využívající přívodního tzv. primárního vzduchu k indukcí vzduchu sekundárního tzn. ze vzduchotechnikou formovaného prostoru Vyústka stropní, podlahová, stěnová - vyústka určená k osazení do stropu podlahy či stěny Vyústka štěrbinová - obdélníková vyústka s poměrem stran větším než 10 Vyústka obdélníková mřížková - obdélníková vyústka s jednou či dvěma řadami pevných či otočných stavitelných listů
- 8 (16) -
Závěr
Vyústka velkoplošná - vyústka s výdechovou plochou překrytou nebo tvořenou děrovaným panelem Vyústka zdrojová - vyústka k přívodu vzduchu malými rychlosti do prostoru pobytu osob zpravidla do oblasti u podlahy a chladnějšího do 3 K než je teplota okolí
Tab. 2 Schématický přehled koncových prvků Prvek
Schéma
Idealizované obrazy proudění
1 Vyústky 1 řadé, 2 řadé stropní stěnové podlahové
Oblast pobytu
jednořadé 1Ř
dvouřadé 2Ř
Vyústky velkoplošné
Vyústky vířivé
S pevnými lamelami
s vířivým výtokem vzduchu
Vyústky šterbinové
Anemostaty vířivé, dralové
Anemostat vířivý Dýzy
Ventil talířový
- 9 (16) -
TZB-Vzduchotechnika, modul BT02-06, součástí vzduchotechnických systémů
2.2.2
Návrh distribučních komponentů
a. Charakter úlohy - prostorová časové dynamická problematika. b. Cíl návrhu - optimální obrazy proudění vzduchu vyhovující hygienickým, technologickým, fyzikálním, ekonomickým i architektonickým (estetickým) faktorům pro prostor či místnost a její exploataci. c. Výstup řešení - typ, velikost a situování distribučních komponentů. d. Kritéria hodnocení návrhu - dosah proudu, rychlost (0,25 m/s) a teplota v pobytové oblasti, akustika složka interního mikroklimatu. e. Metody řešení - teoretické - problematika řešitelná pro idealizaci, výchozí je teorie mechaniky kontinua, - modelování - experimentální časové náročné, numerické simulační VT, - praktické tzn. projekční umožňující podstatně zjednodušující návrh, - využití výpočetních programů. f. Postup návrhu • specifikace výchozích hodnot, zejména stavu interního mikroklimatu tzn. teplot, rychlosti proudění vzduchu, akustická hlediska • průtok přívodního a odvodního vzduchu • geometrie místnosti • architektonické řešení a požadavky • technologické požadavky • volba obrazu proudění a typu koncových distribučních prvků (DP) • předběžný návrh - počet, situování a rozteč DP • posouzení návrhu včetně akustických poměrů DP
Podrobný přehled distribučních prvků s metodikou návrhu uvádí výrobci na svých webovských stránkách a [1], [2], [3].
2.2.3
Inteligentní koncový prvek
Do skupiny inteligentních koncových prvků lze zařadit zejména fancoily, indukční jednotky. Indukční jednotka tvoří koncový prvek uvedených systémů. Svým provedením umožňuje napojení na primární vzduch, přisávání sekundárního vzduchu (oběhový vzduch z místnosti), jeho tepelnou
Legenda
Vp, tp
1 - Ohřívač 2 – Chladič 3 – Klapky V – objemový průtok t - teplota vzduchu indexy veličin i - vnitřní pr - primární s - sekundární p - přívodní
Vpr, tpr
3 1
Vs, ti
2
- 10 (16) -
Závěr
úpravu a výdech směsi vzduchu do klimatizované místností. Jednotky jsou konstruovány jako parapetní nebo podstropní. Tvoří je ocelová skříň, tlaková komora s tryskami k dosažení injekčního efektu jeden či dva výměníky a klapky. Fancoil je specifikován na webovských výrobců stránkách a uvádí [1], [2].
2.2.4
Typické distribuční prvky vnější a jejich charakteristika
Prvky tvoří součástí zařízení sání venkovního vzduchu a výdechu odvodního vzduchu. Typickými jsou protidešťové žaluzie, výfukové hlavice. Přehled a návrh uvádí [1], [2], [3].
2.3
Ventilátory
Ventilátory jsou lopatkové stroje sloužící dopravě či přenosu vzduchu tím, že předávají vzduchu mechanickou energii. Lze je klasifikovat podle různých hledisek. Základní třídění je v tab. 3. Ventilátory jsou primárním výkonným prvkem všech systémů s nuceným pohybem vzduchu. Největší uplatnění ve vzduchotechnice mají radiální a axiální ventilátory. Tab. 3 Klasifikace ventilátorů Kritérium
Druh ventilátoru
Směr průtoku
Celkový tlak Spojení s pohonem Pohon Poloha osy Počet stupňů
2.3.1
axiální
diagonální
radiální
nízkotlaký do 1 kPa napřímo
Středotlaký 1 až 3 kPa na spojku
elektrický horizontální jednostupňový
pneumatický
diametrální
vysokotlaký nad 3 kPa s převodem
spalovací motor vertikální vícestupňový souběžný protiběžný
Radiální ventilátory
Radiální ventilátory se vyznačují vstupem vzduchu do oběžného kola rovnoběžným s osou rotace a kolmým výstupem z oběžného kola. Ventilátory tvoří spirální skříní, oběžné kolo a nosná konstrukce. Vyrábí se v provedení jako Polohy spirálních skříní 1L
3L
4L
Radiální ventilátor v sestavné jednotce
6L Vp
Ventilátorová komora 2P
4P
3P
5P
- 11 (16) -
Tlumicí vložka
TZB-Vzduchotechnika, modul BT02-06, součástí vzduchotechnických systémů
jednostranně a oboustranně sací s různými polohami spirální skříně a spojení s motorem dle tab. 3. Provedení na řemen
Schéma provedení
1 3
Jednostranně sací Oboustraně sací
6
4 1
Vp
2
7 Vp
3
4 7
1
Vp
2
Legenda
3
5
2
Provedení na přímo
Vp
6
2
Vp
1 - Spirální skříň 2 - Elektromotor 3 - Kryt řemenice 4 - Rám 5 - Tlumicí vložka na sání 6 - Tlumicí vložka na výtlaku 7 - Pružné uložení
6
Obr. 3 Schéma radiálních ventilátorů
Aktuálními jsou potrubní tzv. kanálové ventilátory. Jsou prostorově výhodnou modifikací radiálních ventilátorů umožňující přímé osazení do vodorovného event. i svislého potrubí. Schéma základního provedení je na obr. 4. H
1
2
B
2
D
Legenda 1 - Skříň 2 - Lopatkové kolo 3 - Spirální skříň
A
1 Radiální ventilátor do kruhového potrubí
3 Kanálový ventilátor do čtyřhranného potrubí
Obr. 4 Schéma potrubních ventilátorů
- 12 (16) -
Závěr
Návrh ventilátoru – výchozí je průtok vzduchu a tlakový výkon. K návrhu se užívají pracovní diagramu. Příklad návrhu je na obr. 5. Blíže [1], [2], [3]. Účinnost η
Ventilátor Typ Akustický výkon
∆pn
Pn
∆p
P
Pracovní bod
Tlakový výkon
N
Výkonnostní pole Průtok vzduchu
Výkon motoru
Pracovní charakteristika
n
Počet otáček
V
Obr. 5 Pracovní diagram ventilátoru
2.4
Vzduchotechnické jednotky
Jednotky tvoří základní funkční prvky pro tepelně vlhkostní úpravu vzduchu jeho filtraci a dopravu. Vyrábí se v široké škále sestav, provedení a výkonu. Výchozí hodnotou návrhu je průtok vzduchu a telený výkon.
Klimatizační jednotky řady H
Patrové provedení FK
Základní provedení VK OK
Vc
OK
CK
Vp
Vp
Vp Ve
CK
Vp
Vp
VhK
KK
OK VoK
FK
VK
Obr. 6 Příklady sestavné vzduchotechnické jednotky
- 13 (16) -
VK
FK
ZK
TZB-Vzduchotechnika, modul BT02-06, součástí vzduchotechnických systémů
Horizontální provedení
Podstropní provedení
Vertikální provedení
Obr. 7 Příklady osazeni jednotek Další údaje uvádí výrobci na webovských stránkách i literatura [1], [2], [3]
2.5
Vzduchotechnické výměníky
Výměníky tvoří zásadní prvky tepelně vlhkostní úpravy vzduchu. Tvoří je ohřívače, chladiče, zvlhčovače vzduchu. Klasifikace, provedení, návrh a osazení je uveden v literatuře [1], [2], [3].
2.6
Filtry atmosférického vzduchu
Úkolem je filtrace atmosférického vzduchu. Klasifikace, provedení, návrh a osazení filtrů je uveden v literatuře [1], [2], [3].
2.7
Vzduchotechnické potrubí
Klasifikace, provedení, materiály a uložení potrubí je uveden v literatuře [1], [2], [3].
- 14 (16) -
Závěr
2.8
Kontrolní otázky
Klasifikace součástí vzduchotechnických systémů Distribuční prvky a jejich návrh Ventilátory a jejich návrh Filtry atmosférického vzduchu, klasifikace osazení a návrh Vzduchotechnické výměníky a jejich návrh Vzduchotechnické potrubí a jeho návrh Vzduchotechnické jednotky, klasifikace a návrh
3
Závěr
3.1
Shrnutí
Modul poskytuje přehled a klasifikaci základních komponentů vzduchotechnických systémů. Z hlediska své funkce slouží vzduchotechnické součástí distribuci a dopravě vzduchu, jeho tepelně vlhkostní úpravě a filtraci. Návrh uvedených prvků vychází z fyzikální problematiky, která se pro praktickou aplikaci idealizuje do jednodušších formulí. Aktuálním jsou programová řešení umožňující jednoduchý návrh komponentu.
3.2
Studijní prameny
3.2.1
Seznam použité literatury
[1]
Gebauer, G., Rubinová, O., Horká H. Vzduchotechnika. Brno, 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
3.2.2 [8]
Seznam doplňkové studijní literatury Chyský, J., Hemzal, K., a kol. Větrání a klimatizace. Brno, Bolit 1993
- 15 (16) -
TZB-Vzduchotechnika, modul BT02-06, součástí vzduchotechnických systémů
[9]
3.2.3 [10]
ČSN EN 13 142 Větrání budov - Součásti/výrobky pro větrání bytů Požadované a volitelné výkonové veličiny
Odkazy na další studijní zdroje a prameny www.tzbinfo.cz
- 16 (16) -