Úvod, opakování základů vzduchotechniky a klimatizace. Ing. Daniel Adamovský, Ph.D. Katedra technických zařízení budov

Úvod, opakování základů vzduchotechniky a klimatizace Ing. Daniel Adamovský, Ph.D. Katedra technických zařízení budov

Harmonogram 1 2 3 4 5 6 7

8

Téma Úvod, základy vzduchotechniky, opakování

Přednášející Ing. Daniel Adamovský, Ph.D.

Větrání specifických provozů (bazény a zemědělské stavby) Větrání specifických provozů (Větrání garáží) Větrání specifických provozů (divadla, kina, operační sály,...) Distribuce vzduchu, proudění v interiéru Větrání historických budov Exkurze Kongresové centrum Praha (Palác kultury), sraz před zaměstnaneckým vchodem

Ing. Daniel Adamovský, Ph.D. Ing. Daniel Adamovský, Ph.D. doc. Ing. Karel Papež, CSc. Ing. Daniel Adamovský, Ph.D. doc. Ing. Karel Papež, CSc. doc. Ing. Karel Papež, CSc.

10

Požární a havarijní větrání, zabránění šíření požáru VZT doc. Ing. Karel Papež, CSc. systémy Požární a havarijní větrání, zabránění šíření požáru VZT doc. Ing. Karel Papež, CSc. systémy Zpětné získávání tepla a chladu ve vzduchotechnice Ing. Daniel Adamovský, Ph.D.

11 12 13

Regulace a řízení VZT systémů Chlazení, výroba a zdroje chladu Chlazení, rozvody a emise chladu

9

125ESBT - Energetické systémy budov 2

Ing. Daniel Adamovský, Ph.D. Ing. Daniel Adamovský, Ph.D. Ing. Daniel Adamovský, Ph.D.

Zkouška Test – 10 otázek, 60 minut Součástí testu lehké příklady na základní výpočty Ústní zkouška


Study hard!

Osnova Proč větráme? Vzduch a popis jeho stavu Stanovení množství vzduchu Základní rozdělení vzduchotechnických systémů Využití základních typů Systémy nuceného větrání Části systému nuceného větrání Přehled důležitých norem a předpisů Shrnutí a závěr


Proč větráme? Vnitřní prostředí v budovách ve vztahu k člověku Tepelně vlhkostní mikroklima Toxické mikroklima Odérové mikroklima Aerosolové mikroklima

Přímo řeší větrání

Nepřímo ovlivňuje

Mikrobiální mikroklima Elektroinontové a elektrostatické mikroklima Akustické mikroklima

5

Proč větráme? Další vlivy, např. tepelný komfort

Teplovzdušné vytápění a klimatizace

Zajistit vytápění a/nebo chlazení

Zajištění čerstvého vzduchu obyvatelům prostředí

Kvalita vzduchu Why Ventilation? PROČ VĚTRÁME?

Ředit a odvést škodliviny Zajistit pasivní chlazení 6

Kvalita vzduchu - IAQ Kvalita vzduchu (IAQ – indoor air quality): „…ukazatel druhů a množství znečišťujících látek v ovzduší, které by mohly způsobit diskomfort nebo riziko nepříznivých účinků na zdraví lidí (příp. zvířat, nebo poškození vegetace).“ (definice od ISIAQ - International Society of Indoor Air Quality and Climate)

Přijatelná kvalita vzduchu: “ovzduší, v němž nejsou žádné škodlivé koncentrace znečišťujících látek určené odbornými autoritami, a se kterým 80 % nebo více exponovaných uživatelů nevyjadřuje nespokojenost“(definice ASHRAE - American Society of Heating and Air-Conditioning Engineers)

Kvalita vzduchu - IAQ Vlivy určující kvalitu vzduchu ve vnitřním prostředí Vnější

Vnitřní

Foto: www.bajecnazenska.cz

Foto: www.ergoatelier.cz

Foto: www.zsmalika.cz foto: Ota Bartovský, MAFRA http://www.ecojoes.com

Vnímání kvality vzduchu Odéry a odérové mikroklima Odéry v ovzduší působí na člověka a spoluvytvářejí tak jeho celkový stav Odérové látky (odéry) jsou plynné složky v ovzduší vnímané jako pachy (jednak nepříjemné – zápachy, jednak příjemné – vůně)

Faktory ovlivňující kvalitu vzduchu

vnímanou

Čichový smysl – s vyšším věkem klesá, individuální vnímání Vlhkost a teplota – s rostoucí t a rh roste nespokojenost Doba expozice – adaptace, vnímaná koncentrace klesá po 5 až 15 min.,

Schéma čichového ústrojí člověka: (M. Jokl :Zdravé obytné a pracovní prostředí)

Vnímání kvality vzduchu Vnímaná kvalita vzduchu a koncentrace CO2

CORGNATI, S.P., GAMIERO da SILVA: Indoor climate quality assessment, Rehva Guidebook 14, REHVA 2011

Základní důvody větrání Dýchání Dospělý člověk dýchá 16 krát za minutu při nízké fyzické aktivitě – 8 l/min. Spotřeba kyslíku je mezi 250 – 350 ml/min Průběh při dýchání


Do plic vdechujeme okolní vzduch - 21 % O2, 78 % N2, 0,03 % CO2 Z plic vydechujeme - 16 % O2, 79 % N2, 4 % CO2 (plus vodní pára)

11

Základní důvody větrání Produkce škodlivin v interiéru VOC - Volatile Organic Compounds (těkavé organické sloučeniny) Uhlovodíky: toluen, benzen, formaldehyd, xylen… Zdroje: nátěry, rozpouštědla, koberce, lepidla, motorová vozidla, cigaretový kouř, kosmetika, čisticí prostředky


Ředit a odvést škodliviny

Účinky: Krátkodobá expozice: dráždění očí, nosu, krku Dlouhodobá expozice: poruchy jater, ledvin a nervové soustavy

12

Základní důvody větrání Produkce škodlivin v interiéru Oxidy dusíku NOx Především oxid dusnatý (NO), oxid dusičitý (NO2) Zdroje: procesy spalování – plynové spotřebiče (sporák), tabákový kouř, (spalovací motory).



Účinky: Krátkodobá expozice: dráždí sliznici, oči, nos, dýchací systém. Dlouhodobá expozice NO2: plicní otok, rozvoj akutní chronické bronchitidy

www.kurakovaplice.cz

13

Základní důvody větrání Produkce škodlivin v interiéru Ozón O3 Zdroje: kopírky, elektrostatické čističe vzduchu, Toxický v oblasti troposféry Účinky:



Krátkodobá expozice: dráždí sliznici, oči, dýchací systém. Dlouhodobá expozice NO2: zintenzivňuje existující dýchací potíže

funnypictures.picphotos.net

14

Základní důvody větrání Produkce škodlivin v interiéru Pevné částice, prach (PM - Particulate Matter ) Směs částic přírodního i umělého původu v pevné či tekuté formě, aerosoly. Pyly, prach, baktérie, viry, houby, plísně Hrubší částice > 2.5 µm Jemné částice 2.5 -0.1 µm velmi jemné částice <0.1 µm



Účinky: Krátkodobá expozice: dráždí nos, oči, krk. Dlouhodobá expozice NO2: přímý vliv na dýchací systém, srdeční problémy, zhoršení chronických problémů,

15

Základní důvody větrání Produkce škodlivin v interiéru Pevné částice, prach (PM - Particulate Matter )

Typ částice

Aerodynamický průměr (µm)

Lidský vlas

100 – 150

Částečky kůže

20 – 40

Viditelný prach

>10

Běžný pyl

15 – 25

Spóry

2 – 10

Bakterie

1–5

Tabákový kouř

0.1 – 1

Organické plyny

< 0.1 – 1

Viry

< 0.1



16

Základní důvody větrání …a nebo také ne?

17

Základní důvody větrání Přípustné limity toxických plynů Vyhláška č. 6/2003 kterou se stanoví hygienické limity chemických, fyzikálních a biologických ukazatelů pro vnitřní prostředí pobytových místností některých staveb



18 125TB2A - Technická zařízení budov 2

Další důvody proč větráme… Pasivní chlazení Snížení tepelné zátěže přívodem venkovního vzduchu o nižší teplotě Klimatizace a teplovzdušné vytápění

Zajistit pasivní chlazení

Zajistit vytápění a/nebo chlazení

19

Proč větráme? Vnitřní prostředí musí splnit podmínky pro pobyt lidí a jejich aktivitu. Kvalita prostředí a komfort V průmyslových budovách jde i o bezprostřední ochranu zdraví. Zajištění podmínek pro technologické procesy (výroba, čisté prostory) V zemědělských budovách vztahujeme požadavky na prostředí vhodné pro zvířata.

Větrání je jeden z nezbytných systémů zajišťujících obyvatelné prostředí.


Větrání - komplexní problém Required: Air Quality Comfort Health

A Problem: Energy -

loss of conditioned air fan energy

-

Stuffy Odour Toxic Sick building Hot Cold draughty

A Solution: Ventilation -

can remove pollutants can remove heat

Dopad větrání na spotřebu energie Tepelné ztráty v nízkoenergetické budově

40% Transmission Infiltration Ventilation

55%

5% Velká potřeba snížit dopad větrání na spotřebu energie v budově - účinné systémy - zpětné získávání tepla - řízení podle aktuální potřeby

Dopad větrání na spotřebu energie

Air exchange

Power supply SFP - Specific fan power

Energy saving control devices

Heat recovery units

Improving airtightness


This slide use information from tutorial created within IDES – EDU project in 2012

Dopad větrání na spotřebu energie Nejčastější netěsnosti v domě



Systémy větrání - rozdělení Systémy větrání Obecná definice: Větrání představuje výměnu znehodnoceného vzduchu v prostoru za venkovní čerstvý vzduch, případně neznehodnocený vzduch přiváděný z okolních prostor. Jak větrání probíhá: Pro zajištění větrání musíme uvést vzduch do pohybu - vytvořit vzduchový proud určitého průtoku. Hybným činitelem je rozdíl tlaků vzduchu.


Systémy větrání - rozdělení Systémy větrání Přirozené větrání Principem je účinek rozdílu měrných hmotnostní vnitřního a venkovního vzduchu o různé teplotě a působením větru. Nucené větrání Nucené větrání je založeno výhradně na změně dynamického tlaku vynucené prací mechanického zařízení – ventilátoru.


Systémy větrání – Přirozené větrání


Systémy větrání – Přirozené větrání Princip Rozdíl tlaků vzduchu je dán účinkem rozdílu měrných hmotnostní vnitřního a venkovního vzduchu o různé teplotě dynamickým působením větru. N.R. – neutrální rovina – atmosférický tlak pa v letním období: – menší rozdíl ∆t než v zimě → nižší ∆p → vyšší požadovaná výška HL

ti > te → ρi < ρe ∆p = pe − pi = h ⋅ g ⋅ ( ρ e − ρi )

[ Pa]


Systémy větrání – Přirozené větrání Vliv větru The effect of wind pressure on the building causes air to enter on the windward façade and pass through the dwelling. Negative pressure region

Wind Wind driven flow 125ESBT - Energetické systémy budov 2


Systémy větrání – Přirozené větrání Vliv terénu při proudění větru kolem budovy Rychlost větru, turbulence, tvar proudu


Systémy větrání – Přirozené větrání Vliv okolních budov Expozice a orientace budovy

Right orientation Wind

direction in winter

Wrong orientation Wind

direction in summer


Systémy větrání – Přirozené větrání Vliv tvaru budovy Směr větru, tvar budovy


Systémy větrání – Přirozené větrání Vliv větru Wind Driven Ventilation Badgir (WindCatcher)

Cross Flow Wind



Systémy větrání – Přirozené větrání Vliv větru Wind Driven Ventilation

Ps = Cp Pv

Pv = 0,5 ρ V


2 H

Systémy větrání – Přirozené větrání Příklady přirozeného větrání: Infiltrace – větrání spárami v obvodových konstrukcích (nejen okna, ale i stěny) Provětrávání – cílené větrání otevíranými okenními otvory


Systémy větrání – Přirozené větrání Příklady přirozeného větrání: Aerace – větrání pomocí otvorů umístěných nad sebou s dostatečným výškovým rozdílem Šachtové – větrání pomocí kombinace otvorů a šachet

Aerační světlík


Systémy větrání – Přirozené větrání Existing natural ventilation systems School of Engineering, De Montfort University, Leicester, GB. System features variety of ventilation towers, skylights, sunroofs, etc. Waste air

Necessary to consider local occurence of draft.

Air flow through lecture rooms, corridors Fresh air through controlled inlets

Systémy větrání – Přirozené větrání Existing natural ventilation systems Library and Resource Centre Coventry University, UK, Key Features: • • • • • • • •

University library opened in 2000; City centre location; Deep plan (50mx50m) building; Natural ventilation (no hybrid fans); Thermal mass for night cooling; Daylighting and solar shading; Combined heat and power; Under building air supply plenum ducting air to supply atria; • Perimeter ventilation exhaust stacks combined with central exhaust atrium; • Zonal control system based on CO2 and temperature monitoring; • Air conditioning only in computer suite.

Occupant Reactions: Simons et al report on occupant comfort and noise monitoring of this building and conclude that it has proved to be very popular with its users. Some noise propagation through the library is reported. (Simons et al International Journal of Ventilation , Vol 2, N°1,2003)

This slide use information from tutorial created within IDES – EDU project in 2012 F. ALLARD- CHAMPS Seminar Nanjing 20-22/03/2011

Systémy větrání – Přirozené větrání

F. ALLARD-from CHAMPS Seminarcreated Nanjing 20-22/03/2011 This slide use information tutorial within IDES – EDU project in 2012

Systémy větrání – Nucené větrání


Systémy větrání – Nucené větrání Nucené větrání Nucené větrání je založeno výhradně na změně dynamického tlaku vynucené prací mechanického zařízení – ventilátoru.


Systémy větrání – Nucené větrání Rozdělení systémů z hlediska tlaku vzduchu ve větraném prostoru: systém rovnotlaký - do větraného prostoru přivádíme stejné množství vzduchu jako odvádíme. V prostoru nevzniká tlakový rozdíl. systém podtlakový - do větraného prostoru přivádíme méně vzduchu než z něj odvádíme. V prostoru by došlo ke snížení tlaku, ovšem tento rozdíl je obvykle kompenzován přirozeným přívodem vzduchu spárami přes hranici prostoru. systém přetlakový - do větraného prostoru přivádíme více vzduchu než z něj odvádíme. Tudíž by v prostoru tlak narůstal, podobně jako v předchozím případě je rozdíl kompenzován únikem vzduchu přes spáry hranice (obálky) prostoru.


Systémy větrání – Nucené větrání Rozdělení systémů podle účelu: účelu větrání -výměna znehodnoceného vzduchu za čerstvý venkovní teplovzdušné vytápění - řízená výměna vzduchu zajišťující požadovanou teplotu v prostoru. Teplota přiváděného vzduchu je vyšší než vzduchu v prostoru a teplotní rozdíl společně s objemovým průtokem vzduchu sdílí do prostoru tepelný výkon kryjící celou nebo část tepelné ztráty. Obvykle je systém využíván i k větrání. klimatizace - řízená úprava stavu vnitřního prostředí přívodním vzduchem. U přiváděného vzduchu jsou upravovány teplotní i vlhkostní parametry, čímž společně s filtrací komplexně upravuje stav vnitřního mikroklimatu 125ESBT - Energetické systémy budov 2

Systémy větrání – Nucené větrání Rozdělení systémů podle účelu: účelu odsávání - představuje nucený odvod plynných či tuhých škodlivin přímo z místa produkce obvykle dále doplněné o odlučování, sorpci nebo neutralizaci příměsí. průmyslová vzduchotechnika - průmyslová vzduchotechnika spadá do skupiny účelových zařízení pokrývající konkrétní požadované funkce. Průmyslovou vzduchotechniku často pojí přímé vazby s technologií větraného prostoru. Dalšími účelovými zařízeními jsou havarijní a požární větrání, vzduchové sprchy a clony aj.


Systémy větrání – Nucené větrání Rozdělení systémů dále lze dělit podle: podle hlediska prostoru – vztah VZT zařízení a větrané budovy Centrální Místní

průtoku vzduchu Konstantní Proměnný

tlaku Nízkotlaké Vysokotlaké


Systémy větrání – Nucené větrání Z čeho se skládá centrální systém VZT Vzduchotechnická jednotka Potrubí – přívod a odvod vzduchu Distribuce vzduchu – výústě, anemostaty

Ostatní koncová zařízení – fancoily, VAV boxy Regulační zařízení - klapky


Systémy větrání – Nucené větrání Základní řešení systémů centrální VZT Výhradně podtlakový systém

• z prostoru je pouze vzduch odváděn – prostor je udržován v podtlaku • přiváděný vzduch proudí přes hranici zóny z exteriéru, případně okolních prostor • pouze jeden rozvod potrubí • používá se pro oddělení větraného prostoru od okolních, zabráníme úniku škodlivin do okolí

• používá se pro podružné prostory • toalety, koupelny a šatny • podzemní garáže • může se kombinovat s jiným systémem, který zajistí přívod vzduchu a jeho úpravu • používá se výhradně pro větrání 125ESBT - Energetické systémy budov 2

Systémy větrání – Nucené větrání Základní řešení systémů centrální VZT Rovnotlaký systém

• nejběžnější systém s jednotrubním přívodem a odvodem vzduchu, • vyústky napojené přímo na potrubí, • centrální VZT jednotka s centrální regulací s minimálním ohledem na požadavky v jednotlivých zónách – „unifikovaná vzduchotechnika“, • vhodný pro budovy s rovnoměrnou tepelnou ztrátou/zátěží tepla a produkcí škodlivin, • není vhodný, pokud se v jednotlivých provozech v čase požadavky mění, • jednoduchý na provoz a údržbu. • typický pro: pro • menší administrativní budovy, případně velkoprostorové kanceláře • obchodní centra – „supermarkety“ s jedním rozlehlým provozem • menší samostatné provozy – např. restaurace, kavárny aj. 125ESBT - Energetické systémy budov 2

Systémy větrání – Nucené větrání Základní řešení systémů centrální VZT Systém s fancoily

• nejběžnější systém v novostavbách i rekonstrukcích • v centrální vzduchotechnické jednotce je upraveno pouze minimální hygienické množství čerstvého vzduchu, které je dopraveno do jednotlivých zón. • v každé zóně je lokální jednotka • zajišťuje koncovou úpravu teploty vzduchu, • zajišťuje směšování čerstvého vzduchu s cirkulačním • vestavěny výměníky pro chlazení a ohřev vzduchu • v případě chlazení je nutné zajistit odvod kondenzátu •využívá se pro: pro •nejrozšířenější v administrativních budovách •komerční objekty, zejména s různě velikými jednotlivými obchody

•


Systémy větrání – Nucené větrání Základní řešení systémů centrální VZT Systém s fancoily - fancoil

• jednotka s ventilátorem a výměníky (chlazení a/nebo ohřev vzduchu) • varianty provedení/provozu: • centralizovaný – přívod upraveného primárního vzduchu do

1 – ohřívač 2 – chladič 3 – ventilátor

jednotky • decentralizovaný – přímý přívod čerstvého venkovního vzduchu bez úpravy • cirkulační – jednotka pracuje pouze s cirkulačním vzduchem • varianty umístění: nástěnné, podstropní, parapetní, kazetové v podhledu, potrubní zabudované do vzduchotechnického potrubí, aj. • výměník – zpravidla vodní, u chlazení může být i přímý výparník chladivového okruhu • autonomní regulace – je-li současně k dispozici zdroj tepla i chladu mohou jednotky v některých místnostech současně chladit a v jiných topit podle požadavků daného prostoru • další možné součásti – filtr prachu (tabákového kouře, pachů, pylu apod.), ionizátor vzduchu


Systémy větrání – Nucené větrání Distribuce vzduchu – distribuce škodlivin Distribuce škodlivin v prostoru je ovlivněná několika faktory: • Způsobem přívodu vzduchu, • zdrojem škodlivin, • umístěním v prostoru, • zdroji tepla, • výškou prostoru.

Směšovací větrání

Zaplavovací větrání

Škodliviny jsou ředěny přiváděným vzduchem a šíří se rovnoměrně v prostoru.

Snižuje množství škodlivin v nižších výškách místnosti, větrací vzduch pozvolna stoupá ke stropu a odvádí škodliviny mimo pobytovou zónu osob.


Systémy větrání – Nucené větrání Zaplavovací vs. vs. Směšovací větrání Směšovací větrání je vhodnější v případech: Kde hlavní škodlivina má nižší teplotu, nebo vyšší hustotu než vzduch v místnosti (např. prach, CO2, …), Kde přehřívání prostoru je větší problém než kvalita vzduchu, Kde je tok vzduchu často komplikován překážkami v prostoru.

Zaplavovací větrání je vhodnější v případech: Kde je nízká tepelná zátěž - teplota přiváděného vzduchu je o 3 K nižší než v prostoru, Kde je cílem dosáhnout vysoké kvality tepelného komfortu (rozložení teploty vzduchu, zamezení průvanu, apod.), Kde je požadována vyšší kvalita vzduchu v pobytovém prostoru, Umožní delší provozní dobu volného chlazení (free cooling) - nižší spotřeba chladu pro danou teplotu obývaného prostoru Schild, G.P. (2004) - Schild, G. P. (2004) Displacement Ventilation, AIVC, Ventilation Information Paper VIP 05, 8 pp

Systémy větrání – Nucené větrání Zaplavovací vs. Směšovací větrání Hlavní nevýhody zaplavovacího větrání jsou: Riziko pocitu chladu a průvanu u podlahy, Velkoplošné nástěnné výustě požadují mnoho místa a nemohou být nijak blokovány, či zakrývány. Obtížně se přemísťují při změně interiéru

Obrázek zobrazuje vhodný větrací systém pro různé průtoky vzduchu a tepelnou zátěž. Čáry ∆T jsou rozdíly mezi teplotou vzduchu v místnosti a teplotou přiváděného vzduchu, při chlazení výhradně přiváděným vzduchem.

Schild, G.P. (2004) - Schild, G. P. (2004) Displacement Ventilation, AIVC, Ventilation Information Paper VIP 05, 8 pp


Systémy větrání – Nucené větrání Účinnost větrání/Ventilation větrání/Ventilation Effectiveness

Nominal time constant

Pollutant concentration in the exhaust

Room mean age of air

Pollutant mean concentration in the room


Systémy větrání – Nucené větrání Účinnost větrání/Ventilation větrání/Ventilation Effectiveness

Pollutant mean concentration at breathing level

E.H. PRICE (2007) Displacement Ventilation DESIGN GUIDE


Systémy větrání – Nucené větrání Účinnost větrání/Ventilation větrání/Ventilation Effectiveness Supply diffuser The type of supply diffuser used will have a direct impact in the ventilation effectiveness. The overall ventilation effectiveness of overhead diffuser systems may vary due to diffuser type (0.7 < ε < 1.0 with average ε = 0.9) and mode of operation Well-designed displacement ventilation air distribution systems have a ventilation effectiveness that are at least ε = 1.2 and have the potential for greater ventilation effectiveness when used in combination with dedicated outdoor air systems and radiant heating/cooling systems.

E.H. PRICE (2007) Displacement Ventilation DESIGN GUIDE


Systémy větrání – Nucené větrání Vzduchotechnické jednotky Základní rozdělení

• sestavné • jednotka je sestavena z jednotlivých dílů reprezentujících funkční části (tzv. komory – ventilátorová komora, komora ohřívače, chladiče apod.) podle individuálních požadavků • díly je možné snadno spojovat • umožní velmi variabilní možnosti sestav – tvarové i funkční


Systémy větrání – Nucené větrání Vzduchotechnické jednotky Základní rozdělení

•kompaktní (blokové/skříňové) • blokové jednotky jsou tvořeny základním rámem pro danou rozměrovou řadu • vnitřní sestava vybavení jednotky zůstává variabilní – při zachování rozměrů základního rámu • umožňují velmi kompaktní technické řešení VZT jednotky s menšími vnějšími rozměry než sestavné • nižší tvarová variabilita


Systémy větrání – Nucené větrání Vzduchotechnické jednotky Základní rozdělení – podle pozice

• parapetní - kratší rozměr je vertikálně orientován, • svislá - delší rozměr jednotky je vertikální • podlahová - ležící na podlaze, majoritní plocha stěny jednotky je na podlaze • podstropní - jednotka zavěšená pod stropem • vhodné pro menší jednotky (rozhoduje hmotnost) – obvykle do 5000 m3/h • okenní - jednotka integrovaná v okně, parapetu nebo nadpraží okna • vhodné pro malé jednotky s průtokem vzduchu v řádu 100 m3/h parapetní

svislá

podlahová


podstropní

Systémy větrání – Nucené větrání Vzduchotechnické jednotky Co vzduchotechnické jednotky obsahují

• podle požadovaných úprav vzduchu se jednotka nadefinuje • čím více úprav vzduchu – tím více zařízení obsahuje a tím větší má rozměry

Větrací jednotka filtry ventilátor přívodu vzduchu ventilátor odvodu vzduchu výměník zpětného získávání tepla ohřívač čerstvého vzduchu

Jednotka teplovzdušného vytápění filtry ventilátor přívodu vzduchu ventilátor odvodu vzduchu výměník zpětného získávání tepla směšovací komora ohřívač přiváděného vzduchu

Jednotka klimatizace filtry ventilátor přívodu vzduchu ventilátor odvodu vzduchu výměník zpětného získávání tepla směšovací komora ohřívač přiváděného vzduchu chladič přiváděného vzduchu zvlhčovací systém eliminátor kapek odvlhčovací systém


Systémy větrání – Nucené větrání Vzduchotechnické jednotky Větrací jednotka

PŘÍVOD EL. ENERGIE


Systémy větrání – Nucené větrání Vzduchotechnické jednotky Jednotka teplovzdušného vytápění



Systémy větrání – Nucené větrání Vzduchotechnické jednotky Klimatizační jednotka NAPOJENÍ NA OS



Systémy větrání – Nucené větrání Vzduchotechnické jednotky Souhrn energií přivedených k VZT

• podle požadovaných úprav vzduchu je nutné k jednotce přivést potřebné energie • čím více úprav vzduchu – tím více různých energií Větrací jednotka elektrická energie - pohon motorů 1x230 V, 3x400 V - MaR 24 V, 1x 230 V - elektrické ohřívače 3x400 V tepelná energie - ohřev vzduchu kanalizace - odvod kondenzátu z výměn. ZZT

Jednotka klimatizace elektrická energie - pohon motorů 1x230 V, 3x400 V - MaR 24 V, 1x 230 V - elektrické ohřívače 3x400 V tepelná energie - ohřev vzduchu chlad - chlazení vzduchu - kondenz. odvlhčování vzduchu voda/pára - vlhčení kanalizace - odvod kondenzátu z výměn. ZZT - přepad a odvod zbytků z vlhčení - odvod kondenzátu od chladiče


Stanovení tepelné zátěže klimatizovaného prostoru


Stanovení tepelné zátěže Stanovení tepelné zátěže klimatizovaného prostoru pro následný návrh chladicího výkonu klimatizačního zařízení. Tepelná zátěž – celkový tok tepla klimatizovaného prostoru, který musí být kompenzován chladicím výkonem klimatizačního zařízení. V tepelné zátěži je zahrnuto i teplo obsažené ve větracím vzduchu a teplo produkované klimatizačním zařízením. (Definice podle CSN 73 0548) Tepelný zisk – tepelný tok do klimatizovaného prostoru (převážně z venkovního prostředí, okolních místností a vnitřních zdrojů tepla)

Stanovení tepelné zátěže Výpočet tepelných zisků z hlavních zdrojů: Z vnějšího prostředí – působené účinky slunečního záření a teplého venkovního vzduchu. Od vnitřních zdrojů tepla – technickým vybavením prostředí, lidmi, aj.

Stanovení tepelné zátěže Schéma výpočtu podle ČSN 73 0548 Výpočet polohy slunce a teploty venkovního vzduchu Výpočet intenzity sluneční radiace Výpočet tepelných zisků od vnitřních zdrojů tepla - Produkce tepla od lidí, - Produkce tepla od svítidel, - Tepelné zisky z technologie, - Produkce tepla ventilátory a jiné Výpočet tepelných zisků z vnějšího prostředí - Tepelná zátěž okny, - Prostup tepla konvekcí, - Prostup tepla okny sluneční radiací, - Tepelné zisky stěnami, - Tepelné zisky infiltrací venkovního vzduchu Výpočet vodních zisků (vázané teplo)

Stanovení tepelné zátěže Poloha Slunce na obloze Zdánlivý pohyb Slunce po obloze Dán odklonem zemské osy od komice na rovinu oběhu (ekliptika, 23,5°) a současně otáčením Země kolem vlastní osy. Země se přitom otáčí od západu k východu a proto Slunce putuje po obloze od východu na západ – střídání dne a noci. Pomyslnou dráhu Slunce nevidíme celou (možné v polárních oblastech), vidíme měnící se část.

Kastner, J. -Vilímek, V. - Rybová, I.: Mapy, příroda, životní prostředí. Praha: Scientia, 1997,

Stanovení tepelné zátěže Poloha Slunce na obloze 50° severní šířky, celé ČR Výška slunce h [°]

0,766

0,643

.

15

a

Sluneční azimut a [°] Určuje se od směru sever po směru otáčení hodinových ručiček sin

15. . cos

τ – sluneční čas [°] δ - Sluneční deklinace - zeměpisná šířka, kde je v daný den ve dvanáct hodin v poledne slunce kolmo nad obzorem (tab. pro 21. den) Měsíc

Březen

Duben

Květen

δ [°]

0

11,8

20,4

Červen Červenec Srpen 23,5

20,4

11,8

Září

Říjen

0

-11,8

Stanovení tepelné zátěže Poloha Slunce na obloze 50° severní šířky, celé ČR

γ α

γ

α

Stanovení tepelné zátěže Sluneční ozáření Termín „Intenzita sluneční radiace“ přímá sluneční radiace – je způsobena přímým zářením slunce; je směrová nepřímá (difúzní) sluneční radiace - vzniká rozptylem a odrazem přímé sluneční radiace od prachových částic ve vzduchu, od větších molekul a od osluněných povrchů; je všesměrová

Stanovení tepelné zátěže Tepelné zisky z vnějšího prostředí Vliv severní šířky, nadmořské výšky (pro ČR obvykle 300 m.n.), znečištění atmosféry

[W/m2] Měsíc

Březen

Duben

Květen

Červen

Červenec

Srpen

Září

Říjen

z [-]

3,0

4,0

4,0

5,0

5,0

4,0

4,0

3,0

Sluneční konstanta I0 - Intenzita sluneční radiace na hranici zemské atmosféry; průměrná hodnota je 1350 W/m2 Zmrhal, V., Popis výpočtu tepelné zátěže klimatizovaných prostor podle ČSN, podklady pro projekt

Stanovení tepelné zátěže Tepelné zisky z vnějšího prostředí Vliv severní šířky, nadmořské výšky (pro ČR obvykle 300 m.n.), znečištění atmosféry

[W/m2]

γ

α

Stanovení tepelné zátěže Tepelné zisky z vnějšího prostředí Intenzita difusní sluneční radiace

[W/m2]

Intenzita celkové sluneční radiace [W/m2]

Stanovení tepelné zátěže Tepelné zisky z vnějšího prostředí Intenzita sluneční radiace procházející jednoduchým zasklením Celková propustnost přímé sluneční radiace TD standardním sklem závisí na uhlu dopadu (θ) slunečních paprsků. Celková intenzita sluneční radiace procházející jednoduchým zasklením Io [W/m2] !

0,87

1,47

100

Td=0,85 - Celková propustnost difusní sluneční radiace

Stanovení tepelné zátěže Tepelné zisky z vnějšího prostředí Výpočet teploty venkovního vzduchu Stanovení venkovní teploty zjednodušenou metodou "#

"# $%&

'1

15

135

[°C]

A - amplituda kolísání teplot venkovního vzduchu [K] τ - sluneční čas [h] te max - maximální teplota v příslušném měsíci [°C] Měsíc

Březen

Duben

Květen

Červen

Červenec

Srpen

Září

Říjen

te max [°C]

19,0

22,0

26,5

28,5

30,0

30,0

27,5

23,5

Detailním výpočtem

Podle typu okolních povrchů, množství zeleně, charakteru zástavby v závislosti na emisivitě a pohltivosti materiálů

Stanovení tepelné zátěže Tepelné zisky z vnějšího prostředí Tepelná zátěž okny Prostup tepla oknem konvekcí ()*

+) ,) "#

"-

[W]

Uo - součinitel prostupu tepla oknem [W/(m2K)] So - plocha okna včetně rámu [m2] Teplotní rozdíl mezi teplotou venkovního vzduchu a vzduchu v interiéru.

Stanovení tepelné zátěže Tepelné zisky z vnějšího prostředí Tepelná zátěž okny Prostup tepla oknem radiací Dopadající sluneční záření ohřívá povrchy – stavební konstrukce, zařízení a do vzduchu se dostává se zpožděním konvekcí. ().

,)/ 01

1

2 ,)

,)/ 013 .

)

[W]

Sos - osluněny povrch okna [m2] Io - celková intenzita sluneční radiace procházející jednoduchým zasklením [W/m2] Iod - intenzita difusní sluneční radiace procházející jednoduchým zasklením [W/m2] n - počet oken [-] s - stínící součinitel [-] co - korekce na čistotu atmosféry, 0,85 průmyslová a velkoměstská oblast, 1,15 venkovská oblast [-]

Stanovení tepelné zátěže Tepelné zisky z vnějšího prostředí Tepelná zátěž okny Prostup tepla oknem radiací Stanovení osluněné plochy okna Sos ,45

67

89

:

; <6=

8>

? @

[m2]

lA - šířka zasklené části okna [m] lB - výška zasklené části okna [m] f - odstup vodorovné části okna od slunolamů [m] g - odstup svislé části okna od slunolamů [m] e1, e2 - délky stínů v okenním otvoru od okraje slunolamů [m] c - hloubka okna vzhledem k horní stínící desce [m] d - hloubka okna [m]

Stanovení tepelné zátěže Tepelné zisky z vnějšího prostředí Tepelná zátěž okny Prostup tepla oknem radiací Stanovení osluněné plochy okna Sos Obrázek č. 1 z CSN 73 0548

Zastíněná plocha okna

Délka stínu horizontálním prvkem

Difuzní záření Délka stínu vertikálním prvkem

Celkové záření Osluněná plocha okna

Stanovení tepelné zátěže Tepelné zisky z vnějšího prostředí Tepelná zátěž okny Možnost snížení tepelné zátěže od slunečního záření - vliv akumulace stavebních konstrukcí. ∆(

0,05B ; ∆"

∆Q – snížená maximální hodnoty tepelných zisků od oslunění (W) M – hmotnosti obvodových stěn místnosti (bez vnější stěny), podlahy a stropu, které přicházejí v úvahu pro akumulaci ∆t – maximální připuštěné požadované překročené teploty v klimatizovaném prostoru (obvykle 1-2K)

Stanovení tepelné zátěže Tepelné zisky z vnějšího prostředí Tepelná zátěž okny Možnost snížení tepelné zátěže od slunečního záření - vliv akumulace stavebních konstrukcí. ().$

∑ ().-

Qorm – průměrné tepelné zisky radiací za dobu provozu řešeného prostoru Qori – dílčí tepelné zisky radiací za dobu provozu řešeného prostoru v jednotlivých hodinách provozu n – počet hodin provozu řešeného prostoru Qormax – maximální zátěž solární radiací oknem

Qormax – ∆Q < Qorm Qormax – ∆Q > Qorm

=> dále se počítá s Qorm => dále se počítá s Qormax – ∆Q

Stanovení tepelné zátěže Tepelné zisky z vnějšího prostředí Tepelné zisky stěnami Obecně velmi malý vliv, vyjma nízkopodlažních rozlehlých budov. střední těžká lehká

[W]

tr rovnocenná sluneční teplota venkovního vzduchu [°C] trm průměrná rovnocenná sluneční teplota vzduchu za 24 hodin [°C] trψ rovnocenná sluneční teplota v době o y dřívější [°C]

Zmrhal, V., Popis výpočtu tepelné zátěže klimatizovaných prostor podle ČSN, podklady pro projekt

Stanovení tepelné zátěže Tepelné zisky z vnitřních zdrojů Osoby Vybavení – elektronická zařízení (kancelářské vybavení), provozní vybavení (přístroje), aj. Současnost chodu, doba provozu, Osvětlení – uvážit pouze osvětlení, které bude při posuzovaném slunečném dni skutečně v provozu

Teplo z osvětlení

Převážně sdílené konvekcí

Teplo z výpočetní techniky

Teplo z lokálních svítidel

Teplo z ostatních zařízení

Teplo, vodní pára z lidí

Sdílení tepla s sousedícími prostory

Stanovení tepelné zátěže Tepelné zisky z vnitřních zdrojů Osoby (9

9

; 6,2 ; 36

"-

i1 – počet lidí Produkce citelného tepla žen se bere 85% produkce mužů, dětí 75%. Při různorodém složení skupiny se provede přepočet na ekvivalentní počet: 0,85 ž 2 0,75 3 2 $ 9 Kde iž, id a im je počet žen, dětí a mužů

Stanovení tepelné zátěže Tepelné zisky z vnitřních zdrojů Svítidla jsou–li svítidla v provozu i v době špičkových tepelných zisků (zejména kina, divadla, bezokenní prostory), U svítidel se počítá s tím, že se jejich celý elektrický příkon mění v teplo, které se sáláním a konvekcí šíří do osvětlovaného prostoru. (5F

G;

9

;

>

P – celkový příkon uvažovaných svítidel (W) c1 – součinitel současnosti používání svítidel (-) c2 – zbytkový součinitel (-)

Stanovení tepelné zátěže Tepelné zisky z vnitřních zdrojů Tepelné zisky od technologie a od elektronického vybavení ($

9

;

>

;

H∑G

P – elektrický příkon zařízení (W) c1– součinitel současnosti zdroje tepla (-) c2– zbytkový součinitel, bez lokálního odsávání c2=1 (-) c3– součinitel zatížení (využití) technologie – respektuje také předimenzování zařízení (-)

Systémy větrání – Hybridní větrání



2 režimy

přirozené Maximální využití přírodních sil: sil: • větru • rozdílu teplot

nucené Využití výkonu ventilátoru, když přirozené větrání nezajistí dostatečný větrací výkon

Definice podle Evropského projektu v IEA Annex 35 (1999): Hybridní větrání je systém dvou režimů, které se automaticky střídají mezi sebou v různých částech dne, ročního období, nebo roku určený tak, aby zajistilo požadovanou kvalitu vzduchu energeticky úsporným způsobem. This slide use information from tutorial created within IDES – EDU project in 2012


2 strategie přirozené

nucené Alternativní režim nebo Smíšený režim



2 strategie Správně navržené přirozené větrání může být společně použité se systémem nuceného větrání vytvářející smíšený režim větrání budovy. • Budova má být navržená tak, aby oba systémy mohly být provozovány současně, nebo se přepínaly mezi sebou podle klimatických podmínek nebo požadavků osob. • Budova větraná alternativním režimem má být navržená pro přepínání mezi nuceným a přirozeným větráním ve stejném prostoru, nebo může mít současně oba způsoby větrání vyskytující se v různých částech. • Provozovat současně přirozené i nucené větrání ve stejném prostoru obvykle povede ke zvýšené spotřebě energie, zejména v případě současného chlazení, nebo vytápění. This slide use information from tutorial created within IDES – EDU project in 2012

Systémy větrání – Hybridní větrání Hybridní větrání řízené podle potřeby DCHV - Demand Controlled Hybrid Ventilation Key parameters: • Flow versus time over the year • Flow stability • Ventilation for IAQ and thermal comfort : various orders of magnitude


Systémy větrání – Hybridní větrání Flow versus time over the year

time fraction

hybrid

1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0

mechanical natural

0

20

40

60

volume flow rate dm3/s

80

Systémy větrání – Hybridní větrání Flow stability CO2 concentration in ppm 900

800

700

600

500

400

300

200

100

0 0

5

10

15

20

time in hours


25

30

Systémy větrání – Hybridní větrání Ventilation for IAQ and thermal comfort : various orders of magnitude


Systémy větrání – Hybridní větrání Classification • • •

Alternate use of natural and mechanical Fan assisted natural Stack and wind supported mechanical

Hybrid Ventilation is natural ventilation plus mechanical ventilation with the side condition that natural ventilation shall be used as much as possible to minimize the energy use. In order to achieve energy conservation by Hybrid Ventilations systems integrated concepts should be developed. • Mechanical engineer, architect and civil engineer and building physics have to cooperate by the building design. This slide use information from tutorial created within IDES – EDU project in 2012

Systémy větrání – Hybridní větrání Control strategy •

IAQ • demand control • • • •

time occupancy sensor what indicator • •

CO2 mixed gas

Thermal comfort

• •

Temperature • •

• •

Air temperature Operative temperature

Air velocity RH

Summer Winter

ASHRAE handbook of fundementals

Necessity of complex control algorithm's This slide use information from tutorial created within IDES – EDU project in 2012

Systémy větrání – Hybridní větrání Hybrid ventilation strategies for IAQ control

Commerzbank Frankfurt Norman Foster Alternate use of natural and mechanical ventilation

.


Systémy větrání – Hybridní větrání Typical 2 mode system

Přirozené

Nucené

In case weather conditions allow

In case weather conditions require


Systémy větrání – Hybridní větrání Strategie řízení hybridního větrání podle IAQ

Přirozené větrání s podporou ventilátorů

Media school Grong Norway This slide use information from tutorial created within IDES – EDU project in 2012

Systémy větrání – Hybridní větrání Strategie řízení hybridního větrání podle IAQ • Šachtové přirozené větrání zajištuje výměnu vzduchu tlakovým rozdílem daným rozdílem teplot a výškou mezi nasávací a výfukovou věží. Vliv větru uvažován rovněž. • Přívod vzduchu podzemním kanálem. • Podpora dvojicí nízkootáčkových axiálních ventilátorů s malým elektrickým příkonem. • Řízení podle koncentrace CO2 ve třídách. • Zpětné získávání tepla kapalinovým okruhem – účinnost cca 55 %.

http://www.skoleanlegg.utdanningsdirektoratet.no/asset/951/1


Systémy větrání – Hybridní větrání Hybrid ventilation concept based on wind effect Storey 5 c= 114,1

4 ø500 3

2 ø400

ø315

ø315

Lab.hall

ø400

1 Test-room

ø500 c=100,30

0

Stack and wind supported mechanical ventilation This slide use information from tutorial created within IDES – EDU project in 2012

Systémy větrání – Hybridní větrání Components for hybrid ventilation systems Low pressure fans with advanced control mechanism Low pressure static heat exchanger Low pressure ductwork All concepts lead to minimization of electric energy consumption

Systémy větrání – Hybridní větrání Components for hybrid ventilation systems Low pressure fans 60 Pa

10 Pa @ 56 dm3/s Range 10 – 100 dm3/s

30 Pa

20 10 0 current

12 Pa

tipvent

Specific fan power (SFP) 0.064 kW/(m3/s) This slide use information from tutorial created within IDES – EDU project in 2012

5 Pa

reshyvent

Ducting 180 mm

30

optimised

electric power fan W

40

Systémy větrání – Hybridní větrání Optimization Optimization of hybrid systems is still very difficult task, even fundamental design of HV for large buildings usually requires recognition of air flow patterns (CFD tools).

IAQ ventilation

hybrid

energy

thermal comfort system

+ life cycle analysis This slide use information from tutorial created within IDES – EDU project in 2012

… děkuji za pozornost! Ing. Daniel Adamovský, Ph.D. Katedra technických zařízení budov

Úvod, opakování základů vzduchotechniky a klimatizace. Ing. Daniel Adamovský, Ph.D. Katedra technických zařízení budov

Recommend Documents