Technická fakulta ČZU Praha Autor: Petr Mochán Semestr: letní 2007
Ventilace a rekuperace haly Princip Větrání je výměna vzduchu znehodnoceného za vzduch čerstvý, venkovní. Proudění vzduchu ve větraném prostoru je způsobeno nuceným, mechanickým pohybem (ventilátory). Větráním se upravuje čistota ovzduší ve větraném prostoru odvodem škodlivin, dílčím způsobem i tepelný stav prostředí odvodem tepelné zátěže a větrání slouží i k vyrovnání vzduchové bilance u odsávacích systémů.
Ventilační jednotka Ventilační jednotka se skládá z několika dílčích prvků, které dohromady zajišťují tepelnou pohodu v hale a výměnu čerstvého vzduchu za znehodnocený. Tato ventilační jednotka je řešena pouze s ohřívačem vzduchu pro ohřev v zimních měsících, přičemž v letních měsících zajišťuje správnou teplotu dostatečný průtok vzduchu a nucené větrání v nočních hodinách. Součástí ventilační jednotky je směšovací klapka, která je v letních měsících zavřena a po otevření v zimních měsících vrací polovinu objemového průtoku vzduchu zpět do oběhu a napomáhá tím snížit výkon ohřívače. Dostatečný objemový průtok vzduchu zajišťují dva axiální ventilátory, jeden pro přívod čerstvého venkovního vzduchu do haly a druhý pro odvod vzduchu znehodnoceného. Před každým axiálním ventilátorem je zařazen filtr, který zajišťuje jak čistotu vzduchu přiváděného, tak vzduchu odváděného z něhož se v zimních měsících vrací přes směšovací klapku polovina objemu zpět do oběhu. Zpětné získávání tepla je v této ventilační jednotce řešeno pomocí rotačního rekuperačního výměníku, který umožňuje přenos citelného tepla z odváděného vzduchu k ohřevu venkovního vzduchu přiváděného. Při pomalém otáčení bubnu akumulační hmota regeneračního výměníku ve tvaru válce s drobnými kanálky rotuje mezi proudem přiváděného a odváděného vzduchu a tím dochází k předávání tepla. U tohoto typu rekuperační jednotky, kterou jsem použil, se uvádí účinnost mezi 70-80 %.
Výpočty Ve výpočtové části se budu zabývat výpočtem celkového průtoku vzduchu v zimě a v létě a návrhem výkonu ohřívače s a bez rekuperace. Vstupní parametry: Rozměry halového modulu:
Výměry halového modulu:
Teplotní podmínky:
délka
d := 60⋅ m
šířka
s := 30⋅ m
výška
v := 10⋅ m
délka světlíku
d s := 20⋅ m
šířka světlíku
ss := 5⋅ m 2
plocha světlíku
Ssv := d s⋅ ss
Ssv = 100 m
plocha střechy
Sst := ( d ⋅ s) − Ssv
Sst = 1.7 × 10 m
plocha zdí
Szd := 2 ⋅ [ ( d + s) ⋅ v]
Szd = 1.8 × 10 m
plocha podlahy
Spd := d ⋅ s
Spd = 1.8 × 10 m
objem haly
Vh := d ⋅ s⋅ v
Vh = 1.8 × 10 L
3
3 2 3
7
Zima tZvnitr := 18⋅ ∆°C tZven := −18⋅ ∆°C ∆tZ := tZvnitr − tZven
∆tZ = 36 ∆°C
Léto tLvnitr := 45⋅ ∆°C tLven := 30⋅ ∆°C ∆tL := tLvnitr − tLven Koeficienty prostupu tepla:
střechou
W Ustr := 0.3⋅ 2 m ⋅K
světlíky
W Usv := 3 ⋅ 2 m ⋅K
zdmi
W Uzd := 0.4⋅ 2 m ⋅K
podlahou
W Upd := 1.2⋅ 2 m ⋅K
2
∆tL = 15 ∆°C
2
Tabulkové hodnoty:
W
i := 750 ⋅
sluneční intenzita
2
m koeficient zastínění
c1 := 0.6
hustota venkovního vzduchu
ρ := 1.2⋅
kg 3
m
Tepelné zisky:
J
měrná tepelná kapacita vzduchu
c := 1010⋅
časový interval
Dt := 3600
kg⋅ K
Vnitřní od světel od technologických zařízení
Qs := 26000 ⋅ W Qi := 170000⋅ W Qvnitr := Qs + Qi
Qvnitr = 196 kW
zářením ze světlíku
Qrj := Ssv ⋅ i⋅ c1
Qrj = 45 kW
průchod záření střechou
Qzář := Sst⋅ Ustr⋅ ∆tL
Qzář = 7.65 kW
Celkem
Qvnej := Qrj + Qzář
Qvnej = 52.65 kW
Celkové
Qzis := Qvnej + Qvnitr
Celkem
Vnější
Qzis = 248.65 kW
Celkový průtok vzduchu:
Letní
( (
) )
Dt⋅ Qzis VeL := ρ⋅ c⋅ ∆tL
3
m VeL = 49237.62 s
Zimní VeZ :=
VeL 2
3
m VeZ = 24618.81 s
Tepelné ztráty:
Vlivem prostupu střechou
Qst := Ustr⋅ Sst⋅ ∆tZ
Qst = 18.36 kW
světlíkem
Qsv := Usv ⋅ Ssv ⋅ ∆tZ
Qsv = 10.8 kW
zdí
Qzd := Uzd⋅ Szd⋅ ∆tZ
Qzd = 25.92 kW
podlahou
Qpd := Upd⋅ Spd⋅ ∆tL
Qpd = 32.4 kW
Celkové
Qztr := Qst + Qsv + Qzd + Qpd Qztr = 87.48 kW
Vlivem ventilace účinnost rekuperace
μ := 70⋅ %
bez rekuperace
Q :=
s rekuperací
Qr := Q⋅ ( 1 − μ) + Qztr
VeZ ⋅ ρ⋅ c⋅ ∆tZ Dt
Q = 298.38 kW
Qr = 176.994 kW
Závěr Z mých návrhů a výpočtů vyplývá, že užitím směšovací klapky a rekuperační jednotky lze v zimě snížit výkon ohřívače a objemový průtok vzduchu na polovinu. Přesto se v návrzích příliš často nevyskytují. Důvodem nejčastěji bývá, že cena každé ventilační jednotky vzroste zhruba o dvě třetiny a logický tlak investora je na co nejmenší náklady na výstavbu. Maximální celkový průtok vzduchu při zavřené směšovací klapce 50 000 m3/h je dostatečný. Dle hygienických předpisů je maximální potřebná hodnota množství přiváděného čerstvého vzduchu 100 m3/h na osobu při těžké fyzické práci v prostoru kde se smí kouřit. I při této maximální mezní hodnotě by mohlo v hale pracovat 500 lidí, přibližně jeden člověk na 3,5 m2. Na tomto projektu jsem pracoval pod vzorným vedením mého švagra, který v tomto oboru řadu let pracuje a byl mi pomocníkem při tvorbě výpočtů i výkresu v AutoCadu.
