větrání - Katedra technických zařízení budov K11125

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
125ESBT - Energetické systémy budov 2
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
125ESBT - Energetické systémy budov 2
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
Zajištění
čerstvého
vzduchu
obyvatelům
prostředí
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
Zajištění
čerstvého
vzduchu
obyvatelům
prostředí
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).
Zajištění
čerstvého
vzduchu
obyvatelům
prostředí
Ředit a
odvést
škodliviny
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:
Zajištění
čerstvého
vzduchu
obyvatelům
prostředí
Ředit a
odvést
škodliviny
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
Zajištění
čerstvého
vzduchu
obyvatelům
prostředí
Ředit a
odvést
škodliviny
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
Zajištění
čerstvého
vzduchu
obyvatelům
prostředí
Ředit a
odvést
škodliviny
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
Zajištění
čerstvého
vzduchu
obyvatelům
prostředí
Ředit a
odvést
škodliviny
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.
125ESBT - Energetické systémy budov 2
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
125ESBT - Energetické systémy budov 2
This slide use information from tutorial created within IDES – EDU project in 2012
Dopad větrání na spotřebu energie
Nejčastější netěsnosti v domě
125ESBT - Energetické systémy budov 2
This slide use information from tutorial created within IDES – EDU project in 2012
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.
125ESBT - Energetické systémy budov 2
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.
125ESBT - Energetické systémy budov 2
Systémy větrání – Přirozené větrání
125ESBT - Energetické systémy budov 2
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]
125ESBT - Energetické systémy budov 2
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
This slide use information from tutorial created within IDES – EDU project in 2012
Systémy větrání – Přirozené větrání
Vliv terénu při proudění větru kolem budovy
Rychlost větru, turbulence, tvar proudu
125ESBT - Energetické systémy budov 2
Systémy větrání – Přirozené větrání
Vliv okolních budov
Expozice a orientace budovy
Right orientation
Wind
direction
in winter
Wrong orientation
Wind
direction
in summer
125ESBT - Energetické systémy budov 2
Systémy větrání – Přirozené větrání
Vliv tvaru budovy
Směr větru, tvar budovy
125ESBT - Energetické systémy budov 2
Systémy větrání – Přirozené větrání
Vliv větru
Wind Driven Ventilation
Badgir (WindCatcher)
Cross Flow Wind
125ESBT - Energetické systémy budov 2
This slide use information from tutorial created within IDES – EDU project in 2012
Systémy větrání – Přirozené větrání
Vliv větru
Wind Driven Ventilation
Ps = Cp Pv
Pv = 0,5 ρ V
This slide use information from tutorial created within IDES – EDU project in 2012
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
125ESBT - Energetické systémy budov 2
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
125ESBT - Energetické systémy budov 2
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
125ESBT - Energetické systémy budov 2
Systémy větrání – Nucené větrání
Nucené větrání
Nucené větrání je založeno výhradně na změně
dynamického tlaku vynucené prací mechanického
zařízení – ventilátoru.
125ESBT - Energetické systémy budov 2
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.
125ESBT - Energetické systémy budov 2
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.
125ESBT - Energetické systémy budov 2
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
125ESBT - Energetické systémy budov 2
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
125ESBT - Energetické systémy budov 2
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
•
125ESBT - Energetické systémy budov 2
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
125ESBT - Energetické systémy budov 2
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.
This slide use information from tutorial created within IDES – EDU project in 2012
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
This slide use information from tutorial created within IDES – EDU project in 2012
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
This slide use information from tutorial created within IDES – EDU project in 2012
Systémy větrání – Nucené větrání
Účinnost větrání/Ventilation
větrání/Ventilation Effectiveness
Pollutant mean concentration at breathing level
E.H. PRICE (2007) Displacement Ventilation DESIGN GUIDE
This slide use information from tutorial created within IDES – EDU project in 2012
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
This slide use information from tutorial created within IDES – EDU project in 2012
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
125ESBT - Energetické systémy budov 2
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
125ESBT - Energetické systémy budov 2
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
125ESBT - Energetické systémy budov 2
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
125ESBT - Energetické systémy budov 2
Systémy větrání – Nucené větrání
Vzduchotechnické jednotky
Větrací jednotka
PŘÍVOD EL. ENERGIE
125ESBT - Energetické systémy budov 2
Systémy větrání – Nucené větrání
Vzduchotechnické jednotky
Jednotka teplovzdušného vytápění
PŘÍVOD EL. ENERGIE
125ESBT - Energetické systémy budov 2
Systémy větrání – Nucené větrání
Vzduchotechnické jednotky
Klimatizační jednotka
NAPOJENÍ NA OS
PŘÍVOD EL. ENERGIE
125ESBT - Energetické systémy budov 2
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
125ESBT - Energetické systémy budov 2
Stanovení tepelné zátěže
klimatizovaného prostoru
125ESBT - Energetické systémy budov 2
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
125ESBT - Energetické systémy budov 2
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
Systémy větrání – Hybridní větrání
2 strategie
přirozené
nucené
Alternativní režim
nebo
Smíšený režim
This slide use information from tutorial created within IDES – EDU project in 2012
Systémy větrání – Hybridní větrání
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
This slide use information from tutorial created within IDES – EDU project in 2012
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
This slide use information from tutorial created within IDES – EDU project in 2012
25
30
Systémy větrání – Hybridní větrání
Ventilation for IAQ and thermal comfort : various orders
of magnitude
This slide use information from tutorial created within IDES – EDU project in 2012
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
.
This slide use information from tutorial created within IDES – EDU project in 2012
Systémy větrání – Hybridní větrání
Typical 2 mode system
Přirozené
Nucené
In case weather
conditions allow
In case weather conditions require
This slide use information from tutorial created within IDES – EDU project in 2012
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
This slide use information from tutorial created within IDES – EDU project in 2012
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