Úvod, opakování základů vzduchotechniky a...

Ing. Daniel Adamovský, Ph.D.

Katedra technických zařízení budov

Úvod, opakování základů vzduchotechniky a klimatizace

Harmonogram

125ESBT - Energetické systémy budov 2

Téma Přednášející1 Úvod, základy vzduchotechniky, opakování Ing. Daniel Adamovský, Ph.D.

2 Větrání specifických provozů (bazény a zemědělské stavby)


3 Větrání specifických provozů (Větrání garáží) Ing. Daniel Adamovský, Ph.D.4 Větrání specifických provozů (divadla, kina, operační

sály,...)doc. Ing. Karel Papež, CSc.

5 Distribuce vzduchu, proudění v interiéru Ing. Daniel Adamovský, Ph.D.6 Větrání historických budov doc. Ing. Karel Papež, CSc.7 Exkurze

Kongresové centrum Praha (Palác kultury), sraz před zaměstnaneckým vchodem

doc. Ing. Karel Papež, CSc.

8 Požární a havarijní větrání, zabránění šíření požáru VZT systémy


9 Požární a havarijní větrání, zabránění šíření požáru VZT systémy


10 Zpětné získávání tepla a chladu ve vzduchotechnice Ing. Daniel Adamovský, Ph.D.

11 Regulace a řízení VZT systémů Ing. Daniel Adamovský, Ph.D.12 Chlazení, výroba a zdroje chladu Ing. Daniel Adamovský, Ph.D.13 Chlazení, rozvody a emise chladu 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

5

Tepelně vlhkostní mikroklima

Toxické mikroklima

Odérové mikroklima

Aerosolové mikroklima

Mikrobiální mikroklima

Elektroinontové a elektrostatické mikroklima

Akustické mikroklima

Přímo řeší

větrání

Nepřímo ovlivňuje

Why Ventilation?

Kvalita vzduchuTeplovzdušné vytápění a klimatizace

PROČ VĚTRÁME?PROČ VĚTRÁME?PROČ VĚTRÁME?PROČ VĚTRÁME?

Zajištění čerstvého Zajištění čerstvého Zajištění čerstvého Zajištění čerstvého vzduchu obyvatelům vzduchu obyvatelům vzduchu obyvatelům vzduchu obyvatelům

prostředíprostředíprostředíprostředí

Ředit a Ředit a Ředit a Ředit a odvést odvést odvést odvést

škodlivinyškodlivinyškodlivinyškodlivinyZajistit pasivní Zajistit pasivní Zajistit pasivní Zajistit pasivní

chlazeníchlazeníchlazeníchlazení

Zajistit Zajistit Zajistit Zajistit vytápění vytápění vytápění vytápění a/nebo a/nebo a/nebo a/nebo chlazeníchlazeníchlazeníchlazení

Proč větráme?

Další vlivy, Další vlivy, Další vlivy, Další vlivy, např. tepelný např. tepelný např. tepelný např. tepelný

komfortkomfortkomfortkomfort

6

Kvalita vzduchu - IAQ

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

� Přijatelná kvalita vzduchu: “ovzduší, v němž nejsoužádné škodlivé koncentrace znečišťujících látek určenéodbornými autoritami, a se kterým 80 % nebo víceexponovaných uživatelů nevyjadřuje nespokojenost“(definiceASHRAE - American Society of Heating and Air-Conditioning Engineers)

Kvalita vzduchu - IAQ

� Vlivy určující kvalitu vzduchu ve vnitřním prostředí

VnitřníVnitřníVnitřníVnitřníVnějšíVnějšíVnějšíVnější

foto: Ota Bartovský, MAFRA

Foto: www.bajecnazenska.czFoto: www.ergoatelier.cz

Foto: www.zsmalika.cz

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 plynnésložky v ovzduší vnímané jako pachy(jednak nepříjemné – zápachy, jednakpříjemné – vůně)

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

� Faktory ovlivňující vnímanoukvalitu vzduchu

� Čichový smysl – s vyšším věkem klesá,individuální vnímání

� Vlhkost a teplota – s rostoucí t a rhroste nespokojenost

� Doba expozice – adaptace, vnímanákoncentrace klesá po 5 až 15 min.,

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

Zajištění Zajištění Zajištění Zajištění čerstvého čerstvého čerstvého čerstvého vzduchu vzduchu vzduchu vzduchu

obyvatelům obyvatelům obyvatelům obyvatelům prostředíprostředíprostředíprostředí


� 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

� Účinky:� Krátkodobá expozice: dráždění očí, nosu, krku

� Dlouhodobá expozice: poruchy jater, ledvin a nervové soustavy




škodlivinyškodlivinyškodlivinyškodliviny

12


� Produkce škodlivin v interiéru� Oxidy dusíku NOx

� Především oxid dusnatý (NO), oxid dusičitý (NO2)� Zdroje: procesy spalování – plynové spotřebiče

(sporák), tabákový kouř, (spalovací motory).





13

� Účinky:� Krátkodobá expozice: dráždí sliznici, oči,

nos, dýchací systém.

� Dlouhodobá expozice NO2: plicní otok, rozvoj akutní chronické bronchitidy

www.kurakovaplice.cz


� Produkce škodlivin v interiéru� Ozón O3

� Zdroje: kopírky, elektrostatické čističe vzduchu, � Toxický v oblasti troposféry





14

� Účinky:� Krátkodobá expozice: dráždí sliznici, oči,

dýchací systém.

� Dlouhodobá expozice NO2: zintenzivňuje existující dýchací potíže

funny-pictures.picphotos.net


� 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 µmvelmi jemné částice <0.1 µm





15

� Účinky:� Krátkodobá expozice: dráždí nos, oči, krk.

� Dlouhodobá expozice NO2: přímý vliv na dýchací systém, srdeční problémy, zhoršení chronických problémů,


� Produkce škodlivin v interiéru� Pevné částice, prach (PM - Particulate Matter )





16

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


17

…a nebo také ne?


� 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





18125TB2A - 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 Zajistit pasivní Zajistit pasivní Zajistit pasivní chlazeníchlazeníchlazeníchlazení

Zajistit Zajistit Zajistit Zajistit vytápění vytápění vytápění vytápění a/nebo a/nebo a/nebo a/nebo chlazeníchlazeníchlazeníchlazení

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.


- Stuffy- Odour- Toxic- Sick building- Hot- Cold- draughty

Required:Air Quality

ComfortHealth

A Solution:Ventilation

A Problem:Energy

- can remove pollutants- can remove heat

- loss of conditioned air- fan energy

Větrání - komplexní problém

Dopad větrání na spotřebu energie

40%

5%

55%

Tepelné ztráty v nízkoenergetické budově

Transmission

Infiltration

Ventilation

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

Air exchange

Energy saving control devices

Improving airtightness

Power supply

SFP - Specific fan power

Heat recovery units


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


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 větráníSystémy větráníSystémy větráníSystémy 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



� PrincipPrincipPrincipPrincip

� Rozdíl tlaků vzduchu je dán� účinkem rozdílu měrných hmotnostní vnitřního a venkovního

vzduchu o různé teplotě

� dynamickým působením větru.

ti > te → ρi < ρe

][)( Paghppp ieie ρρ −⋅⋅=−=∆

N.R. – neutrální rovina – atmosférický tlak pa

v letním období:– menší rozdíl ∆t než v zimě → nižší ∆p→ vyšší požadovaná výška HL


Wind

Negative pressure region

Wind driven flow

� Vliv větruVliv větruVliv větruVliv větru

� The effect of wind pressure on the building causes air to enter on the windward façade and pass through the dwelling.




� Vliv terénu při proudění větru kolem budovy� Rychlost větru, turbulence, tvar proudu



� Vliv okolních budovVliv okolních budovVliv okolních budovVliv okolních budov

� Expozice a orientace budovy

Wind

directionin winter

Wind

directionin summer

Wrong orientation

Right orientation



� Vliv tvaru budovyVliv tvaru budovyVliv tvaru budovyVliv tvaru budovy� Směr větru, tvar budovy




� Wind Driven Ventilation

Cross Flow Wind

Badgir (WindCatcher)





� Wind Driven Ventilation

Ps Cp Pv=2HVρ0,5Pv =




� Příklady přirozeného větrání:

� Infiltrace – větrání spárami v obvodových konstrukcích (nejen okna, ale i stěny)

� Provětrávání – cílené větrání otevíranými okenními otvory



� Příklady přirozeného větrání:

� Aerace – větrání pomocí otvorů umístěných nad sebou s dostatečným výškovým rozdílem

� Šachtové – větrání pomocí kombinace otvorů a šachet

Aerační světlík


� Existing natural ventilation systems� School of Engineering, De Montfort University, Leicester, GB.

� System features variety of ventilation towers, skylights, sunroofs, etc.

Fresh air through

controlled inlets

Waste air

Air flow through lecture

rooms, corridors

Necessary to consider local occurence of draft.


� 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)

F. ALLARD- CHAMPS Seminar Nanjing 20-22/03/2011



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


Systémy větrání – Nucené větrání



� Nucené větrání

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



� Rozdělení systémů

zzzz hlediska tlakuhlediska tlakuhlediska tlakuhlediska 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.




podle účelupodle účelupodle účelupodle 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




podle účelupodle účelupodle účelupodle 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.




dále lze dělit podledále lze dělit podledále lze dělit podledále lze dělit podle:

� hlediska prostoru – vztah VZT zařízení a větrané budovy� Centrální

� Místní

� průtoku vzduchu

� Konstantní

� Proměnný

� tlaku

� Nízkotlaké

� Vysokotlaké



� Z čeho se skládá centrální systém VZT

Vzduchotechnická jednotkaPotrubí – přívod a odvod vzduchuDistribuce vzduchu – výústě, anemostaty

Ostatní koncová zařízení – fancoily, VAV boxyRegulační zařízení - klapky



� Základní řešení systémů centrální VZT

• 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

Výhradně podtlakový systém

• používá se propoužívá se propoužívá se propoužívá 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



� Základní řešení systémů centrální VZTRovnotlaký 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 typický typický typický propropropro:• menší administrativní budovy, případně velkoprostorové kanceláře• obchodní centra – „supermarkety“ s jedním rozlehlým provozem• menší samostatné provozy – např. restaurace, kavárny aj.



� Základní řešení systémů centrální VZTSystém 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 provyužívá se provyužívá se provyužívá se pro:

•nejrozšířenější v administrativních budovách•komerční objekty, zejména s různě velikými jednotlivými obchody

•125ESBT - Energetické systémy budov 2


� Základní řešení systémů centrální VZTSystém s fancoily - fancoil

1 – ohřívač 2 – chladič 3 – ventilátor

• jednotka s ventilátorem a výměníky (chlazení a/nebo ohřev vzduchu)• varianty provedení/provozu:

• centralizovaný – přívod upraveného primárního vzduchu do 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


Směšovací větráníSměšovací větráníSměšovací větráníSměšovací větrání

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

Zaplavovací větráníZaplavovací větráníZaplavovací větráníZaplavovací větrání

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

Distribuce škodlivin v prostoru je ovlivněná několika faktory:• Způsobem přívodu

vzduchu,• zdrojem škodlivin,• umístěním v prostoru, • zdroji tepla,• výškou prostoru.

� Distribuce vzduchu Distribuce vzduchu Distribuce vzduchu Distribuce vzduchu –––– distribuce škodlivindistribuce škodlivindistribuce škodlivindistribuce škodlivin



� Zaplavovací vsZaplavovací vsZaplavovací vsZaplavovací vs. . . . Směšovací větráníSměšovací větráníSměšovací větráníSměšovací větrání� Směšovací větrání je vhodnější v případech:Směšovací větrání je vhodnější v případech:Směšovací větrání je vhodnější v případech: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:Zaplavovací větrání je vhodnější v případech:Zaplavovací větrání je vhodnější v případech: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


� Zaplavovací vs. Směšovací větráníZaplavovací vs. Směšovací větráníZaplavovací vs. Směšovací větráníZaplavovací 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 různéprůtoky vzduchu a tepelnou zátěž.Čáry ∆T jsou rozdíly mezi teplotou vzduchu vmístnosti a teplotou přiváděného vzduchu, přichlazení výhradně přiváděným vzduchem.

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



�

Room mean age of airNominal time constant

Pollutant mean concentration in the room Pollutant concentration in the exhaust

� Účinnost větrání/Účinnost větrání/Účinnost větrání/Účinnost větrání/Ventilation Ventilation Ventilation Ventilation EffectivenessEffectivenessEffectivenessEffectiveness



�

Pollutant mean concentration at breathing level


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



� Supply diffuserThe 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




� Vzduchotechnické jednotkyZákladní rozděleníZákladní rozděleníZákladní rozděleníZákladní 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



� Vzduchotechnické jednotkyZákladní rozděleníZákladní rozděleníZákladní rozděleníZákladní 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



� Vzduchotechnické jednotkyZákladní rozdělení Základní rozdělení Základní rozdělení Základní rozdělení –––– podle pozicepodle pozicepodle pozicepodle 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

parapetnísvislá

podlahovápodstropní



� Vzduchotechnické jednotkyCo vzduchotechnické jednotky obsahují

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

Větrací jednotkaJednotka teplovzdušného

vytápěníJednotka klimatizace

filtry filtry filtryventilátor přívodu vzduchu ventilátor přívodu vzduchu ventilátor přívodu vzduchuventilátor odvodu vzduchu ventilátor odvodu vzduchu ventilátor odvodu vzduchuvýměník zpětného získávání tepla

výměník zpětného získávání tepla

výměník zpětného získávání tepla

ohřívač čerstvého vzduchu směšovací komora směšovací komoraohřívač přiváděného vzduchu ohřívač přiváděného vzduchu

chladič přiváděného vzduchuzvlhčovací systémeliminátor kapekodvlhčovací systém



� Vzduchotechnické jednotkyVětrací jednotka

PŘÍVOD EL. ENERGIE



� Vzduchotechnické jednotkyJednotka teplovzdušného vytápění




� Vzduchotechnické jednotkyKlimatizační jednotka


NAPOJENÍ NA OS



� Vzduchotechnické jednotkySouhrn 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 Jednotka klimatizaceelektrická energie elektrická energie- pohon motorů 1x230 V, 3x400 V - pohon motorů 1x230 V, 3x400 V- MaR 24 V, 1x 230 V - MaR 24 V, 1x 230 V- elektrické ohřívače 3x400 V - elektrické ohřívače 3x400 V tepelná energie tepelná energie- ohřev vzduchu - ohřev vzduchukanalizace chlad- odvod kondenzátu z výměn. ZZT - chlazení vzduchu

- kondenz. odvlhčování vzduchuvoda/pára- vlhčeníkanalizace- odvod kondenzátu z výměn. ZZT- přepad a odvod zbytků z vlhčení- odvod kondenzátu od chladiče


Stanovení tepelné zátěže klimatizovaného prostoru


� 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.


� 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)

� 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,


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

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

sin � �� 15. � . ��

cos �

�� 0,766�� 0,643 ��. ��15��

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 Červen Červenec Srpen Září Říjen

δ [°] 0 11,8 20,4 23,5 20,4 11,8 0 -11,8

a

�


� Poloha Slunce na obloze� 50° severní šířky, celé ČR

αγ

γα

� 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


�


z [-] 3,0 4,0 4,0 5,0 5,0 4,0 4,0 3,0

[W/m2]

Sluneční konstanta I0 - Intenzita sluneční radiace na hranici zemské atmosféry; průměrná hodnota je 1350 W/m2

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


� Tepelné zisky z vnějšího prostředí� Vliv severní šířky, nadmořské výšky (pro ČR obvykle 300 m.n.),

znečištění atmosféry

�

[W/m2]


� Tepelné zisky z vnějšího prostředí� Vliv severní šířky, nadmořské výšky (pro ČR obvykle 300 m.n.),

znečištění atmosféry

αγ

[W/m2]

[W/m2]


� Tepelné zisky z vnějšího prostředí

� Intenzita difusní sluneční radiace

� Intenzita celkové sluneční radiace


� 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]


Td=0,85 - Celková propustnost difusní sluneční radiace

�� 0,87 � 1,47

100

!

� Výpočet teploty venkovního vzduchu� Stanovení venkovní teploty zjednodušenou metodou

� Detailním výpočtem� Podle typu okolních povrchů, množství zeleně,

charakteru zástavby v závislosti na emisivitě a pohltivosti materiálů

[°C]



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

"# � "#$%& � ' 1 � �� 15� � 135


te max [°C] 19,0 22,0 26,5 28,5 30,0 30,0 27,5 23,5

� 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.

()* � +),) "# � "-

� Tepelná zátěž okny� Prostup tepla oknem radiací� Dopadající sluneční záření ohřívá povrchy – stavební

konstrukce, zařízení a do vzduchu se dostává se zpožděním konvekcí.



[W]

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

(). � ,)/01 1 2 ,) � ,)/ 013 �. �)

� Tepelná zátěž okny� Prostup tepla oknem radiací� Stanovení osluněné plochy okna Sos



[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]

,45 � 67 � 89 � : ; <6= � �8> � ?�@

� Tepelná zátěž okny� Prostup tepla oknem radiací� Stanovení osluněné plochy okna Sos



Obrázek č. 1 z CSN 73 0548

Osluněná plocha okna

Zastíněná plocha okna

Délka stínu horizontálním prvkem

Délka stínu vertikálním prvkem

Difuzní záření

Celkové záření

� 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)

� Tepelná zátěž okny� Možnost snížení tepelné zátěže od slunečního záření - vliv

akumulace stavebních konstrukcí.



().$ �∑().-

�

Qorm – průměrné tepelné zisky radiací za dobu provozu řešeného prostoruQori – dílčí tepelné zisky radiací za dobu provozu řešeného prostoru v jednotlivých hodinách provozun – počet hodin provozu řešeného prostoruQormax – maximální zátěž solární radiací oknem

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

� Tepelné zisky stěnami� Obecně velmi malý vliv, vyjma nízkopodlažních

rozlehlých budov.� střední� těžká� lehká

� 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]

[W]



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

� 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,vodní pára z lidí

Teplo z výpočetní techniky

Teplo z lokálních svítidel

Teplo z osvětleníTeplo z ostatních zařízení

Sdílení tepla s sousedícími prostory

Převážně sdílené konvekcí


� Tepelné zisky z vnitřních zdrojů

� Osoby



(9 � �9 ; 6,2 ; �36 � "-�

i1 – počet lidíProdukce citelného tepla žen se bere 85% produkce mužů, dětí 75%. Při různorodém složení skupiny se provede přepočet na ekvivalentní počet:

�9 � 0,85�ž 2 0,75�3 2 �$

Kde iž, id a im je počet žen, dětí a mužů

� 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.



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

(5F � G ; 9 ; >

� Tepelné zisky od technologie a od elektronického vybavení



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 (-)

($ � 9 ; > ; H∑G

Systémy větrání – Hybridní větrání


přirozené nucené

Maximální využití přírodních silMaximální využití přírodních silMaximální využití přírodních silMaximální využití přírodních sil::::• větruvětruvětruvětru• rozdílu teplotrozdílu teplotrozdílu teplotrozdílu teplot

2 režimy

Využití výkonu ventilátoru,Využití výkonu ventilátoru,Využití výkonu ventilátoru,Využití výkonu ventilátoru,když přirozené větrání nezajistí když přirozené větrání nezajistí když přirozené větrání nezajistí když přirozené větrání nezajistí

dostatečný větrací výkondostatečný větrací výkondostatečný větrací výkondostatečný 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.



2 strategie


přirozené nucené

Alternativní režim

Smíšený režim

nebo


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.


2 strategie


Hybridní větrání řízené podle potřebyHybridní větrání řízené podle potřebyHybridní větrání řízené podle potřebyHybridní větrání řízené podle potřebyDCHV DCHV DCHV DCHV ---- Demand Demand Demand Demand Controlled Hybrid Controlled Hybrid Controlled Hybrid Controlled Hybrid VentilationVentilationVentilationVentilation

Key parameters:Key parameters:Key parameters:Key parameters:• Flow versus time over the year • Flow stability• Ventilation for IAQ and thermal comfort : various orders of

magnitude



00,10,20,30,40,50,60,70,80,9

1

0 20 40 60 80

volume flow rate dm3/s

time

frac

tion

natural

mechanical

hybridFlow versus time over the year


CO2 concentration in ppm

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

0 5 10 15 20 25 30

time in hours

Flow stability



Ventilation for IAQ and thermal comfort : various orders of magnitude



• 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.

Classification



• IAQ• demand control

• time

• occupancy

• sensor

• what indicator • CO2

• mixed gas

• Thermal comfort• Temperature

• Air temperature

• Operative temperature

• Air velocity

• RH

Necessity of complex control algorithm's

ASHRAE handbook of fundementals

SummerWinter

Control strategy



.

Hybrid ventilation strategies for IAQ control

Alternate use of natural

and mechanical ventilation

Commerzbank

Frankfurt

Norman Foster



Typical 2 mode system

PřirozenéIn case weather conditions allow

NucenéIn case weather conditions require



Přirozené větrání s podporou ventilátorůPřirozené větrání s podporou ventilátorůPřirozené větrání s podporou ventilátorůPřirozené větrání s podporou ventilátorů

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


Strategie řízení hybridního větrání podle IAQStrategie řízení hybridního větrání podle IAQStrategie řízení hybridního větrání podle IAQStrategie řízení hybridního větrání podle IAQ

Strategie řízení hybridního větrání podle IAQStrategie řízení hybridního větrání podle IAQStrategie řízení hybridního větrání podle IAQStrategie 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

Stack and wind supported mechanical ventilation

Lab.hall

c=100,30

c= 114,1

Test-room

ø500

ø400

ø315

ø500

Storey

5

4

3

2

1

0

ø315

ø400

Hybrid ventilation concept based on wind effect



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


Ducting 180 mm

10 Pa @ 56 dm3/s

Range 10 – 100 dm3/s

Specific fan power (SFP) 0.064 kW/(m3/s)

0

10

20

30

40

elec

tric

po

wer

fan

W

current tipvent

60 Pa

30 Pa

12 Pa5 Pa

resh

yven

t

op

tim

ised

Components for hybrid ventilation systems

Low pressure fans



energy

IAQ thermal comfort

+ life cycle analysis

hybrid

ventilation system

OptimizationOptimization 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).




Katedra technických zařízení budov

… děkuji za pozornost!

Date post:	14-Jan-2020
Category:	Documents
Upload:	others
View:	5 times
Download:	0 times

Úvod, opakování základů vzduchotechniky a...

Documents