Žilinská univerzita v Žiline
Strojnícka fakulta
Katedra energetickej techniky
Vytápění a větrání
Část 16.
Základní systémy větrání budov
Výměna vzduchu v místnosti = pohyb vzduchu v důsledku tlakového
rozdílu.
Tlakový rozdíl = přírodní síly (přirozené větrání) nebo strojní zařízení
(nucené – mechanické větrání = ventilátor).
Přirozené větrání
Uplatňuje se v provozech s přebytkem tepla = velká účinnost, uplatňuje
se více než nucené větrání.
Je vyvoláno gravitací a kinetickou energií větru, přičemž se rozlišuje:
- přirozené větrání vyvolané gravitací (závisí od teploty = hustoty
vzduchu),
- přirozené větrání vyvolané působením větru (na návětrné straně se
mění kinetická energie větru na tlakovou = vytváří přetlak vůči
atmosférickému tlaku).
U staveb se uplatňují následujúcú způsoby větrání:
infiltrace (exfiltrace) = v důsledku tlakového rozdílu od gravitační síly a
působení větru vzduch proniká přes netěsnosti budovy, systém nelze
považovat za plnohodnotný větrací systém = intenzita se nedá
regulovat,
větrání okny = nejrozšířenější způsob přirozeného větrání, uplatňuje se
gravitace i kinetika větru, působení větru = pokud vznikne otevřením
oken na návětrné a závětrné straně budovy tlakový rozdíl – příčné
větrání,
šachtové větrání = vzduch je z místnosti odváděný svislým průduchem
vyústěným nad střechou, pohyb vzduchu zajišťuje tlakový rozdíl
vycházející z výšky šachty, vliv větru lze využít instalováním výfukové
hlavice
uplatnění šachtového větrání = větrání koupelen, WC
Řešení šachtového větrání:
šachtové větrání bez přívodu vzduchu = odváděné množství vzduchu
se vyrovnává prouděním vzduchu z okolních místností přes netěsnosti
šachtové větrání s přívodem vzduchu přívodním průduchem = zvýšení
větracího účinku, v zimě se přivádí chladný vzduch (narušování tepelné
pohody)
šachtové větrání s pomocným sběrným průduchem = pomocný
průduch zaúsťuje do větrané místnosti a o poschodí výše do sběrného
průduchu, jeden dvojitý průduch odvětrá vícepodlažní budovy
(klasický systém = každé podlaží samostatný průduch)
šachtové větrání s využitím působení větru pro zvýšení větracího
účinku = využívá nadstřešní výfukovou hlavici pro případ
nedostatečného gravitačního tlakového rozdílu
sdružené šachtové větrání = celoroční účinnost větrání je zajištěna
zařazením (společného) ventilátoru do odvodní části
aerace = intenzitu větrání lze regulovat a usměrňovat, vhodné pro
průmyslové haly hlavně s teplým provozem, vnější vzduch se přivádí
ve spodní části a v horní části objektu se vzduch odvádí,
návrh aeračního větrání spočívá ve velikosti a rozmístění přívodních a
odváděcích otvorů, vhodná už při tepelné produkci 20 až 30 W/m3,
nevhodná pokud jsou škodlivinou plyny a páry s hustou větší než
vzduch,
Hodnocení přirozeného větrání
nejsou nároky na energii, nízké investiční a provozní náklady,
přímá závislost na vnějších klimatických podmínkách,
vyvolaný tlakový rozdíl = často nedostačující na překonání
hydraulických odporů,
odvádění škodlivin s hustotou větší než vzduch.
Nucené větrání
Doprava vzduchu zabezpečována ventilátorem s elektromotorem.
Tlak ventilátoru = postačuje na překonání hydraulických odporů
vzduchovodů, i rozsáhlých a rozvětvených.
Do soustavy lze zařadit zařízení na úpravu vzduchu (filtry, výměníky
tepla, zvlhčovací zařízení) = rozlišuje se větrání s úpravou a bez úpravy
vzduchu, resp. s částečnou úpravou vzduchu (teplovzdušné vytápění).
Nejčastěji se v praxi vyskytuje větrání s nuceným přívodem i nuceným
odvodem vzduchu, řešeno jako rovnotlaké, podtlakové nebo
přetlakové.
Rovnotlaké větrání = objemový průtok přiváděného vzduchu do
prostoru je v rovnováze s odváděným vzduchem.
Přetlakové větrání = do místnosti se přivádí větší množství vzduchu
než se z místnosti odvádí, používá se pro zabránění vnikání
neupraveného vzduchu do prostoru z okolních prostorů nebo z
exteriéru.
Podtlakové větrání = z místnosti se odvádí více vzduchu, než se do
místnosti přivádí, používá se pro zabránění úniku znečištěného
vzduchu do okolních prostorů.
Sdružené větrání = kombinace přirozeného a nuceného větrání
přivětrávání = přetlakové větrání, ventilátor pouze pro přívod vzduchu,
který je možné upravovat (filtrace, ohřev), znečištěný vzduch je
vytlačován přes netěsnosti nebo stavební konstrukce (přetlakové
klapky)
odvětrávání = podtlakové větrání, ventilátor nuceně odvádí vzduch, do
místnosti přes netěsnosti nebo zvláštní větrací otvory proudí čerstvý
vnější vzduch, který nelze upravovat (větrání koupelen, WC, skladů)
Navrhování potrubních sítí
Potrubní síť = část vzduchotechnického zařízení pro rozvod a
distribuci vzduchu (klapky, oblouky, koncové prvky, atd.).
Potrubní síť lze rozdělit na větve a úseky.
Větev s největší tlakovou ztrátou, nejčastěji vedená od ventilátoru k
nejvzdáleneější výustce = hlavní větev
Na hlavní větev se napojují odbočky prvního řádu, které se mohou
dále dělit na odbočky druhého řádu.
Větve potrubní sítě se dělí na úseky se stejnými podmínkami (průtok a
rychlost proudění se nemění).
Aerodynamický výpočet potrubní sítě: průřezy v jednotlivých úsecích,
tlakové ztráty potrubní sítě a dopravní tlak.
Vedení potrubní sítě = závisí od typu a rozmístění vyústek, přihlíží se
ke konstrukčním, dispozičním a prostorovým možnostem budovy.
Výhodné je připojit na hlavní větev odbočky s přibližně stejnými
tlakovými ztrátami.
Průřez hlavní větve = z požadovaného průtoku vzduchu po zvolení
vhodné rychlosti.
Rychlost proudění vzduchu v potrubí vždy klesá od ventilátoru ke
konci distribuční sítě.
Doporučené rychlosti proudění vzduchu [m/s] při nuceném větrání
Druh budovy
obytné
veřejné
průmyslové
Doporuč. rychlost
střední
max.
střední
max.
střední
max.
Stoupačky
3,5 – 4,5
6
5 – 6,5
8
6–9
11
Odbočky
3
5
3 – 4,5
6,5
4–5
9
Za ventilátorem
5
8,5
7,5
11
10
14
Odvod vzduchu
3,5
4,5
4
5,5
5
9
Vnější žaluzie
2,5
4
2,5
4,5
2,5
6
1
1,5
1,5
2
2
2
2,2
2,5
2,5
3
3
4,5
2,5 - 3
3,5 -4
2,5 - 3
2,5 - 4
2,5 - 3
3,5 - 4
Filtry
Ohřívače
Pračky
Při dimenzování odboček se vychází z podmínky stejné tlakové ztráty
v odbočce jako v části hlavní větve od poslední vyústky k dané
odbočce.
Tlakové ztráty každého úseku tvoří ztráty třením (délkové) a ztráty
místními odpory
⎞ w
⎛ l
⋅ρ
Δpz = Δpt + Δpm = ⎜ λ + ∑ ξ ⎟ ⋅
⎠ 2
⎝ d
2
λ = součinitel tření [-],
l = délka úseku potrubí [m],
d = ekvivalentní průměr potrubí [m],
ξ = součinitel místního odporu [-],
ρ = hustota vzduchu [kg/m3],
w = střední rychlost vzduchu [m/s].
[Pa]
Tlaková ztráta připadající na 1 m délky potrubí = měrná tlaková ztráta
R=
λ w2
d
⋅
2
⋅ρ
[Pa/m]
Ekvivalentní průměr = hydraulický průměr čtyřhranného potrubí se
určí podle rychlosti
2ab
dw =
a+b
[m]
a podle průtoku
⎡a b ⎤
d V = 1,265⎢
⎥
⎣a + b⎦
3 3
1
5
[m]
Součinitele místních odporů nejčastěji používaných tvarovek
Součinitele místních odporů nejčastěji používaných tvarovek
Součinitele místních odporů nejčastěji používaných tvarovek
Součinitele místních odporů nejčastěji používaných tvarovek
Součinitele místních odporů nejčastěji používaných tvarovek
Součinitele místních odporů nejčastěji používaných tvarovek
Součinitele místních odporů nejčastěji používaných tvarovek
Pracnost manuálního výpočtu dimenzí sítí vzduchovodů vedla k
používání méně přesných výpočtových metod:
metoda stálého tlakového spádu (nejčastěji používaná),
metoda poklesu rychlostí,
metoda zisku statického tlaku,
metoda dynamických tlaků nebo metoda statických tlaků.
Metoda stálého tlakového spádu
Pro dimenzování nízkotlakých a méně rozsáhlých sítí.
Hlavní větev dimenzována tak, aby měrná tlaková ztráta: R = konst.
Zvolí se hospodárná měrná tlaková ztráta = provozní náklady na
překonání odporů potrubí + investiční náklady = minimální (0,5 až 3
Pa/m).
Určí se ekvivalentní průměry jednotlivých úseků
λ w2
⋅ρ
hlavní větve na základě zvolené hodnoty měrné d = ⋅
R 2
tlakové ztráty.
[m]
Určí se jmenovité rozměry potrubí: pro kruhové potrubí platí dw = d
pro čtyřhranné potrubí platí pro
určení rozměrů a x b vztah
2ab
dw =
a+b
[m]
Dimenzování odboček = tlakové ztráty odboček se budou rovnat
tlakové ztrátě hlavní větve v místě jejich připojení.
Ekvivalentní průměry čtyřhranného potrubí
Dynamický tlak standardního vzduchovodu pd (Pa) pro ρ vzduchu 1,2 kg/m3
Příklad
Navrhněte potrubní síť vzduchotechniky posluchárny:
objemový průtok přiváděného vzduchu
Vp = 4200 m3/h = 1,16 m3/s
pro přívod vzduchu je navrženo 14 dvouřadých vyústek o rozměrech
425 x 225 s regulací
množství vzduchu protékajícího jednou vyústkou
Vvp1 = 300 m3/h = 0,083 m3/s
pro odvod vzduchu je navrženo 7 jednořadých vyústek o rozměrech
525 x 225, objemový průtok vzduchu jednou vyústkou
Vvo1 = 0,167 m3/s
Použije se metoda stálého tlakového spádu.
1. Nakreslí se zjednodušené provozní schéma přívodního potrubí a vyznačí se
hlavní větev (úseky se stejnými podmínkami proudění se očíslují)
2. Vypočítá se průtok vzduchu v jednotlivých úsecích hlavní větve a zvolí se
měrná tlaková ztráta (R = 1,0 Pa/m) a určí se ekvivalentní průměry
3. Určí se rozměry (a x b) potrubí jednotlivých úseků podle tabulkových hodnot
nebo ze vztahu
dw =
2ab
a+b
[m]
Min. šířka potrubí vzhledem na šířku vyústky (225 mm) musí být 250 mm
4. Určí se skutečné ekvivalentní průměry a skutečné rychlosti proudění
vzduchu v jednotlivých úsecích hlavní větve.
5. Určí se skutečné tlakové ztráty třením. Z tabulkových hodnot nebo z níže
uvedeného vztahu se určí dynamický tlak vzduchu v jednotlivých úsecích.
w2
pz =
⋅ρ
2
[Pa]
6. Určí se součinitele místních odporů jednotlivých úseků a následně se určí
místní tlakové ztráty.
Download

Vytápění a větrání Část 16. - Strojnícka fakulta