6.1 Kvalita vzduchu, větrání a tlakové poměry v budovách

Transkript

1 6.1 Kvalita vzduchu, větrání a tlakové poměry v budovách Úloha bývací pokoj o rozměrech 10 x 7 x m je větrán třemi kyvnými okny o rozměrech A x B m. místnosti je trvale 6 osob. ypočtěte a) koncentraci C při větrání těmito okny v uzavřené poloze (infiltrací) v časech: 0,5 h; 1 h; h; 5 h b) při nárazovém větrání otevřeným křídlem jednoho okna v těchto časech: 5 min, 15 min, 0 min, 60 min c) určete výměnu vzduchu větráním v obou případech d) Zhodnoťte účinnost větrání vzhledem ke koncentraci C a navrhněte vhodný větrací režim. Dosažené koncentrace vyhodnoťte podle tabulky v příloze P6 a P7. Účel místnosti uvažujte pro bydlení. e) ypočtěte hladinu odérů vycházející z koncentrace C (dcd) po 5ti hodinách větrání infiltrací. ýchozí stav (čas 0) = vyvětraná místnost, koncentrace uvnitř je stejná jako venku k i = k e a osoby vcházejí (začínají vznikat škodliviny). Návětrný tlakový součinitel: Sudá n: A = 0,6 Lichá n: A = 0,4 Úhel otevření okna n < 1 úhel 15 n 1 úhel 0 Průvzdušnost okna podle tabulky v příloze P5 Rozměr okna A x B (m) A =1,5 0,1n (m), B = (m) Společné údaje Rychlost větru 10 km/h Teplota venkovního vzduchu t e = -10 0,5n C Teplota vzduchu v místnosti 1 C Produkce C člověkem v klidu M C = 19 l/h.os enkovní koncentrace k C = 50.n (ppm) Faktor přepočtu na ppm 0,556 PEL = mg/m tedy ,556 = 5000 ppm = 0,5 % (PEL = přípustný expoziční limit) k C = 70 ppm = 70/0,556 = 665 mg/m = 0,67 g/m ρ C = 1,54 kg/m ýpočet průtoku infiltrací: = Σ(i.l) p 0,67 i součinitel provzdušnosti spár ((m /s)/(m.pa 0,67 )) l délka spár (obvod okna) (m) 57

2 p rozdíl tlaku vzduchu vyvolaný rozdílem teplot a působením větru p = p t p v p t = h(ρ e - ρ i )g h = / výška okna (převýšení otvorů spár) (m) hustota vzduchu ρ = 1,76 1 0,0066.t Tlak působením větru p v Avv v ρe = A tlakový součinitel větru ýpočet průtoku při větrání otevřeným oknem: p µ A = ρ i gb ρ ρ A,B rozměry okna ( ρ ρ ) e i e ( ρ ) i ρe µ výtokový součinitel otvoru (příloha P4) ýpočet koncentrace C za dobu τ : Hladina koncentrace M C k i ke 1 e τ = (m /s); (m ); k e,i (g/ m ); M C vývin škodlivin (g/s) L odor ( C) = k( ppm) 90log 485 i ýpočet Hustoty vzduchu pro t e = - C je ρ e = 1,56 kg/m pro t i = 1 C je ρ i = 1,170 kg/m Přetlaky působením teploty a větru: p t = h(ρ e - ρ i )g = 1,9(1,56-1,170).9,8=1,6 Pa p A v 0,6..1,56 v v e v = = =, 4 ρ p = 1,6,4 = 5,0 Pa ětrání infiltrací = Σ(i.l) p 0,67 =.(1, ).5,0,67 = m /s = 7 m /h ýměna vzduchu n = / = 7/10 = 0,1 /h ětrání oknem (okno zdvojené, úhel otevření α = 0 P4 µ = 0,4) Pa 58

3 ( ).0,4.1.9,8.1,56.1,170 1,56 1,170.9,8 p = 1,09 m / s 0, =.1,56 1 0, 0, ( ( 1,170 1,56 ) Průtok vzduchu při větrání oknem je součet průtoku vzduchu jedním otevřeným oknem a dvěma okny infiltrací = 1,09 0,005 = m /s = 94 m /h ýměna vzduchu n = / = 94/10 = 18,8 /h Stanovení produkce C M C = 19 l/h.os = 5, m /s.os M C = 5, , = 0,041 g/s (pro 5 osob) 0,5 Koncentrace větrání infiltrací Koncentrace za 0,5 hod. při větrání infiltrací m τ 0, ,7 0,7 0,7 = 1,08 g / m = 577 ppm Koncentrace za 1 hod. při větrání infiltrací m τ 0, ,7 0,7 0,661 = 1,61 g / m = 757 ppm Koncentrace za hod. při větrání infiltrací m τ 0, ,7 0,7 1,4 = 1,94 g / m = 1080 ppm Koncentrace za 5 hod. při větrání infiltrací m τ 0, ,7 0,7,601 =,01 g / m = 185 ppm Koncentrace větrání oknem Koncentrace za 5 min při větrání oknem: m τ 0, ,7 0,70 g / m = 405 ppm Koncentrace za 15 min při větrání oknem m τ 0, ,7 0,77 g / m = 409 ppm Koncentrace za 0 min při větrání oknem m τ 0, ,7 0,78 g / m = 409 ppm Koncentrace za 60 min při větrání oknem m τ 0, ,7 0,78 g / m = 409 ppm 59

4 Hladina koncentrací L k( ppm) 185 = 90log = 90log odor ( C ) = 5 dcd hodná koncentrace Podle tabulky P6 a P7 pro pobytové místnosti je vhodná koncentrace 100 ppm, která je krátkodobě přípustná. Dosažená koncentrace po 5ti hodinách je přípustná a má za následek 0 % nespokojených neadaptovaných osob. Pokud jsou však osoby na prostředí adaptovány (zvyklé v něm pobývat), bude nespokojených méně než 0 %. ýsledek ětrání infiltrací zajistí ve sledované době jen přípustnou koncentraci, optimální je překročena po hodinách. ětrání oknem je naopak intenzivní, vysokým průtokem, koncentrace v místnosti je podobná jako ve venkovním vzduchu. hodné je větrání kombinované, s trvalou infiltrací a nárazovým otevřením okna. Po pěti hodinách větrání infiltrací dosahuje hladina odérů 5 dcd, což je již nekomfortní, i když přípustný stav prostředí. Úloha 6.1. Byt se dvěma obytnými místnostmi A, B je opatřen nuceným větráním pracujícím s podílem oběhového vzduchu. soby X, Y produkují oxid uhličitý v množství 0 l/h. ypočtěte koncentraci C v jednotlivých místnostech za ustáleného stavu. Porovnejte s případem, kdy větrací systém pracuje se stejným průtokem venkovního vzduchu, ale bez cirkulace. Koncentrace ve vnějším vzduchu k e = 0.n (ppm) průtok venkovního vzduchu e = 90n (m /h) počet osob místnost A místnost B sudé n... 4 osoby liché n... osoby sudé n... osoby liché n... 1 osoby (pro e = 100 m /h) Z bilanční rovnice si vyjádříme k i a postupně je vypočítáme. m k 1 = k e 60

5 00 m /h 150 m /h 100 m /h 100 m /h 150 m /h br. 9 Schéma systému nuceného větrání ýpočet pro větrání s cirkulací m 4 0,0 6 Na konci ZT systému (cirkulace): kc = ke = = 1140 ppm 100 c = 00 m /h k c = 1140 ppm e = 100 m /h k e = 40 ppm z toho vyplývá koncentrace: ' c 1140 e.40 ke = = 87ppm po smísení mš ' 0,0 6 koncentrace v místnosti A: osoby: k1 i = ke = = 17 ppm 150 mš ' 0,0 6 koncentrace v místnosti B: 1 osoba: k i = ke = = 1006 ppm 150 p ýpočet pro větrání bez cirkulace mš 0,0 6 koncentrace v místnosti A: osoby: k1 i = ke = = 1540 ppm 50 mš 0,0 6 koncentrace v místnosti B: 1 osoba: k i = ke = = 740 ppm 50 ýsledek Koncentrace ve druhé místnosti vyhovuje pro stanovenou optimální koncentraci C 1110 ppm. e druhé místnosti je optimální koncentrace překročena, vyhovuje koncentraci přípustné 400 ppm. ětrání bez cirkulace se vyznačuje většími rozdíly koncentrací, směšování vyrovnává rozdíly v počtu osob v jednotlivých místnostech. 61

6 Úloha 6.1. koupelně bytu je navržen axiální ventilátor s předpokládaným průtokem 150 m /h a odvodem vzduchu přes venkovní stěnu. Předpokládá se, že úhrada odvedeného vzduchu bude realizována z okolních prostorů, jak vyplývá z obrázku. Analyzujte tento stav a určete, v jakém bodě charakteristiky ventilátoru se dosáhne skutečného pracovního bodu. ýtlak ventilátoru bude ukončen samotížnou žaluzií se součinitelem vřazeného odporu ξ =,4. Charakteristika ventilátoru je v příloze P8. nitřní dveře uvažujte jako prvek nebránící proudění vzduchu. Posuďte, nakolik odvod vzduchu z koupelny přispívá k celkovému větrání domu. liv infiltrace zanedbejte. Určete, jaké budou tlakové poměry v budově vzhledem k atmosféře. Délka okenních spár L = 0 0,5.n (m) Průvzdušnost oken i = 1, m /s.m.pa 0,67 Průvzdušnost vchodových dveří i =, m /s.m.pa 0,67 ventilátor kna s celkovou délkou spar L chodba koupelna bytné místnosti s okny vchodové dveře s těsněním nitřní bezprahové dveře br. 0 Schéma šíření vzduchu budovou entilátor pokrývá nejen tlakovou ztrátu připojené žaluzie, ale také odporů v cestě přiváděného vzduchu, tvořené spárami oken a dveří. Průtok vzduchu těmito spárami popisuje vztah,. Tlaková ztráta vřazenými odpory (průměr připojeného potrubí odpovídá ventilátoru DN 00 mm) výtlačnou žaluzií má hodnotu 1 spočívá v nalezení rovnováhy mezi průtokem a dopravním tlakem ventilátoru, který představuje součet všech tlakových ztrát. Jakmile určíme tlakový rozdíl mezi budovou a okolím, vypočteme průtok vzduchu venkovními dveřmi a okny. Úloha laboratoři se zpracovává biologicky nebezpečná látka, proto má být místnost udržována v podtlaku. Z místnosti se podtlakovým větracím systémem odvádí 500 m /h a přivádí se 000 m /h. Úhrada vzduchu je realizována z části z vnitřní chodby přes mřížku 00 x 100 mm, z části infiltrací oknem. Určete podtlak v místnosti vzhledem k chodbě, ze které uvažujte neomezený přísun vzduchu a tlak shodný s atmosférickým. 6

7 Součinitel vřazeného odporu mřížky je ζ =,5. ýtokový součinitel zmenšení průřezu mřížky µ = 0, 6 Součinitel průvzdušnosti okna i = 0, m /s.m.pa 0,67 Délka okenních spár L =00,.n (m) Empirická rovnice proudění = C průtok vzduchu mřížkou tlaková ztráta mřížky n = C. p aplikovaná na výpočet spárové průvzdušnosti /. n n / p p = p = p = ok ok m ρv p = ξ C i. L m = µ A. B. v v = µ A. B ρ m = ξ. µ A B i. L 1. rovnice tlakové rovnováhy tlaková ztráta mřížky = tlaková ztráta okna (jak chodba, tak okno propojují místnost s atmosférou) ρ m ξ. ζa B ok = i. L /. rovnice vzduchové rovnováhy průtok vzduchu přívodem ZT, mřížkou a oknem je roven průtoku vzduchu nuceně odvedeného = o P ok z toho plyne m m = 500 ok Úloha Určete dopravní tlak digestoře v kuchyni s plynovým sporákem a) se spotřebou plynu pro hořáky 0,6 m /h. b) se spotřebou plynu pro všechny hořáky 1, m /h. c) se spotřebou plynu pro plynovou troubu,0 m /h zduch je do místnosti přisáván pouze infiltrací dvoukřídlovým otvíravým oknem o rozměru A =1,8 0,05.n m; B = 1,6 m s těsností ve třídě podle ČSN EN 107 (viz P5). Na spálení na 1 m plynu je nutné množství spalovacího vzduchu 5 m, jehož přívod a odvod musí být zajištěn. Ze zjištěných hodnot sestavte charakteristiku ventilátoru. se skrývá v rovnici pro průtok vzduchu oknem, ze které zjišťujeme nutný tlak pro definovaný průtok vzduchu,. Úloha Určete součinitel průvzdušnosti okna tak, aby při tlakovém spádu 6 Pa mezi vnitřním a vnějším prostředím bylo zajištěna koncentrace C v místnosti 1500 ppm po dobu τ = 40,1.n hodin bez otevření okna. Na začátku je místnost vyvětraná, k i = k e = 450 ppm. Délka spáry oken v místnosti činí 15 m a v místnosti jsou osoby. bjem místnosti je = 600,5n (m ). ypočtený součinitel průvzdušnosti zatřiďte dle P5. 6

8 Průtok vzduchu pro zajištění koncové koncentrace v čase τ, kde m (g/s); k (g/m ), τ (s), Úloha městské knihovně se pořádají přednášky. neděli přišlo 0 posluchačů a v důsledku nízké intenzity dopravy byla venkovní koncentrace C jen 400 ppm. pondělí přišlo 6 posluchačů, ale venku bylo 480 ppm. pátek byla návštěvnost nízká, jen osob, ale v důsledku dopravní zácpy bylo venku 550 ppm. Určete, jaká bývá koncentrace C v přednáškovém sále při chodu větracího zařízení o průtoku 600 m /h a zda je vyhovující. Posuzujeme tři na sobě nezávislé ustálené stavy dle vztahu Úloha Určete, při jaké venkovní teplotě vzduchu se bez motoru roztočí ventilátor v koupelně ve.np, jestliže k jeho roztočení (překonání odporu ložiska) postačí rychlost proudění vzduchu 0, m/s. entilátor průměru 00 mm je připojen do potrubí procházejícího přes stěnu. nitřní teplota je 1 C a vnitřní členění budovy nebrání volnému proudění vzduchu. Současně s rozdílem teplot působí vítr o rychlosti w = 7 km/h. Určete nejvyšší koncentraci C v domě za těchto podmínek, jestliže k e = 410 ppm. Nakonec určete, jak se podmínky změní, stoupne-li rychlost větru na dvojnásobek. L = 400,5.n; i = 1, m /s.m.pa 0,67. H =,6 m entilátor s mřížkou na sání ξ =, a žaluzií na výtlaku ξ =,8 kna s délkou spáry L br. 1 Šíření vzduchu budovou znázorněné v řezu Průtok vzduchu zjistíme z nutné rychlosti v potrubí s ventilátorem. Pro tuto rychlost určíme tlakovou ztrátu místními odpory u ventilátoru. 1 64

9 Z rovnice průtoku vzduchu infiltrací okny určíme potřebný tlakový spád. Tento přetlak musí zajistit přirozený vztlak v důsledku působení větru a rozdílu teplot. Návětrný součinitel lze uvažovat jak s účinkem tlaku na fasádu s oknem (A = 0,7), tak sání na fasádě s ventilátorem (A = - 0,), takže A = 1,0... Rychlost větru je známá, takže zbývá určit venkovní hustotu a z ní teplotu podle stavové (Clapeyronovy) rovnice (T termodynamická teplota) Zbývá určit koncentraci C, která se při těchto poměrech ustálí (jednotky: m, h, ppm.10-6 ) 65