VOLBA SYSTÉMŮ VZT a CHLAZENÍ

Transkript

1 VOLBA SYSTÉMŮ VZT a CHLAZENÍ Rozdělení systémů pro větrání, chlazení a topení: 1. Systém pomocí centrálních VZT jednotek (měrná tepelná kapacita vzduchu vs. měrná tepelná kapacity vody) 2. Vodní systémy 2.A. S kondenzací jednotky Fan-Coil 2.B. Bez kondenzace 2.B. I. Chladící stropy 2.B. II. Indukční jednotky, systémy voda -vzduch (Air-Water systém) 3. Chladivové systémy jednotky SPLIT, MULTI SPLIT, VRV systémy 4. Přirozené větrání Možností chlazení a topení administrativních budov je několik. Pro správnou volbu systému je zapotřebí zohlednit zda vybíráme systém pro novou budovu nebo pro rekonstruovanou budovu, pro jaké účely je budova stavěna, jak vysoký komfort má splňovat a zda budova má ambice být nízkoenergetickou stavbou s úsporou energie na provoz, či nikoliv. Parametry rozhodující při výběru varianty - Úspora provozní energie, co nejnižší provozní náklady - Nejnižší investiční náklady - Tepelná pohoda vnitřního prostoru distribuce tepelně upraveného vzduchu o Hladina vyzařovaného akustického výkonu v prostorech budovy od zařízení o Rychlosti proudění v pobytovém prostoru tj. ve výšce 1,8m nad podlahou o Teplotní gradient - Systém musí umožňovat variabilitu vnitřních příček - Dispoziční prostorové nároky ve strojovnách, v šachtách a v podhledech - Bezporuchovost, minimální náklady na údržbu - Životnost zařízení Add1) Systém pomocí centrálních VZT jednotek (teplovzdušné větrání a chlazení) Většinou se jedná o celkové větrání prostoru, centrální VZT jednotky zajišťují kompletní úpravu vzduchu. Distribuci vzduchu potom zajišťují koncové vzduchotechnické prvky. Průtok čerstvého, nebo čerstvého a cirkulačního vzduchu se stanoví většinou z výpočtu tepelné zátěže prostoru a dále volbou pracovního rozdílu teplot u distribučního elementu-viz vzorec níže. Z rovnice vyplývá, že velikost pokrytí tepelných zisků je přímo úměrné na velikosti průtoku vzduchu V a velikosti pracovního rozdílu teplot t. Aby centrální zařízení VZT nebyla zbytečně veliká je důležité navrhnout do systému správný distribuční prvek, který přenese co největší t. Doporučené pracovní rozdíly (chlazení) teplot pro jednotlivé prvky-viz.tabulka: Distribuční prvek Vyústka Difuzorové anemostat (např. TROX DLQ) Štěrbinová výusť (např. TROX VSD) Vířivý anemostat (např. TROX Airnamic) t: max 4K 10K 12K 12K Potřebný průtok je možno volit i jiným způsobem, např. dle počtu osob a dávky vzduchu pro osobu, nebo dle doporučených výměn v prostoru. Tyto způsoby jsou pouze informativní a měly by se kontrolovat výpočtem dle výskytu škodlivin (tzn. i tepelné zátěže). Použití Ing. Miroslav Klíma, Ing. Jan Černý 1

2 difuzorových, nebo vířivých prvků závisí jednak na zvoleném pracovním rozdílu, ale také na požadavku, týkající se dodržení komfortních podmínek v pracovní oblasti. Obecně platí, že při stejných podmínkách (pracovní rozdíl, průtok vzduchu, umístění anemostatu) se docílí při použití vířivých anemostatů menší rozdíly teplot v pracovní oblasti a menší rychlosti ve styku proudu (obvykle se hodnoty udávají ve výšce 1,8m od podlahy). Informativní výměny vzduchu-do ca 8 1/h obvykle stačí difuzorové anemostaty, nad 8 1/h se doporučuje použít vířivé anemostaty. Add2) Vodní systémy 2.A. Jednotky Fan-Coil FCU jednotky mohou pracovat s přívodem čerstvého vzduchu nebo nemusí (pouze cirkulace). FCU jednotky se skládají z připojovací komory, filtru, výměníku, a ventilátoru. Ventilátor musí být napájen profesí SILNOPROUD a ovládán systémem MaR. Každá FCU jednotka musí být napojena na odvod kondenzátu a to buď samospádem, nebo pomocí přečerpávacích čerpadel. Přečerpávací čerpadla musí být napájeny profesí SILNOPROUD. FCU jednotky jsou zdrojem hluku a častých závad (ventilátor, čerpadla, úkapy kondenzátu, apod). Nevýhodou je též skutečnost, že FCU jednotky nedisponují výrazným dispozičním tlakem. V případě, že na FCU jednotky se napojí i tlumiče hluku může nastat problém s distribucí vzduchu. Volba distribučních prvků je zásadní pro správnou funkci FCU. Výhodou FCU je oproti ostatním systémům větší chladící výkon. 2.B.I. Chladící stropy Chladící stropy (pasívní chladící zařízení bez přívodu primárního vzduchu) pracují s teplotou vstupní chladící vody nad rosným bodem, tudíž odpadá profese odvodu kondenzátu. V prostoru nejsou žádné točivé elementy. Do prostoru musí být samostatně přivedena hygienická dávka čerstvého vzduchu ze samostatného vzduchotechnického zařízení -(nelze zakomponovat do systému chladících stropů). Chlazené stropy mají menší chladící výkon, většinou chladící výkon přepočtený na plochu místnosti se pohybuje kolem 60W/m2 a jsou omezeny plochou stropu. Z toho pramení komplikace koordinace řešení stropů společně s osvětlením, sprinklery, vedení el. kabelů apod.. Podstatnou nevýhodou systému je poměrně vysoká setrvačnost, odezva vnitřní teploty na změnu vnější je dlouhá-systém využívá principu akumulace budovy.(problémy během přechodného období-topení+chlazení během dne). Dále je nutno při návrhu dbát na rozmístění chladících ploch vzhledem k pracovním místům-pod chladící plochou většinou nelze zachovat komfortní podmínky. Pasivní chladicí plochy se dodávají jako podvěšené panely pod stropní desku, nebo panely položené na konstrukci mezistropu, nebo plástve z umělé hmoty pod omítku. Různé provedení plochy panelu využívá principu sálání, nebo konvekce, nebo obojí (tvar lamel panelu). 2.B.II. Indukční jednotky Indukční jednotky, nebo aktivní chladící stropy, pracují s přívodem primárního (většinou čerstvého) vzduchu. Vstupní teplota chladící vody pro indukční jednotky s vodorovným výměníkem se musí pohybovat nad rosným bodem. U těchto indukčních jednotek tudíž odpadá profese odvodu kondenzátu. Indukční jednotky, které mají svislý výměník, obvykle mají možnost odvodu kondensátu a tedy mohou pracovat s teplotou pod rosným bodem. Jednotky zajišťují chlazení prostoru (dvoutrubkové výměník), ale i topení za použiti čtyřtrubkového výměníku. Jednotky nemají žádné točivé elementy. Jednotka zároveň přivádí do prostoru čerstvý vzduch, obvykle je snaha, aby průtok primárního čerstvého vzduchu (hygienická dávka čerstvého vzduchu na osobu) odpovídal požadovanému chladicímu výkonu. Chladící výkony u indukčních jednotek se pohybují většinou v rozmezí W/m2. Indukční jednotky mají funkci distribučního elementu-tomu odpovídá tvar výstupní štěrbiny jednotky, a mohou mít navíc v sobě integrovaný odsávací prvek, odpadá pak jakýkoliv jiný distribuční prvek v místnosti. Jednotky pracují pouze s citelným teplem, což znamená Ing. Miroslav Klíma, Ing. Jan Černý 2

3 úsporu cca 1/3 velikosti zdroje chladu. Z toho pramení výrazné investiční a provozní úspory. Dále tento systém šetří investice v profesích ODVOD KONDENZÁTU (ta odpadá) a SILNOPROUDU (žádné napájení točivých elementů jako jsou ventilátory a čerpadla). Vzhledem k absenci točivých elementů jako jsou ventilátory a čerpadla, indukční jednotky vyžadují minimální náklady na údržbu a navíc mají vysokou bezporuchovou životnost. Odpadají problémy s hlučností, komfort je zajištěn odpovídající distribucí vzduchu. Z důvodu zajištění bezkondenzačního provozu je nutno klást důraz na úpravu primárního vzduchu v klimatizační jednotce-odvlhčení (rychlost vzduchu na výměníku chlazení). Pasivní indukční jednotky pracují bez přívodu primárního vzduchu. Jednotky jsou pouze pro chlazení. Pasivní indukční jednotka se sestává pouze z výměníku a chlazený vzduch klesá kolmo dolů. Princip a typy aktivních indukčních jednotek: - Stropní indukční jednotky do podhledů Klasické provedení indukční jednotky s ležatým výměníkem. Většinou připojení primárního vzduchu je stranové, sání vzduchu z prostoru je spodní částí jednotky-většinou děrovanou plochou. Integrované trysky primárního vzduchu zajišťují indukci vzduchu z prostoru. Indukovaný vzduch je veden na výměník jednotky. Většina dodavatelů indukčních jednotek značí poměr mezi celkovým průtokem vzduchu a průtokem primárního vzduchu jako indukční poměr. Indukční poměr v závislosti na velikosti trysek se pohybuje většinou mezi hodnotou Stropní přiznané indukční jednotky Jednotky jsou volně zavěšené, tvar jednotek je možno částečně upravit dle požadavku architekta. Jednotky většinou mají menší chladící výkon, než zabudované, je to dáno konstrukcí komory s tryskami primárního vzduchu. Speciální provedení těchto jednotek může mít integrované osvětlení, požární hlásiče, reproduktory apod. Z hlediska ceny jsou dle vybavení jednotek daleko dražší, než klasické jednotky do podhledu. Většinou nemají odvod kondensátu, mají vodorovný výměník tepla. Obvykle vstup primárního vzduchu je z čelní části jednotky. Ing. Miroslav Klíma, Ing. Jan Černý 3

4 - Indukční jednotky hotelového typu Jednotky mají tvar FCU, výstup vzduchu vodorovný, sání vzduchu z prostoru ve spodní části. Většinou se používají pro větrání hotelových pokojů, ale je možno použít i pro jiné účely (kanceláře). Velikost, technické parametry odpovídají požadavkům na větrání pokojů. Výhoda je minimální hlučnost, zajištění přívodu čerstvého vzduchu včetně chlazení a topení a bezporuchový provoz. Provoz jednotky je možno navázat na využití hotelového pokojepožadavky na profese měření a regulace. - Parapetní indukční jednotky Parapetní indukční jednotky většinou využívají principu zaplavení pracovního místa upraveným vzduchem. Při provozu chlazení je teplota vzduchu z jednotky obvykle nižší o 2-5K oproti vzduchu v prostoru. Využívají tepelných vzestupných proudů vzduchu způsobených zdroji tepla (osoby, počítače a pod), tím se většinou odvod vzduchu u tohoto systému situuje u stropu (gradient teploty v prostoru). Jednotky mohou mít instalovanou kondenzační vanu a tím mohou pracovat i pod rosným bodem. Při volbě čtyřtrubkového výměníku-chlazení a topení-většinou jednotka při provozu topení má i statický výkon (provoz bez průtoku primárního vzduchu). Výměník tepla může být umístěn před, nebo za jednotkou, většinou dle požadavku architekta je provedeno opláštění jednotky. Většinou výstup chladného vzduchu je vodorovně, při provozu topení vertikálně. Při použití těchto jednotek je mimo jiné nutno kontrolovat teplotní a rychlostní poměry u pracovního místa-většinou se udávají hodnoty 100mm od podlahy v určité vzdálenosti od jednotky. Jednotky rovněž nemají žádné točivé elementy jako v předchozím případě. Ing. Miroslav Klíma, Ing. Jan Černý 4

5 - Podlahové indukční jednotky Podlahové indukční jednotky se ponejvíce umísťují v blízkosti fasády. V případě čtyřtrubkového výměníku (chlazení a topení) je výhoda v podílu statického topného výkonu, když jednotka nepracuje s primárním vzduchem. Při návrhu je nutno vzít v úvahu vzdálenost jednotky od pracovního místa (kotníková teplota a rychlost vzduchu). Návrh indukčních jednotek: - Dle typu objektu a způsobu provozování (administrativní budova, hotel, bytový dům, laboratoře, nemocnice lůžkové části, vyšetřovny, apod..) - Dle technických vlastností objektu - tepelně izolační vlastnosti fasády a střechy, stínící součinitel, vnitřní vybavenost místností apod. - Dle požadavku investora na variabilitu příček v prostoru - Dle minimální dávky čerstvého vzduchu, výsledné hodnoty tepelných zisků na 1m2 (chladicí výkon jednotky). Ing. Miroslav Klíma, Ing. Jan Černý 5

6 Návrh indukčních jednotek závisí na požadavcích na: -průtok primárního vzduchu -chladící/topný výkon -akustický výkon jednotky -tlakové ztráty na straně vzduchu a vody -zajištění požadované rychlosti mezi jednotkami ve výšce 1,8m od podlahy Příklad návrhu indukční jednotky pro konkrétní data: Návrh je možno provést dle technických listů jednotlivých typů jednotek. Snazší je použití návrhového programu TROX EPF 2.2.2, kde je možno jednoduše měnit veškeré parametry a jednotku optimalizovat ve všech parametrech. Princip návrhu jednotek, co se týče parametrů rychlosti vzduchu a rozdílu teplot je obdobný, jako návrh distribučních prvků-viz výše uvedený obrázek. Zadání: Administrativní budova, kancelářský modul: 2,7m x 6m x 3m Plocha modulu: 16,2m2 Obsazenost: 8m2/osobu Počet osob pro modul: 2 osoby Minimální dávka čerstvého venkovního vzduchu: 37m3/h/osobu Celková citelná tepelná zátěž: 65W/m2 Tepelné zisky modulu: Qcit=1053W Max. tlaková ztráta na straně vzduchu: do 140 Pa Max. tlaková ztráta na straně vody: do 30 kpa Max. hladina akustického výkonu jednotky: do 40 db(a) Požadovaná teplota v prostoru léto: t R=24,5 C±1,5 C Požadovaná teplota v prostoru zima: t R=22 C Rychlost vzduchu ve styku proudů mezi jednotkami ve výšce 1,8m: v H1 0,20m/s (Nařízení vlády č.93/2012 Sb., kterým se mění NV č.361/2007 Sb., kterým se stanoví podmínky ochrany zdraví při práci ve znění NV č.68/2010 Sb.) Zvolené vstupní hodnoty: Teplota primárního vzduchu: tprim=17 C Teplota vstupní chladící vody: tvw=17 C Teplota vstupní topné vody: tvw=55 C Ing. Miroslav Klíma, Ing. Jan Černý 6

7 Výsledná data z návrhového programu: Velikost indukční jednotky DID632/DID642: L=1800mm, délka výměníku L N=1800mm Velikost trysek: M (indukční poměr pro trysky M je I 6,5) Maximální celkový chladící výkon při průtoku vody 300l/h výměníkem: Q ges=1056w Maximální chladící výkon na straně vody při průtoku vody 300l/h výměníkem: Q W=831W Tlaková ztráta indukční jednotky na straně vzduchu: p t=82pa Tlaková ztráta indukční jednotky na straně vody: p W=25,7kPa Hladina akustického výkonu: L WA=24dB(A) Rychlost vzduchu ve styku proudů mezi jednotkami ve výšce 1,8m: v H1=0,15m/s Ing. Miroslav Klíma, Ing. Jan Černý 7

8 Zobrazení úpravy vzduchu v h-x diagramu: Výpočet teploty vzduchu za chladičem indukční jednotky: Kontrola navlhčení v místnosti: Ing. Miroslav Klíma, Ing. Jan Černý 8

9 Ing. Miroslav Klíma, Ing. Jan Černý 9

10 Ochrana systému proti kondenzaci vzdušné vlhkosti na výměnících indukčních jednotek Jak bylo výše uvedeno, že systém s indukčními jednotkami pracuje s chladící vodou nad rosným bodem, může nastat situace, kdy na vstupních hrdlech výměníků dojde k rosení. Např. když systém pracuje v době, kdy jsou z nějakého důvodu otevřená okna objektu a venkovní vzduch má vysokou entalpii. To jsou stavy dusna před bouřkou, nebo stavy kdy venkovní vzduch je nasycen vodními párami po dešti a klimatizační jednotka pro úpravu primárního vzduchu není schopna patřičně odvlhčit venkovní vzduch. Rovněž tato situace může nastat, jsou-li ve vnitřním prostoru nadměrně zvýšeny zdroje vlhkosti, oproti hodnotám projektem předpokládaným (více osob, osoby s vlhkým oděvem apod.) Ochrana proti kondenzaci: - aktivní - pasivní Aktivní ochrana spočívá v úpravě chladící vody. Úprava chladící vody se provádí s časovým předstihem v závislosti na venkovní vlhkosti a teplotě nasávaného vzduchu do VZT jednotky připravující primární vzduch pro indukční jednotky a na sledování vlhkosti vzduchu v prostoru budovy. Pasivní ochranou je myšleno osazení kontaktů do oken a zavírání vstupu chladící vody do indukční jednotky, když jsou okna otevřená. Dále pak osazení vlhkostních čidel na vstupní potrubí výměníků indukčních jednotek, které je v proudu nasávaného sekundárního vzduchu z místnosti přes výměník do indukční jednotky. Při náznaku rosení, se opět uzavře regulační armatura na vstupu chladící vody. Add3) Chladivové systémy jednotky SPLIT, MULTI SPLIT, VRV systémy Vnitřní a venkovní jednotka je propojena chladivovým tepelně izolovaným potrubím. Na jednu venkovní kondenzační jednotku u SPLIT systému je možné napojit jednu až dvě vnitřní jednotky výparníky. U MULTI SPLIT systémů je možné napojit na jednu venkovní jednotku až 8 vnitřních jednotek. VRV systémy pracují se cca 40 vnitřními jednotkami napojených na jednu venkovní. Venkovní jednotka obsahuje: kompresor, ventilátor, kondenzátor Vnitřní jednotka obsahuje: výparník, ventilátor a filtr Vnitřní jednotky mohou být v provedení na stěnu nebo do podhledu jako kazety 600x600mm. Jako chladivo se používají dnes ekologicky nezávadné chladiva nepoškozující ozonovou vrstvu Země, nepodporující skleníkový efekt např.: R410A Nevýhodou SPLIT a MULTI SPLIT systémů je omezení vzdáleností vnitřní a venkovní jednotky dále pak hluk od vnitřních jednotek a omezená distribuce studeného vzduchu ve vnitřním prostoru. Vnitřní jednotky musí být napojeny na odvod kondenzátu. Chladivové systémy mohou v zimním období i topit. Topný výkon těchto systémů je však omezen velikostí venkovních jednotek a venkovní teplotou. Chladivové systémy nezajišťují větrání přívod hygienického minima tepelně upraveného venkovního vzduchu. V objektu musí být větrání zajištěno jiným způsobem, popř. jiným separátním VZT zařízením. Ing. Miroslav Klíma, Ing. Jan Černý 10