VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ FAKULTA STAVEBNÍ JIŘÍ HIRŠ, GÜNTER GEBAUER TZB - VZDUCHOTECHNIKA MODUL BT02-06 SOUČÁSTI VZDUCHOTECHNICKÝCH SYSTÉMŮ STUDIJNÍ OPORY PRO STUDIJNÍ PROGRAMY S KOMBINOVANOU FORMOU STUDIA
TZB-Vzduchotechnika, modul BT02-06, součástí vzduchotechnických systémů Ing. Günter Gebauer, CSc., Brno 2005-2 (16) -
Obsah OBSAH 1 Úvod...5 1.1 Cíle...5 1.2 Požadované znalosti...5 1.3 Doba potřebná ke studiu...5 1.4 Klíčová slova...5 2 Součástí vzduchotechnických systémů...7 2.1 Základní pojmy...7 2.2 Koncové části vzduchotechnických systémů...7 2.2.1 Typické distribuční prvky vnitřní a jejich charakteristika...8 2.2.2 Návrh distribučních komponentů...10 2.2.3 Inteligentní koncový prvek...10 2.2.4 Typické distribuční prvky vnější a jejich charakteristika...11 2.3 Ventilátory...11 2.3.1 Radiální ventilátory...11 2.4 Vzduchotechnické jednotky...13 2.5 Vzduchotechnické výměníky...14 2.6 Filtry atmosférického vzduchu...14 2.7 Vzduchotechnické potrubí...14 2.8 Kontrolní otázky...15 3 Závěr...15 3.1 Shrnutí...15 3.2 Studijní prameny...15 3.2.1 Seznam použité literatury...15 3.2.2 Seznam doplňkové studijní literatury...15 3.2.3 Odkazy na další studijní zdroje a prameny...16-3 (16) -
Úvod 1 Úvod 1.1 Cíle Vzduchotechnické systémy tvoří široké spektrum komponentů úpravy vzduchu a jeho dopravy. Cílem modulu je poskytnout čtenáři přehled o základních elementech vzduhotechnických systém a jejich návrhu. 1.2 Požadované znalosti Základní poznatky ze stavební fyziky. 1.3 Doba potřebná ke studiu Potřebná doba 2 hodiny. 1.4 Klíčová slova Koncové prvky, vzduchotechnické jednotky, ventilátor, ohřívač, chladič, filtr - 5 (16) -
Závěr 2 Součástí vzduchotechnických systémů 2.1 Základní pojmy Vzduchotechnický systémy je souborem dílčích komponentů, které jako celek plní funkce spojené s tvorbou interního mikroklimatu budov a místností. Součástí vzduchotechnických systémů tvoří řada prvků a funkční zařízení zajišťující, jak mechanickou a tepelně vlhkostní úpravu, tak distribuci vzduchu do prostoru, ve kterém se má zajistit mikroklima. Schéma typického vzduchotechnického systému je na obr. 1. KP Po ZUV M 1 DP 1, t p1 V z, t i V V c, t i M 2 Po 2, t p2, t p KP ZUV V e, t e DP KP Obr. 1 Schéma skladby vzduchotechnického systému Primární vzduchotechnický systém tvoří částí: Po ZUV - zařízení úpravy vzduchu V - ventilátor DP - distribuční prvek KP - koncový prvek Po - potrubí M - interní mikroklima V - objemový průtok vzduchu t - teplota p, e, i přívodní, vnější, vnitřní c, z cirkulační, odváděný koncové - distribuční komponenty, žaluzie, výfukové hlavice, atd., regulační - klapky, clony, redukční a směšovací skříně, apod., přenosové - potrubí, ventilátory, úpravy vzduchu - filtry, ohřívače, chladiče, zvlhčovače, sestavná zařízení, strojovny ochranné - tlumiče hluku a chvění, pomocné - závěsy, podpěry, pozední rámy, apod. 2.2 Koncové části vzduchotechnických systémů Koncové částí jsou komponenty napojené na vzduchotechnický systém v místech výtoku či saní vzduchu z volného vnitřního či vnějšího prostoru budovy. Schéma na obr. 2. - 7 (16) -
TZB-Vzduchotechnika, modul BT02-06, součástí vzduchotechnických systémů Vnitřní prvek distribuční v o t A v A L Vnější prvek sací 1800 v v v. L A, t Mikroklima zóna pobytu v Tab. 1 Klasifikace koncových částí Obr. 2 Schéma lokace koncových prvků Č. Kritérium Charakter a provedení Typické elementy 1 Proudění vzduchu laminární tzv. vytěsňovací, zaplavovací turbulentní tzn. směšovací, zřeďovací, difúzní kompaktní, proudové velkoplošné vyústě vyústky, anemostaty dýzy, trysky 2 Lokace vnější, vnitřní tzv. distribuční žaluzie, vyústě 3 Tvar čtyřhranné, kruhové, štěrbinové štěrbiny, vyústě, dýzy 4 Materiál kov, plasty, kombinace materiálů blíže EKV výrobců 5 Provedení průmyslové, komfortní blíže EKV výrobců 6 Povrchová nátěr, eloxování, pokovování, izolace blíže EKV výrobců úprava 7 Situování, svislé, vodorovné, strop, stěna, podlaha blíže EKV výrobců osazení 8 Regulace průtoku vzduchu M, směru S výstupního proudu klasická VZT 9 Úprava vzduchu bez úpravy BU, filtrace F, tepelná úprava - ohřev O, chlazení CH IJ, FC,inteligentní systémy VZT 2.2.1 Typické distribuční prvky vnitřní a jejich charakteristika Typické prvky osazené v místností tvoří níže uvedené komponenty Anemostat - obdélníkový či kruhový prvek přívodu vzduchu s radiálním, vířivým či kompaktním výstupným proudem Anemostat vířivý prvek přívodu vzduchu s radiálním výstupním proudem Vyústka event. výusť - součást, kterou je ukončen přívod či odvod vzduchu v místnosti, jenž umožňuje regulaci průtoku a směru proudění vystupujícího vzduchu Vyústka indukční - přívodní element pro přívod vzduchu využívající přívodního tzv. primárního vzduchu k indukcí vzduchu sekundárního tzn. ze vzduchotechnikou formovaného prostoru Vyústka stropní, podlahová, stěnová - vyústka určená k osazení do stropu podlahy či stěny Vyústka štěrbinová - obdélníková vyústka s poměrem stran větším než 10 Vyústka obdélníková mřížková - obdélníková vyústka s jednou či dvěma řadami pevných či otočných stavitelných listů - 8 (16) -
Závěr Vyústka velkoplošná - vyústka s výdechovou plochou překrytou nebo tvořenou děrovaným panelem Vyústka zdrojová - vyústka k přívodu vzduchu malými rychlosti do prostoru pobytu osob zpravidla do oblasti u podlahy a chladnějšího do 3 K než je teplota okolí Tab. 2 Schématický přehled koncových prvků 1 Prvek Schéma Idealizované obrazy proudění Vyústky 1 řadé, 2 řadé stropní stěnové podlahové jednořadé 1Ř dvouřadé 2Ř Oblast pobytu Vyústky velkoplošné Vyústky vířivé S pevnými lamelami s vířivým výtokem vzduchu Vyústky šterbinové Anemostaty vířivé, dralové Anemostat vířivý Dýzy Ventil talířový - 9 (16) -
TZB-Vzduchotechnika, modul BT02-06, součástí vzduchotechnických systémů 2.2.2 Návrh distribučních komponentů a. Charakter úlohy - prostorová časové dynamická problematika. b. Cíl návrhu - optimální obrazy proudění vzduchu vyhovující hygienickým, technologickým, fyzikálním, ekonomickým i architektonickým (estetickým) faktorům pro prostor či místnost a její exploataci. c. Výstup řešení - typ, velikost a situování distribučních komponentů. d. Kritéria hodnocení návrhu - dosah proudu, rychlost (0,25 m/s) a teplota v pobytové oblasti, akustika složka interního mikroklimatu. e. Metody řešení - teoretické - problematika řešitelná pro idealizaci, výchozí je teorie mechaniky kontinua, - modelování - experimentální časové náročné, numerické simulační VT, - praktické tzn. projekční umožňující podstatně zjednodušující návrh, - využití výpočetních programů. f. Postup návrhu specifikace výchozích hodnot, zejména stavu interního mikroklimatu tzn. teplot, rychlosti proudění vzduchu, akustická hlediska průtok přívodního a odvodního vzduchu geometrie místnosti architektonické řešení a požadavky technologické požadavky volba obrazu proudění a typu koncových distribučních prvků (DP) předběžný návrh - počet, situování a rozteč DP posouzení návrhu včetně akustických poměrů DP Podrobný přehled distribučních prvků s metodikou návrhu uvádí výrobci na svých webovských stránkách a [1], [2], [3]. 2.2.3 Inteligentní koncový prvek Do skupiny inteligentních koncových prvků lze zařadit zejména fancoily, indukční jednotky. Indukční jednotka tvoří koncový prvek uvedených systémů. Svým provedením umožňuje napojení na primární vzduch, přisávání sekundárního vzduchu (oběhový vzduch z místnosti), jeho tepelnou r, t pr 3 1 V s, t i, t p 2 Legenda 1 - Ohřívač 2 Chladič 3 Klapky V objemový průtok t - teplota vzduchu indexy veličin i - vnitřní pr - primární s - sekundární p - přívodní - 10 (16) -
Závěr úpravu a výdech směsi vzduchu do klimatizované místností. Jednotky jsou konstruovány jako parapetní nebo podstropní. Tvoří je ocelová skříň, tlaková komora s tryskami k dosažení injekčního efektu jeden či dva výměníky a klapky. Fancoil je specifikován na webovských výrobců stránkách a uvádí [1], [2]. 2.2.4 Typické distribuční prvky vnější a jejich charakteristika Prvky tvoří součástí zařízení sání venkovního vzduchu a výdechu odvodního vzduchu. Typickými jsou protidešťové žaluzie, výfukové hlavice. Přehled a návrh uvádí [1], [2], [3]. 2.3 Ventilátory Ventilátory jsou lopatkové stroje sloužící dopravě či přenosu vzduchu tím, že předávají vzduchu mechanickou energii. Lze je klasifikovat podle různých hledisek. Základní třídění je v tab. 3. Ventilátory jsou primárním výkonným prvkem všech systémů s nuceným pohybem vzduchu. Největší uplatnění ve vzduchotechnice mají radiální a axiální ventilátory. Tab. 3 Klasifikace ventilátorů Kritérium Druh ventilátoru Směr průtoku axiální diagonální radiální diametrální Celkový tlak nízkotlaký do 1 kpa Středotlaký 1 až 3 kpa vysokotlaký nad 3 kpa Spojení napřímo na spojku s převodem s pohonem Pohon elektrický pneumatický spalovací motor Poloha osy horizontální vertikální Počet stupňů jednostupňový 2.3.1 Radiální ventilátory souběžný vícestupňový protiběžný Radiální ventilátory se vyznačují vstupem vzduchu do oběžného kola rovnoběžným s osou rotace a kolmým výstupem z oběžného kola. Ventilátory tvoří spirální skříní, oběžné kolo a nosná konstrukce. Vyrábí se v provedení jako Polohy spirálních skříní 1L 3L 4L 6L Radiální ventilátor v sestavné jednotce Tlumicí vložka 2P 4P 3P 5P Ventilátorová komora - 11 (16) -
TZB-Vzduchotechnika, modul BT02-06, součástí vzduchotechnických systémů jednostranně a oboustranně sací s různými polohami spirální skříně a spojení s motorem dle tab. 3. Schéma provedení Provedení na řemen Jednostranně sací Oboustraně sací Provedení na přímo 1 1 3 2 3 6 4 7 1 6 5 2 4 3 7 Legenda 1 - Spirální skříň 2 - Elektromotor 3 - Kryt řemenice 4 - Rám 5 - Tlumicí vložka na sání 6 - Tlumicí vložka na výtlaku 7 - Pružné uložení 2 2 6 Obr. 3 Schéma radiálních ventilátorů Aktuálními jsou potrubní tzv. kanálové ventilátory. Jsou prostorově výhodnou modifikací radiálních ventilátorů umožňující přímé osazení do vodorovného event. i svislého potrubí. Schéma základního provedení je na obr. 4. 2 H 1 2 B Legenda A 3 1 D Radiální ventilátor do kruhového potrubí 1 - Skříň 2 - Lopatkové kolo 3 - Spirální skříň Kanálový ventilátor do čtyřhranného potrubí Obr. 4 Schéma potrubních ventilátorů - 12 (16) -
Závěr Návrh ventilátoru výchozí je průtok vzduchu a tlakový výkon. K návrhu se užívají pracovní diagramu. Příklad návrhu je na obr. 5. Blíže [1], [2], [3]. Ventilátor Typ Akustický výkon Účinnost η p n p Počet otáček n P n P Pracovní bod Pracovní charakteristika Tlakový výkon Výkonnostní pole N Výkon motoru Průtok vzduchu Obr. 5 Pracovní diagram ventilátoru V 2.4 Vzduchotechnické jednotky Jednotky tvoří základní funkční prvky pro tepelně vlhkostní úpravu vzduchu jeho filtraci a dopravu. Vyrábí se v široké škále sestav, provedení a výkonu. Výchozí hodnotou návrhu je průtok vzduchu a telený výkon. Klimatizační jednotky řady H Patrové provedení Základní provedení V c OK OK CK VK FK V e KK VhK FK VK VoK FK ZK OK CK VK Obr. 6 Příklady sestavné vzduchotechnické jednotky - 13 (16) -
TZB-Vzduchotechnika, modul BT02-06, součástí vzduchotechnických systémů Horizontální provedení Podstropní provedení Vertikální provedení Obr. 7 Příklady osazeni jednotek Další údaje uvádí výrobci na webovských stránkách i literatura [1], [2], [3] 2.5 Vzduchotechnické výměníky Výměníky tvoří zásadní prvky tepelně vlhkostní úpravy vzduchu. Tvoří je ohřívače, chladiče, zvlhčovače vzduchu. Klasifikace, provedení, návrh a osazení je uveden v literatuře [1], [2], [3]. 2.6 Filtry atmosférického vzduchu Úkolem je filtrace atmosférického vzduchu. Klasifikace, provedení, návrh a osazení filtrů je uveden v literatuře [1], [2], [3]. 2.7 Vzduchotechnické potrubí Klasifikace, provedení, materiály a uložení potrubí je uveden v literatuře [1], [2], [3]. - 14 (16) -
Závěr 2.8 Kontrolní otázky Klasifikace součástí vzduchotechnických systémů Distribuční prvky a jejich návrh Ventilátory a jejich návrh Filtry atmosférického vzduchu, klasifikace osazení a návrh Vzduchotechnické výměníky a jejich návrh Vzduchotechnické potrubí a jeho návrh Vzduchotechnické jednotky, klasifikace a návrh 3 Závěr 3.1 Shrnutí Modul poskytuje přehled a klasifikaci základních komponentů vzduchotechnických systémů. Z hlediska své funkce slouží vzduchotechnické součástí distribuci a dopravě vzduchu, jeho tepelně vlhkostní úpravě a filtraci. Návrh uvedených prvků vychází z fyzikální problematiky, která se pro praktickou aplikaci idealizuje do jednodušších formulí. Aktuálním jsou programová řešení umožňující jednoduchý návrh komponentu. 3.2 Studijní prameny 3.2.1 Seznam použité literatury [1] Gebauer, G., Rubinová, O., Horká H. Vzduchotechnika. Brno, ERA 2005 [2] Hirš, J., Gebauer, G., Rubinová O. Vzduchotechnika příklady a návrhy. Brno, Cerm 2006 [3] Chyský, J., Hemzal, K., a kol. Větrání a klimatizace. Bolit, Brno 1993 [4] Názvoslovný výkladový slovník z oborů techniky prostředí. Přílohy časopisu VVI 2001 a 2002 [5] ČSN 12 0000 Vzduchotechnická zařízení. Názvosloví [6] ČSN 12 7010 Vzduchotechnická zařízení. Navrhování větracích a klimatizačních zařízení. Všeobecná ustanovení [7] ČSN 73 0540 Tepelná ochrana budov 3.2.2 Seznam doplňkové studijní literatury [8] Chyský, J., Hemzal, K., a kol. Větrání a klimatizace. Brno, Bolit 1993-15 (16) -
TZB-Vzduchotechnika, modul BT02-06, součástí vzduchotechnických systémů [9] ČSN EN 13 142 Větrání budov - Součásti/výrobky pro větrání bytů - Požadované a volitelné výkonové veličiny 3.2.3 Odkazy na další studijní zdroje a prameny [10] www.tzbinfo.cz - 16 (16) -