České vysoké učení technické v Praze Fakulta stavební ESB 2 Distribuce a proudění vzduchu v interiéru Ing. Daniel Adamovský, Ph.D. Katedra technických zařízení budov Fakulta stavební, ČVUT v Praze
Obsah prezentace Základní problematika Základní tvary proudů vzduchu Volné proudění Proudění v omezeném prostoru Základní systémy distribuce vzduchu Stručný přehled distribučních prvků
Základní problematika Proudění vzduchu v prostoru je výslednicí: Silových setrvačných účinků Gravitačních a vztlakových sil Rozdílu tlaků (výjimečně) č Další důležité vlivy Geometrie prostoru Pohyb lidí, techniky aj. Základní parametry pro popis proudění Geometrie proudění Teplota proudění
Základní pojmy: Základní problematika Izotermní zatopený proud: Proud, který má stejné fyzikální vlastnosti jako vzduch v prostoru. Zejména shodnou teplotu. Neizotermní proud: Proud vzduchu o rozdílné teplotě proti vzduchu v prostoru. Na proud působí vedle setrvačných sil i gravitační a vztlakové síly Konvektivní proud: Proud vzduchu (obvykle lokální) šířený výhradně účinky vztlakových nebo gravitačních sil
Základní pojmy: Základní problematika Primární proud: Proud vzduchu tvořený přiváděným a strženým vzduchem z prostoru šíří se vlivem setrvačných sil Sekundární proud: Druhotný proud vzduchu vyvolaný silami primárního proudu Volný proud: Proud vzduchu šířící se neohraničeným prostorem Omezený proud: Proud, který je ovlivňován (brzděn) zpětným prouděním kolem primárního proudu Dosah proudu: Vzdálenost od roviny otvoru po oblast, kde rychlost vzduchu klesne pod určitou hodnotu (obvykle kolem 0,5 m/s)
Základní tvary proudů vzduchu Radiální proud proud s úhlem proudu výstupního vzduchu cca 180 čistě podstropní proud přívod chladného vzduchu, teplovzdušné vytápění, vířivé vyústě, anemostaty, jednoúčelově tvarované deskové (panelové) difuzory. vhodné u budov s nižší světlou výškou cca do 4 m. Obrázek z Gebauer, Rubinová, Horká: Vzduchotechnika, ERA, 2005
Základní tvary proudů vzduchu Plochý ýp proud vzniká u čtyřhranných distribučních elementů - delší strana minimálně desetinásobkem délky strany kratší kompaktní lineární vyústě, vzduchotechnické vyústky a mřížky nebo dlouhé distribuční pásy z nich sestavené. Obrázek z Gebauer, Rubinová, Horká: Vzduchotechnika, ERA, 2005
Základní tvary proudů vzduchu Kuželový ýp proud větší prostory - úhel proudu výstupního vzduchu do 120 a větším dosahem proudu letištní haly, obchodní centra, skladovací prostory apod. nižší prostory - elementy s úhlem proudu výstupního vzduchu v rozmezí 120 až 180 s menším dosahem proudu. nastavitelné vířivé vyústě -běžné obchodní a administrativní prostory. Obrázky z Gebauer, Rubinová, Horká: Vzduchotechnika, ERA, 2005
Základní tvary proudů vzduchu Kompaktní proud hladký, dlouhý proud s co nejmenším počtem okrajových turbulencí a s minimální indukcí vzduchu. dýzy, trysky -kompaktní proud vzduchu lze využít pro přívod vzduchu na větší vzdálenost. ideální u velkých prostor - tovární a letištní haly, sportovní haly, obchodní centra, tělocvičny, plavecké bazény, sklady apod. Obrázek z Gebauer, Rubinová, Horká: Vzduchotechnika, ERA, 2005
Volné izotermické proudění Teplota přívodního vzduchu je stejná se vzduchem v prostoru Proud není omezen fyzickými překážkami Základní příklad distribuce vzduchu cíl řešení vyčíslení dosahu proudu, osové rychlosti a zejména rychlosti v pobytové zóně osob Osová rychlost důležité je vyjádření jejího poklesu se vzdáleností a velikostí počáteční rychlosti Jádro proudu osová rychlost rovná výtokové rychlosti Rychlostní profil -v přechodné oblasti se vytváří ustálený rychlostní profil automodelní vůči geometrickým poměrům ve vyústce Dosah proudu výpočet v závislosti na K A konstanta vyústného otvoru Šířka proudu obtížně stanovitelné nutné určité zjednodušení pro typ vyústky Pokles rychlosti je nepřímouměrný vzdálenosti
Volné neizotermní proudění Rozdílná teplota mezi přiváděným proudem a vzduchem v prostoru Rozdíl teplot deformace proudu na základě výslednice gravitačních a setrvačných sil vertikální ohyb proudu Klasifikace pomocí tzv. Archimédova kritéria vyjadřuje poměr vztlakových a setrvačných sil ve vyústi ve vzdálenosti x od vyústky ve vyústce K T - konstanta vyústi, charakterizující vyrovnání teplot v ose proudu K A - konstanta vyústi,vyjadřující pokles rychlosti Ar 0,001 mírně neizotermní proud (řešitelné jako izotermní) Ar > 0,01 značně neizotermní proudy 1 značně neizotermní proud t 1 >> t i 2 mírně neizotermní proud t 2 t i 3 značně neizotermní proud t 3 << t i t 0, w 0 t i
Proudění vzduchu v omezeném prostoru Volný ýp proud lze předpokládat pouze v případě, že rozměry otvoru jsou značně menší než rozměry prostoru proud vzduchu nesmí být omezen žádnou překážkou či ovlivněn blízkým povrchem průmyslové ů haly, stáje, shromažďovací sály a haly Obrázek z Gebauer, Rubinová, Horká: Vzduchotechnika, ERA, 2005
Proudění vzduchu v omezeném prostoru Poloohraničený proud vyskytuje se při vyústění vzduchu v blízkosti povrchů stěn, nebo stropů Coanda efekt: při výstupu proudu vzduchu dojde k jeho přilepení ke stropu a prodloužení dosahu proudu (až o 1/3) je důsledkem podtlaku mezi horní částí proudu vzduchu a stropem, který vzniká vlivem rozdílné indukce sekundárního vzduchu od primárního proudu v jeho spodní a horní části. (nemusí vznikat pouze u stropu, ale i např. v rohu svislých stěn) vliv na vznik coanda efektu má vzdálenost distribučních elementů od stropu (stěn), jejich tvar a nasměrování, dále pak hladkost povrchu a umístění např. svítidel a pod.
Proudění vzduchu v omezeném prostoru Ohraničený ýp proud typický pro interní mikroklima místností se vzduchotechnikou vliv zpětných proudů vzájemné působení proudů vzduchu výpočty a posouzení možné pouze na zjednodušených případech, nebo použití simulačních nástrojů kategorie CFD (Computational Fluid Dynamics) Obrázek z Gebauer, Rubinová, Horká: Vzduchotechnika, ERA, 2005 Obrázek z Chyský, Hemzal: Větrání a klimatizace, Bolit, 1993
Posouzení proudění vzduchu v místnosti Jeden ze základních faktorů interního mikroklimatu Charakter proudění vzduchu je v zásadě určen: Výstupní rychlostí vzduchu z přívodního prvku Teplotou přiváděného vzduchu Rozmístěním přívodních prvků, vzdálenost a směřování proudu vzduchu do pobytové oblasti lidí Volba typu proudění závisí na: Vystavení pobytové oblasti lidí plné propláchnutí, zamezení průvanu Víření prachových částic Redistribuce škodlivin v prostoru od zdroje Jednou navržený obraz proudění vzduchu v místnosti se velmi obtížně napravuje změny potrubí, distribučních prvků, aj.
Posouzení proudění vzduchu v místnosti Přípustné mikroklimatické podmínky pro pracovní prostředí NV 361/2007 Sb., kterým se stanoví podmínky ochrany zdraví při práci Rychlost vzduchu v pobytové oblasti lidí Práce převážně v sedě Práce s lehkou manuální prací rukou Práce ve stoje s trvalým zapojením obou rukou
Systémy distribuce vzduchu Směšování míšení vnitřního vzduchu s proudy přiváděného vzduchu (vytváří se turbulentní proudění), rychlost přívodního proudu vzduchu 2-6 m.s -1 teplotní rozdíl vzhledem k teplotě vzduchu v interiéru vyšší než 4 K nejčastější způsob distribuce vzduchu, obdélníkové vyústky, anemostaty, vířivé anemostaty, dýzy, štěrbiny čerstvý t ý vzduch se velice rychle znečišťuje s okolním vzduchem, nelze přivádět čistý vzduch do konkrétního místa nevhodné pro velké prostory vždy nutno větrat celý objem místnosti - velké objemy vzduchu, - cena zařízení, -vysoké nároky na energie
Systémy distribuce vzduchu Vytěsňování přiváděný vzduch vytlačuje pístovým způsobem znečištěný vzduch z místnosti. vytváří se laminární proudění v čistých prostorách, kdy je přívod realizován celou plochou stropu, nebo některou ze stěn místnosti. odvod vzduchu je pak uskutečňován podlahou resp. protilehlou stěnou.
Systémy distribuce vzduchu Zaplavování vzduch se do pracovní oblasti přivádí malou rychlostí (do 0,5 m.s-1), prakticky nevzniká cirkulace vzduchu v místnosti, vzduch se v prostoru pohybuje vlivem tepelné konvekce vznikající kolem zdrojů tepla (osoby, el. vybavení, technologie), zpravidla velkoplošnou vyústí umístěnou u podlahy, Ohřátý vzduch stoupá vzhůru ke stropu, kde se většinou i odsává. použití jen pro chlazení, neboť přiváděný vzduch musí být teplotně stabilizován u podlahy (držen u podlahy vztlakovými silami). přiváděný vzduch je zpravidla o 1 až 3 K chladnější, než vzduch nad pracovní zónou a ohřívá se od zdroje tepla v pracovní oblasti. distribuce vzduchu - velkoplošné vyústky.
Distribuční prvky
Distribuční prvky Prvky yp pro směšovací proudění s kruhovým nebo plochým proudem a výraznou turbulencí - Žaluziové vyústky -Vyústku tvoří obdélníkový rám ve kterém je upevněna jedna řada listů (jednořadá), nebo dvě řady listů (dvouřadá). Přední řada listů je vodorovná, shodná s delším rozměrem vyústky. Zadní řada listů je svislá. Všechny listy vyústek jsou otočné (naklápěcí). - Štěrbinová vyústka - Sestavena z přívodní komory a čelní desky. V čelní desce je podélně osazena řadou pevných nebo stavitelných lamel. - Přívodní komora je vybavena kruhovým připojovacím hrdlem s možností regulace průtoku vzduchu pomocí klapky. - Možnost sestavování štěrbin do řad za sebou a vytváření souvislých pásů přívodu vzduchu.
Distribuční prvky Prvky yp pro směšovací proudění pro velké průtoky vzduchu Velkoobjemové vyústě Sestaveny z pevné a pohyblivé části umožňující regulovat směr proudu vzduchu axiálním nebo radiálním směrem přívod vzduchu při vytápění přívod vzduchu při chlazení projekční podklady firmy Schako
Distribuční prvky Prvky yp pro směšovací proudění s velkým dosahem Trysky a dýzy vytváří kompaktní proud vzduchu s dalekým dosahem používaný pro rozlehlé, vysoké místnosti divadla, haly, koncertní sály vysoká počáteční rychlost vzduchu důležité jsou hlukové parametry nepoužívají se pro přímý ýp přívod vzduchu do pobytové zóny lidí použití samostatné nebo seskupené do sestav
Distribuční prvky Prvky yp pro směšovací proudění s radiálním proudem Talířové ventily Talířové ventily jsou velmi jednoduchým distribučním prvkem použitelným pro odvod i přívod vzduchu. Avšak jejich nejčastější využití nalezneme v malých systémech bytového větrání a odvodu vzduchu z hygienických místností. Obvykle je lze navrhnout na objemové průtoky vzduchu do 250 m 3 /h.
Distribuční prvky Prvky yp pro směšovací proudění s radiálním proudem Anemostaty Používají se v místnostech s výškou cca 2,6 5 m a jsou vhodné pro přívod i odvod vzduchu. Anemostaty mají čelní výtokové plochy z pevných profilových lamel vodorovně uspořádaných a dělí se na základní typy podle tvaru proudu vzduchu na radiální s proudem vzduchu kolmém na osu anemostatu a axiální s proudem vzduchu směřovaným v ose anemostatu. Jsou vhodné pro osazení do integrovaných stropů ů a podhledů, dů mohou se umístit i volně pod stropem. Požadovaný objemový průtok se nastaví regulačním zařízením, které může být předřazeno před výtokový tvar. Anemostaty jsou distribuční prvky používané převážně v komfortních systémech a navrhují se na vyšší průtoky než předchozí typy. Obvykle se navrhují na průtoky od 400 do 3000 m 3 /h.
Prvky yp pro zaplavovací větrání Velkoplošné výustě Distribuční prvky Prostorové (válcové), stěnové (půl válcové) nebo rohové (čtvrt válcové) Určeny k postavení na podlahu s horním nebo dolním přívodem vzduchu. Mohou být také umístěny na strop nebo na stěnu těsně nad pracovní oblast, kam z nich proudí přiváděný vzduch. Vzduch z výusti vystupuje rovnoměrně celým povrchem pláště. Doporučená výstupní rychlost je 0,3 až 0,5 m/s vhodné pro použití v průmyslových provozech, sportovních a kulturních zařízeních, učebnách škol, obchodech a podobně. Jejich výhodou je minimální úroveň hladiny hluku vystupujícího vzduchu, snadná a nenáročná údržba, velký výběr velikostí a provedení. použití výhradně pro chlazení
Distribuční prvky Prvky yp pro vytěsňovací proudění s laminárním výtokem vzduchu Laminární stropy velkoplošné výustě používané převážně pro čisté provozy laminarizátor tkanina předsazená před výusť pro zajištění laminárního proudění distribuce vzduchu při nízkých rychlostech (0,2 0,3 m/s) s minimální turbulencí do 4 % (okraje proudu, spoje laminarizátoru) obsahují vysoce účinné filtry distribuce vzduchu je velmi citlivá na teplotní rozdíly mezi přiváděným vzduchem a vzduchem v prostoru nepoužívá se pro vytápění
Děkuji za pozornost Daniel Adamovský ČVUT Fsv, katedra TZB email: daniel.adamovsky@fsv.cvut.cz