VZDUCHOTECHNIKA. Prof. Ing. František Drkal, CSc. Ing. Miloš Lain, Ph.D. Ing. Jan Schwarzer, Ph.D. Ing. Vladimír Zmrhal, Ph.D.

VZDUCHOTECHNIKA Prof. Ing. František Drkal, CSc. Ing. Miloš Lain, Ph.D. Ing. Jan Schwarzer, Ph.D. Ing. Vladimír Zmrhal, Ph.D. Praha 2009 Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti

Jednotlivé kapitoly sepsali: Prof. Ing. František Drkal, CSc. - kapitoly 1, 2, 4, 5, 7, 8, 11, 14 a 15 Ing. Miloš Lain, Ph.D. - kapitoly 6 a 12 Ing. Jan Schwarzer, Ph.D. - kapitoly 9 a 13 Ing. Vladimír Zmrhal, Ph.D. - kapitoly 3 a 10

Obsah 1 Principy větrání a klimatizace... 7 1.1 Požadavky na větrání a klimatizaci... 7 1.2 Podklady pro návrh větracích a klimatizačních zařízení... 8 1.2.1 Parametry vnitřního prostředí... 8 1.2.2 Vnitřní zdroje tepla, vlhkosti, škodlivin... 9 1.2.3 Vlastnosti budovy... 9 1.2.4 Parametry venkovního prostředí... 10 1.3 Vnitřní tepelné a vlhkostní prostředí... 10 1.3.1 Fyziologické základy... 11 1.3.2 Tepelná rovnováha a tepelná pohoda... 12 1.3.3 Operativní teplota... 13 1.3.4 Ukazatele PMV, PPD... 14 1.3.5 Průvan... 15 1.3.6 Výsledná teplota... 15 1.3.7 Legislativní a normativní požadavky na tepelný a vlhkostní stav prostředí... 16 1.4 Kvalita ovzduší... 16 1.4.1 Vlastnosti škodlivin... 16 1.4.2 Zdroje znečišťování vnitřního ovzduší... 18 1.4.3 Účinky škodlivin... 18 1.4.4 Hodnocení znečištění vnitřního ovzduší... 19 1.5 Literatura... 19 2 Větrací a klimatizační systémy... 21 2.1 Větrací systémy... 21 2.1.1 Nucené větrání... 12 2.1.2 Přirozené větrání... 22 2.2 Klimatizační systémy... 23 2.2.1 Obecné pojmy... 23 2.2.2 Třídění klimatizačních systémů... 24 2.3 Literatura... 27 3 Tepelná zátěž a tepelné ztráty větraných a klimatizovaných prostorů... 28 3.1 Výchozí podklady... 28 3.2 Výpočet tepelné zátěže... 28 3.2.1 Základní výpočty... 29 3.2.2 Výpočet tepelných zisků z venkovního prostředí... 32 3.2.3 Výpočet tepelných zisků od vnitřních zdrojů tepla... 35 3.3 Tepelné ztráty... 36 3.3.1 Výpočet tepelných ztrát podle ČSN 060210 Fyzikální podstata výpočtu... 36 3.4 Simulační energetické modelování... 38 3.4.1 Energetický simulační software ESP-r... 38 3.4.2 Metoda zónové energetické simulace... 38 3.5 Literatura... 40 4 Vlhký vzduch... 41 4.1 Vlastnosti vlhkého vzduchu... 41 4.2 Mollierův diagram vlhkého vzduchu h-x... 43 4.3 Literatura... 46 5 Úpravy vzduchu... 47 5.1 Směšování... 47 5.2 Ohřev... 48 1

5.3 Chlazení... 48 5.4 Vlhčení párou, rozstřikováním vody... 49 5.5 Vlhčení ve sprchových pračkách... 50 5.6 Odvlhčování... 51 5.6.1 Odvlhčování chlazením vzduchu... 51 5.6.2 Odvlhčování adsorpcí... 52 5.7 Zpětné získávání tepla... 52 5.8 Změna stavu vzduchu ve ventilátoru, vzduchovodech a klimatizované místnosti.. 52 5.9 Literatura... 53 6 Zpětné získávání tepla ve větrání a klimatizaci... 54 6.1 Účinnost ZZT... 54 6.2 Výměníky ZZT ve větracích a klimatizačních zařízeních... 55 6.3 Úprava vzduchu při zpětném získávání tepla... 55 6.4 Deskové rekuperační výměníky ZZT... 56 6.4.1 Konstrukce a účinnosti... 57 6.4.2 Námraza... 58 6.4.3 Provoz zařízení... 58 6.4.4 Přenos vlhkosti... 58 6.5 Trubkové rekuperační výměníky ZZT... 58 6.5.1 Konstrukce a účinnosti... 58 6.6 Rotační regenerační výměníky... 59 6.6.1 Konstrukce a účinnosti... 59 6.6.2 Provoz zařízení... 60 6.7 Přepínací výměníky... 60 6.8 Systémy s kapalinovým okruhem... 60 6.8.1 Tepelné trubice... 61 6.9 Ekonomie, uplatnění ZZT... 61 6.10 Literatura... 62 7 Proudění vzduchu v prostoru... 63 7.1 Rozptýlení vzduchu... 63 7.1.1 Mísení... 63 7.1.2 Vytěsňování... 65 7.1.3 Zaplavování... 65 7.2 Obrazy proudění... 67 7.3 Literatura... 67 8 Vyústky pro přívod a odvod vzduchu... 68 8.1 Vyústky pro přívod vzduchu... 69 8.1.1 Volný izotermní zatopený proud... 69 8.1.2 Neizotermní proudění... 70 8.1.3 Příklady provedení výustí pro přívod vzduchu... 72 8.2 Vyústky pro odvod vzduchu... 72 8.2.1 Kruhový sací otvor... 72 8.3 Literatura... 74 9 Proudění vzduchu potrubím... 75 9.1 Vzduchovody... 75 9.2 Základní rovnice... 76 9.2.1 Rovnice kontinuity... 76 9.2.2 Energetická rovnice... 76 9.3 Charakter proudění vzduchu... 76 9.4 Tlakové ztráty... 77 2

9.4.1 Tlakové ztráty třením... 78 9.4.2 Tlakové ztráty místní... 80 9.5 Tlakové poměry v potrubí... 82 9.6 Metodika návrhu potrubní sítě... 83 9.6.1 Metoda rychlostí... 84 9.6.2 Metoda stálého tlakového spádu... 85 9.6.3 Metoda zisků statického tlaku... 85 9.7 Literatura... 86 10 Ventilátory... 87 10.1 Třídění ventilátorů... 87 10.1.1 Podle směru průtoku vzduchu... 87 10.1.2 Podle celkového dopravního tlaku... 89 10.1.3 Podle pohonu... 89 10.1.4 Podle použití... 89 10.2 Vlastnosti ventilátorů a jejich charakteristiky... 89 10.3 Charakteristiky ventilátorů... 90 10.4 Přepočet vlastností ventilátoru... 91 10.5 Ventilátor v potrubní síti... 91 10.5.1 Charakteristika potrubní sítě... 92 10.5.2 Paralelní řazení ventilátorů... 93 10.5.3 Sériové řazení ventilátorů... 93 10.6 Regulace ventilátorů... 94 10.6.1 Regulace škrcením... 94 10.6.2 Regulace změnou otáček... 95 10.6.3 Regulace natáčením lopatek... 95 10.7 Literatura... 95 11 Filtrace atmosférického vzduchu... 96 11.1 Odlučování znečišťujících látek ze vzduchu ve větrání a klimatizaci... 96 11.2 Filtry... 96 11.2.1 Principy a vlastnosti filtrů... 96 11.2.2 Filtry pro běžné větrání... 97 11.2.3 Vysoceúčinné filtry... 98 11.2.4 Konstrukce filtrů... 99 11.2.5 Aplikace filtrů... 99 11.3 Elektrofiltry... 100 11.4 Sorpční filtry... 100 11.5 Literatura... 101 12 Přirozené větrání... 102 12.1 Proudění vlivem rozdílných hustot... 102 12.1.1 Neutrální rovina... 102 12.2 Tlakový rozdíl vyvolaný účinky větru... 103 12.3 Metody přirozeného větrání... 103 12.3.1 Infiltrace... 103 12.3.2 Provětrávání... 104 12.3.3 Aerace... 104 12.3.4 Šachtové větrání... 104 12.3.5 Solární komíny... 104 12.4 Literatura... 105 13 Místní odsávání... 106 13.1 Požadavky na odsávací systémy... 106 3

13.2 Sací nástavce... 107 13.3 Odsávací systémy... 107 13.4 Literatura... 108 14 Celkové nucené větrání... 109 14.1 Průtok venkovního vzduchu... 109 14.1.1 Průtok venkovního vzduchu V E podle požadavků na čistotu vzduchu... 109 14.1.2 Průtok V E pro vyrovnání vzduchové bilance u odsávacích systémů... 111 14.1.3 Průtok V E podle požadavků na odvod tepelné zátěže... 112 14.2 Průtok oběhového vzduchu... 114 14.2.1 Kompenzace průtoku vzduchu odváděného odsávacími zařízeními... 114 14.2.2 Snížení pracovního rozdílu teplot... 115 14.3 Koncepce systémů nuceného větrání... 115 14.4 Větrání a vytápění v zimním období... 116 14.4.1 Kombinace větrání a vytápění, bez oběhového vzduchu... 116 14.4.2 Kombinace větrání a vytápění, s oběhovým vzduchem... 117 14.5 Větrání v letním období... 118 14.6 Literatura... 119 15 Vzduchový jednozónový klimatizační systém... 120 15.1 Určující parametry venkovního a vnitřního prostředí... 120 15.1.1 Parametry venkovního klimatu... 120 15.2 Tepelná zátěž, tepelná ztráta klimatizované místnosti... 121 15.3 Průtoky vzduchu... 122 15.3.1 Průtok venkovního (čerstvého) vzduchu... 122 15.3.2 Průtok přiváděného vzduchu stanovený z tepelné bilance místnosti... 122 15.3.3 Průtok přiváděného vzduchu klim. jednotkou, průtok oběhového vzduchu.. 123 15.4 Tepelný, chladicí a vlhčící výkon klimatizačního zařízení... 123 15.4.1 Letní provoz... 124 15.4.2 Zimní provoz... 126 15.5 Literatura... 127 Příloha 4.1... 131 Příloha 4.2... 131 Příloha 4.3... 132 4

Označení A amplituda kolísání teplot (K) C koncentrace (mg/m 3, ppm) H hybnost proudu (N) I intenzita sluneční radiace (W/m 2 ) intenzita větrání (1/h) M hmotnost (kg) hmotnostní průtok (kg/s) O objem (m 3 ) obvod (m) odlučivost (%) P výkon (W) Q teplo (J) tepelný tok (W) R tepelný odpor (m 2 K/W) S průřez, plocha (m 2 ) T termodynamická teplota (K) Tu intenzita turbulence (-) U součinitel prostupu tepla (W/m 2 K) V objemový průtok (m 3 /s) a rozměr (průměr) částice (µm) a,b délkový rozměr (m) c měrná tepelná kapacita (J/kg K) d průměr (m) f frekvence (Hz) g tíhové zrychlení (m/s 2 ) h měrná entalpie (J/kg s.v. ) výška (m) l skupenské teplo (J/kg) n otáčky (1/s, 1/min.) p tlak (Pa) p v parciální tlak vodních par (Pa) p vs parciální tlak sytých vodních par (Pa) q měrný tepelný tok (W/m 2 ) r měrná plynová konstanta (J/kg K) poloměr (m) t teplota ( C) w rychlost (m/s) x měrná vlhkost (kg/kg s.v., g/kg s.v. ) x,y délkový rozměr (m) Φ teplotní faktor (-) Ψ vlhkostní faktor (-) α součinitel přestupu tepla (W/m 2 K) úhel ( ) δ směr změny v h x diagramu (J/kg s.v.) ε relativní drsnost (-) ζ součinitel místní ztráty (-) η účinnost (-) θ faktor citelného tepla (-) úhel ( ) λ součinitel tření (-) µ dynamická viskozita (Pa s) ν kinematická viskozita (m 2 /s) ρ hustota (kg/m 3 ) τ čas (s,h) φ relativní vlhkost (%, -) 5

1 Principy větrání a klimatizace 1.1 Požadavky na větrání a klimatizaci Větráním a klimatizací se upravuje kvalita (čistota) ovzduší, tepelný a vlhkostní stav ovzduší (při použití chladicích ploch v klimatizaci obecněji i tepelný stav prostředí) v obytných, společenských, průmyslových budovách, dopravních prostředcích, technologických prostorech i zemědělských objektech. Prostory jsou zatěžovány produkcí látkových škodlivin (plynů, par, tuhých i kapalných částic), vlhkosti a tepelné energie ze zdrojů vnitřních (osoby, elektronická zařízení, osvětlení, technologická zařízení, elektromotory, pece, ustájená zvířata, biologické procesy v zemědělství aj.) i ze zdrojů venkovních (venkovní ovzduší, venkovní klima). Větrací zařízení slouží k přívodu čerstvého venkovního vzduchu do vnitřních prostorů budov a k odvodu vzduchu znehodnoceného přimísenými látkovými škodlivinami, případně produkovaným teplem. Přívod čerstvého venkovního vzduchu charakterizuje intenzita větrání I = V E /O (1/h), kde V E (m 3 /h) je průtok venkovního vzduchu, O (m 3 ) - vnitřní objem místnosti. Pozn.: Intenzitu větrání nelze zaměňovat za intenzitu výměny vzduchu (výměnu vzduchu), definovanou vztahem I P = V P /O (1/h), kde V P (m 3 /h) je průtok vzduchu přiváděného do větraného/klimatizovaného prostoru. Průtok přiváděného vzduchu V P zahrnuje, kromě průtoku venkovního vzduchu V E, i průtok oběhového vzduchu V Ob (pokud je použit), tj. V P = V E + V Ob, obr.1.1. Intenzita výměny vzduchu slouží k orientačnímu hodnocení podmínek pro rozptýlení vzduchu v prostoru, neposkytuje však informaci o větrání. Klimatizační zařízení upravují teplotu, vlhkost a čistotu vzduchu uvnitř budov, dopravních prostředků, technologických provozů aj., zpravidla po celoroční období s automatickou regulací. Klimatizace s chladicími plochami (chladicí stropy, stěny) upravuje teplotu povrchu stěn místností a tím i střední radiační teplotu, která je jedním z parametrů tepelného stavu prostředí. Obr.1.1 Schéma průtoků vzduchu ve větracích/klimatizačních zařízeních; E vzduch venkovní, Ob oběhový, P přiváděný, I vnitřní, O - odváděný, Od odpadní; VJ větrací/klimatizační jednotka, Ve ventilátor, K - klapka Klimatizace komfortní upravuje prostředí pro dodržení hygienických podmínek (pro osoby). Je vždy spojena s přívodem čerstvého venkovního vzduchu. Úplná klimatizace zahrnuje veškeré úpravy teploty, vlhkosti a čistoty celoročně na požadované parametry. Dílčí klimatizace slouží k částečné úpravě (komfortní klimatizace vždy s větráním); např. úprava teploty celoročně, úprava vlhkosti pouze v zimě. Klimatizační zařízení pro dílčí úpravu vzduchu mohou být kombinována i s vytápěcími zařízeními; např. klimatizace zajišťuje chlazení, větrání v létě a doplňuje (větráním a dílčím přívodem tepla) základní vytápění v zimě. Podle účelu lze rozlišit pro větrání a klimatizaci následující požadavky na úpravu stavu ovzduší (resp. stavu prostředí) 7

hygienické z hlediska ochrany lidského organismu technologické pro funkci výrobních/pracovních procesů, strojů biologické v zemědělství pro ustájení zemědělských zvířat, uskladnění zemědělských produktů, resp. požadavky mikrobiologické ve zdravotnictví, farmacii bezpečnostní pro ochranu před výbuchem hořlavých látek nebezpečných výbuchem. Hygienické požadavky na tepelný a vlhkostní stav prostředí se formulují buď jako optimální (vyžadují zpravidla úplnou klimatizaci) nebo únosné (především z ekonomických důvodů). Požadavky na kvalitu ovzduší jsou vždy limitní maximální přípustné koncentrace znečišťujících látek nesmí být překročeny. Základní hygienické požadavky na tepelný a vlhkostní stav prostředí a čistotu ovzduší jsou v ČR formulovány v zákonných předpisech (zákony, nařízení vlády, vyhlášky ministerstev) a v normách ČSN. Technologické, biologické a bezpečnostní požadavky vycházejí z vlastností výrobních i biologických procesů a definují nároky na tepelný a vlhkostní stav i kvalitu ovzduší v daných prostředích. Požadavky jsou individuální, pro některé případy (např. pro čisté prostory, stájové prostředí, kotelny) jsou požadavky obsaženy v normách ČSN i v odborné literatuře. 1.2 Podklady pro návrh větracích a klimatizačních zařízení Návrhu větracích a klimatizačních zařízení předchází vždy soustředění výchozích podkladů, které charakterizují požadované parametry vnitřního ovzduší (prostředí) vnitřní zdroje tepla, vlhkosti, škodlivin ve větraném/klimatizovaném prostoru vlastnosti budovy parametry venkovního prostřední. 1.2.1 Parametry vnitřního prostředí Tepelný a vlhkostní stav ovzduší určují teplota vzduchu t ( C) relativní vlhkost vzduchu ϕ (-). Pro podrobnější hodnocení tepelného a vlhkostního stavu prostředí (z hygienického hlediska) přibývají střední radiační teplota t r ( C) rychlost proudění vzduchu w (m/s) intenzita turbulence Tu (-) výsledná teplota t g ( C) operativní teplota t o ( C). Požadované parametry vnitřního ovzduší (prostředí) mají být pro každý projektový úkol stanoveny vždy v závislosti na denní i roční době, včetně přípustných tolerancí (např.: zimní období: 7,00 až 21,00 hod.: t = 22 ± 1 C, ϕ = 40 ± 5 %). Pozn.: Při projektování větracích a klimatizačních zařízení metodika návrhu uvažuje jako základní parametr tepelného stavu prostředí teplotu vzduchu. Tepelný komfort osob je však určován, kromě teploty vzduchu, i teplotou okolních stěn. Výsledný efekt je vyjádřen teplotou operativní t o ( C) - odst. 1.3.3 i teplotou výslednou t g ( C) odst. 1.3.6. Základními metodami výpočtu v projektu však operativní teplotu nelze určit; je to možné simulačním energetickým výpočtem (např. [1.17]), kterým se stanoví teploty stěn větraného/klimatizovaného prostoru. Příklad rozdílu teploty vzduchu t a teploty operativní t o v průběhu letního dne v klimatizované místnosti je uveden v odst. 1.3.3, obr.1.4. 8

V ČR závazné hygienické požadavky na tepelný a vlhkostní stav vnitřního prostředí (operativní/výslednou teplotu, relativní vlhkost vzduchu) uvádí nařízení vlády č. 361/2007 Sb. (pro pracovní prostředí) [1.14] a některé vyhlášky ministerstev; další informace obsahují normy ČSN. Technologické a biologické požadavky na t ( C) a ϕ (-) jsou převážně individuální a lze je nalézt ve specifických předpisech, normách a odborné literatuře. Kvalitu (čistotu) ovzduší charakterizují koncentrace znečišťujících látek (škodlivin) - plynů, par, tuhých i kapalných částic ve vnitřním ovzduší C (mg/m 3, ppm) fyzikální a chemické vlastnosti znečišťujících látek pro tuhé (i kapalné) částice velikost částic a (µm), případně distribuční křivka p = f(a) vyjadřující četnost p (1/µm) částic dané velikosti a (µm) ve vzorku ovzduší. Závazné hygienické limity znečištění vnitřního pracovního ovzduší v ČR jsou obsaženy v nařízení vlády č. 361/2007 Sb. [1.14]. Předpis uvádí pro různé škodliviny přípustné průměrné 8 hodinové koncentrace - přípustné expoziční limity PEL (C PEL ) a nejvyšší přípustné koncentrace NPK-P (C NPK-P ) odst. 1.4.4. Obdobně, jako u požadavků na tepelný a vlhkostní stav ovzduší, jsou technologické, biologické i bezpečnostní požadavky na kvalitu ovzduší převážně individuální a lze je nalézt ve specifických předpisech, normách a odborné literatuře. Pro čisté prostory jsou uvedeny v normách ČSN EN a ISO [1.10] limitní počty částic dané velikosti a (µm) v 1 m 3 vnitřního vzduchu. V prostorech, kde se vyskytují hořlavé látky nebezpečné výbuchem, nesmí koncentrace těchto látek ve vzduchu překročit dolní mez výbušnosti C DMV (mg/m 3, ppm,%) - nejnižší koncentraci, při které za vzniku zápalné teploty, může dojít k výbuchu [1.4]. Z důvodů bezpečnosti jsou limitní koncentrace výbušných látek v ovzduší stanovovány v rozmezí 10 až 20 % dolní meze výbušnosti. 1.2.2 Vnitřní zdroje tepla, vlhkosti, škodlivin Jedná se o uvolňované látky a energie. Pro návrh větrání/klimatizace jsou vstupními údaji: počty osob, intenzita jejich činnosti - určují produkci tepla (W) a vlhkosti (kg/s) příkon strojů a technických zařízení, elektrických přístrojů, výpočetní techniky (W) příkon osvětlovacích zařízení (W) ve specifických provozech (kuchyně, bazény) tok vlhkosti uvolňovaný v místnosti (kg/s), v garážích a tunelech produkce oxidu uhelnatého z výfukových plynů aut (kg/s) ve stájích pro hospodářská zvířata produkce oxidu uhličitého, aj. Ve všech případech je třeba znát skutečnou produkci daných látek a energie, nikoliv pouze jmenovité příkony. Je třeba uvažovat průměrné příkony, současnost provozu, časové vytížení. Údaje poskytuje technická dokumentace strojů, zařízení, přístrojů, osvětlovacích těles, elektroniky, normy (např. ČSN 73 0548 [1.7], ČSN 73 0543-2 [1.6]) a odborná literatura. 1.2.3 Vlastnosti budovy Pro návrh větracích a klimatizačních zařízení je třeba znát projektové, prostorové řešení budovy (i místností), zvláště obvodových stěn, transparentních ploch, prostorů pro strojovny a vedení vzduchovodů orientaci ke světovým stranám, případné stínění okolními budovami tepelně-technické vlastnosti stavební konstrukce, včetně transparentních ploch - oken, světlíků. 9

Údaje o budově jsou podkladem pro stanovení tepelných ztrát [1.8] a letní tepelné zátěže [1.7] a rozhodují v mnoha případech o výkonu větracího/klimatizačního zařízení. Požadavky na tepelně technické vlastnosti budov obsahují normy ČSN [1.5]. 1.2.4 Parametry venkovního prostředí Při navrhování větracích/klimatizačních zařízeních jsou potřebné údaje charakterizující venkovní klima kvalitu (čistotu) venkovního ovzduší. Venkovní klima Větrací a klimatizační zařízení se navrhují pro extrémní podmínky v létě a v zimě. Hlavní venkovní klimatické parametry pro tyto výpočty jsou teplota venkovního vzduchu t ( C) relativní vlhkost vzduchu ϕ (-), případně entalpie venkovního vzduchu h (J/kg) intenzita sluneční radiace I (W/m 2 ) rychlost větru w (m/s) směr větru. Výpočtové údaje pro návrh větrání/klimatizace v normativních i literárních podkladech nejsou absolutními extrémy - zpravidla jsou to statisticky zpracované extrémní klimatické údaje za dlouhodobé období (15 až 20 let) a vyjadřují např. údaje, které nebudou překročeny ve stanovené kumulativní četnosti výskytu. Např. údaje pro určitou lokalitu v publikaci ASHRAE [1.1] t E = 35 C a 0,4 % udává, že ročně nebude teplota 35 C překročena po dobu 0.004 x 8760 hod. = 35 hodin. Absolutně extrémní venkovní klimatické údaje, pro oblast kde bude zařízení instalováno, může poskytnout Český hydrometeorologický ústav. Údaje o venkovním klimatu ČR pro navrhování větracích/klimatizačních zařízení poskytují ČSN EN 12831 [1.8], ČSN 73 0548 [1.7] a publikace J. Chyského [1.3]. Venkovní ovzduší Kvalitu venkovního vzduchu pro větrání a klimatizaci vyjadřují imisní údaje emisní údaje. Imisní údaje (údaje o koncentracích znečišťujících látek ve venkovním ovzduší) jsou potřebné pro stanovení kvality venkovního vzduchu, který se má použít pro větrání; v ČR jsou limitní údaje stanoveny v nařízení vlády [1.15]. Převážně lze předpokládat, že venkovní vzduch není výrazně znehodnocen chemickými škodlivinami. Vždy se však venkovní vzduch pro větrání/klimatizaci filtruje od tuhých částic prachu a to v kvalitě filtrace podle požadavků na vnitřní ovzduší (ČSN EN 13779 [1.9]). Ve specifických případech se provádí i filtrace chemických látek (plynů, par). Emisní údaje limitují toky látek vyfukovaných do venkovní atmosféry z odsávacích zařízení a definují požadavky na filtrační a odlučovací zařízení. Přípustné emisní limity uvádí v ČR nařízení vlády a vyhlášky ministerstva životního prostředí [1.16]. 1.3 Vnitřní tepelné a vlhkostní prostředí Tepelný a vlhkostní stav prostředí (mikroklima) je dán veličinami, které ovlivňují výsledný fyzický a duševní stav člověka. Tyto veličiny mohou nabývat optimálních hodnot (stav tepelné pohody, komfortu), případně hodnot mezních (přípustných). 10

1.3.1 Fyziologické základy Při biochemických oxidačních procesech se v lidském těle uvolňuje energetický výdej, metabolický tok Q m (W), jehož velikost závisí na intenzitě fyzické činnosti člověka. Část Q m se spotřebuje na fyzickou činnost (výkon) N (W), část Q (W) přestupuje z povrchu těla do okolí. Pokud při termoregulaci těla dochází ke změně tělesné teploty, akumuluje se při vzrůstu teploty část energetického výdeje do těla + Q a (W); při poklesu tělesné teploty se tělu akumulované teplo odnímá (- Q a ). V ustáleném stavu (Q a = 0) je Q m N = Q Pro energetickou bilanci těla a okolí se definují měrné veličiny q m = Q m /S (tab. 1.1), n = N/S a q = Q/S, kde S (m 2 ) je povrch lidského těla. Člověk o hmotnosti 75 kg a výšce 1,75 m má S = 1,9 m 2. Fyzický výkon (svalová činnost) se vyjadřuje formou mechanické účinnosti µ = n/q m (tab. 1.1). Tab. 1.1 Měrný energetický výdej (metabolický tepelný tok), mechanická účinnost Činnost Klidné ležení Sezení uvolněné Práce vsedě (úřady, školy, laboratoře) Stání, lehká práce (laboratoře, lehký průmysl) Stání, střední práce (prodavač, práce na strojích) Měrný energetický výdej q m Mechanická účinnost µ (W/m 2 ) (met) ( - ) 46 58 70 93 116 0,8 1,0 1,2 1,6 2,0 0 0 0 0 až 0,1 0,1 až 0,2 Těžká fyzická práce (těžký průmysl, stavebnictví), přenášení břemen 50 kg 235 4,0 0,1 až 0,25 V tab. 1.1 jsou hodnoty q m dle ČSN EN ISO 7730 [1.13]; 1 met = 58,2 W/m 2. Zdrojem energie v těle je potrava. Pro oxidační procesy se dýcháním přivádí kyslík. V závislosti na intenzitě fyzické činnosti, pro dospělého člověka, je průtok vdechovaného vzduchu M vzd = 2,58 10-6 q m (kg/s). Termoregulace Tepelný tok Q produkovaný lidským organismem se sdílí do okolního prostředí. Rozdíly mezi produkovaným teplem a teplem odnímaným tělu okolím vyrovnávají termoregulační mechanismy těla tak, aby byla udržena konstantní vnitřní tělesná teplota ( 37 o C). Pokud vzrůstá vnitřní teplota těla, zvyšuje se cirkulace krve v kůži, roste teplota kůže, což vede k zvýšení odvodu tepla z povrchu těla. Při poklesu tělesné teploty se naopak cirkulace krve v kůži snižuje. Dalším prvkem tepelné regulace je vypařování potu. Za příznivého stavu ovzduší pro vypařování (vzduch není vodními parami nasycen) je kůže suchá a množství vypařovaného potu je poměrně malé. Při vyšší intenzitě fyzické činnosti se zvyšuje produkce potu a část kůže se pokrývá mokrým potem. K intenzivnímu ochlazení těla vypařováním potu dojde pouze pokud se vyprodukovaný pot do ovzduší vypaří, tj. pokud vzduch v prostředí není vodními parami nasycen. Tok tepla z povrchu těla závisí i na tepelném odporu oděvu R od (m 2 K/W); relativní tepelný odpor je definován vztahem I od = R od /0,155 (clo). Např. pro třívrstvý oděv (spodní prádlo s krátkými rukávy a nohavicemi, košile, kalhoty, pracovní blůza, ponožky, boty) je R od = 0,155 m 2 K/W a I od = 1 clo. R od zahrnuje tepelný odpor tkanin a tepelný odpor vzduchových mezer mezi vrstvami oděvu. (1.1) 11

Změna oděvu umožňuje regulaci tepelného toku snížení tepelného odporu oděvu vede k zvýšení toku tepla z povrchu těla do okolí. 1.3.2 Tepelná rovnováha a tepelná pohoda Tepelná rovnováha těla a okolí je stav, při němž je zachována rovnost produkovaného tepelného toku q a toku tepla odnímaného tělu okolím (konvekcí q k, sáláním q s, vypařováním q w, dýcháním q d, a vedením q v ). Hodnota q v je malá a lze ji zanedbat. Tepelná pohoda (tepelný komfort) je subjektivní pocit, při němž je zachována tepelná rovnováha za optimálních hodnot fyziologických parametrů (tj. podmínek komfortu - teploty kůže a maximálního tepelného toku odváděného vypařováním z povrchu mokré pokožky). Při konstantní tělesné teplotě (q a = 0) je rovnice tepelné rovnováhy q n = q = ± q ± q + q + q m k s w d Kladná znaménka na pravé straně rovnice (1.2) vyznačují, že tepelný tok se sdílí z povrchu těla do prostředí. Na některých pracovištích horkých průmyslových provozů může sáláním přecházet tepelný tok z prostředí (z povrchu horkého materiálu) do těla. K tepelnému toku q se pak připočítává i sálavá tepelná zátěž q s ; výsledný tok tepla musí být z těla odveden konvekcí, vypařováním a dýcháním. Obdobně se může v extrémních podmínkách k toku tepla q připočítávat i konvekční tepelná zátěž q k. Toky tepla sdílené z povrchu těla (pravá strana rovnice (1.2)) jsou závislé na následujících parametrech prostředí: tok tepla sdílený konvekcí q k = f(t, w), kde t ( C) je teplota vzduchu, w (m/s) rychlost proudění vzduchu tok tepla sdílený sáláním q s = f(t r ), kde t r ( C) je střední radiační teplota tok tepla odváděný vypařováním potu q w = f(t,φ), kde t ( C) je teplota vzduchu, φ (-) relativní vlhkost vzduchu tok tepla odváděný dýcháním q d = f(t,φ), kde t ( C) je teplota vzduchu, φ (-) relativní vlhkost vzduchu. Střední radiační teplota t r (ČSN ISO 7726 [1.12]) je myšlená rovnoměrná společná teplota všech ploch v prostoru, při níž by byl přenos tepla z těla sáláním stejný, jako ve skutečnosti. Střední radiační teplotu t r lze měřit kulovým výsledným teploměrem. Hodnota t r závisí na poloze místa určení je proměnná po ploše místnosti. Tepelný tok sdílený konvekcí a sáláním z povrchu oblečeného člověka prostupuje oděvem. Tok tepla prostupující oděvem (q k + q s ) závisí i na tepelném odporu oděvu R od (m 2 K/W). Po dosazení výpočetních vztahů pro jednotlivé tepelné toky sdílené z povrchu těla, podmínek komfortu (vztahů pro optimální teplotu kůže a maximální tok tepla odváděný vypařováním z povrchu mokré pokožky) a vztahu pro prostup tepla oděvem do rovnice tepelné rovnováhy (1.2) se získá rovnice tepelné pohody. V rovnici tepelné pohody je vyjádřeno celkem 6 základních veličin, charakterizujících stav člověka: 1) měrný metabolický tok q m (W/m 2 ), zmenšený o fyzický výkon n (W/m 2 ) 2) vlastnosti oděvu - tepelný odpor oděvu R od (m 2 K/W) tepelný stav prostředí 3) teplota vzduchu t ( C) 4) střední radiační teplota t r ( C) 5) relativní vlhkost vzduchu ϕ (-) 6) rychlost proudění vzduchu w (m/s). (1.2) 12

Do rovnice tepelné pohody jsou zahrnuty podmínky tepelného komfortu; lze tedy stanovit pro zadanou intenzitu fyzické činnosti člověka metabolický tok (q m ), druh oděvu (R od ) optimální kombinaci čtyř parametrů tepelného prostředí (t, t r, ϕ, w). Grafické závislosti (např. obr. 1.2) sestavené Fangerem [1.2] umožňují posoudit vliv jednotlivých parametrů. Z experimentů, srovnávajících parametry prostředí se subjektivními pocity osob, vyplynulo, že nežádoucí místní ochlazování lidského těla pohybem vzduchu (průvanem) závisí, kromě na střední rychlosti proudění vzduchu w (m/s), i na časových změnách této rychlosti - intenzitě turbulence Tu (-),2 1 Σw Tu = (1.3) w n 1 kde w (m/s) jsou proměnné rychlosti zjištěné v n- časových intervalech, w (m/s)- střední rychlost v n-časových intervalech. 7) Intenzita turbulence Tu (-) (sedmá veličina určující stav tepelné pohody) v pásmu pobytu osob závisí na způsobu přívodu vzduchu do větraného/klimatizovaného prostoru. U systémů přívodu vzduchu s intenzívním směšováním je Tu = 0,2 až 0,6, u systémů s potlačeným směšováním Tu < 0,2. 1.3.3 Operativní teplota Při hodnocení tepelného stavu prostředí podle rovnice tepelné pohody je nutno znát samostatně teplotu vzduchu t a střední radiační teplotu t r. Zjednodušení poskytuje zavedení operativní teploty t o ( C), která jedinou veličinou zahrnuje vliv t (vliv konvekční výměny tepla) i vliv t r (vliv výměny tepla sáláním). Operativní teplota je definována jako jednotná teplota černého uzavřeného prostoru (tj. prostoru o stejné teplotě vzduchu i stejné střední radiační teplotě), ve kterém by tělo sdílelo konvekcí i sáláním stejné množství tepla jako ve skutečném, teplotně nesourodém prostředí. Operativní teplota, kromě teploty vzduchu t a střední radiační teploty t r závisí, při rychlostech proudění nad 0,2 m/s i na rychlosti proudění vzduchu w (m/s). Z výsledků měření se určí t o podle empirického vztahu t o = A t + 1 ( A) t r kde hodnoty součinitele A jsou v následující tabulce ([1.12]). w (m/s) < 0,2 0,2 až 0,6 0,6 až 1,0 A (-) 0,5 0,6 0,7 Obr. 1.2 Diagram tepelné pohody; Q m = 58 W/m 2, 116 W/m 2, I od = 1 clo, φ = 0,5 [1.2] Pro stav tepelné pohody, v mírném tepelném prostředí, jsou doporučené optimální hodnoty operativní teploty t o (dle ČSN EN ISO 7730 [1.13]) uvedeny (na základě výpočtu teploty vzduchu t a střední radiační teploty t r z rovnice tepelné pohody) v grafu na obr. 1.3. Jako příklad je na obr. 1.4 znázorněn (podle výsledků počítačové simulace softwarem ESP-r [1.17]) rozdíl mezi teplotou vzduchu t a teplotou operativní t o (ve středu místnosti) během letního dne v klimatizované místnosti. Budova má lehký obvodový plášť (orientace jih, součinitel prostupu tepla k = 0,45 W/m 2 K), okna (k = 1,7 W/m 2 K) jsou vybavena vnitřními (1.4) 13

žaluziemi, podíl zasklení v obvodové stěně je 27, 47, 100 %. Výpočet byl proveden pro reálné venkovní klimatické podmínky v letním dni v srpnu 2003, kdy místnost byla během dne klimatizována na konstantní teplotu vzduchu t = 25 C, rychlost proudění vzduchu w = 0. Obr. 1.3 Doporučená optimální operativní teplota t o [1.13] pro kategorii vnitřního prostředí A (PPD < 6 %), w < 0,1 m/s, ϕ 0,5 t o (C) Obr. 1.4 Operativní teplota t o a teplota vzduchu t v letním dni v klimatizované místnosti (dle simulačního výpočtu); okna s vnitřními žaluziemi, podíl zasklení v obvodové stěně (orientace jih), Z = 27, 47, 100% t a = 25 C (chod klimatizace) 1.3.4 Ukazatele PMV, PPD Rovnice tepelné pohody poskytuje optimální parametry prostředí pro danou aktivitu člověka a druh oděvu. Pokud parametry nejsou dodrženy, cítí člověk tepelnou nepohodu diskomfort. Stupeň diskomfortu (pocitu nepohody člověka) se vyjadřuje ukazatelem PMV (-) (Predicted Mean Vote) - předpověď středního tepelného pocitu. Ukazatel PMV je Obr. 1.5 Ukazatele PPD a PMV [1.13] definován jako funkce rozdílu tepelného toku produkovaného organismem (q m n) a aktuálního toku tepla, který tělu prostředí odnímá (tj. rozdílu levé a pravé strany rovnice (1.2) pro aktuální parametry prostředí t, t r, w, φ). Na základě statistických šetření subjektivních tepelných pocitů osob byly číselným hodnotám PMV přiřazeny subjektivní údaje zima až horko dle následující tabulky z [1.13], vyjadřující pocit převážného počtu testovaných osob. PMV [-] -3-2 -1 0 +1 +2 +3 Tepelný zima chladno mírně neutrálně mírně teplo horko pocit chladno teplo 14

Poměrný počet osob, výrazně nespokojených s daným tepelným prostředím (charakterizovaným hodnotou PMV) je vyjádřen ukazatelem PPD (-) (Predicted Percentage of Dissatisfied) - procentuální podíl nespokojených osob s daným stavem prostředí. V grafu na obr.1.5 je podle [1.13] vyjádřena závislost ukazatele PPD na PMV. Z grafu vyplývá, že i ve stavu, kdy v prostředí jsou dodrženy optimální parametry (PMV = 0) bude asi 5 % osob nespokojených. V praxi se doporučuje, aby PPD < 15 %. 1.3.5 Průvan Stupeň obtěžování průvanem DR (%) vyjadřuje procentuální podíl osob, u kterých je možno předpokládat pocit obtěžování průvanem. Je závislý na teplotě vzduchu t, střední rychlosti proudění vzduchu w a intenzitě turbulence Tu Na obr. 1.6 pro DR = 20 % (20 % nespokojených osob), lehkou fyzickou činnost (70 W/m 2 ) je znázorněna maximálně přípustná střední rychlost proudění w jako funkce teploty vzduchu t a intenzity turbulence Tu (relativní vlhkost vzduchu ϕ 0,5). 1.3.6 Výsledná teplota Výsledná teplota t g se měří kulovým výsledným teploměrem. Je to kulová baňka z tenkého měděného plechu (dle ČSN EN ISO 7726 [1.12] je doporučený průměr 150 mm) s matným černým povrchem, v jejímž středu je zasunuto teplotní čidlo (rtuťový teploměr, termočlánek, odporový teploměr). Výsledný teploměr nemá vlastní zdroj tepla; v ustáleném stavu je sálavý tepelný tok z prostředí do kulové baňky v rovnováze s konvekčním tepelným tokem z povrchu koule do prostředí (obr.1.7). V ustáleném stavu se ztotožní teplota povrchu baňky s teplotou čidla na hodnotě t g (globe temperature). Obr. 1.7 Schéma přestupu tepla na povrchu kulového teploměru Obr. 1.6 Maximálně přípustná střední rychlost vzduchu w v závislosti na teplotě vzduchu t a intenzitě turbulence Tu [1.13]; DR = 20 %, ϕ 0,5 Lze dokázat, že výsledná teplota t g se formálně shoduje s definicí operativní teploty t o, rozdíl však vyplývá z různosti součinitelů přestupu tepla konvekcí a sáláním u člověka a na povrchu koule. Zvláště pro klidný vzduch jsou však odchylky t o a t g malé. České závazné požadavky na tepelný stav pracovního prostředí [1.14] uvádí jako požadovanou hodnotu operativní teplotu t o i výslednou teplotu t g. Stanovení střední radiační teploty t r Měřením se zjistí výsledná teplota t g ( C), teplota vzduchu t ( C) a rychlost proudění vzduchu w (m/s); střední radiační teplota je dána vztahem (z rovnováhy toku tepla sdíleného konvekci a sáláním) 15

t r 4 ( t + 273 ) + 1,855 10 α ( t ) 273 (1.5) = 4 7 g kg g t Součinitel přestupu tepla konvekcí na povrchu kulového teploměru α kg (W/m 2 K) je podle [1.12] - pro klidný vzduch α kg = 1, 4 t D t g 0, 25 - pro vzduch proudící rychlostí w > 0,1 m/s α kg = 0, 6 6 w,3 0, D 4 (1.6 ) (1.7 ) kde D (m) je průměr baňky kulového teploměru. 1.3.7 Legislativní a normativní požadavky na tepelný a vlhkostní stav prostředí V ČR závazné (zákonné) požadavky na stav vnitřního klimatu jsou obsaženy v nařízeních vlády a vyhláškách ministerstev. Nejpodrobnějším předpisem je nařízení vlády [1.14] pro pracovní prostředí. Vyhlášky ministerstev uvádí pak požadavky na další charakteristická prostředí. Nařízení vlády [1.14] rozlišuje mikroklimatické podmínky optimální a podmínky s únosnou tepelnou zátěží (dlouhodobou, krátkodobou). Optimální mikroklimatické podmínky se stanovují pro pracoviště, kde pracovníci vykonávají práce zhruba stejně náročné. Vzhledem k tomu, že dosažení optimálních podmínek v létě je téměř vždy spojeno s instalací klimatizačních zařízení (se značnými energetickými nároky), připouští nařízení [1.14] podmínky dlouhodobě únosné. Na tyto podmínky se člověk může adaptovat, bez nebezpečí porušení zdraví. Na pracovištích, kde tepelná zátěž člověka neumožňuje dosáhnout ani dlouhodobě únosných podmínek, se omezuje maximální doba pobytu. Podklady pro hodnocení tepelného prostředí obsahují normy ČSN EN ISO [1.13], [1.12] i publikace [1.2]. 1.4 Kvalita ovzduší Technické i přírodní procesy produkují do ovzduší tuhé i kapalné hmotné částice, plyny a páry škodliviny, znečišťující látky. V ovzduší jsou přítomny i bakterie a plísně, které se udržují na tuhých a kapalných částicích. Škodliviny působí negativně ve venkovním i vnitřním ovzduší na zdraví lidí, na zvířata, rostliny, snižují životnost staveb, technických zařízení i kulturních památek. Hořlavé a výbušné látky v ovzduší představují riziko požáru i bezpečnosti osob a technických zařízení. 1.4.1 Vlastnosti škodlivin Tuhé částice rozptýlené v ovzduší se označují podle vzniku a složení jako dým, kouř, popílek, aerosol, prach. Dým - jemné částice o velikosti 0,1 až 1 µm vzniklé při oxidačních procesech kondenzací látek vypařovaných za tepla (např. dýmy při svařování, tavení kovů) nebo vzniklé z plynné fáze chemických reakcí. Kouř - jemné částice 0,01 až 1,0 µm vzniklé nedokonalým spalováním, obsahující převážně uhlík. Popílek - úlet z topenišť spalovacích zařízení (velikost částic 1 až 100 µm). Aerosol - disperzní soustava jemných částic o velikosti 0,01 až 1 µm v plynu. 16

Prach - částice vzniklé převážně mechanickým způsobem (drcením, mletím, otěrem). V technické praxi se obvykle jako prach označují všechny tuhé částice rozptýlené v ovzduší. Tuhé částice jsou charakterizovány rozměrovými parametry (velikostí částic), fyzikálními a chemickými vlastnostmi. Velikost částic je dána jejich charakteristickým rozměrem (průměrem a (µm), který se zjišťuje různými experimentálními metodami. Vzorek prachu obvykle obsahuje částice různých velikostí (polydisperzní prach); monodisperzní prach se vyskytuje málo (např. organické prachy - spory). Podíl částic prachu různých velikostí ve vzorku se vyjadřuje křivkami zrnitosti prachu (obr.1.8). Křivka četnosti p (1/µm) udává poměrný počet (nebo hmotnost) částic určité velikosti ve vzorku. Kumulativní četnost - křivka zbytků, nebo propadů. Křivka zbytků Z (-) udává poměrný počet (nebo hmotnost) částic větších, než je příslušná velikost částice a. Křivka propadů P (-) udává poměrný počet (nebo hmotnost) částic menších, než je příslušná velikost částice a (µm). Obr. 1.8 Křivka četnosti p, křivka zbytků Z, křivka propadů P vzorku prachu Částice větších rozměrů rozptýlené v ovzduší se vlivem gravitačních sil usazují. Usazování je ovlivněno i intenzitou proudění vzduchu v prostředí. V klidném ovzduší se vyskytují částice o maximální velikosti 1 µm, v prostředí s vyšší intenzitou proudění vzduchu částice až 10 µm. Atmosfériký prach obsahuje částice o rozměrech 0,01 až 20 µm, převážný počet částic má rozměr a < 1 µm. Podle druhu škodlivých příměsí lze prach rozdělit do několika skupin: Prach obsahující toxické složky (těžké kovy a jiné biologicky aktivní látky, např. olovo, radioaktivní látky, karcinogenní látky azbest). Prach bez toxického účinku (s fibrogenním účinkem, např. křemen, s dráždivým účinkem, např. bavlna, bez fibrogenního a dráždivého účinku, např. popílek). Obsah prachu v ovzduší se udává hmotnostní koncentrací C (mg/m 3 ). V místnostech, kde je třeba snížit obsah prachu a mikrobů na výrazně nízkou mez (z výrobních důvodů, např. v elektrotechnickém průmyslu, nebo z biologických důvodů, např. v operačních sálech, ve farmaceutickém průmyslu) se udává obsah prachu počtem částic v 1 m 3, resp. v 1 litru. Mikrobiální aerosoly (bakterie, viry) se vyskytují vždy ve spojení s neživými částicemi. Jejich účinek se omezuje větráním a filtrací vzduchu. Kapalné částice rozptýlené v ovzduší vznikají buď kondenzací plynné fáze, nebo rozrušením většího objemu tekutiny. Vzniklá aerodisperzní směs se označuje jako mlha (velikost částic 17

0,1 až 30 µm). Rozrušením vznikají např. mlhy olejů a chladících tekutin v obrobnách. Vlastnosti kapalných částic se hodnotí obdobně jako vlastnosti tuhých částic. Plyny a páry unikající do ovzduší, pokud se vzduchem chemicky nereagují, tvoří směsi. Za podmínek běžných v atmosféře se mohou plyny mísit se vzduchem v libovolných poměrech. Páry (plynné fáze látek za normálních podmínek v kapalném nebo tuhém stavu) mohou ve vzduchu dosáhnout maximálního obsahu, daného parciálním tlakem sytých par, závislým na teplotě. Obsah plynných škodlivin v ovzduší se vyjadřuje koncentracemi C - hmotnostními (mg/m 3 ) nebo objemovými (cm 3 /m 3 ) (při současně udaném tlaku a teplotě). V hygienických směrnicích se používají i jednotky (ppm) parts per million: 1 ppm = 1 cm 3 /m 3 = 10-4 % obj. Hořlavé plyny, páry hořlavých kapalin a některé druhy tuhých a kapalných částic rozptýlených v ovzduší mohou za určitých podmínek tvořit směsi nebezpečné výbuchem. Nejnižší koncentrace směsi hořlavých látek se vzduchem, při které již může dojít k výbuchu se označuje jako dolní mez výbušnosti C DMV, nejvyšší koncentrace, při které je směs ještě výbušná se označuje jako horní mez výbušnosti. Např. propan má dolní mez výbušnosti 1,9 % obj., zemní plyn 5 až 6 % obj. Obecně platí, že dolní meze výbušnosti jsou vyšší, než hygienicky přípustné expoziční limity dané látky v pracovním ovzduší. 1.4.2 Zdroje znečišťování vnitřního ovzduší K znečišťování pracovního ovzduší v průmyslu dochází v hutích, strojírenství, průmyslu stavebních hmot, chemickém průmyslu, textilním průmyslu především prachem i škodlivými plyny a párami. V zemědělských stájových objektech produkují zvířata (kromě tepla a vodní páry) oxid uhličitý; při biologických procesech se dále uvolňuje čpavek a sirouhlík. V místnostech, kde pobývají lidé se uvolňuje při dýchání do ovzduší oxid uhličitý a vodní pára. Vydechovaný vzduch obsahuje objemově přibližně 4 % oxidu uhličitého, 5 % vodní páry, 16 % kyslíku a 75 % dusíku a ostatních plynů. Vodní pára se uvolňuje i odpařováním z povrchu těla. Kromě uvedených látek přicházejí z povrchu těla do ovzduší i stopová množství mastných kyselin, jejichž rozkladem vznikají pachy. Z vnitřního vybavení místností se mohou uvolňovat páry organických látek, rozpouštědel aj. Z geologického podloží ve specifických oblastech může do obytných místností pronikat plyn radon. 1.4.3 Účinky škodlivin Plynné, tuhé i kapalné škodliviny působí na lidský organismus jednak drážděním sliznic, jednak svými účinky při absorpci v těle. Dráždivé účinky se projevují na sliznici očí, nosu, hrdla, hrtanu, průdušnice a plicní tkáně. Dráždění působí na ochranné mechanismy těla (slzení, produkci sekretů na stěnách nosních dutin, hrdla); vyšší koncentrace způsobují zánětlivé změny na sliznicích. K dráždivým plynům patří oxid siřičitý a ozón. Škodliviny bez dráždivého účinku po absorpci v plicích přecházejí do organismu. Nedráždivé plyny, které vnikly do plicních sklípků, jsou absorbovány do krve a mohou působit v ostatních částech těla. Část absorbovaného plynu může být z cirkulující krve vyloučena v plicích, část po změnách v ledvinách. Nerozpustné tuhé částice a částice olejové mlhy jsou z povrchu plicních sklípků odvedeny do lymfatických žláz. Tuhé částice s fibrogenním účinkem (obsahující krystalický oxid křemičitý) působí přímé změny na vazivu plic a lymfatických tkáních (silikózu). Fibrogenní účinek azbestu se hodnotí jako karcinogenní. 18

Rozpustné částice pronikají do cirkulující krve a jsou zanášeny do ostatních částí těla. Některé látky jsou vylučovány ledvinami, jiné střevním traktem. Ve specifických orgánech může docházet ke hromadění škodlivých látek, které po dosažení určitých koncentrací mohou vyvolat toxické účinky (např. olovo). Některé škodliviny, např. benzen mohou mít výrazné negativní účinky při vstřebávání pokožkou. Bakterie, plísně vyvolávají specifická onemocnění. Pozn.: Klimatizace neblaze přispěla k objevu účinku bakterie Legionella pneumophila. V roce 1976 na sjezdu legionářů z II. světové války v Philadelphii došlo k masivnímu rozšíření této bakterie do klimatizovaného ovzduší z vodních praček klimatizačních zařízení a na následky plicního onemocnění 30 osob zemřelo. V současné době je používání praček omezeno, resp. jsou uplatněna spolehlivá technická řešení a provozní opatření. Vdechování tuhých a kapalných částic je ovlivněno funkcí dýchacího ústrojí. V nose se zachycují všechny částice o rozměrech větších jak 10 µm a podstatná část částic v rozmezí 2 až 5 µm. Plicních sklípků dosahují částice menší jak 1 µm (respirabilní frakce); z nich se v plicích zachytí pouze část (cca 40 % částic o velikosti asi 1 µm, 25 % částic o velikosti asi 0,4 µm), zbytek je vydechován. Částice menší než 0,4 µm se vlivem molekulární difúze usazují v plicích intenzivněji; podíl zachycení roste se zmenšujícími se rozměry částic. 1.4.4 Hodnocení znečištění vnitřního ovzduší Obsah škodlivin v ovzduší vyjadřují koncentrace C hmotnostní (mg/m 3 ), (µg/m 3 ), objemové (cm 3 /m 3 ), (%), (ppm); u prachu se udává i počet částic v 1 m 3. V ČR limitní koncentrace škodlivin (C PEL, C NPK-P ) v ovzduší pracovišť jsou dány v nařízení vlády č. 361/07 Sb. [1.14] pro více jak 500 látek. PEL přípustný expoziční limit je celosměnový časově vážený průměr koncentrace plynů, par nebo aerosolů, jimž mohou být podle současného stavu znalostí vystaveni zaměstnanci při osmihodinové pracovní době, aniž by u nich došlo i při celoživotní expozici k poškození zdraví, k ohrožení jejich pracovní schopnosti a výkonnosti. NPK-P nejvyšší přípustná koncentrace chemické látky v pracovním ovzduší je koncentrace látky, které nesmí být zaměstnanec v žádném časovém úseku pracovní směny vystaven. 1.5 Literatura [1.1] 2005 ASHRAE Handbook Fundamentals. Atlanta: ASHRAE, Inc., 2005. ISBN 1-931862-71-0. [1.2] FANGER, P.O. Thermal Comfort. New York: McGraw-Hill, 1972. ISBN 0-07-019915-9. [1.3] CHYSKÝ, J. Vlhký vzduch. Praha: SNTL,1977. [1.4] PODLIPNÝ, V. Výbušná prostředí. Praha: SNTL. [1.5] ČSN 73 0540-2: 2002. Tepelná ochrana budov Část 2: Požadavky. [1.6] CSN 73 0543-2: 1998. Vnitřní prostředí stájových objektů Část 2: Větrání a vytápění. [1.7] CSN 73 0548:1986. Výpočet tepelné zátěže klimatizovaných prostorů. [1.8] ČSN EN 12831: 2005. Tepelné soustavy v budovách výpočet tepelného výkonu. [1.9] ČSN EN 13779: 2007. Větrání nebytových budov Základní požadavky na větrací a klimatizační zařízení. [1.10] ČSN EN ISO 14644-1: 2000. Čisté prostory a příslušné řízené prostředí Část 1: Klasifikace čistoty vzduchu. 19

[1.11] ČSN EN 15251: 2008. Vstupní parametry vnitřního prostředí pro návrh a posouzení energetické náročnosti budov s ohledem na kvalitu vnitřního vzduchu, teplotního prostředí, osvětlení, akustiky. [1.12] ČSN EN ISO 7726: 2002. Ergonomie tepelného prostředí Přístroje pro měření fyzikálních veličin. [1.13] ČSN EN ISO 7730: 2006. Ergonomie tepelného prostředí Analytické stanovení a interpretace tepelného komfortu pomocí výpočtu ukazatelů PMV a PPD a kriteria místního tepelného komfortu. [1.14] Nařízení vlády č. 361/2007 Sb., kterým se stanoví podmínky ochrany zdraví při práci. [1.15] Nařízení vlády č. 429/2005 Sb., kterým se stanoví imisní limity a podmínky a způsob sledování, posuzování, hodnocení a řízení kvality ovzduší. [1.16] Nařízení vlády a vyhlášky ministerstva životního prostředí č. 417/2005 Sb. a č. 352/2002 Sb. až 356/2002 Sb., kterými se stanoví emisní limity. [1.17] The ESP-r System for Building Energy Simulation User Guide Version 10 Series. Glasgow: Strathclyde University, 2002. www.esru.strath.ac.uk 20

2 Větrací a klimatizační systémy 2.1 Větrací systémy Větrání zajišťuje: přívod čerstvého venkovního vzduchu do větraných/klimatizovaných prostorů odvod vzduchu znehodnoceného (znečištěného) látkovými škodlivinami, případně i odvod nežádoucího tepla z větraných prostorů. Větráním se upravuje čistota vnitřního ovzduší a dílčím způsobem i tepelný stav prostředí přívodem venkovního vzduchu lze odvádět (omezeně) i tepelnou zátěž. Přívodem venkovního vzduchu větrání vyrovnává vzduchovou bilanci u odsávacích systémů. Proudění vzduchu ve větraném prostoru je způsobeno nuceným (mechanickým) účinkem ventilátory (popř. ejektory), nebo přirozeným tlakovým rozdílem - vlivem rozdílných hustot vzduchu vně a uvnitř větraného prostoru i účinkem větru. Rozlišují se systémy nuceného větrání přirozené větrání. 2.1.1 Nucené větrání Podle toho, zda vzduch odváděný z místnosti se vyměňuje za vzduch venkovní v celém prostoru, nebo pouze v jeho části se třídí nucené větrání na celkové větrání místní přívod vzduchu místní odsávání. Celkové nucené větrání slouží, pokud možno, k rovnoměrnému provětrání pásma pobytu osob (pracovní oblasti), nebo jinak definovaného technologického prostoru. Celkové větrání se používá především tam, kde nevýrazné zdroje škodlivin (tepla) jsou v prostoru rovnoměrně rozmístěny. Na obr. 2.1 je schéma celkového větrání průmyslové haly zaplavováním (zdrojovým přívodem vzduchu); V P, V O (m 3 /s) je průtok přiváděného, odváděného vzduchu; t P, t O ( C) teplota přiváděného, odváděného vzduchu; C P, C O (mg/m 3 ) koncentrace škodliviny v přiváděném, odváděném vzduchu; Q (W) tepelná zátěž; M (mg/s) tok produkovaných škodlivin. Místní přívod vzduchu slouží k lokální úpravě teploty nebo čistoty vzduchu; patří sem vzduchové clony, vzduchové sprchy a vzduchové oázy. Vzduchové clony se obvykle zřizují při otevřených komunikačních otvorech budov (dveřích, vratech) k omezení proudění chladného vzduchu v zimě do vnitřního prostoru. Pronikání chladného vzduchu je převážně způsobeno přirozeným podtlakem, který ve spodní části budov vzniká rozdílem Obr. 2.1 Schéma celkového větrání průmyslové haly teploty vzduchu uvnitř a vně budovy; rozdíl tlaku ve vratech může kladně i záporně ovlivnit proudění větru. Vzduchovou clonou se vyfukuje plochý proud teplého vzduchu proti proudu chladného vzduchu pronikajícího do budovy. Clony přispívají k zlepšení tepelného stavu prostředí v blízkosti komunikačních otvorů, vyžadují však energii pro ohřev vzduchu. Na obr. 2.2 a) je schéma oboustranné boční clony; t P, t E, t I ( C) teplota vzduchu přiváděného clonou, venkovního vzduchu, vnitřního vzduchu. 21

Vzduchové sprchy - obr.2.2 b) - jsou určeny pro ochranu člověka v teplém (zpravidla průmyslovém) prostředí. Vzduchem proudícím kolem člověka se zvyšuje odvod tepla z povrchu těla konvekcí. V horkých provozech průmyslu vzduchové sprchy chrání člověka před účinky nadměrného sálavého tepla. Vzduchové oázy umožňují vytvořit kvalitnější ovzduší (čistotu a teplotu vzduchu) v relativně v méně kvalitním prostředí, zvláště průmyslových hal. Instalují se u trvalých pracovních míst a v místech odpočinku pracovníků. Přívod vzduchu se řeší výustěmi pro rovnoměrný přívod, pokud možno do bezprostřední blízkosti místa pobytu osob. V současné době, pro zvýšení efektivnosti větrání a zlepšení místního stavu ovzduší na trvalých pracovištích (u počítačů aj.), se zřizuje osobní přívod vzduchu např. podle obr. 2.2 c). a) vzduchová clona oboustranná b) vzduchová sprcha c) osobní přívod vzduchu Obr. 2.2 Místní přívod vzduchu Místní odsávání (odsávání) se zřizuje všude tam, kde na ohraničených místech se uvolňují výrazné látkové škodliviny, nebo nadměrné teplo (v pracovním i obytném prostředí, u strojů a technických zařízení). Odsávaný vzduch musí být nahrazován přiváděným venkovním vzduchem, který je nutno v zimě ohřívat. Odsávací zařízení jsou proto vždy doplňována zařízeními pro celkové větrání s průtokem přiváděného vzduchu, který je přibližně roven průtoku vzduchu odváděného. Zpravidla se však udržuje v takových prostorech podtlak, průtok odváděného, odpadního vzduchu V Od bývá o cca 5 až 10 % vyšší než průtok přiváděného venkovního vzduchu V E. Na obr. 2.3 je schéma ústředního odsávacího zařízení od strojů s větracím zařízením pro přívod venkovního vzduchu. Obr. 2.3 Ústřední odsávací zařízení od strojů; E, Od vzduch venkovní, odpadní; VJ - větrací jednotka, F- filtr, odlučovač 2.1.2 Přirozené větrání Přirozené větrání lze rozdělit na celkové přirozené větrání místní přirozené odsávání. Celkové přirozené větrání slouží především k trvalému větrání halových objektů (např. průmyslových hal) s výraznými vnitřními tepelnými zisky a označuje se jako větrání aerací. 22