Definicja procesu wentylacji

Transkrypt

1 WP 2. ENERGIA 1.2. Wentylacja dr inż. Jerzy Sowa Politechnika Warszawska Wydział Inżynierii Środowiska Zakład Klimatyzacji i Ogrzewnictwa Ver 1.0 Definicja procesu wentylacji (wg PN-B-01410:1999) Wentylacja pomieszczenia Wymiana powietrza w pomieszczeniu lub w jego części mająca na celu usunięcie powietrza zużytego i zanieczyszczonego i wprowadzanie powietrza zewnętrznego A może definicja powinna brzmieć... Wentylacja jest procesem zorganizowanej wymiany powietrza w pomieszczeniu w celu jego odświeżenia przy jednoczesnym usunięciu na zewnątrz zanieczyszczeń powstających w pomieszczeniu i przedostających się do powietrza. 1

2 WYMAGANA INTENSYWNOŚĆ WENTYLACJI Stężenie zanieczyszczenia w pomieszczeniu stan ustalony V, C a 0 V, C a C a C a E V a a C 0 E a V E a C a C a 0 strumień powietrza doprowadzanego do pomieszczenia emisja zanieczyszczenia a do pomieszczenia stężenie zanieczyszczenia a stężenie zanieczyszczenia w powietrzu wprowadzanym do pomieszczenia. 2

3 Wymagany strumień powietrza doprowadzanego do pomieszczenia V C E a a dop a C 0 V E a C a dop C a 0 strumień powietrza doprowadzanego do pomieszczenia emisja zanieczyszczenia a do pomieszczenia stężenie zanieczyszczenia a stężenie zanieczyszczenia w powietrzu wprowadzanym do pomieszczenia. Określanie strumienia powietrza wentylacyjnego ze względów higienicznych Obliczanie ilości powietrza wentylacyjnego na podstawie ilości wydzielanych do pomieszczenia zanieczyszczeń V Emax C dop C naw E max C dop emisja danego zanieczyszczenia do pomieszczenia, [g/h] dopuszczalne stężenie danego zanieczyszczenia w powietrzu zewnętrznym, [g/m 3 ] C naw stężenie danego zanieczyszczenia w powietrzu nawiewanym, [g/m 3 ] współczynnik bezpieczeństwa, (1,2 1,4) 3

4 Obliczanie ilości powietrza wentylacyjnego na podstawie ilości wydzielanych do pomieszczenia zanieczyszczeń E max C dop Określanie strumienia powietrza wentylacyjnego ze względów higienicznych V n i1 i Ei Ci dop C max i naw emisja danego zanieczyszczenia do pomieszczenia, [g/h] dopuszczalne stężenie danego zanieczyszczenia w powietrzu zewnętrznym, [g/m 3 ] C naw stężenie danego zanieczyszczenia w powietrzu nawiewanym, [g/m 3 ] współczynnik bezpieczeństwa, (1,2 1,4) Gdy występuje addytywność Najwyższe dopuszczalne stężenia zanieczyszczeń powietrza Zarządzenie*) Ministra Zdrowia i Opieki Społecznej z dnia 12 marca 1996 r. w sprawie dopuszczalnych stężeń i natężeń czynników szkodliwych dla zdrowia, wydzielanych przez materiały budowlane, urządzenia i elementy wyposażenia w pomieszczeniach przeznaczonych na pobyt ludzi (M.P. nr 19 z 1996 poz. 231) Rozporządzenie Ministra Pracy i Polityki Społecznej z dnia 29 listopada 2002 r. w sprawie najwyższych dopuszczalnych stężeń i natężeń czynników szkodliwych dla zdrowia w środowisku pracy. (Dz. U. Nr 217, poz. 1833) *) W świetle obowiązującej konstytucji i Ustawy prawo budowlane powinno to być Rozporządzenie. Istnieje spór prawny czy Zarządzenie wydane przed uchwaleniem konstytucji jest obowiązujące. 4

5 Określanie strumienia powietrza wentylacyjnego ze względów higienicznych Obliczanie ilości powietrza wentylacyjnego na podstawie ilości wydzielanych do pomieszczenia zanieczyszczeń 3 e V 10 max c dop c naw e max emisja danego zanieczyszczenia do pomieszczenia, [l/h] c dop dopuszczalne stężenie danego zanieczyszczenia w powietrzu zewnętrznym, [ppm] c naw stężenie danego zanieczyszczenia w powietrzu nawiewanym, [ppm] ( - współczynnik poprawkowy, 1,2 1,4) Określanie strumienia powietrza wentylacyjnego ze względów higienicznych Strumień powietrza wentylacyjnego w zależności od liczby osób, [m 3 /h] V n V i gdzie: V i strumień powietrza zewnętrznego przypadająca na jedną osobę, [m 3 /h] n liczba osób,- 3 eosoba V 10 i cdop cnaw 5

6 Minimalne wartości strumienia powietrza doprowadzanego do pomieszczeń przeznaczonych na pobyt ludzi Wg PN-83/B-03430/Az3:2000 Pomieszczenia przeznaczone do stałego i czasowego pobytu i ludzi powinny mieć zapewniony dopływ co najmniej 20 m 3 /h powietrza zewnętrznego dla każdej przebywającej osoby. W pomieszczeniach publicznych, w których jest dozwolone palenie tytoniu, strumień powietrza powinien wynosić 30 m 3 /h dla każdej osoby. W pomieszczeniach klimatyzowanych oraz wentylowanych o nie otwieranych oknach strumień powietrza powinien wynosić co najmniej 30 m 3 /h dla każdej przebywającej osoby, a w przypadku dozwolonego palenia w tych pomieszczeniach - co najmniej 50 m 3 /h dla każdej osoby. Krotność wymiany powietrza w pomieszczeniu Obliczanie ilości powietrza wentylacyjnego na podstawie krotności wymiany powietrza V n k V pom n k wymagana krotność wymian w pomieszczeniu, [h -1 ] V pom kubatura pomieszczenia, [m 3 ] 6

7 Rodzaj pomieszczenia Krotność wymiany powietrza w pomieszczeniu Zwyczajowo stosowana intensywność wentylacji n [h -1 ] Rodzaj pomieszczenia Zwyczajowo stosowana intensywność wentylacji n [h -1 ] Akumulatornia 4 8 Pływalnia 3 4 Audytorium 6 8 Pokój hotelowy 4 8 Bank 2 3 Pomieszczenie biurowe 3 8 Bar Pomieszczenie gospodarcze 1 2 Biblioteka 3 5 Pomieszczenie handlowe 4 8 Dom towarowy 3 6 Pralnia Garaż 4 6 Restauracja 8 12 Kino, teatr 4 6 Sala posiedzeń 6 8 Klasa szkolna 3 5 Sala zebrań 5 10 Kuchnia Sklep 6 8 Laboratorium fizyczne 5 15 Szatnia 4 6 Magazyn towarowy 4 6 Warsztat mechaniczny 3 6 Minimalny strumień powietrza odprowadzanego PN-83/B-03430/Az: dla kuchni z oknem zewnętrznym, wyposażonej w kuchnię gazową lub węglową dla kuchni z oknem zewnętrznym, wyposażonej w kuchnię elektryczną w mieszkaniu do 3 osób w mieszkaniu dla więcej niż 3 osób dla kuchni bez okna zewnętrznego lub dla wnęki kuchennej, wyposażonej w kuchnię elektryczną dla łazienki (z ustępem lub bez) dla oddzielnego ustępu dla pomocniczego pomieszczenia bezokiennego dla pokoju mieszkalnego, w przypadku określonym b) Kuchnie bez okna zewnętrznego, wyposażone w kuchnię gazowa powinny mieć mechaniczna wentylację wywiewna; usuwany strumień powietrza powinien wynosić 70 m 3 /h, 30 m 3 /h, 50 m 3 /h, 50 m 3 /h, 50 m 3 /h, 30 m 3 /h, 15 m 3 /h. 30 m 3 /h. 70 m 3 /h. 7

8 Wymagania ogóle i szczegółowe w rozporządzeniach ministerialnych Rozporządzenie Ministra Pracy i Polityki Socjalnej w sprawie ogólnych przepisów bezpieczeństwa i higieny pracy OBWIESZCZENIE MINISTRA GOSPODARKI, PRACY I POLITYKI SPOŁECZNEJ z dnia 28 sierpnia 2003 r. w sprawie ogłoszenia jednolitego tekstu rozporządzenia (Dz. U. Nr 169, poz. 1650) W pomieszczeniach umywalni należy zapewnić co najmniej dwukrotną wymianę powietrza w ciągu godziny, natomiast w pomieszczeniach z natryskami wymiana ta nie powinna być mniejsza niż pięciokrotna w ciągu godziny W pomieszczeniach ustępów należy zapewnić wymianę powietrza w ilości nie mniejszej niż 50 m 3 na godzinę na 1 miskę ustępową i 25 m 3 na 1 pisuar. q PN- EN tot n q p A q B q tot - całkowity strumień powietrza wentylacyjnego dostarczanego do pomieszczania, l/s n - liczba osób w pomieszczaniu w warunkach obliczeniowych,- q P - wymagany strumień powierza wentylacyjnego dla 1 osoby, l/(s osobę) A - powierzchnia podłogi pomieszczania, m 2 q B - wymagany strumień powierza wentylacyjnego ze względu na emisję z materiałów budowlanych, l/(s m 2 ) UWAGA na jednostki!!! 8

9 CEN EN Kategoria wymagany strumień powierza wentylacyjn ego dla 1 osoby, q P wymagany strumień powierza wentylacyjnego ze względu na emisje z materiałów budowlanych, q B Budynki wykonane z wykorzystaniem materiałów o bardzo niskiej emisji Budynki wykonane z wykorzystaniem materiałów o niskiej emisji Budynki wykonane z materiałów innych niż niskoemisyjne Kategoria I: 10 l/(s osobę) 0,5 l/(s m 2 ) 1,0 l/(s m 2 ) 2,0 l/(s m 2 ) Kategoria II: 7 l/(s osobę) Kategoria III: 4 l/(s osobę) 0,35 l/(s m 2 ) 0,7 l/(s m 2 ) 1,4 l/(s m 2 ) 0,3 l/(s m 2 ) 0,4 l/(s m 2 ) 0,8 l/(s m 2 ) Budynki wykonane z wykorzystaniem materiałów o niskiej emisji Są to budynki, w których większość materiałów wykończeniowych charakteryzuje się niską emisją zanieczyszczeń. Za takie materiały uważa się materiały naturalne takie jak kamień i szkło, znane jako bezpieczne ze względu na emisję zanieczyszczeń oraz materiały spełniające następujące kryteria: - całkowita emisja lotnych związków organicznych (TVOC) < 0,2 mg/m 2 h, przy czym należy zidentyfikować związki chemiczne odpowiedzialne za co najmniej 70 % emisji, - emisja formaldehydu < 0,05 mg/m 2 h, - emisja amoniaku < 0,03 mg/m 2 h, - emisja związków kancerogennych zaliczanych do 1 kategorii wg klasyfikacji IARC < 0, 005 mg/m 2 h. - materiał nie wydziela zapachu (odsetek niezadowolonych z zapachu w warunkach testowych powinien być mniejszy od 15%), 9

10 Budynki wykonane z wykorzystaniem materiałów o bardzo niskiej emisji Są to budynki, w których większość materiałów wykończeniowych charakteryzuje się bardzo niską emisją zanieczyszczeń oraz w budynkach nigdy nie palono tytoniu i nie jest one obecnie dozwolone. Za materiały wykończeniowe o bardzo niskiej emisji zanieczyszczeń uważa się materiały naturalne takie jak kamień i szkło, znane jako bezpieczne ze względu na emisję zanieczyszczeń oraz materiały spełniające następujące kryteria: - całkowita emisja lotnych związków organicznych (TVOC) < 0,1 mg/m 2 h, przy czym należy zidentyfikować związki chemiczne odpowiedzialne za co najmniej 70 % emisji, - emisja formaldehydu < 0,02mg/m 2 h, - emisja amoniaku < 0,01 mg/m 2 h, - emisja związków kancerogennych zaliczanych do 1 kategorii wg klasyfikacji IARC < 0, 002 mg/m 2 h. - materiał nie wydziela zapachu (odsetek niezadowolonych z zapachu w warunkach testowych powinien być mniejszy od 10%), Określanie strumienia powietrza wentylacyjnego ze względu na zyski ciepła V 3,6 Q c t p u max t n V strumień powietrza wentylacyjnego, m 3 /h Q max największa sumaryczna wartość zysków ciepła w pomieszczeniu, [W] gęstość powietrza, [kg/m 3 ] (zwykle przyjmuje się 1,2 kg/m 3 ) C p ciepło właściwe powietrza (zwykle l,005 kj/kgk) t n temperatura powietrza nawiewanego, [K] temperatura powietrza usuwanego z pomieszczenia, [K] t u 10

11 Temperatura powietrza usuwanego W praktyce (dla wentylacji mieszającej) przy wysokości umieszczenia wywiewników do 4m przyjmuję się, że temperatura powietrza na wysokości całego pomieszczenia jest wyrównana (tu = tp). W przypadku innych pomieszczeń temperaturę powietrza usuwanego określamy na podstawie zależności t u t p h 2 h - wysokość umieszczenia wywiewnika liczona od podłogi pomieszczenia, [m] - pionowy gradient temperatury, [K/m] (zwykle od 0,2 do 0,4 [K/m]) Temperatura powietrza w pomieszczeniu w którym występują zyski ciepła Założenie bardzo mała pojemność cieplna pomieszczenia t p 3,6 Q V c p t n t p temperatura powietrza w pomieszczeniu, [K] V strumień powietrza wentylacyjnego, m 3 /h Q max największa sumaryczna wartość zysków ciepła w pomieszczeniu, [W] gęstość powietrza, [kg/m 3 ] (zwykle przyjmuje się 1,2 kg/m 3 ) C p ciepło właściwe powietrza (zwykle l,005 kj/kgk) temperatura powietrza nawiewanego, [K] t n 11

12 Określanie strumienia powietrza wentylacyjnego ze względu na zyski wilgoci V Wmax x u x n V strumień powietrza wentylacyjnego, m 3 /h W max maksymalna strumień pary wodnej wydzielanej do pomieszczenia, [g/h] X u zawartość pary wodnej w powietrzu usuwanym, [g/kg] X n zawartość pary wodnej w powietrzu nawiewanym, [g/kg] gęstość powietrza, [kg/m 3 ] (zwykle przyjmuje się 1,2 kg/m 3 ) Wilgotność powietrza w pomieszczeniu w którym występują wilgoci x W V u x max n X u zawartość pary wodnej w powietrzu pomieszczenia, [g/kg] V strumień powietrza wentylacyjnego, m 3 /h W max maksymalna strumień pary wodnej wydzielanej do pomieszczenia, [g/h] X n zawartość pary wodnej w powietrzu nawiewanym, [g/kg] gęstość powietrza, [kg/m 3 ] (zwykle przyjmuje się 1,2 kg/m 3 ) 12

13 PODSTAWOWE RODZAJE SYSTEMÓW WENTYLACJI Mechanizmy wywołujące przepływ powietrza Mechanizmem sprawczym wywołującym przepływ powietrza z jednego obszaru do drugiego jest występująca między nimi różnica ciśnienia. Przyczyną zróżnicowania ciśnienia, zarówno w przestrzeni budynku, jak i między wnętrzem budynku a otoczeniem zewnętrznym, mogą być takie czynniki, jak: różnica temperatury powietrza, oddziaływanie wiatru na bryłę budynku, zamierzona konwersja dostarczonej energii elektrycznej realizowana w wentylatorach, lub rzadko już, energii dynamicznej płynu w urządzeniach strumienicowych. W zależności od wykorzystania poszczególnych sił mogących wywołać przepływ powietrza rozróżnia się wentylację naturalną, mechaniczną oraz hybrydową. 13

14 Wypór termiczny H H p s g 0 e i gdzie: g - przyspieszenie ziemskie - gęstość powietrza z - położenie otworu z 0 - położenie poziomu neutralnego (zerowego) ciśnienia Indeksy e oraz i odnoszą się odpowiednio do otoczenia i pomieszczenia. Wypór termiczny p s Ti T g i H Ti e gdzie: T - temperatura powietrza w skali bezwzględnej (K)!!! H - różnica wysokości otworu nawiewnego i wywiewnego (zakończenia przewodu wywiewnego) 14

15 Wypór termiczny P st 1 g h P st 2 g h 1 g h g h 2 p g h 351 ( t) 273 t Opory przepływu przez otwory i szczeliny Otwory 2 V Cd A P V wartość przepływającego strumienia, m 3 /s C d współczynnik wydatku,- ρ gęstość powietrza, kg/m 3 ΔP różnica ciśnienia po obu stronach otworu, Pa A powierzchnia otworu, m 2 Szczeliny V C P n V współczynnik przepływu, m 3 /(s Pa n ) n wykładnik równania, - 15

16 16 Opory przepływu powietrza w przewodach wentylacyjnych v v d l p V d l F p ' ) ( ' n V C p n p C V ) ( Charakterystyka przewodu V [m3/h] Dp [Pa] Wentylacja naturalna - działanie latem? +12C +12C

17 Działanie wiatru P r v 2 2 r Pa gdzie: P r v r - ciśnienie wywoływane przez wiatr, - średnia prędkość wiatru na wysokości budynku - gęstość powietrza Działanie wiatru P P at C P v 2 2 r C P P at P - współczynnik przetworzenia energii kinetycznej wiatru na energię potencjalną [-] - ciśnienie atmosferyczne, Pa - średnie ciśnienie działające na budynek, Pa 17

18 Kanały wentylacyjne Nasady kominowe 18

19 Działanie wiatru C p 0,3 v p C p dyn C 0,2 p 2 v 2 C p 0,2 Wentylacja naturalna - łączne działanie wyporu termicznego i wiatru 19

20 Wentylacja mechaniczna Wymianę powietrza wymuszaną przez różnicę ciśnienia wywoływaną pracą wentylatorów nazywa się wentylacją mechaniczną. Można wyróżnić trzy podstawowe rozwiązania: wentylacja mechaniczna wywiewna, wentylacja mechaniczna nawiewna, wentylacja mechaniczna nawiewno wywiewna. Wentylatory 20

21 Punkt pracy wentylatora Przewód wentylacyjny p 1 F 2 l d V Punkt pracy V (m 3 /h) Klasyfikacja systemów wentylacji, wg EN Kod Nazwa systemu Możliwy odzysk ciepła z powietrza usuwanego E System wentylacji wywiewnej (zainstalowany wentylator wywiewny) Możliwe korzystanie z energii odnawialnej1 ) Możliwe ogrzewanie powietrza E1 Wentylator centralny 2) bez pompy ciepła E2 Wentylator centralny 2) z pompą ciepła E3 Wentylator indywidualny 3) bez pompy ciepła BAL System wentylacji zbilansowanej (zainstalowane wentylatory wywiewny i wywiewny) BAL1 System centralny 2) bez odzysku ciepła BAL2 System centralny 2) z wymiennikiem ciepła BAL3 System centralny 2) z pompą ciepła BAL4 System centralny 2) z wymiennikiem ciepła oraz pompą ciepła BAL5 Urządzenie indywidualne 3) bez odzysku ciepła BAL6 Urządzenie indywidualne 3) z wymiennikiem ciepła S System wentylacji nawiewnej (zainstalowany wentylator nawiewny) S1 System centralny 2) bez energii odnawialnej S2 System centralny 2) z energią odnawialną S3 System indywidualny 3) bez energii odnawialnej 21

22 Koncepcja wentylacji hybrydowej Odzyskiwanie ciepła, filtracja powietrza Wentylacja naturalna typu DCV - demand controlled ventilation Niskociśnieniowe systemy mechaniczne Samoregulujące się nawiewniki i kratki wywiewne Nawiewniki i kanały wywiewne Otwieralne okna Systemy wentylacji typu DCV demand controlled ventilation Systemy wentylacji typu CAV constant air volume Infiltracja przez nieszczelności WENTYLACJA NATURALNA WENTYLACJA MECHANICZNA Definicja wentylacji hybrydowej wg IEA annex 35 Wentylacja hybrydowa jest dwuwariantowym systemem wentylacji (do wywołania przepływu powietrza wykorzystuje się zarówno siły naturalne jak i siły wytworzone przez konwersję energii elektrycznej w wentylatorach) sterowanym w taki sposób aby w trakcie utrzymywania akceptowalnego poziomu jakości powietrza oraz właściwego mikroklimatu w pomieszczeniach minimalizować zużycie energii. 22

23 Budynek biurowy, Finlandia Budynek biurowy, Finlandia Opory przepływu w instalacji wentylacji hybrydowej Czerpania powietrza 1 Pa Przepustnica na kanale powietrza zewnętrznego 1 Pa Wymiennik ciepła w układzie odzysku ciepła z powietrza usuwanego 4 Pa Zintegrowana chłodnica/nagrzewnica powietrza 4 Pa Pionowy kanał nawiewny 1 Pa Rozprowadzający przewód nawiewny 1 Pa Kratka nawiewna 1 Pa Kratka wywiewna 1 Pa Kratka wywiewna 1 Pa Kanał wywiewny 1 Pa Wymiennik ciepła w układzie odzysku ciepła z powietrza usuwanego 4 Pa Suma 20 Pa 23

24 Architekt: M.Mussche; IVEG Building, Belgia Konsultanci: Belgian Building Research Institute oraz IVEG and Air-Consult Engineering IVEG Building, Belgia 24

25 Budynek Commerzbanku, Niemcy W przypadku gdy jest zbyt ciepło lub zbyt chłodno wymianę powietrza zapewnia wentylacja mechaniczna, chłodzenie realizowane jest za pomocą paneli sufitowych, a ewentualne ogrzewanie za pomocą konwencjonalnych grzejników. W przypadku gdy pogoda jest sprzyjająca system wentylacji mechanicznej i system chłodzenia wyłączają się automatycznie. Na panelu sterowania w każdym pomieszczeniu zapala się światełko informujące, że można otworzyć okno w celu wentylowania budynku w sposób naturalny. Wentylacja naturalna t e <-20 C; +12 C> t i = 20 1C t i = 20 1C 25

26 Mechaniczna wentylacja wywiewna t i = 20 1C t i = 20 1C Mechaniczna wentylacja nawiewno-wywiewna t i = 20 1C t i = 20 1C 26

27 Wentylacja hybrydowa wentylatory CO 2 t i = 20 1C CO 2 t i = 20 1C CO 2 Rozdział powietrza z pomieszczeniu 27

28 Wentylacja mieszająca Spotyka się także określenia: wentylacja z przepływem mieszającym, wentylacja strumieniowa, wentylacja z burzliwym przepływem powietrza Zalety wentylacji mieszającej system wentylacji strumieniowej umożliwia zarówno chłodzenie jak i ogrzewanie pomieszczeń. poprawnie zaprojektowany rozdział powietrza jest stabilny i mało wrażliwy na zakłócenia (zmiana charakteru wydzielających się zysków ciepła, uchylenie okna itp. ). przestrzenny rozkład temperatury i wilgotności powietrza w pomieszczeniu jest wyrównany, system wentylacji mieszającej umożliwia stosowanie szerokiego zakresu rozwiązań konstrukcyjnych nawiewników powietrza. 28

29 Wady wentylacji mieszającej Przestrzenny rozkład stężeń zanieczyszczeń powietrza w pomieszczeniu jest wyrównany (np. nieprzyjemny zapach wydzielające się w określonym miejscu będzie wyczuwalny w całym pomieszczeniu), W przypadku występowania dużych zysków ciepła, niska temperatura nawiewu oraz duża prędkość powietrza mogą powodować ryzyko powstawania odczucia przeciągu, W przypadku umieszczenia nawiewników i wywiewników powietrza w górnej części pomieszczenia podczas nawiewania powietrza o temperaturze wyższej od temperatury powietrza w pomieszczeniach zachodzi niebezpieczeństwo powstania "krótkiego spięcia" (część powietrza nawiewanago opuszcza pomieszczenia nie przepływając przez strefę przebywania ludzi nie asymilując zanieczyszczeń oraz zysków ciepła). Wentylacja wyporowa spotyka się także określenia: wentylacja przemieszczająca, wentylacja z termicznie uwarunkowanym przepływem powietrza, wentylacja z niskoburzliwym przepływem powietrza 29

30 Zalety wentylacji wyporowej wytworzenie stratyfikacji powietrza w pomieszczeniu prowadzące do ograniczenia mieszania się zanieczyszczonego powietrza i w konsekwencji do niskiej koncentracji zanieczyszczeń powietrza w strefie pracy, niskie prędkości powietrza wpływające między innymi pozytywnie na hałas instalacji, niska burzliwość przepływu, zmniejszenie wymaganej mocy chłodniczej (do zysków ciepła nie wlicza się zysków ciepła generowanych powyżej przyjętej granicy "strefy czystej ) Wady wentylacji wyporowej ryzyko krótkiego spięcia w przypadku nawiewu powietrza o temperaturze wyższej od temperatury pomieszczenia, niebezpieczeństwo odczucia przeciągu w strefie przylegającej do nawiewnika, w przypadku dużych zysków ciepła w pomieszczeniu, wytwarzanie dużej różnicy temperatury na wys. 1.1 m i 0.1 m, co zwykle oceniane jest negatywnie przez użytkowników pomieszczeń, duże wymiary nawiewników oraz konieczność pozostawienia wolnej przestrzeni w bezpośrednim sąsiedztwie nawiewnika, zwiększone wymagania na moc systemu ogrzewania. 30

31 spotyka się także określenia: wentylacja tłokowa, wentylacja wyporowa (sic!) Wentylacja laminarna Wentylacja laminarna System stosowany jest przede wszystkim w pomieszczeniach czystych, nawiewane i wywiewane duże ilości powietrza duża ilość wymian wymian na godzinę prędkość nawiewu 0,2-0,4 m/s różnica temperatury między powietrzem nawiewanym a w pomieszczeniu jest mniejsza bądź równa 1-1,5 K powietrze nawiewane równomiernie przez dużą gładką powierzchnię, nie perforowaną, materiał - włókno gładkie 31

32 Strumień nieizotermiczny Chłodzenie Ogrzewanie Efekt Coandy W sytuacji gdy nawiewnik umieszczony jest dostatecznie blisko płaskiej powierzchni (najczęściej sufitu), strumień ulega przyklejeniu do niej. Dzieje się tak dlatego, że w trakcie ruchu strumienia, od jego strony swobodnej do wnętrza porywane są cząsteczki otaczającego powietrza. Od strony płaszczyzny jest to nie możliwe i wytwarzane jest tam podciśnienie, co powoduje przyssanie się strumienia do powierzchni. Zjawisko to znane jest pod nazwą efektu Coandy. Eksperymenty wykazują, że jeżeli efekt przyklejenia ma wystąpić, to odległość nawiewnika od sufitu a nie może być większa niż 30 cm. 32

33 Potencjalne problemy związane z rozdziałem powietrza wentylacyjnego w pomieszczeniu Nawiew pod sufitem Przy takiej organizacji nawiewu należy starannie określić wymiary strefy przebywania ludzi oraz uwzględnić wpływ ruchów konwekcyjnych w okolicy okna na cyrkulację powietrza w całym pomieszczeniu. Rozwiązanie to można stosować w sytuacjach gdy dopuszczalny jest ruch powietrza w kierunku podłogi wzdłuż ścian. Największe ryzyko dyskomfortu występuje w miejscach, w których strumienie powietrza wchodzą do strefy przebywania ludzi. 33

34 Nawiew na wewnętrznej ścianie Ten sposób nawiewu wymaga bardzo starannego sprawdzenia zasięgu oraz innych parametrów strumienia. Np. w pomieszczeniach biurowych gdzie strefa przebywania ludzi umiejscowiona jest blisko okien zewnętrznych, zasiąg strumienia powinien wynosić ok. 70 % długości pomieszczenia, przy czym różnica temperatury nawiewu nie powinna być większa od 10 C. Strumień może posiadać dłuższy zasięg jeśli strefa przebywania ludzi nie sięga bliżej niż 0,75 m od okien. Nawiew pod sufitem przy ścianie zewnętrznej Przy takiej organizacji nawiewu chłodniejszego powietrza zasięg strumienia powinien być większy od długości pomieszczenia o ok. 1-2 m. Jednakże w przypadku gdy z powierzchni sufitu wystają elementy architektoniczne (belki, podciągi) lub oprawy oświetleniowe istnieje ryzyko skierowania chłodnego strumienia powietrza bezpośrednio do strefy przebywania ludzi i wywołania wrażenia dyskomfortu. 34

35 Nawiew pod oknem przy ścianie zewnętrznej Przy nawiewie tego typu należy zwrócić szczególną uwagę na temperaturę powietrza nawiewanego oraz temperaturę powierzchni okna. W przypadkach gdy wartości temperatury tych powierzchni są znacząco niższe od temperatury w pomieszczeniu istnieje ryzyko, że powietrze nawiewane opadnie w dół i w odległości ok. 1-2 m od okna użytkownicy będą odczuwali chłód. Nawiew przy ścianie zewnętrznej za grzejnikiem Przy takim sposobie nawiewu, prędkość powietrza wypływającego z nawiewnika musi być odpowiednio wysoka, a konstrukcja parapetu okiennego nie może powodować powstawania składowej prędkości w kierunku pomieszczenia. W przeciwnym przypadku istnieje ryzyko wystąpienia strefy o podwyższonej prędkości przepływu powietrza w strefie przebywania ludzi. 35

36 Obciążenie cieplne W/m2 Nawiewnik wyporowy z niską prędkością wypływu Przy stosowaniu nawiewników wyporowych o niskiej prędkości wypływu z temperatura powietrza nawiewanego może być niższa o 6 C od temperatury w pomieszczeniu. Potencjalne ryzyko dyskomfortu występuje w strefie bezpośrednio przylegającej do nawiewnika oraz w strefie przypodłogowej także w większej odległości od nawiewnika. Granice stosowania poszczególnych systemów nawiewu powietrza Bezprzeciągowy przepływ powietrza nie może być zapewniony! Nawiewniki podłogowe wirowe Nawiewniki podłogowe wirowe Nawiewniki sufitowe i ścienne z burzliwym przepływem powietrza Nawiewniki sufitowe, ścienne i podłogowe z równoległym nawiewem powietrza Nawiewniki źródłowe ścienne i podłogowe 20 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 Wysokość pomieszczenia m 36

37 Zalecane maksymalne wartości zysków ciepła System wentylacji i chłodzenia Maksymalne zyski ciepła W/m 2 klasa komfortu PPD <10% klasa komfortu PPD = 10% System powietrzny: Wentylacja mieszająca (umieszczenie nawiewników) na suficie na ścianie wewnętrznej na ścianie zewnętrznej pod parapetem Wentylacja wyporowa (umieszczenie nawiewników) na podłodze na ścianie >0.6 m nad podłogą System wodny: ścienne zespoły indukcyjne fan coile ścienne sufit chłodzący na drodze promieniowania - wentylacja mieszająca wentylacja wyporowa 70 1 ' 85 sufit chłodzący na drodze konwekcji - wentylacja mieszająca wentylacja wyporowa 50 1 ' 60 TYPOWE PRZEDSIĘWZIĘCIA ZMNIEJSZAJĄCE ZUŻYCIE ENERGII W INSTALACJACH WENTYLACJI I KLIMATYZACJI 37

38 Konwencjonalna termomodernizacja vs. rozwiązania preferowane Duże zużycie energii Niska jakość środowiska wewnętrznego Wysoka jakość środowiska wewnętrznego Rutynowa termomodernizacja Preferowane rozwiązania Małe zużycie energii Zapewnienie wymiany powietrza 38

39 Dostosowanie strumienia powietrza do potrzeb Ograniczanie wentylacji w okresach gdy pomieszczenia nie są użytkowane. ręczne czasowe automatyczne : Czujniki obecności ludzi, Czujniki wilgotności, Czujniki stężenia CO 2 Czujniki mieszanin gazów Czujniki selektywne Różne sposoby regulacji strumienia powietrza t V Pc Eel w s 0 p t dt 3 N 0 V Eel dt V w s p 39

40 Wykorzystanie powietrza usuwanego do wentylacji pomieszczeń technicznych Zapewnienie szczelności przewodów Nadciśnienie lub podciśnienie Wskaźnik nieszczelności przewodów w przewodzie w Pa klasa A w m 3 /(m 2 h) klasa B w m 3 /(m 2 h) 400 < 4,78 < 1, < 2,89 40

41 Efektywność wentylacji Ce Cs C C i s - efektywność wentylacji, C e - stężenie zanieczyszczania powietrza w powietrzu usuwanym z pomieszczenia, C s - stężenie zanieczyszczania powietrza w powietrzu doprowadzanym do pomieszczenia, C i - stężenie zanieczyszczania powietrza w strefie przebywania ludzi, doprowadzanym do zone, Efektywność wentylacji przykładowe wielkości Wentylacja mieszająca Wentylacja mieszająca Wentylacja wyporowa ts Ce ts Ce ti Ci ti Ci Ce ts ti Ci Różnica temperatury ts - ti C < > 5 Efektywność wentylacji Różnica temperatury ts - ti C < >0 Efektywność wentylacji Różnica temperatury ts - ti C < > 2 Efektywność wentylacji

42 Moc właściwa wentylatora P SFP P q v p gdzie: P SFP jest mocą właściwą wentylatora w W m -3 s P jest mocą pobieraną przez silnik wentylatora w W q v jest nominalnym strumieniem objętości powietrza wentylatora w m 3 s -1 Δp jest różnicą ciśnienia całkowitego (spiętrzeniem całkowitym) wentylatora η tot jest sprawnością całkowitą wentylatora, silnika i napędu w stanie obudowanym. tot Warunki techniczne 154 p 10. Moc właściwa wentylatorów stosowanych w instalacjach wentylacyjnych i klimatyzacyjnych powinna nie przekraczać wartości określonych w poniższej tabeli: Lp. Rodzaj i zastosowanie wentylatora Maksymalna moc właściwa wentylatora [kw/(m 3 /s)] Wentylator nawiewny: a) złożona instalacja klimatyzacji b) prosta instalacja wentylacji Wentylator wywiewny: a) złożona instalacja klimatyzacji b) prosta instalacja wentylacji c) instalacja wywiewna 1,60 1,25 1,00 1,00 0,80 42

43 Warunki techniczne 154 p 11. Dopuszcza się zwiększenie mocy właściwej wentylatora w przypadku zastosowania wybranych elementów instalacji do wartości określonej w poniższej tabeli: Lp. Dodatkowe elementy instalacji wentylacyjnej lub klimatyzacyjnej Dodatkowa moc właściwa wentylatora [kw/(m 3 /s)] Dodatkowy stopień filtracji powietrza 0,3 2 Dodatkowy stopień filtracji powietrza z filtrami 0,6 klasy H10 i wyższej 3 Filtry do usuwania gazowych zanieczyszczeń 0,3 powietrza 4 Wysoko skuteczne urządzenie do odzysku ciepła (sprawność temperaturowa większa niż 90%) 0,3 Prawidłowy nadzór i obsługa Roczne koszty nadzoru i obsługi systemów klimatyzacyjnych wynoszą dla: systemów prostych 2-3 % kosztów inwestycyjnych systemów rozbudowanych 3-5 % kosztów inwestycyjnych Roczne koszty specjalne konserwacji wynoszą dla: systemów prostych 1-2 % kosztów inwestycyjnych systemów rozbudowanych 2-3 % kosztów inwestycyjnych 43

44 Zanieczyszczenia instalacji wentylacji mechanicznej Czyszczenie instalacji wentylacji mechanicznej 44

45 Filtracja powietrza Klasy jakości powietrza zewnętrznego ODA 1 (czyste powietrze) ODA 2 (wysokie stężenie pyłu i gazów) ODA 3 (bardzo wysokie stężenie pyłu i gazów) IDA 1 (wysoka jakość powietrza wewn.) PN-EN 13779:2007 Klasy jakości powietrza wewnętrznego IDA 2 (średnia) IDA 3 (umiarkowana) IDA 4 (niska) Dz.U.75/2002 poz F9 F7+F9 F7+GF+F9 (*) F8 F6+F8 F7+GF+F9 (*) F7 F5+F7 F5+F7 F5 F5+F6 F5+F6 co najmniej G4 - przed nagrzewnicami, chłodnicami i urządzeniami do odzyskiwania ciepła co najmniej F6 przed nawilżaczem (*) - GF filtr adsorbujący zanieczyszczenia gazowe (filtr węglowy) i/lub filtr chemiczny Energia odnawialna i usprawnienie przygotowania powietrza 45

46 Energia odnawialna ROZPORZĄDZENIE MINISTRA INFRASTRUKTURY 1) z dnia 6 listopada 2008 r. zmieniające rozporządzenie w sprawie szczegółowego zakresu i formy projektu budowlanego 2) (Dz. U. z dnia 13 listopada 2008 r.) w 11 w ust. 2: c) po pkt 10 dodaje się pkt 10a w brzmieniu: "10a) w stosunku do budynku o powierzchni użytkowej, większej niż m 2, określonej zgodnie z Polskimi Normami dotyczącymi właściwości użytkowych w budownictwie oraz określania i obliczania wskaźników powierzchniowych i kubaturowych - analizę możliwości racjonalnego wykorzystania pod względem technicznym, ekonomicznym i środowiskowym, odnawialnych źródeł energii, takich jak: energia geotermalna, energia promieniowania słonecznego, energia wiatru, a także możliwości zastosowania skojarzonej produkcji energii elektrycznej i ciepła oraz zdecentralizowanego systemu zaopatrzenia w energię w postaci bezpośredniego lub blokowego ogrzewania;"; Odzysk ciepła z powietrza usuwanego oraz wymienniki ciepła grunt-powietrze 46

47 Odzysk ciepła z powietrza usuwanego lub recyrkulacja W instalacjach wentylacji mechanicznej ogólnej nawiewno-wywiewnej lub klimatyzacji komfortowej o wydajności 2000 m3/h i więcej, należy stosować urządzenia do odzyskiwania ciepła z powietrza wywiewanego o skuteczności co najmniej 50% lub recyrkulację, gdy jest to dopuszczalne. W przypadku zastosowania recyrkulacji strumień powietrza zewnętrznego nie może być mniejszy niż wynika to z wymagań higienicznych, jednak nie mniej niż 10% powietrza nawiewanego. Dla wentylacji technologicznej zastosowanie odzysku ciepła powinno wynikać z uwarunkowań technologicznych i rachunku ekonomicznego. 2. Urządzenia do odzyskiwania ciepła powinny mieć zabezpieczenia ograniczające przenikanie między wymieniającymi ciepło strumieniami powietrza do: 1) 0,25% objętości strumienia powietrza wywiewanego z pomieszczenia - w przypadku wymiennika płytowego oraz wymiennika z rurek cieplnych, 2) 5% objętości strumienia powietrza wywiewanego z pomieszczenia - w przypadku wymiennika obrotowego, w odniesieniu do różnicy ciśnienia 400 Pa. 7. Wymagań ust. 1 można nie stosować w przypadku instalacji używanych krócej niż przez godzin w roku. ; Sprawność temperaturowa odzysku ciepła T t t n i t t e e t i - temperatura powietrza w pomieszczeniu t n - temperatura powietrza nawiewanego t e - temperatura powietrza zewnętrznego 47

48 Sprawność entalpowa odzysku ciepła (jawnego i utajonego) h hn he h h i e h i - entalpia powietrza w pomieszczeniu h n - entalpia powietrza nawiewanego h e - entalpia powietrza zewnętrznego Sprawność entalpiczna odzysku ciepła??? c p h t n i h c e p t e c p - ciepło właściwe powietrza Brak uzasadnienia dla stosowania tak zdefiniowanej wielkości!!! 48

49 Typy wymienników do odzysku ciepła wymiennik płytowy o wymiennik płytowy krzyżowy (=50-70%) o wymiennik płytowy przeciwprądowy (=85-95%) o wymiennik spiralny (przeciwprądowo-krzyżowy) (=85-95%) wymiennik obrotowy o odzyskiwanie ciepła z powietrza usuwanego (=85-90%) o odzyskiwanie ciepła i wilgoci z powietrza usuwanego ( t =80-85% oraz odzysk wilgoci ok. 0,8-0,9 x t ) wymiennik z rurek cieplnych (=55-65%) komorowy rekuperator ciepła (=75-90%) układ z czynnikiem pośredniczącym (=50-65%) pompa ciepła (=60-80%) Uwaga sprawności średniosezonowe są niższe od przedstawionych o 10-12%. Wymienniki płytowe 49

50 Wymienniki płytowe Nie występuje mieszanie powietrza, ani też przenoszenie wilgoci. Możliwe różne wykonania (przepływ krzyżowy, przeciwprądowy) i różne ukształtowanie płyt Szerokość szczeliny 5-10 mm. Opór powietrza 100 do 250 Pa. Główne zalety: Łatwe czyszczenie (łatwy dostęp do powierzchni, możliwość czyszczenia np. przez spryskiwanie wodą), Duża powierzchnia wymiany ciepła przy małych gabarytach urządzenia, Duże wartości współczynników przenikania ciepła, Wymiana ciepła między ośrodkami może zachodzić już przy niewielkich różnicach temperatury (1 K) Prosta budowa i duża typizacja urządzeń Wymiennik obrotowy 50

51 Wymiennik obrotowy Przez wolno obracający się wirnik (5-15 obr./min) przepływa powietrze, w jednej części usuwane powietrze, a w drugiej części w odwrotnym kierunku m powietrze zewnętrzne. Obracająca się masa akumulacyjna jest przemywana na zmianę raz zimnym, a raz ciepłym powietrzem. Wirnik składa się z falistej folii aluminiowej z higroskopijną lub niehigroskopijną powierzchnią wymiany ciepła. Może być wymieniane zarówno ciepło jawne jak i wilgoć Wydajność m3/h przy stratach ciśnienia Pa i średnicach wymiennika mm. W celu zapobieżenia przedostawaniu się powietrza usuwanego do powietrza nawiewanego stosuje się śluzę (strefę przepłukiwania), w której zawarte w kanałach powietrze wypierane jest przez powietrze zewnętrzne. Rurka cieplna 51

52 Rurka cieplna Rurka ożebrowana, w której następuje odparowanie cieczy (najczęściej czynnika chłodniczego) i skroplenie oparów. Usuwane ciepłe powietrze powoduje odparowanie czynnika chłodniczego w dolnej połowie rury. W górnej połowie rury zimne powietrze zewnętrzne powoduje skraplanie się pary czynnika chłodniczego i spływ kondensatu w dół pod wpływem siły ciężkości. Przy poziomym wykonaniu, rury do powrotnego przepływu czynnika chłodniczego posiadają od wewnątrz porowate złoże, działające z wykorzystaniem sił kapilarnych, Przez lekkie nachylenie poziomych rur może regulować odzyskiwany strumień ciepła. Ciecz i para znajdują się w każdej temperaturze w równowadze. Każda poszczególna rura lub każda wężownica rurowa stanowi samodzielną jednostkę. Inne urządzenia do odzysku ciepła komorowy rekuperator ciepła - komora wykonana z materiału o znacznej pojemności cieplnej przedzielona przepustnicą kierującą cyklicznie strumień powietrza usuwanego i nawiewanego do przeciwległych części komory. układ z czynnikiem pośredniczącym - dwa wymienniki ciepła jeden umieszczony w strumieniu powietrza nawiewanego drugi w strumieniu powietrza usuwanego, pomiędzy którymi ciepło transportowane jest przy pomocy obiegu pompowego wypełnionego roztworem glikolu lub wodą, pompa ciepła - układ dwóch wymienników włączony w konwencjonalny sprężarkowy obieg chłodniczy; Stosowanie pomp ciepła do odzyskiwania jest celowe w przypadku instalacji o dużej ilości ciepła i jednocześnie braku możliwości lub celowości stosowania recyrkulacji powietrza (np. kryte baseny). 52

53 Obowiązek dodatkowej filtracji powietrza Warto zwrócić uwagę także na rozporządzenia, który stanowi, że urządzenia do odzysku ciepła powinny być zabezpieczone przed zanieczyszczeniami znajdującymi się w powietrzu zewnętrznym, a w szczególnych przypadkach w powietrzu obiegowym (recyrkulacyjnym), za pomocą filtrów co najmniej klasy G4. Powoduje to dodatkowe opory przepływu powietrza i konsekwencji prowadzi do wzrostu kosztów transportu powietrza. Dlaczego wymienniki do odzyski ciepła się szronią? h h n e h i h o 53

54 Rodzaje systemów odszraniania podgrzanie czerpanego z zewnątrz powietrza powyżej temperatury granicznej powodującej szronienie (nagrzewnice powietrza lub prostych przeponowych lub bezprzeponowych gruntowych wymiennikach ciepła), zmniejszenie sprawności odzysku ciepła (np. poprzez zmianę prędkości obrotowej wymiennika) skierowanie powietrza nawiewanego do kanału obejściowego i rozmrażanie wymiennika przez ciepłe powietrze usuwane z pomieszczenia (przy braku nagrzewnic powietrza do pomieszczeń nawiewane jest chłodne powietrze). okresowe ograniczanie przepływu lub wyłączanie się wentylatora nawiewnego i rozmrażanie wymiennika przez ciepłe powietrze usuwane z pomieszczeń (uwaga w przypadku gdy dom/mieszkanie wyposażony jest w palenisko na paliwo stałe, kominek lub gazowy podgrzewacz wody z grawitacyjnym odprowadzeniem spalin jest to zabronione!). zamknięcie dopływu powietrza zewnętrznego i rozmrażanie wymiennika przez ciepłe powietrze recyrkulowane ponownie do pomieszczenia (system ten aczkolwiek nie powoduje podciśnienia w pomieszczeniu ale przez pewnien czas pomieszczenia pozbawione są wentylacji niezgodne z prawem!) Wymienniki gruntowe Wymienniki gruntowe umożliwiają wykorzystanie energii odnawialnej gruntu oraz energii odpadowej rozpraszanej do gruntu przez budynek. Bardzo dobrze spełniają swoją rolę jako zabezpieczenia antyszronowe. Wymienniki grunt-powietrze: Wymienniki przeponowe (rurowe) Wymienniki bezprzeponowe (żwirowe i płytowe) Wymienniki grunt-czynnik pośredniczący (glikol) wymienniki przewodowe, 54

55 Temperatura powietrza, [oc] Wymiennik gruntowy - przeponowy Sprawność wymiennika gruntowego GWC Temperatura gruntu Temperatura powietrza przed wymiennikiem Temperatura powietrza za wymiennikiem Kolejne godziny roku 55

56 Wymiennik gruntowy - bezprzeponowy Wymiennik gruntowy glikolowy 56

57 Obliczanie zużycie energii w na potrzeby wentylacji Ew E w t 0 V c p 1 1 t t GWC i e dt E E w pom w tot t E n 0 i1 w i N dt i w E w pom w el Współczynniki nakładu nieodnawialnej energii pierwotnej (przykładowo): Olej opałowy, gaz ziemny, gaz płynny, węgiel kamienny, węgiel brunatny (1,1) Biomasa (0,2) Energia elektryczna (3,0) Modernizacja energetyczna wentylacji w budynkach użyteczności publicznej ograniczenie emisji zanieczyszczeń gazowych i pyłowych, zysków ciepła a także wilgoci w pomieszczeniu, stosowanie urządzeń miejscowych w celu usuwania zanieczyszczeń i zysków ciepła bezpośrednio w miejscu powstawania, stosowanie systemów ze zmiennym strumieniem powietrza pozwalających dostosowywać intensywność wentylacji do potrzeb i zmiennego obciążenia cieplnego, rozdzielenie systemu wentylacji od systemu kontroli parametrów powietrza, poprawa efektywności wykorzystania powietrza świeżego poprzez wprowadzanie go możliwie blisko strefy przebywania ludzi, stosowanie racjonalnych prędkości przepływu powietrza w przewodach, stosowanie wentylatorów o wysokiej sprawności, Stosowanie odzysku ciepła z powietrza usuwanego i wykorzystywanie wymienników gruntowych stosowanie zaawansowanej automatyki zapewniającej elastyczną prace instalacji wentylacji i klimatyzacji oraz jej prawidłową współpracę z innymi instalacjami. 57