Ověření přirozeného větrání spojovací lávky administrativních budov

Úvod

I v nově stavěných administrativních budovách se často nacházejí pomocné prostory (chodby, schodiště, atria), které nejsou klimatizovány. V případě prosklených fasád či střech je riziko růstu teploty vzduchu v takovýchto prostorách značné. Proto je třeba vhodně dimenzovat větrání takovýchto prostor, případně i ověřovat dynamickou simulací podmínky vnitřního klimatu.

Popis objektu

Modelovaný prostor je vícepodlažní spojovací lávka (6 nadzemních podlaží), která spojuje dvě křídla administrativní budovy (viz obr. 1). Spojovací lávka je tvořena lehkou ocelovou konstrukcí a je kompletně prosklená. Lávka sousedí na východě a západě s administrativní budovou. Prostor lávky je částečně stíněn oběma křídly administrativní budovy, které s ní bezprostředně sousedí. Navíc jsou na úrovni nejvyššího 6. podlaží umístěny vodorovné stínicí elementy. Ve studii jsou pro fasádu použity celkem 3 typy zasklení venkovní fasády jedná se o zasklení selektivní s vyšší hodnotou propustnosti světla velmi nízkou propustností tepla g. Použití těchto skel je důsledkem požadavku architekta na subtilnost a průhlednost všech stěn lávky a snahou o omezení tepelných zisků a potřeby chlazení. Detailní parametry skel byly získány od výrobce a základní parametry skel jsou v tabulce 1.

Obr.1:Půdorysné schéma administrativní budovy s naznačením orientace a vizualizace celého objektu s pohledem na spojovací lávku

Pro spojovací lávku administrativní budovy jsou vnitřní tepelné zátěže poměrně malé, vycházejí z počtu osob, instalovaných zařízení (motory výtahů) a osvětlení, celkem je vnitřní zátěž cca 3 W/m².

Č.	Var.	Označení skla	Použití skla	g	U
				-	W/m2K
1	S1	Stopray Vision 50 T 10 16 Argon Stratobel 1010.2 - 40 % potisk	Zasklení VI.NP.	0,19	1,3
2	S2	Stopray Vision 50 T 10 16 Argon Stratobel 1010.2 - 70 % potisk	Zasklení VI.NP.	0,14	1,3
3		10 mm Stopray Vision-50 T 15 mm Air - 12 mm Planibel Clear	Zasklení I.NP. až V.NP.	0,30	1,4

Tab.1: Použitá zasklení, jejich součinitel g a součinitel prostupu tepla U

Větrání objektu je přirozené otevíratelnými otvory pod stropem I.NP. a pod stropem VI.NP., plocha otvorů v I.NP. i v VI.NP. je 9,8 m² na jižní a 9,8 m² na severní fasádě. Režim otevírání oken je patrný z jednotlivých variant simulace. Okna jsou výklopná ven a opatřena automatickou regulací otevírání. Do prostoru není nuceně přiváděn žádný vzduch a zbytek fasády je těsný bez infiltrace.

Model

Model lávky má 6 zón odpovídacích jednotlivým podlažím (viz obr. 2). Model budovy byl doplněn modelem proudění. Vzhledem k tomu, že nebyly určeny tlakové součinitelé pro přesný výpočet proudění vlivem větru, bylo předpokládáno bezvětří (korekční faktor 0,05 na rychlost větru).

Obr.2: Model spojovací lávky v programu ESP-r včetně stínících prvků a schéma proudění vzduchu budovou

Řešení a výsledky

Počítačová simulace byla provedena pro pražský referenční rok. Celkem bylo řešeno 6 kombinací vycházejících ze dvou variant zasklení střechy a VI.NP.: S1 a S2 (viz Tab. 2) a tří variant provozu:

R1 - okna stále naplno otevřena (2x 9,8 m² v I.NP. + 2x9,8 m² v VI.NP.)
R2 - stejně jako R1, ale když je teplota vzduchu v I.NP. nižší než 18 °C okna v I.NP. zavřena
R3 - podobně jako R2, ale plocha všech oken byla snížena na 4,9 m²

Pro variantu zasklení 40 % (S1) a provozu se stále otevřenými okny (R1) je maximální teplota vzduchu v VI.NP. objektu 35 °C, ale teploty nad 32 °C nastávají pouze výjimečně. Problémem je poměrně vysoký výskyt teplot pod 18 °C. Rozdíl mezi teplotou v VI.NP. a venkovním vzduchem je maximálně 10 K, ale obvykle dosahuje v odpoledních hodinách cca 6 K, minimální rozdíly jsou v ranních hodinách. Průtoky vzduchu objektem jsou maximálně 30 m³/s, běžně kolem 20 m³/s. Většinu dní dochází v nočních a ranních hodinách k opačnému proudění, kdy je vzduch přiváděn v VI. NP. a odváděn v I.NP. Maximální rychlosti proudění otvory jsou 1,5 m/s a průměrné 0,7 m/s.

Pro variantu zasklení 70 % (S2) a provozu se stále otevřenými okny (R1) je maximální teplota vzduchu v VI.NP. objektu 34,6 °C, jinak jsou výsledky téměř shodné s předchozí variantou. Střední radiační teploty v VI.NP. jsou mírně vyšší.

Pro variantu zasklení 40 % (S1) a provozu s okny, která se zavírají, když je v I.NP. teplota nižší než 18 °C (R2) je maximální teplota vzduchu v VI.NP. objektu 50 °C; tyto vysoké teploty však nastávají v přechodovém období, kdy dojde díky nízké teplotě přiváděného vzduchu k zavření přívodních otvorů, maximální teplota při otevřených otvorech je 33 °C, ale teploty nad 32 °C nenastávají příliš často (75 hodin). Výskyt teplot pod 18 °C se výrazně snížil. Rozdíl mezi teplotou v VI.NP. a venkovním vzduchem je obvykle cca 10 K, minimální rozdíly jsou v ranních hodinách. Průtoky vzduchu objektem jsou maximálně 45 m³/s, běžně kolem 25 m³/s. K opačnému proudění, kdy je vzduch přiváděn v VI. NP. a odváděn v I.NP. dochází již výjimečně. Maximální rychlosti proudění otvory jsou 2,3 m/s a průměrné 0,5 m/s.

Teplota vzduchu [°C]		R1_S1		R1_S2		R2_S1		R2_S2		R3_S1
od	do	hodin		hodin		hodin		hodin		hodin
	18	1806	49 %	1796	49 %	637	17 %	602	16 %	451	12 %
18	26	1498	41 %	1493	41 %	2337	64 %	2298	63 %	2205	60 %
26	32	351	10 %	353	10 %	623	17 %	670	18 %	853	23 %
32	35	17	0,5 %	30	0,8 %	75	2,0 %	102	2,8 %	163	4,4 %
t max otevřeno		33,1°C		34,7°C		33,1°C		34,6°C		35,9°C

Tab.2: Výsledky počítačové simulace (teploty vzduchu)

Četnosti teplot vzduchu v prostoru atria byly vyhodnoceny ze simulovaných teplot vzduchu pro danou hodinu a podlaží.

Závěr

Z výsledků počítačové simulace vyplývá, že přijatelné podmínky lze v prostoru spojovací lávky zajistit přirozeným prouděním. Je třeba volit takový systém automatického otevírání větracích otvorů, který zajistí odvod tepelné zátěže a zároveň bude minimalizovat riziko průvanu a příliš nízkých teplot v přízemí (provoz mezi variantou R1, kdy byla okna stále naplno otevřená a variantou R2, kdy byla okna často zavřená). V případě uzavření přívodních otvorů může i v přechodovém období docházet k nárůstu vnitřních teplot nad přípustnou míru. Obecně nejnepříznivější je situace v VI.NP., kde jsou teploty vzduchu nejvyšší a na procházející osoby nepříznivě působí i sálání okolních ploch.

Při uvádění do provozu a zkušebním provozu je třeba optimalizovat otevírání otvorů s ohledem na rizika průvanu v I.NP. a zároveň riziko nárůstu teplot v VI.NP. Pracovníky trvale pracující v I.NP. (recepce, ostraha) doporučujeme chránit proti možnému průvanu (např. částečně uzavřené pracoviště) a umožnit jim lokální vytápění.

Prezentovaná studie ukázala, jak může detailní řešení pomoci při ověření podmínek v neklimatizované části budovy a optimalizaci stínicích prvků. V případě návrhu prosklených fasád a střech je vždy třeba zohlednit rizika v letních měsících a volit moderní materiály se selektivními vlastnostmi a nižšímu stínícími součiniteli při zachování průhlednosti.