Reklama

Vyhodnotenie experimentálnych meraní vnútorného prostredia vo veľkopriestorovej kancelárii so stropnými sálavými panelmi

15.4.2024

Ing. Eva Švarcová, prof. Ing. Dušan Petráš, PhD.

Recenzovaný

Trojročné merania vnútornej teploty vzduchu a relatívnej vlhkosti vzduchu vo veľkopriestorovej kancelárii boli vyhodnotené pre mesiac Február. Posúdené boli taktiež teploty prívodnej vykurovacej teplonosnej látky.

Reklama

Abstrakt

Vyhodnotenie experimentálnych meraní vnútorného prostredia, ktoré bolo zamerané na tepelnú pohodu vo veľkopriestorovej kancelárii. Trojročné merania boli vyhodnotené pre jeden vybraný mesiac zimného obdobia (mesiac Február) pre posúdenie vnútornej teploty vzduchu a relatívnej vlhkosti vzduchu. Posúdené boli taktiež teploty prívodnej vykurovacej teplonosnej látky do systému vykurovania pre 3 vykurovacie okruhy. Vykurovacím systémom veľkopriestorovej kancelárie boli inštalované stropné sálavé panely z napeneného hliníka.

1. Úvod

Vnútorné prostredie v budovách je zamerané na zabezpečenie požadovaných tepelno-technických vlastností, tak aby bola dosiahnutá tepelná pohoda vo vykurovaných priestoroch. Z hľadiska dlhodobého prebývania v priestoroch, je dôležité zabezpečiť optimálnu tepelno-vlhkostnú mikroklímu v pracovnom prostredí. Optimálne tepelné prostredie je definované príjemným pocitom, kde ľudia nepociťujú ani nadmerné teplo ani chlad [1, 2, 3].

V skúmanej veľkopriestorovej kancelárii, bolo použité sálavé vykurovanie prostredníctvom stropných sálavých paneloch, ktoré sú vyrobené z inovatívneho materiálu – napenený hliník. Toto riešenie umožňuje využiť nízko-potenciálové vykurovacie alebo chladenie, kde počas letného obdobia je použité chladiace médium, ktorým je možné chladiť kancelárske priestory. Dve veľkopriestorové kancelárie boli vyhodnocované z hľadiska vnútorného tepelného prostredia, kde v jednej kancelárii bolo použité sálavé vykurovanie a v druhej veľkopriestorovej kancelárii bolo použité konvekčné vykurovanie (vykurovacie telesá).

V nasledujúcich kapitolách sme porovnávali namerané údaje z priestorov veľkopriestorových kancelárií. V skúmanej veľkopriestorovej kancelárii so sálavými panelmi boli vyhodnotenia zamerané na priebehy teplôt vnútorného vzduchu, relatívnej vlhkosti vzduchu a prívodných teplôt teplonosnej látky na vykurovanie, ktoré bolo členené na tri vykurovacie okruhy. Veľkopriestorová kancelária má 260 m² a je pre 16 zamestnancov [5].

2. Vykurovací systém veľkopriestorovej kancelárie

Obr. 1 Schéma a detail sálavého stropného panela [4]

Vykurovanie veľkopriestorovej kancelárie bolo zabezpečené prostredníctvom stropných sálavých panelov. Tento spôsob vykurovania sa radí medzi sálavé systémy – t. j. sálavá zložka vykurovania prevláda nad konvekčnou zložkou. Tento novo-vyvinutý sálavý panel z hliníkovej peny o veľkosti 600 × 600 mm má veľmi dobrú tepelnú vodivosť materiálu. Rozostup medzi inštalovanými rúrkami v stropných panelov je 300 mm. Dve paralelné nerezové rúrky s priemerom 12 alebo 18 mm sú umiestnené v paneloch z napeneného hliníka. Tieto rúrky majú priamy styk s napeneným hliníkom, preto majú veľmi dobrú vodivosť s celým panelom [4]. Z dôvodu malého objemu média na m² panelov rúrky rýchlo reagujú na zmeny vnútorných teplôt a majú vlastnosti dobrej zvukovej izolácie [5]. Hustota peny z hliníka je ρ = 800 kg/m³ a ďalšia dôležitá charakteristika tepelné vodivosti λ = 10÷50 W/ (m.K) [6].

Vykurovanie veľkopriestorovej kancelárie so stropným vykurovaním je delené do troch samostatne regulovaných zón stromi vykurovacími okruhmi. Na Obr. 2 sú zobrazené meracie miesta veľkopriestorovej kancelárie s aplikáciou sálavých stropných panelov.

Obr. 2 Zobrazenie meracích miest v pôdoryse [4]

Pričom označenia θ_i 1, θ_i 2a , θ_i 3 popisujú teplotu vnútorného vzduchu v °C a udávajú aj polohu meračov. Tieto miesta merania sú v nasledujúcich grafoch označované 1, 2A, 3. Označenie ϕ udáva meracie miesto, ktoré sníma relatívnu vlhkosť vzduchu v %. Označenie merača θ_e zaznamenáva vonkajšiu teplotu vzduchu v °C. Vo veľkopriestorovej kancelárií s konvekčným vykurovaním, ktorá leží zrkadlovo na rovnakom poschodí kancelárií bolo umiestnené jedno meracie miesto 2B, kde sa merala vnútorná teplota vzduchu θ_i 3.

3. Merané parametre vnútorného prostredia

V nasledujúcej kapitole budú zobrazené výsledky pre vykurovacie obdobie v období troch rokov meraní. Pre prehľadnejšie vyhodnotenie bol zvolený jeden zimný mesiac – Február, kde sa následne vyhodnocovali namerané údaje pre vnútornú teplotu vzduchu v 3 zónach vo veľkopriestorovej kancelárii, kde boli nainštalované sálavé stropné panely.

Označenie meraných miest 1, 2A, 3. Jedno meracie miesto (2B) bolo umiestnené do vedľajšej veľkopriestorovej kancelárie, kde bolo na vykurovanie priestoru využité konvekčné vykurovanie (vykurovacie telesá).

3.1 Vnútorná teplota vzduchu

Obr. 3 Graf priebehu priemerných mesačných údajov vnútornej teploty vzduchu [autor]

Zámerom posúdenia vnútornej teploty vzduchu vo veľkopriestorových kanceláriách bolo vyhodnotenie vnútorného priestoru z hľadiska tepelného prostredia, aby sa ukázalo či priestory sú vhodne regulované a spĺňajú optimálne požiadavky pre pracovnú náplň zamestnancov z hľadiska tepelnej pohody. Vnútorná teplota vzduchu v priestore bola snímaná v troch meracích miestach (na Obr. 2 je zobrazenie pozície meracích miest). Na Obr. 3 sú vykreslené priemerné mesačné hodnoty vnútornej teploty vzduchu nameraných hodnôt pre 3 skúmané roky (2021, 2022, 2023). Ako skúmaný zimný mesiac bol zvolený Február pre vykurovacie obdobie všetkých troch rokov.

Na Obr. 3 môžeme vidieť, že najvyššia vnútorná teplota vzduchu sa vyskytla v priestoroch veľkopriestorovej kancelárie s inštalovaným konvekčným vykurovaním. V tomto priestore môžeme vyhodnotiť, že priestor bol mierne prekurovaný.

Vo veľkopriestorovej kancelárii s aplikáciou stropných sálavých panelov bolo najteplejšie merané miesto v zóne 3. Všetky krivky majú tendenciu klesania, čo značí neprekurovanie priestorov a zníženie nákladov počas prevádzky.

Obr. 4 Graf priebehu denných priemerných vonkajších a vnútorných teplôt vzduchu [autor]

Na nasledujúcom Obr. 4 je zobrazené vyhodnotenie údajov z hľadiska presnejšieho vyhodnotenia nameraných údajov. Krivky zobrazujú priemerné denné teploty vzduchu v priestoroch so zobrazením aj priemerných denných vonkajších teplôt vzduchu, ktoré boli namerané v zvolenom obdobím mesiace Február v roku 2022.

Merania boli načasované na každu chodinu počas dňa. Priemerná denný výsledná hodnota vnútornej teploty vzduchu z jedného dňa pozostávala s 24 meraných údajov.

Priemerné denné teploty vnútorného vzduchu v priestoroch veľkopriestorovej kancelárie sú pomerne zhodné vo všetkých meracích miestach a nemajú žiadne veľké výkyvy. Na grafe je zobrazený aj priebeh vonkajších teplôt vzduchu a vnútorné teploty vzduchu boli v rozmedzí od 22 do 25 °C. Tento podrobnejší priebeh priemerných denných teplôt vzduchu zobrazuje totožné výsledky ako to bolo u predchádzajúceho grafu zobrazeného na Obr. 3, kde najteplejším miestom merania bolo 2B, v priestoroch veľkopriestorovej kancelárie s konvekčným vykurovaním.

3.2 Relatívna vlhkosť vzduchu

Ďalšie posúdenie bolo zamerané na vyhodnotenie relatívnej vlhkosti vzduchu pre jeden mesiac z letného obdobia – Júl a jeden mesiac zo zimného obdobia – Február pre rok 2022. V Tab. 1 sú zobrazené údaje pre optimálne podmienky a prípustné podmienky tepelno-vlhkostnej mikroklímy pre chladné obdobie roka, ktoré stanovuje Vyhláška Ministerstva zdravotníctva č. 259/2008 Z. z.

Tab. 1 Optimálne a prípustné podmienky tepelno-vlhkostnej mikroklímy pre chladné obdobie roka [2]
Trieda činnosti	Operatívna teplota `t_o` [°C]		Prípustná rýchlosť prúdenia vzduchu `v_a` [m.s⁻¹]	Prípustná relatívna vlhkosť vzduchu `φ` [%]
Trieda činnosti	optimálna	prípustná	Prípustná rýchlosť prúdenia vzduchu `v_a` [m.s⁻¹]	Prípustná relatívna vlhkosť vzduchu `φ` [%]
0	22–26	20–27	≤ 0,2	30 až 70
1a	20–24	18–26	≤ 0,2
1b	18–21	15–24	≤ 0,25
1c	15–20	12–22	≤ 0,3

Hodnoty t_o, φ, v_a sú určené pre štandardné oblečenie Rcl = 0,7 až 1,0 clo.

Obr. 5 Priemerné denné relatívne vlhkosti vzduchu [autor]

Na Obr. 5 môžeme vidieť priebehy priemerných denných relatívnych vlhkostí vzduchu pre mesiac Júl (letné obdobie) a pre mesiac Február (zimného obdobia).

Pre zimné obdobie boli relatívne vlhkosti vzduchu pomerne nízke len medzi 19–30 %. V lete tieto hodnoty boli vyššie a pohybovali sa medzi 30–65 %. Pre zimné obdobie roka, by bolo vhodné zvážiť zvlhčenie priestorov veľkopriestorovej kancelárie so sálavým vykurovaním, pretože niektoré dni nespĺňali minimálne prípustné hodnoty relatívnej vlhkosti vzduchu vo veľkopriestorovej kancelárie.

3. Regulácia vykurovacieho systému

Sálavé panely z napeneného hliníka majú veľmi dobrú tepelnú vodivosť a tým vedia veľmi dobre nahriať celý vykurovací panel vďaka prísunu teplonosnej látky, ktorá v nich cirkuluje. Tým, že sa rýchlo nahrejú stačí aj menšia teplota teplonosnej látky na ich vykúrenie.

V sledovanom zimnom období v rokoch 2021 až 2023 boli vyhodnotené priemerné mesačné prívodné teploty teplonosného média pre mesiac Február. Vyhodnocovali sa výsledky priemerných mesačných hodnôt pre 3 vykurovacie okruhy a jeden okruh hlavného vstupu do rozdeľovača zberača pre veľkopriestorovú kanceláriu so sálavými panelmi.

Obr. 6 Priemerné teploty prívodnej teplonosnej látky pre zimné obdobie [autor]

Najnižšie prívodné teploty prívodnej teplonosnej látky sa pohybovali v rozmedzí 20 až 22 °C a boli namerané pre okruh číslo 3. Najvyššie teploty prívodnej teplonosnej látky sa pohybovali v rozmedzí 25 až 28 stupňov pre okruh číslo 1. Do rozdeľovača a zberača bola privádzaná priemerná teplota teplonosnej látky v rozmedzí 33 až 36 °C. Teplota do vykurovacích okruhov bola riadená kvalitatívnou reguláciu, kde sa menili teploty privádzanej teplonosnej látky do vykurovacích okruhov domiešavaním. Privádzaná teplota teplonosnej látky závisela od vnútornej teploty vzduchu v priestore, ktorá bola zadaná prevádzkovateľom.

4. Záver

Všeobecne platí, že vnútorné prostredie v interiéroch je z hľadiska dlhodobého pobytu veľmi dôležité nastaviť na optimálne požiadavky z hľadiska tepelno-vlhkostnej mikroklímy. Optimálne teploty interiérového vzduchu by sa mali pohybovať v rozmedzí 20 až 24 °C pre triedu činnosti 1a zimného obdobia, ktorá je charakterizovaná pre administratívne priestory s ľahkou činnosťou. Relatívnosť vlhkosť vzduchu by sa mala pohybovať v rozmedzí 30 až 70 %. Tepelná pohoda v priestoroch sa vyjadruje spokojnosťou ľudí obsadzujúcich daný priestor, to znamená hodnotenie ľudí v priestore značí taký pocit kde nepociťujú ani nadmerné teplo ani chlad. Veľkopriestorová kancelária so stropnými panelmi z napeneného hliníka poväčšine času spĺňa optimálne podmienky tepelno-vlhkostnej mikroklímy. Teploty vnútorného vzduchu občas prevyšovali teploty 24 °C, kedy bol priestor mierne prekurovaný a najmä relatívna vlhkosť bola väčšinu času pod 30 % v zimnom období.

Poďakovanie

Táto práca bola podporovaná Ministerstvom školstva, vedy, výskumu a športu SR prostredníctvom grantu APVV-21-0144.

Literatúra

PETRÁŠ, D. Vykurovacie systémy, 2006, Slovenská technická univerzita v Bratislave
Vyhláška č. 259/2008 Z. z. Vyhláška Ministerstva zdravotníctva Slovenskej republiky
BABIAK, J., OLESEN, B., PETRÁŠ, D., Low Temperature Heating and High Temperature Cooling, Rehva, 2013
JERZ, J., SIMANČÍK, F., OROVČÍK, Ľ, Advanced solution for energy storage in net zero energy buildings, 2014,
https://www.materialing.com/2014/09/18/advanced-solution-for-energy-storage-in-net-zero-energy-buildings/
Projektová dokumentácia firmy Hydro Extrusion Slovakia a.s., v Žiari nad Hronom v spolupráci so SAV a firmou Kotrbatý
Prezentácia – štúdia Kotrbatý, podklady firmy Kotrbatý, SAV a SAPA s.r.o (Hydro s.r.o.)

Poznámka

Článok bol uverejnený aj v zborníku prednášok z 32. medzinárodnej vedecko-odbornej konferencie VYKUROVANIE 2024 na tému "Zelená dohoda a budúcnosť zásobovania teplom" pod záštitou Slovenskej spoločnosti pre techniku prostredia, Stavebnej fakulty STU Bratislava, katedry TZB a Slovenskej komory stavebných inžinierov ISBN 978-80-8284-023-3.

English Synopsis

Evaluation of experimental measurements of the indoor environment in a large office with ceiling radiant panels

Three-year measurements of indoor air temperature and relative air humidity in a large office were evaluated for the month of February. The temperatures of the supply heating medium were also assessed.