Lze centrální ventilátory panelových domů nahradit rotačními hlavicemi?
Příspěvek diskutuje výsledky provozních měření rotačních větracích hlavic na měřící trati a následně na konkrétním panelovém domě. Výsledky ukazují, že hlavice s elektrickým pohonem i bez něho nemohou v žádném případě sloužit k větrání panelových a podobných bytových domů.
O nefunkčnosti „rotačních ventilačních hlavic“ lidově nazývaných „ventilační turbíny“ pro účely větrání bytových a zejména panelových domů již bylo publikováno několik článků, viz například Mareš (2010). Tento příspěvek uvedená zjištění potvrzuje a doplňuje je o měření rotačních hlavic s elektrickým pohonem a o výsledky při provozním měření na konkrétním panelovém domě. Příspěvek je součástí informační kampaně projektu výzkumu a vývoje Komplexní rekonstrukce panelových domů v nízkoenergetickém standardu VAV-SP-3g5-221-07 podpořeného Ministerstvem pro životní prostředí České republiky.
Úvod
Rotační větrací hlavice jsou hitem poslední doby, ačkoliv byly původně určeny pro větrání dvouplášťových střech s velmi nízkou tlakovou ztrátou. Výměna se realizuje jednoduše tak, že se místo "původních starých, nefunkčních, energeticky náročných a hlučných centrálních ventilátorů" instalují "tiché a energeticky úsporné" rotační hlavice. Ty podle údajů dodavatelů plně nahradí stávající centrální ventilátory. Výkonové parametry hlavic jsou výrobcem definovány jako tabulka průtoku v závislosti na rychlosti větru, viz Tabulka 1.
| Typ/rychlost větru | 8 km/hod | 13 km/hod | 24 km/hod |
|---|---|---|---|
| VT BIB 12 | 590 m3/hod | 930 m3/hod | 1 750 m3/hod |
| VT BIB 14 | 710 m3/hod | 1 200 m3/hod | 2 250 m3/hod |
| VT GT 12 | 590 m3/hod | 930 m3/hod | 1 750 m3/hod |
| VT IB 8 | 135 m3/hod | 295 m3/hod | 565 m3/hod |
| VT TIB 12 | 590 m3/hod | 930 m3/hod | 1 750 m3/hod |
| VT TIB 14 | 710 m3/hod | 1 200 m3/hod | 2 250 m3/hod |
Tabulka 1: Tabulka průtoků rotační větrací hlavicí v závislosti na rychlosti větru.
Zdroj: Výrobci a montážní firmy www.abcweb.cz, www.lomanco.com
Údaje uvedené v tabulce se neodkazují na konkrétní podmínky měření ani na způsob určení pracovního bodu, při použití hlavice v síti stoupacího potrubí bytových či panelových domů. Samotné údaje o průtoku v závislosti na reálně proměnlivé rychlosti větru lze z hlediska projektování náhrady původního centrálního ventilátoru jen obtížně použít. Pro praxi odborných projektantů vzduchotechniky je rozhodující tzv. tlaková charakteristika ventilátoru, v tomto případě tlaková charakteristika rotační hlavice. Jedná se o závislost dopravního tlaku (Pa) na průtoku (m3/h) při konstantních otáčkách hlavice (konstantní rychlosti větru), přesto, že v reálném prostředí takové konstantní podmínky prakticky neexistují. Bez těchto údajů je obtížné hlavici deklarovaným způsobem pro panelové domy použít, neboť nelze určit, a to ani teoreticky a přibližně, pracovní bod systému. Ten je dán průsečíkem tlakové charakteristiky poskytnuté dodavatelem ventilátoru či hlavice a charakteristiky potrubní sítě, viz Chyský, Hemzal (1993). Tyto charakteristiky jsou základními parametry pro každého odborného projektanta vzduchotechniky. Technické podklady dodavatelů také neobsahují návod, jak lze vyřešit nejistotu výkonu rotační hlavice při náhradě původního centrálního ventilátoru systému nuceného větrání, který byl vyprojektován s ohledem na požadovaný pracovní bod v potrubní síti a pro konstantní otáčky ventilátoru.
Měřící trať vlastního měření
Měřící trať dimenze 315 mm byla vybavena na straně sání vtokovou dýzou, dále měřícími odběry pro získání hodnot statického tlaku, odběry pro měření průtoku, stabilizačními usměrňovači průtoku, regulačním zařízením pro změnu průtoku, na straně připojení přechodem na dimenzi 355 mm. Měřena byla tzv. hybridní hlavice vybavená pro případ "bezvětří" miniaturním motorkem s výkonem cca 7 W. Připojovací rozměr hlavice byl 355 mm a vnější rozměr oběžného radiálního kola s lopatkami otočenými dozadu byl v nejširším místě 450 mm.
Obrázek 1: Tlakové charakteristiky hybridní rotační hlavice o připojovacím rozměru 355 mm
při různých rychlostech větru, elektromotorek vypnut.
Obrázek 1 představuje tlakové charakteristiky rotační hlavice při různých rychlostech větru. Je patrné, že hodnota statického tlaku hlavice je při rychlosti odpovídající průměrné rychlosti větru v ČR mezi 5-10 Pa při průtoku 500 m3.
Následující charakteristika geometricky obdobné hlavice změřená při měření v akreditované zkušebně VVUÚ a. s., Ostrava - Radvanice, viz Tabulka 2, potvrzuje, že dopravní tlak rotační hlavicí je v porovnání s dopravním tlakem centrálního střešního ventilátoru naprosto nedostačující. Tabulka 2 uvádí podtlak 12 Pa při rychlosti větru 10,57 m/s, což je dvojnásobek průměrné roční rychlosti větru v ČR. Porovnáme-li dispoziční dopravní tlak rotační hlavice s hodnotami dopravního tlaku, který poskytoval původní centrální ventilátor, respektive s hodnotami nutnými pro překonání tlakové ztráty rekonstruovaného a těsného panelového domu (běžně 200 až 300 Pa), je patrné, že nestálé výkonové parametry hlavic tyto požadavky evidentně nesplňují.
| Rychlost větru (m/s) | Rychlost v potrubí (m/s) | Odsávané množství Qv (m3/h) | Otáčky ventilátorové hlavice (ot./min) | ΔPstat (Pa) |
|---|---|---|---|---|
| 2,22 | 0,42 | 106,5 | 60 | 0 |
| 3,19 | 0,77 | 195,9 | 90 | 0 |
| 3,64 | 0,99 | 229,8 | 94 | 0 |
| 4,33 | 1,25 | 317,6 | 126 | 2 |
| 5,36 | 1,76 | 446,4 | 170 | 4 |
| 6,31 | 2,40 | 609,3 | 184 | 6 |
| 6,92 | 2,41 | 612,4 | 210 | 6 |
| 7,89 | 2,65 | 674,1 | 242 | 8 |
| 9,12 | 2,85 | 723,9 | 271 | 10 |
| 10,57 | 3,33 | 846,4 | 315 | 12 |
Tabulka 2: Tabulka naměřených a vypočtených hodnot na hlavici BIB14 napojené na potrubí o průměru 350 mm. Hodnota pstat.MAX = 35,7 Pa (plně uzavřené sací potrubí). Maximální hodnota Δ pstat měřena při úplném uzavření ústí měřící tratě a maximální rychlosti větrů v daném souboru měření. Zdroj VVUÚ, a. s., Ostrava - Radvanice.
Zvýší elektromotorek výkon rotační hlavice?
Obrázek 2 porovnává na stejné měřící trati rotační hlavici s elektromotorkem s výkonem cca 7 W a bez něho při stejných otáčkách. Rotační hlavice ve větru bez elektromotoru poskytuje vyšší dopravní tlak než hlavice za bezvětří poháněná pouze elektromotorkem. Elektromotorek s výkonem 7 W tedy má na provoz hlavice minimální vliv.
Obrázek 2: Porovnání tlakové charakteristiky rotační hlavice s připojovacím rozměrem 355 mm s elektromotorkem o výkonu cca 7 W s tlakovou charakteristikou hlavice bez elektromotorku při rychlosti větru odpovídající počtu otáček při pohonu hlavice elektromotorkem.
Shrnutí
Za předpokladu, že přibližná potřeba vzduchu na osobu je cca 19-25 m3/h, odváděné množství vzduchu může být dostatečné pouze pro několik osob při rychlosti větru 6,6 m/s (24 km/h), a to pouze za předpokladu, že tlaková ztráta větracího systému je menší než cca 5 až 10 Pa. Protože se tlakové ztráty moderních větracích systémů s rozvody a řízenými přívodními a odvodními distribučními elementy pohybují v rozmezí cca od 100 do 300 Pa, lze si podobnou funkční vzduchotechnickou aplikaci v současně projektovaných stavbách jen stěží představit.
Za průměrných větrných podmínek obvyklých například pro Prahu, tedy cca 4-5 m/s je patrné, že rotační hlavice nelze pro zvýšení intenzity větrání v moderních větracích systémech bytových domů místo ventilátorů použít. Tento systém nelze pro nejistotu již tak nízkých parametrů závislých na povětrnostních podmínkách, bez možnosti regulace a spínání, doporučit ani pro jiné aplikace s požadavky na definované výměny podle hygienických doporučení.
Na trhu dále existuje tzv. paralelní uspořádání rotačních hlavic pomocí "kalhotového kusu", Obrázek 4, které má na tlakovou charakteristiku zcela zanedbatelný vliv avšak při dvojnásobné ceně.
Při doplnění rotační hlavice o elektrický pohon s dostatečným výkonem (podle rozměrů hlavice a požadovaného průtoku a dopravního tlaku je potřeba cca 80 až 350 W) hlavice pracuje jako radiální střešní ventilátor. Při testovaném geometrickém uspořádání (průměr sání 355 mm a vnější rozměr oběžného kola 450 mm, s elektromotorkem s výkonem cca 7 W viz Obrázek 2.) má takový pohon na výkon hlavice minimální vliv.
 Obrázek 3: Fotografie měřící tratě s rotační hlavicí a regulovatelným ventilátorem. |
 Obrázek 4: Příklad rotační hlavice v paralelním uspořádání, které má na funkci minimální vliv podobně jako vestavěný motorek s výkonem 7 W. (Foto: fotogalerie-Lomanco) |
Měření v panelovém domě
Provozní měření bylo realizováno v objektu 14-ti podlažního panelového domu v technologií T06B, pro kterou je typické bytové jádro typu B-3, které zajišťuje větrání dvěma nezávislými průduchy pro kuchyň a koupelnu s toaletou. Dům má vyměněná okna za plastová s vestavěnou infiltrací formou mikroventilačního serpentinového kanálu umístěného v horní části okna a systém rotačních ventilačních hlavic z roku 2006 pro každou větrací šachtu. Měření rotační hlavice v "umělém větru" bylo provedeno se zavřenými okny a s okny otevřenými na polohu "větračka" a jsou porovnány s hodnotami naměřenými po nahrazení rotační hlavice diagonálním ventilátorem (Pst = 800 Pa při Q = 0 m3/h, Q = 2000 m3/h při Pst = 0 Pa).
 Obrázek 5: Dispoziční uspořádání při měření rotační hlavice. |
 Obrázek 6: Dispoziční uspořádání při měření nuceného větrání s diagonálním ventilátorem. |
| Pouze | otevřená větračka | zavřená větračka | ||
|---|---|---|---|---|
| komínový efekt | rychlost proudění (m/s) | průtok (m3/h) | rychlost proudění (m/s) | Průtok (m3/h) |
| 13. NP | 0,82 | 11,81 | 0,80 | 11,52 |
| 12. NP | 0,80 | 11,52 | 0,00 | 0,00 |
| 11. NP | - | - | - | - |
| 10. NP | 0,26 | 3,74 | 0,33 | 4,75 |
| 9. NP | - | - | - | - |
| 8. NP | 1,38 | 19,87 | 0,79 | 11,38 |
| 7. NP | 1,01 | 14,54 | 0,00 | 0,00 |
| 6. NP | 0,31 | 4,46 | 0,00 | 0,00 |
| 5. NP | 1,93 | 27,79 | 0,69 | 9,94 |
| 4. NP | - | - | - | - |
| 3. NP | - | - | - | - |
| 2. NP | 1,58 | 22,75 | 1,01 | 14,54 |
| 1. NP | 0,49 | 7,06 | 0,00 | 0,00 |
Tabulka 3: Rychlosti proudění a průtoky při zabrzděné hlavici, pouze termický vztlak, vnější teplota mezi 8-12°C a vnitřní teplota 23-28°C
| Vítr 5,55 m/s | otevřená větračka | zavřená větračka | ||
|---|---|---|---|---|
| rychlost proudění (m/s) | průtok (m3/h) | rychlost proudění (m/s) | průtok (m3/h) | |
| 13. NP | 1,88 | 27,07 | 1,10 | 15,84 |
| 12. NP | 0,94 | 13,54 | 0,74 | 10,66 |
| 11. NP | - | - | - | - |
| 10. NP | 0,51 | 7,34 | 0,29 | 4,18 |
| 9. NP | - | - | - | - |
| 8. NP | 1,03 | 14,83 | 0,62 | 8,93 |
| 7. NP | 0,79 | 11,38 | 0,00 | 0,00 |
| 6. NP | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 |
| 5. NP | 1,57 | 22,61 | 0,65 | 9,36 |
| 4. NP | - | - | - | - |
| 3. NP | - | - | - | - |
| 2. NP | 1,58 | 22,75 | 1,01 | 14,54 |
| 1. NP | 0,48 | 6,91 | 0,00 | 0,00 |
Tabulka 4: Rychlosti proudění a průtoky při rychlosti větru 5,55 m/s.
Tabulka 3 a Tabulka 4 porovnávají termický vztlak ve větrací šachtě se stavem při provozu rotační hlavice při průměrné rychlosti větru. Vliv rotační hlavice je patrný pouze v posledních 4 patrech, kde je nízká tlaková ztráta systému. Odváděné množství vzduchu je však tak malé, že čerstvý přiváděný vzduch nestačí ani pro jednu osobu. Z tabulek je dále vidět, že otevření okna na polohu "větračka" má větší vliv než samotná hlavice.
Tabulka 5 ukazuje situaci, kdy byla rotační hlavice vyměněna za výkonný diagonální ventilátor s maximálním dispozičním tlakem 800 Pa a dispozičním tlakem cca 300 Pa při průtoku 1200 m3/h. Jeho vliv je patrný po celé výšce větracího potrubí.
| Ventilátor TD 2000 | otevřená větračka | zavřená větračka | ||
|---|---|---|---|---|
| rychlost proudění (m/s) | průtok (m3/h) | rychlost proudění (m/s) | průtok (m3/h) | |
| 13. NP | 8,10 | 116,64 | 7,67 | 110,45 |
| 12. NP | - | - | - | - |
| 11. NP | - | - | - | - |
| 10. NP | - | - | - | - |
| 9. NP | - | - | - | - |
| 8. NP | - | - | - | - |
| 7. NP | 2,00 | 28,80 | 1,86 | 26,78 |
| 6. NP | - | - | - | - |
| 5. NP | - | - | - | - |
| 4. NP | - | - | - | - |
| 3. NP | - | - | - | - |
| 2. NP | - | - | - | - |
| 1. NP | 0,56 | 8,02 | 0,00 | 0,00 |
Tabulka 5: Rychlosti proudění a průtoky při zapojeném centrálním ventilátoru.
Závěr
Technické parametry rotačních hlavic poháněných větrem nebo elektromotorkem s malým výkonem jsou pro větrání panelových domů i rodinných domů zcela nedostatečné. Jak uvádí Mareš (2010) i běžná větrací hlavice typu CAGI dává v některých případech lepší výsledky než rotační ventilační hlavice a je obvykle levnější. Dopravní tlak rotačních větracích hlavic je srovnatelný se šachtovým větráním bez větracích hlavic v případě mírného termického vztlaku. V období bezvětří a silného termického vztlaku naopak rotační hlavice svou tlakovou ztrátou snižuje průtok vzduchu ve stoupacím potrubí nebo šachtě.
Množství přiváděného čerstvého vzduchu by mělo být cca 19-25 m3/h na osobu. Z měření je patrné, že odváděné respektive přiváděné množství v panelovém domě neodpovídá hygienickým požadavkům.
Kromě rekuperace se jako jediné možné řešení pro panelové domy jeví použití kvalitního centrálního ventilátoru v provedení DCV, kde jsou řídícími veličinami důležité hodnoty interního mikroklimatu.
Literatura:
[1] Mareš, L. (2010): Vlastnosti rotujících větracích hlavic. Vytápění, větrání, instalace 3/2110.
[2] Mareš, L. (2010): Rotující hlavice - mýty a realita. In: Komplexní řešení problémů s větráním a vytápěním po zateplení bytových domů. Praha: Společnost pro techniku prostředí, str. bez stránkování.
[3] J. Chyský, K. Hemzal a kol. (1993): Větrání a klimatizace.
The paper discusses the results of process measurements of wind-driven rotating ventilation cowls on measuring pipelines and in-situ in the factual panel building. Several papers concerning with functionality of “wind-driven ventilation cowls” (miscalled “ventilation turbines”) in the blocks of flats have been already published, e. g. Mareš (2010). This article confirms mentioned findings and supplements them with the measurements of rotating ventilation cowls with electric drive and with in-situ process measurements in the factual panel building. The results demonstrate that the rotating cowls either with and without electric drive cannot serve the purpose of ventilation of panel buildings or similar block of flats. The paper was elaborated within the framework of informative campaign of the R&D project VAV-SP-3g5-221-07 Complex reconstruction of prefabricated blocks of flats in the low-energy standard supported by the Ministry of Environment.