Přímotopné plynové teplovzdušné jednotky - návrh a výpočet
Vytápění průmyslových a velkoprostorových objektů
Návrh a výpočet teplovzdušného vytápění musí respektovat princip dodávky tepla teplým vzduchem a fyzikální podstatu chování teplého vzduchu. Výhodou přímotopných plynových jednotek je konstantní obraz proudění vzduchu během celé otopné sezony.
1.00 Všeobecně
Vytápění velkoprostorových objektů teplovzdušnými jednotkami je značně rozšířené. Bohužel, některé soustavy nepracují nehospodárně. Kromě velkých spotřeb tepla nedosahují požadované teploty v oblasti pobytu člověka. Je to dáno jednak nevhodnou distribucí vzduchu a jednak také nevhodným použitím v nadměrně vysokých halách. Výsledkem nevhodného návrhu jsou vysoké teploty vzduchu pod střešním pláštěm - až tv = 30°C a nedotápění v oblasti pobytu člověka. Teplovzdušné vytápění může být však hospodárné, avšak musí se dodržovat zásady, které respektují jednak principy dodávky tepla do vytápěného prostoru a jednak fyzikální podstatu chování teplého vzduchu. Přímotopné plynové jednotky mají navíc tu výhodu, že obraz proudění vzduchu je během celé otopné sezony konstantní - regulace dodávky tepla odstavováním jednotek z provozu = přerušované vytápění.
1.01 Výpočtová část
Pro výpočet tepelných ztrát lze použít postup dle ČSN 060210 s následujícími úpravami:
Teplotní gradient
- pro výpočet tepelné ztráty střešního pláště a světlíků se musí uvažovat se stoupáním teploty vzduchu po výšce objektu g = 0,8 ÷ 1 K/m. Při dodržení násobnosti cirkulace dle tabulky č. 1 lze počítat s g = 0,4 ÷ 0,5 K/m. Do násobnosti cirkulace se započítává jak vzduchový výkon teplovzdušných jednotek, tak také "destratifikátorů", které se umísťují do teplé vrstvy vzduchu pod střešním pláštěm.
Zátopová přirážka
- teplovzdušné jednotky dosahují plného výkonu během krátké doby (10 ÷ 20 sec). Po provozních přestávkách dochází i k ochlazení stavebních konstrukcí a strojního zařízení, proto se volí zátopové přirážky ve výši:
1 směnný provoz - 1,2
2 směnný provoz - 1,15
Předpokladem je, že teplota vzduchu ve vytápěném prostrou při provozu "sporo" (provozní přestávka) bude tgsporo = (tgmax - 5 K)
Infiltrace
- pro výpočet infiltrace se uvažuje venkovní výpočtová teplota
tev = (te - 8 K) | (°C) | (1) |
1.02 Navrhování teplovzdušných jednotek
Hospodárné teplovzdušné vytápění pomocí malých teplovzdušných jednotek lze navrhovat maximálně do výšky haly H = 8 ÷ 10 m. Podstatný vliv na ekonomii provozu (výše teploty vzduchu pod střešním pláštěm) má jak již bylo řečeno násobnost cirkulace vzduchu ve vytápěném objektu. Nestačí tudíž pouze stanovit tepelné ztráty a podle nich určit výkon jednotek - z tepelného výkonu jednotky je odvozen i výkon vzduchový. Tento postup většinou znamená vytváření teplého polštáře pod střešním pláštěm a nedotápění v oblasti pobytu člověka.
Podstatou hospodárného návrhu je řešení cirkulace vzduchu ve vytápěné hale. Ovlivňuje ji jednak rozmístění jednotek a jednak druh použitých vyústek. Dalším doplňujícím prvkem pro naplnění požadavku násobnosti cirkulace jsou podstropní "destratifikátory".
VNITŘNÍ OBJEM HALY | NÁSOBNOST CIRKULACE Σ (jednotky + destratifikátory) |
---|---|
m3 | x / hod. |
1 000 | 5,0 |
2 000 | 4,5 |
3 000 | 4,0 |
4 000 | 3,5 |
6 000 | 3,0 |
8 000 | 2,5 |
10 000 | 2,0 |
10 000 | 1,5 |
Tabulka č. 1 - Požadované násobnosti cirkulace vzduchu
Různá konstrukce vyústky umožňuje zajistit odpovídající rozvrstvení vzduchu ve vytápěném prostoru. V článku použitým příkladem jsou jednotky GNS (s axiálním ventilátorem). Ty se instalují s vyústkami uvedenými na obr. č. 1. Při instalaci jednotky pod střešní plášť a přívod vzduchu dolů se použijí jednotky s radiálním ventilátorem (GNC), neboť stropní rozdělovač (obr. č. 2) má větší odpor, který axiální ventilátor nezvládne. Rozdílný typ vyústky závisí na výšce zavěšení jednotky, jejím výkonu a koncové rychlosti proudu vypouštěného vzduchu (v = 0,25 m/sec).
Obr. č. 1 - Vyústky pro instalaci na jednotky GNS s axiálním ventilátorem, 1-vyústka s vodorovnými lamelami, 2-vyústka se svislými lamelami, 4H-vyústka 2 x 45° s vodorovnými lamelami, 4V-vyústka 2 x 45° se svislými lamelami, 24-vyústka podstropní 45° bez lamel |
Obr. č. 2 - Stropní rozdělovač 90° (6) pro instalaci na jednotky GNC s radiálním ventilátorem |
Obr. č. 3 ukazuje společně s tabulkou č. 2 dosah proudu jednotek GNS (d1). Jednotky s axiálním ventilátorem a s vyústkami 1; 2; 4H a 4V.
Obr. č. 3 - Dosah proudu jednotek GNS-radiální ventilátor - s vyústkami 1, 2, 4H, 4V |
Obr. č. 4 - Dosah proudu jednotek GNS-radiální ventilátor s vyústkou 24 |
Obr. č. 4 společně s tabulkou č. 2 ukazuje dosah proudu jednotek GNS (d2) s vyústkou typ 24.
Vyústky 1; 2; 4H a 4V |
Vyústka 24 | |||||
---|---|---|---|---|---|---|
Typ | Výkon | Průtok | hmax | d1 | hmax | d2 |
kW | m3/hod. | m | m | m | m | |
GNS 18 | 20,4 | 2 190 | 2,5 | 10 | 3,5 | 10 |
GNS 21 | 21,8 | 2 190 | 2,5 | 10 | 3,5 | 10 |
GNS 24 | 25,1 | 2 730 | 2,8 | 12 | 4,0 | 12 |
GNS 28 | 27,2 | 2 730 | 2,8 | 12 | 4,0 | 12 |
GNS 33 | 30,2 | 3 320 | 3,0 | 14 | 4,5 | 14 |
GNS 37 | 32,7 | 3 320 | 3,0 | 14 | 4,5 | 14 |
GNS 44 | 40,2 | 4 425 | 3,2 | 22 | 4,8 | 22 |
GNS 49 | 43,6 | 4 425 | 3,2 | 22 | 4,8 | 22 |
GNS 55 | 50,2 | 5 525 | 3,4 | 23 | 4,9 | 23 |
GNS 59 | 54,5 | 5 525 | 3,4 | 23 | 4,9 | 23 |
GNS 66 | 60,3 | 6 635 | 3,6 | 24 | 5,0 | 24 |
GNS 74 | 65,3 | 6 635 | 3,6 | 24 | 5,0 | 24 |
GNS 88 | 80,4 | 8 845 | 4,0 | 27 | 5,5 | 27 |
GNS 98 | 87,1 | 8 845 | 4,0 | 27 | 5,5 | 27 |
Tabulka č. 2 - Doporučená výška zavěšení a dosah proudu (orientační) jednotek GNS
Vyšší výška zavěšení (než uvádí tabulka) znamená tvorbu teplého polštáře pod střechou a nedotápění v pracovní oblasti. Pro vyšší haly a větší výšky zavěšení je zapotřebí použít jednotky s radiálním ventilátorem (GNC) a jejich umístění pod střešní plášť mezi vazníky.
Obr. č. 5 - Zóna zaplavení-jednotka GNC s radiálním ventilátorem a stropním rozdělovačem 90° |
Obr. č. 6 - Minimální doporučený dosah proudu vzduchu |
Stropní rozdělovač má tři nebo pět vyústek, na nichž záleží jakou plochu zaplaví proud přiváděného vzduchu. Obr. č. 5 a tabulka č. 3 uvádějí příslušné rozměry zaplavené vytápěné plochy v závislosti na výšce zavěšení.
VÝKON | PRŮTOK | STROP. ROZDĚLOVAČ 90° (6), 5 ks VÝUSTEK OTEVŘENÝCH | STROP. ROZDĚLOVAČ 90° (6), 3 ks VÝUSTEK OTEVŘENÝCH | |||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
TYP | h=3m | h=4m | h=5m | h=6m | h=7m | h=3m | h=4m | h=5m | h=6m | h=7m | ||
kW | m3/h | l1 x b1 | l2 x b2 | |||||||||
GNC 18 | 20,4 | 2190 | 10x10 | 10x6 | ||||||||
GNC 21 | 21,8 | 2410 | 10x10 | 10x6 | ||||||||
GNC 24 | 25,1 | 2730 | 12x12 | 10x10 | 14x7 | 12x7 | 11x6 | 10x6 | ||||
GNC 28 | 27,2 | 3005 | 13x13 | 11x11 | 16x7 | 14x7 | 13x6 | 12x6 | ||||
GNC 33 | 30,2 | 3320 | 15x15 | 13x13 | 11x11 | 19x7 | 16x7 | 14x7 | 12x7 | 9x7 | ||
GNC 37 | 32,7 | 3650 | 16x16 | 14x14 | 12x12 | 26x7 | 18x7 | 16x7 | 14x7 | 11x7 | ||
GNC 44 | 40,2 | 4425 | 15x15 | 13x13 | 11x11 | 20x9 | 17x9 | 16x9 | 14x9 | 12x9 | ||
GNC 49 | 43,6 | 4865 | 16x16 | 14x14 | 12x12 | 24x9 | 21x9 | 19x9 | 17x9 | 15x9 | ||
GNC 55 | 50,2 | 5525 | 17x17 | 16x16 | 13x13 | 25x11 | 22x11 | 20x11 | 18x11 | 16x11 | ||
GNC 59 | 54,5 | 6080 | 17x17 | 16x16 | 13x13 | 26x11 | 23x11 | 21x11 | 19x11 | 17x11 | ||
GNC 66 | 60,3 | 6635 | 18x18 | 16x16 | 14x14 | 12x12 | 27x12 | 23x12 | 22x12 | 20x12 | 18x12 | |
GNC 74 | 65,3 | 7295 | 19 x1 9 | 17x17 | 15x15 | 13x13 | 29x12 | 27x12 | 26x12 | 24x12 | 22x12 | |
GNC 88 | 80,4 | 8845 | 19x19 | 17x17 | 15x15 | 13x13 | 12x12 | 38x15 | 36x15 | 34x15 | 32x15 | 31x15 |
GNC 98 | 87,1 | 9730 | 20x20 | 18x18 | 16x16 | 14x14 | 13x13 | 40x15 | 38x15 | 36x15 | 34x15 | 33x15 |
Tabulka č. 3 - Zóna zaplavení jednotek GNC se stropními rozdělovači vzduchu
Při rozmisťování jednotek hraje roli jednak dosah proudu (viz tab. č. 2 a tab. č. 3) a dále pak rozteče zavěšení. Není vždy možné instalovat takové jednotky, které zajistí úplné "propláchnutí" prostoru. Při teplovzdušném vytápění dochází k proudění vzduchu - sice o menší rychlosti - i ve vzdálenějších částech objektu, než se uvažuje výpočtem (v = 0,25 m/sec.), avšak způsobuje to zvýšení teplotního gradientu. Omezujícím kritériem je úvaha, kdy minimální dosah proudu dosahuje 2/3 šířky objektu (B), což postačuje pro dodávku tepelné energie v celé šířce (obr. č. 6, kde d1 resp. d2 = 2/3 B). Ve většině případů se však nedosáhne dostatečné násobnosti cirkulace, která snižuje teplotní gradient a odstraňuje teplý polštář vzduchu tvořící se pod střechou. Potom se do prostorů nad plochy, které jsou pod minimálním vlivem přívodních proudů teplého vzduchu z jednotek navrhují destratifikátory - obr. č. 7.
Velice důležité je volit vhodné rozteče zavěšení teplovzdušných jednotek. Z hlediska pořizovacích nákladů je výhodné použít menší počet větších jednotek. Tento požadavek však většinou vede k větším roztečím. Proto je zapotřebí volit takové technické řešení a to jak z hlediska samotné jednotky (volba vyústky), tak i jejich rozmístění ve vytápěném prostoru, které zajistí cirkulaci vzduchu v celém prostoru.
Obr. č. 7 - Zvýšení násobnosti cirkulace použitím destratifikátoru. Vhodné pouze při výšce haly h > 4m a bez vývinu škodlivin při výrobě |
Obr. č. 8 - Doporučené rozteče zavěšení teplovzdušných jednotek |
Obr. č. 8 ukazuje doporučené rozteče zavěšení. Spodní hranice (5 resp. 10 m) umožňuje používat vyústky typ 1; 2 a 24. Horní hranice (7 resp. 14 m) vyústky 4H a 4V. Stavební moduly objektů (m = 6 m) dávají možnost zavěšovat jednotky na sloupy. Zde pak dochází k jednotným roztečím (6 m - u okraje) - (12 m - mezi jednotkami). Jsou to rozměry právě uprostřed doporučených roztečí z obr. č. 8. V tomto případě se doporučuje volit vyústky 1; 2; 24 u hal širších a 4Ha a 4V u hal užších. Příklady rozmisťování teplovzdušných jednotek a destratifikátorů (ecoFan) ukazuje obr. č. 9.
Obr. č. 9 - Příklady rozmisťování teplovzdušných jednotek GNS (1) v kombinaci s destratifikátory
Za povšimnutí stojí situování destratifikátorů (ecoFanů). U širších hal, kde dosah proudu jednotky (při vkonc = 0,25 m/sec) je 2/3 B, pak lze tyto prvky umístit proti jednotce nad zónu, kde již je rychlost proudění malá. Vhodné je rovněž situování doprostřed haly mezi dvě protilehlé jednotky. Počet a jejich rozmístění je vždy potřeba volit tak, aby společně se vzduchovým výkonem jednotek zajišťovaly požadovanou násobnost cirkulace (viz tab. č. 1) vzduchu v prostoru. Splněním tohoto požadavku se podstatně snižuje teplotní gradient a tím i teplota vzduchu pod střešním pláštěm - zvyšuje se ekonomie vytápění.
U úzkých (a u nepříliš vysokých) hal a malých dílen s větší tepelnou ztrátou zpravidla není zapotřebí kombinace s restrifikátory, neboť vzduchový výkon jednotek odpovídá i potřebné násobnosti cirkulace - viz obr. č. 10.
Obr. č. 10 - Vytápění malých dílen teplovzdušnými jednotkami
2.00 Sortiment
Přímotopné plynové jednotky dodává na český a slovenský trh několik výrobců. Výkonové a konstrukční řešení se od sebe příliš neliší. Pro získání přehledu s jakými orientačními hodnotami lze při návrzích teplovzdušného vytápění uvažovat byly zvoleny anonymní prameny.
Přímotopné plynové jednotky se v podstatě vyrábějí ve dvou základních provedeních.
GNS - s jedním nebo dvěma (od velikosti 65) axiálními ventilátory. Použití pro teplovzdušné vytápění - nelze připojit vzduchovody na sání ani výtlak.
GNC - s jedním nebo dvěma (od velikosti 65) radiálními ventilátory. Na jednotky lze napojovat vzduchovody s tlakovou ztrátou dle obr. č. 11.
Obr. č. 11 - Provedení GNC - orientační stanovení příkonu motorů radiálních ventilátorů v kW v závislosti
na požadovaném externím statickém tlaku
Tabulka č. 4 - Technické údaje - provedení GNS / GNC - typ T; R; O
(po kliknutí se obrázek zvětší)
K externímu tlaku vzt. rozvodu je nutno připočítat i tlak. ztrátu filtru a klapky v sání a ztráta izolované skříně ventilátoru.
Napětí:
do příkonu | 0,75 kW - 230 V, 50 Hz |
nad příkon | 0,75 kW - 3x230 V, 50 Hz |
pro příkon | 0,75 kW - lze volit 230 V nebo 3x230 V, 50 Hz |
V mezních případech se zaokrouhluje příkon nahoru.
Technické údaje uvádí tab. č. 4
Podle způsobu odvodu spalin a přívodu spalovacího vzduchu se oba druhy jednotek vyrábějí ve třech variantách:
Obr. č. 12 - GNS, GNC - Nucený odvod spalin a přívod spalovacího vzduchu z venkovního prostředí - napojení shora - provedení T.
1-průchodka pro přívod plynu, 2-průchodka pro přívod elektro, 3-úchytky pro zavěšení 4 x M10-rozteč C=560mm
Obr. č. 13 - GNS, GNC - Nucený odvod spalin a přívod spalovacího vzduchu z venkovního prostředí - napojení zezadu - provedení R.
1-průchodka pro přívod plynu, 2-průchodka pro přívod elektro, 3-úchytky pro zavěšení 4 x M10-rozteč C=560mm
Obr. č. 14 - Odvod spalin přirozený - napojení shora. Přívod spalovacího vzduchu z vytápěného prostoru přes mřížku ve spodní části jednotky
- provedení 0. 1-průchodka pro přívod plynu, 2-průchodka pro přívod elektro, 3-úchytky pro zavěšení 4 x M10-rozteč C=560mm
TYP | A | B | C | D | E | V | L | M | G* | R | |||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
TYP T,R | TYP O | TYP T | TYP R | TYP T | TYP R | TYP T,R | TYP O | ||||||
18/21 | 340 | 594 | 365 | 714 | 1120 | 1140 | 120 | 72 | 84 | 276 | 240 | 80 | 150 |
24/28 | 405 | 659 | 430 | 779 | 1180 | 1180 | 120 | 72 | 84 | 276 | 240 | 80 | 150 |
33/37 | 470 | 724 | 495 | 844 | 1180 | 1180 | 120 | 72 | 84 | 276 | 240 | 80 | 200 |
44/49 | 600 | 854 | 625 | 974 | 1265 | 1265 | 120 | 72 | 84 | 276 | 240 | 80 | 200 |
55/59 | 730 | 984 | 775 | 1104 | 1265 | 1265 | 140 | 72 | 84 | 276 | 220 | 100 | 250 |
66/74 | 860 | 1114 | 885 | 1289 | 1180 | 1180 | 140 | 92 | 90 | 231 | 260 | 100 | 250 |
88/98 | 1120 | 1374 | 1145 | 1549 | 1265 | 1265 | 140 | 92 | 90 | 231 | 260 | 100 | 300 |
Tabulka č. 5 - Rozměry jednotek