Revidované TPG 908 02 - Větrání prostorů se spotřebiči na plynná paliva s celkovým výkonem větším než 100 kW

V podstatě se jedná o metodiku při stanovování požadavků na větrání takových prostorů. Protože není k dispozici obdobný technický předpis na větrání prostorů se spotřebiči s výkonem 50 - 100 kW, lze přiměřeně využít tohoto předpisu rovněž pro řešení větrání prostorů se spotřebiči s výkonem 50 - 100 kW.

Při revizi těchto pravidel byly zohledněny zkušenosti s jejich užitím v praxi, poznatky vědy a techniky z oblasti vzduchotechniky a v neposlední řadě byl zohledněn aktuální předpisový stav, tj. nové a revidované normativní dokumenty a právní předpisy. Rozsah platnosti má vazbu na platnost výše uvedených předpisů, pokrývá výkonovou řadu spotřebičů a stanovuje požadavky pro jejich umisťování v prostorech.

Revidovaná pravidla zohledňují praxi v plynárenství, kde se v současné době hodnotí energetický obsah topných plynů podle hodnoty spalného tepla, dále se respektují nově používané jednotky, protože v praxi se místo MJ používají kWh. V souvislosti s tím byly provedeny rozměrové analýzy ve výpočtových vzorcích.

Pro přesný výpočet teoretického objemu spalovacího vzduchu byly doplněny stechiometrické spalovací rovnice. Rovněž byly opraveny některé chyby v rovnicích pro výpočet potřebného vzduchu pro větrání.

Dále byly odstraněny nejasnosti v pojmech prostor a kotelna, stejně tak byl blíže zpřesněn charakter spotřebičů uváděných v textech normativních dokumentů, např. kotel, ohřívač, pec.

Struktura TPG odpovídá zavedenému konsensu. Po kapitolách Rozsah platnosti, Názvosloví a Hlavní použitá označení postupně následuje řešení předmětu tohoto TPG.

V části Všeobecně jsou uvedeny obecné požadavky a parametry potřebné pro řešení problematiky větrání.

Technologie spalování plynu v topeništích spotřebičů vyžaduje přívod potřebného množství spalovacího vzduchu. U spotřebičů v provedení B se spalovací vzduch nasává z prostoru, proto musí být do prostoru přiváděn přirozeným nebo nuceným způsobem. U spotřebičů v provedení C spalovací vzduch větrání prostoru neovlivňuje.

Z důvodů možného výskytu látek nebezpečných lidskému zdraví nebo látek nebezpečných výbuchem je nutno prostor větrat požadovanou intenzitou výměny vzduchu, a to i když výskyt těchto látek (škodlivin) v prostorech je nahodilý, časově neustálený. Přívodem venkovního vzduchu a odvodem vzduchu z prostoru do venkovního prostoru se zajišťuje odvod škodlivin tak, aby jejich koncentrace nepřekročily přípustné hodnoty.

Zdravotně nezávadné ovzduší v prostorech vyžaduje, aby v prostředí nebyly překračovány nejvyšší přípustné koncentrace škodlivin NPK-P [mg/m³, % obj.] a aby teplota vzduchu v prostoru t_i vyhovovala hygienickým požadavkům. Obecně platí, že hodnoty NPK-P jsou podstatně nižší než koncentrace dolní meze výbušnosti L_d stejných látek.

Výpočtem se proto stanoví průtok spalovacího vzduchu V_s [m³/s]; průtok větracího vzduchu V_i [m³/s] pro zajištění předepsané intenzity větrání v prostoru I [1/h]. Dále se vypočte teplota vzduchu v prostoru t_i [°C], případně ohřev větracího vzduchu a doplňkový průtok vzduchu pro odvod letní tepelné zátěže; ohřev přiváděného vzduchu musí být minimalizován, je třeba však vždy zařízení prostoru ochránit před zamrznutím.

Další kapitola se zabývá přívodem spalovacího vzduchu

Průtok spalovacího vzduchu V_s [m³/s] pro hoření plynu v topeništích spotřebičů se určí výpočtem na základě znalosti chemického složení plynu (přesně), nebo přibližně ze spalného tepla spalovaného plynu podle empirických vztahů.

Přesné stanovení teoretické potřeby spalovacího vzduchu vychází ze stechiometrických rovnic pro spalování hořlavých složek plynu, tj. H₂ (vodíku), CO (oxidu uhelnatého), CH₄ (metanu), C₂H₆ (etanu), C₃H₈ (propanu), C₄H₁₀+ (butanů a vyšších uhlovodíků).

kde x_H2, x_CO, x_CH4, x_C2H6, x_C3H8 a x_C4H10+ jsou objemové zlomky odpovídající obsahu hořlavých složek v plynu.

Přibližná hodnota teoretického objemu spalovacího vzduchu V_min (při normálních podmínkách - teplota 0 °C, tlak 101,3 kPa), potřebný pro dokonalé spálení 1 m_n³ plynu se stanoví podle empirického vztahu:

V_min = 0,864.H_o - 0,25 [m_n³/m_n³]

Skutečný objem spalovacího vzduchu pro spálení plynu v konkrétním topeništi se stanoví na základě součinitele přebytku vzduchu λ [-] potřebného pro dané topeniště. Objem spalovacího vzduchu V_skut [m³/m_n³] pro skutečné podmínky (pro teplotu t [°C] a tlak p [kPa]), zohledňující součinitel přebytku vzduchu λ [-], je dán vztahem:

Průtok spalovacího vzduchu V_s [m³/s], který je třeba přivádět do prostoru pro spalování P [m_n³/s] plynu, se stanoví ze vztahu:

kde

kde

ΣQ_k [kW] je součet tepelných výkonů spotřebičů v prostoru (pro jmenovitý tepelný výkon spotřebičů: ΣQ_max);
η [-] je účinnost spotřebičů.

V nejobsáhlejší části řeší TPG problematiku větrání.

V podstatě jsou dva základní důvody pro větrání - zajištění předepsané výměny vzduchu a zajištění požadovaného mikroklimatu (požadované teploty) v prostoru.

Ve všech prostorech se spotřebiči v provedení B i C musí být zajištěna za všech provozních podmínek minimální intenzita větrání I = 0,5 1/h. Průtok vzduchu V_i [m³/s] pro zajištění předepsané intenzity větrání I [1/h] se stanoví v závislosti na celkovém objemu větraného prostoru.

Dalším důvodem pro větrání je dodržení mikroklimatu v prostorech určeného hygienickými předpisy.

V zimním období jsou v prostorech vnitřní tepelné zisky od spotřebičů a rozvodů tepla, z důvodů kvalitní tepelné izolace, relativně malé. To snižuje ztráty při výrobě tepla, ale neposkytuje v mnoha případech dostatečný tepelný tok pro ohřátí venkovního větracího vzduchu. Prostory, vzhledem k automatickému provozu spotřebičů, nevyžadují trvalý pobyt osob. Neuplatňují se proto požadavky na optimální parametry mikroklimatu. V zimním období se připouští minimální teplota v prostorech t_{g min} = 7 °C.

V letním období se ve shodě s obecnými požadavky na větrání teplých a horkých provozů požaduje, aby v prostorech teplota nepřekročila maximální hodnotu t_g = t_e + 10 [°C], kde t_e je teplota venkovního vzduchu (pro výpočet platí: t_{e max} = 30 °C).

Při výpočtech tepelných bilancí podle těchto technických pravidel se předpokládá t_g = t_i.

Výpočet teploty vzduchu t_i v prostorech se provádí pro dvě extrémní období:

• zimní období, s minimálními výpočtovými teplotami venkovního vzduchu t_{e min} = -12, -15, -18 °C;
• letní období, s maximální výpočtovou teplotou venkovního vzduchu pro celé území ČR t_{e max} = 30 °C.

Tepelnou bilanci prostoru ovlivňují:

• vnitřní zdroje tepla - vnitřní tepelné zisky Q_i [kW];
• venkovní tepelné ztráty v zimě Q_ez [kW], resp. venkovní letní tepelné zisky Q_el [kW].

Vnitřní tepelné zisky zahrnují tepelné zisky uvolňované z povrchu spotřebičů, potrubí a armatur. Orientačně lze stanovit maximální zisky ze vztahu:

kde součinitel Z [%] vyjadřuje podíl tepelných zisků uvolňovaných do prostoru ze jmenovitého tepelného výkonu spotřebičů Q_max. Pro spotřebiče je Z přibližně 0,5 až 0,6 %.

Zvýšení tepelných zisků vlivem přestupu tepla z povrchu potrubí a armatur je ve vztahu vyjádřeno součinitelem 1,3 až 2,0. U moderních spotřebičů v prostorech se součinitelé pohybují s ohledem na kvalitu tepelných izolací u spodní hranice.

Zimní maximální tepelná ztráta prostoru Q_{ez max} se počítá podle ČSN EN 12831.

Při výpočtu letních venkovních tepelných zisků (zahrnujících vliv sluneční radiace a vliv teploty venkovního vzduchu) lze zjednodušeně uvažovat pouze zisky sluneční radiací prosklenými plochami. S ohledem na akumulaci tepla do vnitřních stěn prostoru je možno stanovit orientačně výpočtové maximální letní tepelné zisky Q_{el max} [kW] ze vztahu:

Q_{el max} = (0,5 až 0,6) . Q_{el max rad}

kde Q_{el max rad} [kW] jsou maximální zisky sluneční radiací v 15 hodin v měsíci srpnu pro daný prostor.

Teplota vzduchu v prostoru se předpokládá pro výpočet letních tepelných zisků t_{i max} = 40 °C. Při výpočtu letních tepelných zisků lze využít údajů intenzit sluneční radiace z ČSN 73 0548.

Venkovní letní tepelné zisky ovlivňují teplotu vzduchu t_i v prostoru převážně v případech, kdy obvodové stěny prostoru jsou značně propustné pro sluneční radiaci (např. značně prosklené plochy); v ostatních případech lze letní venkovní tepelné zisky zanedbat.

Výpočet teploty vzduchu v prostoru t_i [°C]

Schéma tepelné bilance prostoru je znázorněno na obrázku 1. Tepelná zátěž prostoru Q_z [kW] je tepelný tok odváděný z prostoru větracím vzduchem. Zátěž Q_z se určí takto:

• v zimním období Q_z = Q_i - Q_ez
• v letním období Q_z = Q_i + Q_el

Obrázek 1 - Tepelná bilance prostoru

Pro daný průtok přiváděného venkovního vzduchu V_p [m³/s] a teplotu venkovního vzduchu t_e [°C] se stanoví teplota vzduchu v prostoru t_i [°C] ze vztahu:

kde

Q_z [kW] je tepelná zátěž prostoru
ρ_e [kg/m³] hustota vzduchu
c = 1,01 [kJ/kg K] měrná tepelná kapacita vzduchu.

Hustota vzduchu ρ_e [kg/m³] je dána pro suchý vzduch o teplotě t_e [°C] a střední barometrický tlak ρ = 98,1 kPa vztahem:

Průtok přiváděného vzduchu V_p ve vzorci (12) je dán větší hodnotou z průtoků spalovacího vzduchu V_s a průtoku pro zajištění požadované intenzity větrání V_i. Výpočet t_i se doporučuje provést v průběhu ročního období, v charakteristických provozních stavech (daných tepelným výkonem spotřebičů v prostoru).

Kontrola teploty vnitřního vzduchu v prostoru t_i [°C]

Pokud je hodnota vypočtené teploty t_i po dobu provozu spotřebičů v prostoru v rozmezí 7 až 40 °C, je stav vyhovující. Jinak je třeba provést následující opatření:

a) Teplota t_i stanovená výpočtem je v zimě menší než 7 °C: přiváděný vzduch o průtoku V_p je nutno ohřívat. Tepelný výkon Q_oh [kW] potřebný k ohřevu průtoku V_p [m³/s] v ohřívači větrací jednotky na požadovanou minimální teplotu vzduchu v prostoru t_{i min} = 7 °C je dán vztahem:

kde t_i [°C] je vypočtená teplota vzduchu v prostoru

b) Teplota t_i stanovená výpočtem je v létě větší než 40 °C: aby bylo dosaženo požadované teploty vzduchu v prostoru t_{i max} = 40 °C (při t_{e max} = 30 °C), je třeba zvýšit průtok přiváděného vzduchu V_p na hodnotu V_p let danou vztahem:

Pro tento účel lze zřídit doplňkové větrání nebo použít větrací zařízení s regulací průtoku vzduchu.

c) V prostoru větraném přirozeným způsobem se navrhnou doplňkové (uzavíratelné) větrací otvory pro přívod a odvod vzduchu.

d) V prostoru větraném nuceně lze instalovat doplňkový ventilátor pro přívod vzduchu o průtoku (V_{p let} - V_p), případně i doplňkový ventilátor pro odvod vzduchu, při respektování 8.5. Rovněž je možné použít větrací systém s regulací průtoku vzduchu. V nuceně větraném prostoru lze řešit i klimatizací.

Návrh a provedení větracích zařízení řeší kapitola 8 tohoto TPG.

Prostory mohou být větrány systémy:

• přirozeného větrání;
• nuceného větrání;
• sdruženého větrání.

Vzhledem k obsáhlosti této problematiky odkazuji na detailní řešení větrání, které je k dispozici v uvedené kapitole TPG.

Dimenzování větracích zařízení

Dimenzování větracích otvorů pro přirozené větrání. Při dimenzování větracích otvorů pro přirozené větrání se předpokládá, že spalovací vzduch se při provozu spotřebičů v prostoru nasává otvory u podlahy i otvory pod stropem. V provozních přestávkách musí přirozené větrání zajistit alespoň požadovanou intenzitu větrání I [1/h] průtokem vzduchu V_i. Z uvedeného vyplývá, že otvory musí být dimenzovány tak, aby zajistily postačující objem vzduchu daný součtem objemu potřebného pro spalování i větrání.

Postup výpočtu velikosti otvorů, umístění větracích otvorů a limitní hodnoty tlakových ztrát jsou uvedeny v čl. 9.1. Dimenzování větracích šachet, resp. vzduchotechnického potrubí pro přirozené větrání řeší čl. 9.2.

Zásady dimenzování nuceného větrání

Požadovaný průtok vzduchu v prostoru se zajišťuje mechanickým větracím zařízením. Pro větrání prostorů se používají:

• samostatné ventilátory pro přívod venkovního vzduchu (není-li třeba jeho ohřev) a ventilátory pro odvod vzduchu z prostoru;
• větrací jednotky zahrnující filtr, ohřívač, ventilátor (pro přívod venkovního vzduchu, je-li nutný jeho ohřev);
• teplovzdušné jednotky zahrnující filtr, ohřívač, ventilátor (pro ohřev oběhového vzduchu v prostoru, je-li nutno vzduch v prostoru ohřívat při přirozeném i nuceném větrání).

Návrh větracího zařízení zahrnuje:

• návrh ventilátoru (samotného nebo uloženého ve větrací jednotce), tj. stanovení průtoku vzduchu dopravovaného ventilátorem [m³/s] a stanovení dopravního tlaku ventilátoru [Pa];
• návrh ohřívače vzduchu ve větrací nebo teplovzdušné jednotce s ohřevem vzduchu;
• návrh filtru vzduchu ve větrací nebo teplovzdušné jednotce s ohřívačem vzduchu.

Způsob výpočtu tlakových ztrát a postup při navrhování větracího zařízení řeší články 9.4.-9.7.

Poslední kapitoly TPG jsou věnovány závěrečným ustanovím a přehledu souvisejících předpisů a legislativy.

Pramen: vyhl. č. 48/1982 Sb., nař. vl. č. 101/2005 Sb., ČSN 07 0703, TPG 908 02 - Větrání plynových kotelen, příspěvek Ing. Seidla na školení GAS s. r. o.