Prvky větracích a klimatizačních zařízení (II) - 1. část

1. ÚVOD

Koncovými elementy potrubní sítě, jimiž se distribuuje vzduch ve větraném nebo klimatizovaném prostoru jsou výusti. Rozhodující vliv na proudění vzduchu, teplotní pole a tím i pole koncentrací škodlivin má přívodní výusť, která určuje obraz proudění v místnosti a ovlivňuje tepelnou pohodu člověka. Naopak odvodní výusti nemají téměř vliv na obraz proudění v prostoru, avšak mohou ovlivňovat využití proudu přiváděného vzduchu. Umístění odvodní výusti je tedy potřeba vhodně zvolit s ohledem na koncentraci škodlivin odváděného vzduchu. Při nevhodném vzájemném umístění odváděcí a přivodní výusti, může docházet např. ke zkratu.

Distribuce vzduchu musí obecně zajistit:

• požadovanou kvalitu vzduchu v pásmu pobytu osob
• odvod znečištěného vzduchu
• tepelný komfort přítomných osob (teplota vzduchu, rychlost proudění)

1.1. HYGIENICKÉ POŽADAVKY

Na základě platných hygienických předpisů (Nařízení vlády č. 178/2001 a 523/2002) je možné stanovit průtoky čerstvého (venkovního) vzduchu na pracoviště následovně:

• 50 m³/h na osobu pro práci převážně vsedě
• 70 m³/h na osobu pro práci převážně vstoje a chůzi
• 90 m³/h na osobu při těžké fyzické práci

V místnostech, kde je povoleno kouření, se zvyšuje množství přiváděného vzduchu o 10 m³/h na osobu. Pro pracovní prostory s přístupem veřejnosti (obchody) se zvyšuje množství přiváděného vzduchu úměrně předpokládané zátěži 0,2 - 0,3 osoby/m² podlahové plochy.

Obdobně na základě hygienických předpisů, s přihlédnutím na předpokládaný způsob využívání daných prostor, lze stanovit minimální množství odváděného vzduchu z prostorů se vznikem škodlivin (hygienické zázemí) [8].

Nařízení vlády č. 523/2002 [8] rovněž stanovuje přípustné hodnoty mikroklimatických parametrů po celý rok. Kromě teplotních podmínek, které jsou určeny operativní teplotou, rovněž udává přípustné hodnoty rychlosti proudění v pásmu pobytu osob. Pro práci vsedě má být rychlost proudění v rozmezí 0,1 až 0,2 m/s, pro práci převážně vstoje pak 0,2 až 0,3 m/s. Rychlost proudění má vliv jak na tepelný pocit člověka, tak na případný vznik průvanu.

1.2. ZÁKLADNÍ POJMY

Dosah proudu
Dosah proudu je vzdálenost pomyslné roviny od čela vyústky, ve které rychlost proudění klesne pod určitou mezní hodnotu, zpravidla 0,5 m/s.

Obraz proudění
Obrazy proudění vytvářejí představu o charakteru proudění vzduchu v místnosti. Jedná se o grafické zobrazení směru proudění vzduchu v místnosti.

Primární proud a sekundární proud
Primární proud je tvořen proudem přiváděného vzduchu a zčásti i vzduchem z místnosti, který je tímto proudem strháván. Druhotné proudění vzduchu v místnosti tvoří sekundární proudy, které jsou indukované proudy primárními.

Volný proud
Základní případem proudění je volný proud. Jedná se o proud vzduchu, který není ovlivňován stěnami místnosti. Schéma volného proudu je znázorněno na obr. 1.

Omezený, zatopený a přilnutý proud
Omezený proud je bržděn zpětným prouděním kolem primárního proudu vzduchu. Zatopený proud je volně šířící se proud v klidném prostředí se stejnými fyzikálními podmínkami. Proud, který je přitisknutý ke stěně, kolem které se šíří, se nazývá přilnutý.

Izotermní proud
Jedná se o proud přiváděného vzduchu, který má stejnou teplotu, jako je teplota vzduchu v místnosti.

Slabě neizotermní a neizotermní proud
Směr proudu vzduchu ovlivňuje poměr setrvačných a vztlakových sil. Neizotermní proud přiváděného vzduchu má jinou teplotu, než je teplota vzduchu v místnosti. U slabě neizotermního proudu jsou vztlakové síly, ve srovnání se silami setrvačnými, zanedbatelně malé. U neizotermního proudu má účinek obou sil stejnou váhu.

Přirozená konvekce
Proudění, které je dáno účinkem vztlakových sil. Nastává vlivem samotného sdílení tepla, tedy vlivem ohřátí tekutiny od tepelného zdroje. Pokud probíhá přirozená konvekce v neomezeném prostoru mluvíme o konvekci volné. Přirozená konvekce ovlivňuje proudění vzduchu v místnosti při malých rychlostech proudění (např. zdrojové větrání).

Pracovní rozdíl teplot
Rozdíl mezi teplotou přiváděného vzduchu a projektovanou teplotou vzduchu v místnosti.

Obrázek 1 - Schéma volného proudu z kruhové vyústky

1.3. ZPŮSOBY DISTRIBUCE VZDUCHU

V zásadě můžeme způsoby distribuce vzduchu rozdělit do tří základních kategorií:

• Směšovací způsob
• Zaplavovací způsob
• Vytěsňování

Směšovací způsob
Při směšovacím způsobu větrání dochází k míšení vnitřního vzduchu s proudy přiváděného vzduchu. Znečištěný vzduch v pracovní oblasti se ředí buď přímým proudem přiváděného vzduchu, nebo zpětnými proudy.

Směšovací způsob větrání je nejčastějším způsobem distribuce vzduchu, o čemž svědčí i množství vyráběných distribučních elementů. Mezi hlavní typy distribučních elementů této kategorie patří obdélníkové vyústky, anemostaty, vířivé anemostaty, dýzy, štěrbiny atp.

Zaplavování (zdrojové větrání)
Vzduch se přivádí do pracovní oblasti malou rychlostí (do 0,5 m/s) zpravidla velkoplošnou výustí umístěnou u podlahy. Při tomto způsobu větrání prakticky nevzniká cirkulace vzduchu v místnosti. Vzduch se v prostoru pohybuje vlivem tepelné konvekce vznikající podél zdrojů tepla (osoby, elektronické vybavení, technologie). Ohřátý vzduch stoupá vzhůru ke stropu, kde se většinou i odsává. Dosahuje se příznivého nehomogenního pole koncentrací a teplot.

Zaplavovací větrání se používá jen pro chlazení, neboť přiváděný vzduch musí být teplotně stabilizován u podlahy (držen u podlahy vztlakovými silami). Přiváděný vzduch je zpravidla o 1 až 3 K chladnější (i v zimě), než vzduch nad pracovní zónou a ohřívá se od zdrojů tepla v pracovní oblasti. Distribuce vzduchu je uskutečňována velkoplošnými vyústkami.

Vytěsňování
Při vytěsňovacím způsobu větrání přiváděný vzduch vytlačuje pístovým způsobem znečištěný vzduch z místnosti. Používá se například pro vytvoření usměrněného ("laminárního") proudění v čistých prostorách, kdy je přívod vzduchu realizován celou plochou stropu, nebo některou ze stěn místnosti. Odvod vzduchu pak může být uskutečňován podlahou resp. protilehlou stěnou (obr. 2d, e).

Specifickým případem distribuce vzduchu v prostoru je tzv. místní větrání, které je charakteristické tím, že je omezeno na určitou část prostoru (zpravidla místo pobytu pracovníků). Úkolem místního větrání je chránit před nepříznivými vlivy okolí. Mezi systémy místního větrání patří:

• Vzduchové sprchy
• Vzduchové oázy
• Vzduchové clony

Vzduchové sprchy
Jsou určeny k ochraně před škodlivými vlivy okolí, např. před účinky sálavého tepla. Proud vzduchu se jimi vyfukuje ve směru toku sálavého tepla, čímž se zvětší součinitel přestupu tepla konvekcí na povrchu osálaného oděvu.

Vzduchové oázy
Slouží pro vytvoření optimálních podmínek pro odpočinek během pracovní doby. Oázu lze vytvořit místním přívodem vzduchu na pracoviště.

Vzduchové clony
Brání nežádoucímu pronikání vzduchu volně otevřenými, nebo otevíratelnými otvory do vnitřního prostoru budov. Nejběžnější je využití vzduchových clon ve vchodech veřejných budov (kancelářské budovy, obchodní centra aj.), nebo vratech průmyslových objektů zejména v zimním období. Jejich úkolem je zabránit vnikání chladného vzduchu do budovy.

1.4. OBRAZY PROUDĚNÍ

Na obrázku 2 jsou znázorněny obrazy proudění pro základní způsoby distribuce vzduchu v místnosti. Rozhodující vliv na proudění vzduchu v místnosti má přívodní výusť. Vzájemná poloha přívodního a odvodního elementu dotváří výsledný obraz proudění.

Obrázek 2 - Obrazy proudění ve větraných a klimatizovaných místnostech
a), b), c) směšovací větrání; d), e) pístové větrání; f) zaplavovací větrání