Venkovní klimatické podmínky při návrhu VZT systémů v praxi

Úvod

V současné době je při zpracování projektové dokumentace obecně a zejména při zpracování dokumentace profese VZT ze strany zadavatele kladený velký důraz na co nejmenší eliminaci pořizovacích nákladů. S tímto požadavkem jde v ruku v ruce nutnost navrhovat VZT zařízení po stránce jeho skladby a funkcí co nejúspornější. V praxi to vypadá tak, že vzduchotechnické zařízení má umět prakticky všechno od základních úprav až po řízené odvlhčování, ale chtít po zadavateli projektu větší prostor, více energií (např. teplo v letním období pro dané řízené odvlhčování, či chlad pro mokré chlazení) a s tím spojené vyšší náklady je skoro nemožné. V případě vytváření sofistikovaných systémů a kvality, se většinou zadavatel obrátí na jiného projektanta, který „spoří investorovi náklady“. Samozřejmě, čím jednoduší systémy, tím i nižší cena za samotné projekční práce.

V projekční praxi jsme se nyní setkali s opožděným požadavkem uživatele na celoroční řízení relativní vlhkosti ve vnitřním prostoru speciální lékařské technologie. Během zpracování jednotlivých stupňů projektové dokumentace a návrhů VZT samozřejmě žádný požadavek vznesený nebyl a tomu byla „přizpůsobena“ i koncepce systému VZT. Skladba jednotky byla provedena standardně s rekuperátorem, ohřívačem a následně vodním chladičem. Ohřívač v této skladbě slouží zároveň jako protimrazová ochrana chladiče.

Požadavek na vnitřní mikroklima v místnosti technologie je pro teplotu vzduchu v místnosti 24±2 °C, pro relativní vlhkost vzduchu 35 až 70 % s upozorněním, že během 1 hodiny nesmí dojít k změně hodnoty rel. vlhkosti o více jak 20 %.

Cílem je navrhnout taková opatření, aby byly celoročně dodrženy požadované parametry vnitřního mikroklima a zároveň aby provedení úprav stálo co nejméně.

Analýza problému

Podle podkladů od uživatele (grafy měření vybraných časových úseků teploty a vlhkosti) je zřejmé, že VZT zařízení pracuje při teplotách venkovního vzduchu v rozmezí 20 až 25 °C bez úpravy chlazení a tím pádem i bez neřízeného režimu odvlhčení. Nasávaný čerstvý vlhký vzduch (hlavně v období před deštěm, při dešti a po dešti, kdy venkovní teplota neklesne pod 18 °C) je bez úpravy transportován do místnosti technologie. Typickým příkladem byl extrémně deštivý srpen 2011.

Na obrázku č. 1 je ukázka záznamu vlhkostí a teplot ze systému měření a regulace za srpen 2011. Jsou zde patrné poměrně velké kmity zobrazující průběh relativní vlhkosti. Teploty přiváděného vzduchu se drží na prakticky konstantní hodnotě 24 °C (v grafu není uvedena stupnice ve °C).

Na obrázku č. 2 je ukázka naměřených venkovních teplot při jednotlivých fasádách objektu. Je patrné ovlivnění čidel teploty sluneční radiací. Pro analýzu problému jsou důležité teploty v čase, kdy je zároveň vysoká relativní vlhkost vzduchu, a to nad 55 %.

Obr. 1 – Ukázka průběhu relativní vlhkosti v srpnu 2011

Obr. 2 – Ukázka průběhu teploty venkovního vzduchu v srpnu 2011

Prostudovánímje možné zjistit, že VZT pracuje při teplotách venkovního vzduchu v rozmezí 20 až 25 °C bez úpravy chlazení a tím pádem i bez neřízeného režimu odvlhčení. Nasávaný čerstvý vlhký vzduch (hlavně v období před deštěm, při dešti a po dešti, kdy venkovní teplota neklesne pod 18 °C) je bez úpravy transportován do místnosti technologie.

Při intenzitě výměny vzduchu v prostoru technologie, která činí 10 h⁻¹ a zanedbatelným tepelným ziskům, je relativní vlhkost vzduchu v interiéru prakticky shodná s relativní vlhkostí vzduchu v exteriéru. Úkolem je zajistit odvlhčení interiéru i při teplotách venkovního vzduchu mezi 20 až 25 °C.Zjištěná vlhkostní zátěž je max. 5 kg/h.

Varianty techncikého řešení

Úpravy vzduchu, které jsou technicky možné, jsou zobrazeny v H-X diagramu na obr. č. 3. Jsou zobrazeny úpravy přiváděného vzduchu pro zimní (žlutá barva) a letní období (zelená barva). Tyto úpravy jsou řešeny podle návrhových klimatických podmínek v technické zprávě projektu pro danou klimatickou oblast. V případě, že jsou parametry exteriéru shodné s návrhovými, stávající skladba a úpravy v zimě i v létě zajistí požadované vnitřní mikroklima. V případě, že teplota a relativní vlhkost budou mimo návrhový interval, tj. přechodné období a hlavně teplé deštivé období, standardní úpravou vzduchu se požadovaných parametrů nedocílí.

Obr. 3 – Reálné úpravy vzduchu na stávajícím VZT zařízení ve skladbě: rekuperátor, ohřívač, chladič, zvlhčovač

Na základě jednání se zadavatelem profesí VZT, MaR a stavební části jsou z technického hlediska možné tři základní úpravy řešení VZT, tak aby byly dodrženy výše požadované parametry vnitřního mikroklimatu. Každá úprava sebou nese jednak technické problémy a omezení a jednak finanční náklady.

1. Vložení „dohřívačů“ do potrubí

Technicky optimální a finančně nejnáročnější varianta s garancí řízeného odvlhčování je s umístěním „dohřívačů“ do přívodního potrubí za VZT jednotkou (respektive chladičem). Zde by byl za výše uvedených extrémů vzduch chlazením na teplotu 17 až 18 °C odvlhčen a následně dohřán na požadovanou teplotu např. 24 °C. Řešení představuje úpravy části vzduchovodů v kanále VZT, osazení ohřívačů s optimální tlakovou ztrátou na straně vzduchu do porubí, dotažení potrubních rozvodů ÚT včetně zajištění regulačních uzlů s kvalitativní regulací, doplnění MaR o další moduly, software, čidla apod. Odhadovaný náklad cca 500.000,- Kč.

2. Umístění „lokálních odvlhčovačů“ do jednotlivých místností LU

Technicky možné řešení pomocí kompaktních odvlhčovacích zařízení s odvlhčovací výkonem do 6 kg/h. (Výpočet je proveden pro max. vlhkostní zátěž při transportu vzduchu do prostoru s teplotou 24 °C a relativní vlhkostí 90 %. Tato varianta je problematická s ohledem na odvod vzniklého kondenzátu (při případné realizaci je nutno řešit přečerpání apod.). Kompaktní zařízení je možné zapojit do zásuvky 230 V a zapínat lokálně pouze podle potřeby (např. typ Calorex v nástěnném provedení). Celkový náklad na toto řešení cca 250.000,- Kč.

3. Využití stávajícího systému VZT (zajistí požadované horní hranice vlhkosti cca 350 dní v roce)

Technické řešení spočívá ve využití pouze stávající skladby VZT jednotky a to využitím chladiče a jeho schopnosti při chlazení ze vzduchu odloučit vodu. Jedná se hybridní částečně řízené odvlhčení a to následujícím způsobem. Vzduch v přechodném období (při teplotách 19 až 26 °C s vysokým obsahem jak měrné, tak relativní vlhkosti v hodnotách 60 až 95 %) nejdříve ohřát na teplotu cca 35 až 40 °C (tím dojde ke snížení relativní vlhkosti a vzniku možnosti vzduch ochladit) a následně provést mokré chlazení na chladiči (teplotní spád vody podle PD VZT 7/12 °C – tj. střední povrchová teplota chladiče cca 11 °C) na teplotu cca 24–25 °C pro vzduch s vlhkostí v exteriéru do 75 % a na teplotu 25–26 °C při relativní vlhkosti nasávaného vzduchu z exteriéru 75 % a více. Tím dojde k odvlhčení vzduchu z exteriéru a transportu vzduchu do místností s danou teplotou a relativní vlhkostí max. 68 % (70 % je hodnota v extrému při parametrech venkovního vzduchu 24 °C / 95 %.

Výhodou této varianty řešení je, že bude provedena pouze úprava a doplnění MaR a to osazení čidla tepoty a vlhkosti před a za chladič, provedena dodatečná kabeláž, osazení regulátoru do rozvaděče MaR a naprogramování software. Celkový náklad této varianty je cca 80.000,- Kč.

Závěr

Ve variantě řešení č. 3 je popsáno nestandardní řešení s vyšším předehřevem přiváděného vzduchu a následným odvlhčením na vodním chladiči. Vzhledem nákladům spojenými s touto úpravou azjištění, že uvedený systém zajistí požadované parametry vnitřního mikroklima (prakticky po 95 % roku), se tato varianta řešení jeví jako optimální. Nutné ovšem je se s uživatelem dohodnout.

Z výše popsaných skutečností je zřejmé, že při návrhu VZT zařízení nejsou rozhodující např. normou uváděné klimatické podmínky pro zimní a letní období, ale je nutné při výpočtech brát v úvahu i podmínky v přechodném období. U prostorů s požadavky na řízené vlhkostní mikroklima je důležité počítat s extrémy, jako jsou deštivá období apod.

Článek vznikl za podpory specifického výzkumu reg. číslo FAST-J-11-30, identifikační číslo 1321.

Literatura

• [1] GEBAUER, G., RUBINOVÁ, O. a HORKÁ, H. Vzduchotechnika: ERA, 2007. 262 S. ISBN 978-80-7366-091-8.
• [2] HIRŠ, J. a GEBAUER, G. Vzduchotechnika v příkladech: CERM, 2006. 230 s. ISBN 80-7204-486-9.
• [3] CHYSKÝ, J., HEMZAL, K. a kol. Technický průvodce větrání a klimatizace. 3. vyd. Praha: ČESKÁ MATICE TECHNICKÁ, 1993. 490 s. ISBN 80-901574-0-8.
• [4] SZÉKYOVÁ, M., FERSTL, K. a NOVÝ, R.. Větrání a klimatizace. 1. české vyd. Bratislava: JAGA, 2006. 359 s. ISBN 80-8076-037-3.