Nejnavštěvovanější odborný portál pro stavebnictví a technická zařízení budov

Venkovní klimatické podmínky při návrhu VZT systémů v praxi

Článek se zabývá popisem variant řešení na konkrétním problému vzduchotechnického systému s ohledem na stávající instalované zařízení a klimatické podmínky, které byly v srpnu letošního roku. Článek ukazuje, jaký význam mají venkovní klimatické podmínky na provoz VZT zařízení a jeho návrh. Reálný provoz zpětně ukazuje na problémy při návrhu zařízení.

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. 1 – Ukázka průběhu relativní vlhkosti v srpnu 2011
Obr. 2 – Ukázka průběhu teploty venkovního vzduchu 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
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.
 
Komentář recenzenta doc. Ing. Karel Papež, CSc.

Článek velmi výstižně ukazuje problematiku provozu vzduchotechnických soustav s ohledem na vliv klimatických podmínek v konkrétním ročním období.
Je pravdou, že vzduchotechnické zařízení je uvedeno a provozováno podle projektové dokumentace, kde je snaha docílit především co nejmenší investiční náklady. Pro vlastní provoz jsou požadavky velmi tvrdé a poměrně široké. V daném článku se uvádí problematika určité vzduchotechnické soustavy a to s požadavky na dodržení všech projektovaných požadavků. Článek uvádí i detailní průběhy teplot a relativních vlhkostí. V druhé polovině článku jsou uvedeny varianty technického řešení, které zajistí splnění všech projektovaných požadavků. A to i s precisním pohledem na investiční náklady. Uvedené tři varianty jsou vyhodnoceny.
Článek je zajímavý i tím, že klade velký důraz na podmínky a to ne ve špičkových hodnotách (období letní), ale na podmínky v období přechodném. Může být návodem pro provozovatele vzduchotechnických zařízení.
Doporučuji jeho vydání.
doc. Ing. Karel Papež, CSc.
Praha 31. října 2011


English Synopsis
Outdoor climate conditions for design HVAC systems in practice

The article deals with the description of possible solutions to the specific problem of air with respect to existing installed equipment and climatic conditions that were in August this year. The article shows the importance to outdoor weather conditions on the operation of HVAC equipment and its design. Real running back shows problems in equipment design.

 
 
Reklama