Program Contam 2.4

Pro modelování vnitřního prostředí a kvality vnitřního vzduchu existuje řada programů, které se liší rozsahem, časovou náročností, použitelností během procesu navrhování, vztahem k zákonu, normě, zvyklostem a vyjádřením výsledku. Přehled vybraných nástrojů pro modelování a simulaci vnitřního prostředí je uveden v tab. 1. Jedním z volně dostupných programů je Contam 2.4.

Tab. 1) Přehled nástrojů pro modelování vnitřního prostředí [1]

CONTAM je multizónový (uzlový) model určený pro analýzu proudění vzduchu, kvality vnitřního vzduchu a transportu škodlivin. Pomáhá stanovit: proudění vzduchu - infiltraci, exfiltraci, proudění mezi jednotlivými místnostmi při nuceném větrání, tlaku větru na vnější plášť budovy, s ohledem na rozdílné teploty ve venkovním prostředí a v místnostech, zahrnuje i vliv vztlaku vzduchu. Na základě proudění vzduchu a produkci škodlivin počítá koncentrace škodlivin a to několika možnými způsoby včetně chemické a radiochemické transformace, adsorpce a desorpce.

CONTAM se skládá ze dvou komponent - grafického interface pro uživatele (GUI) a simulačního nástroje. Grafický interface umožňuje v rámci kreslící plochy (SketchPad) zadávat a měnit vstupní údaje. Obsahuje kreslící nástroje pro schematické znázornění dispozic, které reprezentují jednotlivá podlaží budov (obr.2). Grafický nástroj umožňuje znázorňovat stěny, vzduchotechnické potrubí a zjednodušenou síť regulace. Dále je možné zakreslovat ikony, které reprezentují stavební prvky jako cesty proudění vzduchu tj. otvory (okna a dveře), zdroje škodlivin a obyvatele. Po zakreslení dispozice a všech stavebních prvků jsou všechny tyto informace předány simulačnímu nástroji, který počítá tlaky v jednotlivých zónách, množství proudícího vzduchu a koncentrace škodlivin. Interface umožňuje také grafický výstup výsledků.

1. VALIDACE A TESTOVÁNÍ PROGRAMU

Bylo prezentováno několik studií, které se zabývaly testováním multizónového modelování. Výsledky studií jsou dostupné v literatuře, např. Emmerich, S.J. Validation of Multizone IAQ Modeling of Residential-Scale Buildings: A Review. ASHRAE Transactions, vol. 107 pt. 2, 2001. American Society of Heating, Refrigeration and Air-Conditioning Engineers. [1]

2. VSTUPY

Pro simulaci v programu je potřeba zadat geometrii budovy po jednotlivých podlažích, které jsou v programu označena jako "Level". Každá zóna je definována teplotou, objemem a vnitřním tlakem (obr. 3). Dále je potřeba zadat vnější prostředí - teplota, tlak, směr a rychlost větru. Tyto hodnoty se buď vloží jako konstanty (obr. 1), nebo je lze načíst z externího souboru klimatických dat (WPC data). Dále se zadává zeměpisná poloha a orientace budovy ke světovým stranám. Pomocí otvorů, tedy oken a dveří, se zadává propojení zón a propojení s exteriérem. Zde je potřeba definovat, zda bude uvažován vliv větru (obr. 1). Pokud je vliv větru uvažován, musí se dále zadat orientace stěny, ve které je otvor umístěn, vzhledem ke směru větru, profil větru a tlakový koeficient. Dále se zadává vzdušná průvzdušnost zdí a stropů, síť vzduchotechnického potrubí (obr. 5 a 6) a systém proudění vzduchu, množství přiváděného resp. odváděného vzduchu (obr. 7).

Pro modelování koncentrací škodlivin (obr. 8) je potřeba nejprve zadat škodlivinu samotnou. Ta se definuje molární hmotností, hustotou, měrnou plynovou konstantou, koncentrací ve vnějším prostředí a dalšími parametry. Pak je možné zadat zdroje škodlivin s jejich produkcí. Časové plány nám umožňují zadat dobu působení škodliviny, či provoz vzduchotechniky.

Obr. 1) Zadání vnějších podmínek

Obr. 2) Sketch Pad - pole pro zadávání geometrie zón

Obr. 3) Definice zón

Obr. 4) Zadávání otvorů

a)

b)

Obr. 5) Zadání a) vzduchotechniky pomocí celé sítě vzduchotechnického potrubí, b) vlastností potrubí

a)

b)

Obr. 6) Popis a) koncových prvků, b) tvaru potrubí

a)

b)

Obr. 7) Zadání a) vzduchotechniky, b) vzduchového výkonu pro přívod resp. odvod vzduchu

Obr. 8) Zadání vlastností škodliviny

Obr. 9) Zadání zdroje škodliviny

Obr. 10) Zadání časového plánu přítomnosti jedné osoby (zdroje škodliviny)

CONTAM 2.4 umožňuje několik druhů simulací (obr. 10) nejen pro proudění vzduchu, ale i pro určení průběhu koncentrací škodlivin v čase. Lze zvolit simulaci pro ustálené podmínky:

• steady - simuluje ustálený stav, nebo proměnlivé podmínky
• transient - simuluje určitý zvolený časový úsek a může tak zjistit průběh hodnot škodlivin
• cyclic - opakuje 24 hodinový cyklus, dokud není ve všech zónách dosaženo rovnovážného stavu.

Program umožňuje kombinace simulací pro proudění vzduchu (vlevo) a škodlivin (vpravo):

• steady - steady
• steady - transient
• steady - cyclic
• transient - transient
• transient - cyclic

Obr. 11) Volba parametrů a druhu simulace

Obr. 12) Výběr dat k exportu

3. VÝSTUPY

Výsledky (obr. 10) mohou být poklesy a nárůsty tlaku, proudy vzduchu a koncentrace škodlivin, po zónách, průtok vzduchu zónou (infltrace a exfiltrace), intenzita výměny vzduchu nejen zón ale i celé budovy. Umožňuje zobrazení koncentrací škodlivin pro jednu i více (všech) zón. Program dále umožňuje export dat např. do formátu TXT, tak že je vhodný pro import do tabulkových procesorů.

a)

b)

Obr. 13) a) volba zobrazení výstupů, b) ukázka výsledků z programu CONTAM 2.4, např. koncentrace škodlivin v jednotlivých zónách

4. OPERAČNÍ SYSTÉM

Program je možné užívat jak pod operačním systémem Windows 95/98, NT/2000 a XP, tak na počítačích MacIntosh s emulátorem Windows. Simulace může taktéž být převedena pro užívání Linuxu. Programovacím jazykem je jazyk C.

5. VÝHODY

Výhodami programu CONTAM jsou:

• flexibilní grafický interface, který umožňuje jednoduše popsat celou budovu,
• rychlé a spolehlivé algoritmy řešení,
• interaktivní nápověda,
• možnost měnit obsazenost zón a časové rozvrhy produkce škodlivin a provozu vzduchotechniky,
• uvažování adsorpce a desorpce
• více možností zadávání otvorů podle charakteristiky proudění vzduchu

6. NEVÝHODY

Absolutní přesnost vypočteného proudění vzduchu a tlaků je limitována širokou škálou dat charakterizujících netěsnost stavebních prvků a dále nejistotou v definici tlaku větru. Přesnost simulace šíření škodlivin je limitována tím, že program uvažuje každou zónu jako prostor s ideálním promícháním vzduchu a neuvažuje skutečnou distribuci vzduchu v rámci zóny.

Obr. 14) Příklad modelu bytu 2+KK v programu CONTAM 2.4

7. LITERATURA

[1] U.S. DOE Energy Efficiency and Renewable Energy [online]. 2005. Dostupný z WWW
[2] DOLEŽÍLKOVÁ, H. Residenční mikroprostředí. Disertační práce, ČVUT v Praze, 2007
[3] Manuál k programu Contam 2.4c

Recenzní posudek

název článku: Program Contam 2.4
autor: Ing. Hana Doležílková, Ph.D.
recenzent: Ing. Stanislav Frolík, Ph.D.

Recenze

Autorka shrnuje ve svém příspěvku přehled vybraných dostupných nástrojů pro modelování kvality vnitřního vzduchu. Při nedostatečném větrání nebo špatně nastavených kritérií pro množství čerstvého venkovního vzduchu dochází ke zvyšování koncentrací škodlivých látek. Nejčastěji používané škodliviny pro hodnocení vnitřního prostředí jsou relativní vlhkost a koncentrace oxidu uhličitého. Tyto veličiny lze dobře fyzikálně modelovat, protože je známá jejich produkce a je možné popsat chování lidí či používání zařizovacích předmětů či zařízení v čase. Naopak matematicky popsat organické chemické látky či mikroorganismy je velmi složité, z důvodu neznámých produkcí těchto látek do ovzduší.

Contam je jeden z mnoha nástrojů, které umožňují výše uvedené škodliviny a jejich produkci v čase modelovat. Nicméně předpokládá pro výpočet ideální distribuci a promíchání vzduchu v interiéru. To však nebude u některých případů odpovídat reálnému stavu. Například v prostorách s velkou světlou výškou a velkým množstvím osob bude koncentrace záviset zejména na obrazu proudění vzduchu, měrné hmotnosti škodlivin či dalších faktorech. Tento nástroj však lze použít s úspěchem a uspokojivými výsledky pro většinu posuzovaných prostorů s pobytem lidí.