M07-Systémy větrání a teplovzdušného vytápění

dního
a odváděného vzduchu a úpravách odvodit formuli pro hmotnostní průtok
- 10 (28) -
Větrání nucené
vzduchu. Objemový průtok vzduchu V
p
pro střední hustotu vzduchu ρ
s
=
0,5.(ρ
e
+ ρ
i
) je dán rov. 14.
( )
( )( )
V
a
g
b
p
s
ei e i
ie
=
−
+
−
2
3
2
103 03
3
..
.
.
..
.
,,
µ
ρ
ρρρ ρ
ρρ
(14)
Větrání okny je základním prostředkem větrání menších místností. Součástí
moderních oken jsou prvky pro přívod vzduchu, které umožňují zejména
v kombinaci s podtlakovým větráním jednoduché a efektivní přirozené větrání.
V okenním rámu mohou být integrovány štěrbiny pro přívod vzduchu, nebo
systém otevírání okenního křídla umožňuje nastavit křídlo do polohy, kdy mezi
okenním křídlem a rámem vzniká širší spára, dostatečná pro infiltraci. Tyto
systémy se označují jako mikroventilace.
2.3.4 Šachtové větrání
Šachtové větrání je druh přirozeného větrání, při kterém je vzduch do místnosti
přiváděn (přívodní sací šachtou), nebo z místnosti odváděn (odváděcí výtlač-
nou šachtou), nebo přiváděn i odváděn otvory zaústěnými do svislých průdu-
chů a umožňuje tak přirozený odvod škodlivin.
Principiální schéma je na obr. 6. Sací šachta pro
přívod vzduchu je napojena na vnější prostředí, vý-
tlačná šachta odvádí vzduch nad střechu budovy.
Cílem návrhu tohoto větrání je průtok vzduchu nebo
průřez šachty. Výchozí pro řešení je reálný předpo-
klad, že rychlost v místnosti je malá a w
2
= 0, teplo-
ta v sací šachtě se rovna teplotě venkovního vzdu-
chu t
1
= t
e
a teplota ve výtlačné šachtě se rovna tep-
lotě ve větrané místnosti t
i
= t
3
. Z uvedeného vyplý-
vá pro hustotu ρ
1
= ρ
e
a ρ
3
= ρ
i
.

h
3

Přívodní sací šachta
S
3
λ3
ξ3
w
3
t
3
S
3
λ3
ξ3
w
2
= 0

t
2
= t
i
Odváděcí výtlačná
šachta
Mikroklima
E
ρ
e

t
e

h
1

h
2
w
1
t
1


Obr. 6 Schéma šachtového větrání
Při působení jen rozdílu teplot uvnitř a vně místnosti je rozdíl tlaku dán vzta-
hem ()( )
ie
ghhp ρρ −+=∆ ..
32
(15)
Hmotnostní průtok vzduchu MV Sw= =...ρ ρ (16)
Objemový průtok vzduchu (17) wSV .=
Plocha šachty (18) wVS /=
Tlaková ztráta šachty
ρξλ
2
.1
2
w
d
l
p
e
z
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
++=∆
∑
(19)
Rychlost proudění vzduchu šachtou lze vyjádřit vztahem 20 pro výpočtovou
teplotu t
e1
(obvykle t
e1
= 10
o
C).
- 11 (28) -
TZB-Vzduchotechnika, modul BT02-07, Systémy větrání a teplovzdušného vytápění
( )
1
1
273
...2
.4,0
e
ei
t
tthg
w
+
−
= (20)
kde λ - součinitel tření,
l - délky šachet pro přívod či odvod vzduchu,
d
e
- průměr šachty, pro nekruhové profily s obvodem U platí d
e
= 4.S/U,
ξ - součinitel místních odporů.
2.3.5 Šachtové větrání využívající dynamický účinek větru
Vhodnými doplňujícími elementy šachtového větrání a zvyšujícími jeho efekt
jsou samotahová hlavice a aktuálně větrací turbína. Uvedené elementy se
osadí na vyústění odváděcí šachty na střeše budovy.
Samotahová hlavice využívá účinku větru. Pro předběžný průměr platí rov. 21.
v
o
p
v
V
d 8,1= (21)
Ventilační turbína je typem větrací hlavice, která využívá působení větru
k vytvoření sacího účinku. V době bezvětří je k vyvolaní sacího efektu termo-
dynamický vztlak teplého vzduchu, který otáčí rotorem turbíny a vytváří ve
větrací šachtě trvalý podtlak. Konstrukce turbíny zabraňuje vnikání srážek do
šachty. Větrací turbína se navrhuje pomocí průtoku vzduchu z technickým
podkladů výrobců. Pohled na typickou větrací hlavici je na obr. 7.


Obr. 7 Větrací turbína





- 12 (28) -
Větrání nucené
3 Nucené větrání
Nucené větrání tvoří základní vzduchotechnický systém pro tvorbu inter-
ního mikroklimatu budov.
3.1 Základní pojmy
Nucené větrání lze definovat jako mechanickou výměnu znehodnoceného
vzduchu v daném prostoru za vzduch zpravidla venkovní k zajištění tedy tvor-
bě zejména odérového mikroklimatu místností či k odvedení tepelných event.
dalších hmotnostních škodlivin vznikajících v budovách a při technologických
procesech. Nucená výměna vzduchu, jeho proudění a tím i přenos látek je vy-
volán mechanicky tj. ventilátorem, jenž je součástí vzduchotechnické strojovny
či jednotky. Nucené větraní tvoří vzduchotechnické zařízení s jednou termo-
dynamickou funkcí (ohřev) k úpravě přívodního vzduchu sloužícího tvorbě
interního mikroklimatu.
Nucené větrání zajišťuje výměnu vzduchu v prostoru nezávislou na vnějších
klimatických podmínkách a umožňuje tak zejména:
• řízenou výměnu vzduchu v prostoru, filtraci a teplotní úpravu přívodního
vzduchu,
• úpravu tlakových poměrů v budově a ve větraných provozech,
• zpětné využití tepla,
• kombinovaný provoz s využitím cirkulačního vzduchu v extrémním ročním
období.
3.2 Výměna vzduchu v místnosti větráním
Základním úkolem větrání je výměna vzduchu v prostoru vnějším vzduchem,
jehož objemový průtok musí odpovídat toku vznikajících škodlivin. Jejich úči-
nek se eliminuje větráním, tedy výměnou znehodnoceného vzduchu vzduchem
vnějším. Objemový průtok vzduchu nutný k odvodu škodlivin a snížení jejich
koncentrace tak, aby v místnosti nepřestoupila mezní hodnotu lze určit z rovni-
ce hmotnostní bilance uvedené v [1] a [3]. Obecné řešení rovnice umožňuje
postihnout výměnu vzduchu při přerušovaném větrání. Řešení pro zjednodušu-
jící předpoklady postačující pro projektové řešení vychází z podmínky trvalého
větrání.
3.2.1 Výměna vzduchu při přerušovaném větrání
Výměna vzduchu má dynamický charakter, problém popisuje [1] a [3]. Řešení
lze aplikovat k návrhu provozních režimů systému větrání.
- 13 (28) -
TZB-Vzduchotechnika, modul BT02-07, Systémy větrání a teplovzdušného vytápění
3.2.2 Výměna vzduchu při trvalém větrání
Při dlouhodobém větrání s konstantním průtokem vzduchu se dosáhne ustálené
koncentrace škodliviny k
i
v místnosti. Z řešení obecné bilanční rovnice pro k
e
<
k
i
pak vyplývá pro koncentraci k
i
a objemový průtok vzduchu V
V
m
kk
s
ei
+=
ei
s
kk
m
V
−
= (22a,b)
Formule pro průtoky přívodního vzduchu V
p
k eliminaci typických škodlivin
(odéry, teplo, vodní pára) jsou uvedeny v tab. 1. V budovách s pobytem osob
bez technologických zdrojů je základní škodlivinou CO
2
, který produkuje člo-
věk v závislosti na své činnosti. Průtok větracího vzduchu lze v tomto případě
odvodit z dávek vnějšího vzduchu y a počtu osob dle tab. 2.
3.2.3 Minimální výměna vzduchu a jeho objemové průtoky
Všechny budovy a provozy s pobytem a pracovní činností osob je vždy nutno
větrat vzduchem, jehož část či celkový průtok musí tvořit vzduch vnější. Nutné
průtoky větracího vzduchu jsou odvozeny z bilance lidského organismu
respektující činnost osob. Konkrétní hodnota tohoto vnějšího vzduchu se určí
dle dávky vzduchu y (m
3
/h) připadající na 1 osobu. Hodnota je odvozena
z podmínky zajišťující, aby koncentrace škodlivin v prostoru byla pod přípust-
nou mezní koncentrací. V určitých klimatických obdobích lze tyto dávky snížit
až na 50 % [10] a [1]. V prostorách s proměnným počtem osob lze při určení
objemových průtoků vnějšího vzduchu vycházet z doporučených intenzity vý-
měny vzduchu za hodinu.
Tab. 1 Objemové průtoky a stavy vzduchu pro obecné případy větrání budov
zejména technologického charakteru
Druh škodliviny objemový průtok (m
3
s
-1
) stav přívodního vzduch
Obecná
platí pro k
i
> k
p


pi
s
p
kk
m
V
−
=
teplota v topném období t
p
= t
i

mimo topné období t
p
= t
e

Teplo
platí pro ρ
i
.h
i
> ρ
p
.h
p


ppii
ztzi
p
hh
QQ
V
... ρρ −
−
=
teplota v topném období t
p
= t
i

entalpie v zimním období h
p
< h
i

mimo topné období t
p
= t
e

Vodní zisky
platí pro ρ
i
.x
i
> ρ
p
.x
p


ppii
w
p
xx
m
V
.. ρρ −
=
teplota v topném období t
p
= t
i

vodní obsah v zimním období x
p
< x
i

mimo topné období t
p
= t
e

Legenda: m
s
– hmotnostní tok škodlivin (kgs
-1
) m
w
- vodní zisky (kg.kg
-1
sv)
k, h, x, ρ - koncentrace agencií (mg.m
-3
), entalpie, vodní obsah, hustota vzduchu
Q
zi
, Q
zt
- tepelné zisky a tepelná zátěž (W)
indexy – i – vnitřní, p - přívodní, e - vnější

Zkvalitňováním tepelně technických vlastností oken a zateplováním budov se
snižuje přirozená výměna vzduchu a tím i odvod plynných škodlivin a vodní
páry z místností budov. Důsledkem je zhoršení stavu vnitřního prostředí proje-
vující se zejména kondenzací vodních par a vznikem plísní na vnitřním povr-
chu stěn místnost. V uvedených případech je proto nezbytná řízená výměna
vzduchu. Průtoky vzduchu k větrání pobytových místností se určí dle intenzity
jeho výměny n (h
-1
) nebo dle dávek vzduchu X (m
3
h
-1
). Intenzita výměny
- 14 (28) -
Větrání nucené
vzduchu v prostorách bez vzduchotechnického zařízení se určí dle [10]
v mezích n = 0,3 až 0,6 h
-1
. Hodnoty dávek vzduchu uvádí zákonné předpisy
[10].
Tab. 2 Objemové průtoky a charakteristiky vzduchu pro větrání budov občan-
ských budov
Druh škodliviny objemový průtok V (m
3
s
-1
) stav přívodního vzduch
Odéry
- prostory se známým počtem osob
V
e
= y.n teplota v topném období´
t
p
= t
i

Odéry
- prostory s kolísáním počtu osob
V
e
= X.O/3600 teplota mimo topné období
t
p
= t
e

Legenda: n - počet osob X - číslo výměny vzduchu (h
-1
)
O - objem prostoru (m
3
)
y - minimální až optimální dávka vzduchu na 1 osobu (m
3
s
-1
)
dle aktuálních ustanovení zákonných předpisů
3.3 Klasifikace a charakteristika větracích systémů
Nucené větrání lze klasifikovat podle kritérií pro systémy a zařízení VZT uve-
dených v [1]. Pro systémy NV jsou zásadní tlakové poměry, skladba zařízení a
způsob přívodu, odvodu a úpravy vzduchu. Základní dělení je na obr. 8. Další
reálné kombinace uvádí [1].

Nucené větrání
Místní Účelové Celkové Přetlakové Podtlakové Rovnotlaké

Obr. 8 Dělení systémů nuceného větrání
Podle účelu větraných prostorů lze větrací zařízení dělit do níže uvedených
kategorií:
Komfortní sloužící pro větrání prostorů s pobytem osob – kina, sportovní zaří-
zení, společenské zařízení – typické škodliviny produkty dýchání a tepla lidí
Průmyslová sloužící pro výrobní prostory – typické škodliviny a jejich přípust-
né koncentrace, tepelně vlhkostní zátěž
Technologická nutná k provozu výrobního zařízení – škodliviny technologic-
kého zařízení
Účelová – dle [7] zahrnují např. vzduchové sprchy, vzduchové clony, odmlžo-
vání, havarijní větrání, požární větrání apod.
Podle provozu lze větrací zařízení dělit na:
Ventilační – pracující jen s venkovním vzduchem, tzn. zařízení zajišťuje vý-
měnu vzduchu v prostoru zcela vzduchem venkovním tj. V
p
= V
e
. V zimním
období je tento provoz energeticky náročný.
Cirkulační - pracující jen s oběhovým vzduchem, tzn. do prostoru se k větrání
přivádí stále stejný vzduch tzn. V
p
= V
c
. Pro prostory s pobytem osob je tento
provoz zcela nepřípustný, protože je nehygienický a nezajistí právními přepisy
požadované výměny vzduchu.
- 15 (28) -
TZB-Vzduchotechnika, modul BT02-07, Systémy větrání a teplovzdušného vytápění
Kombinované – pracující přednostně s venkovním vzduchem s tím, že v ex-
trémních vnějších klimatických podmínkách lze snížit průtok venkovního
vzduchu na právními předpisy [10] přípustnou mez a doplnit jeho část oběho-
vým vzduchem k dodržení konstantního průtoku zařízením V
p
= V
e
+ V
c
.
Podle úpravy vzduchu lze větrací zařízení dělit na níže uvedená zařízení.
Větrací zařízení s úpravou vzduchu umožňuje úpravu přívodního vzduchu tak,
aby přívodem vzduchu byly splněny mikroklimatické požadavky kladené na
větraný prostor určený k pobytu a činnosti osob či průběh technologie. Prove-
dení s úpravou vzduchu mají běžná zařízení z nuceným přívodem vzduchu, kdy
je větrací vzduch běžně filtrován a v otopné sezóně ohříván. Uvedené zařízení
může plnit i funkci dílčí klimatizace v případě přívodu chladného vzduchu do
větraného prostoru.
Větrací zařízení bez úpravy vzduchu nezajišťuje úpravu vzduchu. Lze je použí-
vat jen výjimečně v prostorách, jejichž stav prostředí může být na nižší úrovni
než místo zdroje větracího vzduchu zpravidla vnějšího prostředí.
Podle tlakových poměrů se větrací zařízení dělí:
Přetlakové větrání – nedovoluje pronikání znehodnoceného vzduchu netěs-
nostmi s okolního prostoru, používají se v případech, kdy se má zamezit vniká-
ní vzduchu z okolí. Základní aplikace nachází v účelových místnostech a
v prostorách budov se zvýšenými požadavky na čistotu.
Podtlakové větrání – zamezuje pronikání znehodnoceného vzduchu netěsnost-
mi do okolí, používají se v případech, kdy se má zabránit vnikání škodlivin
(zápach, prach, nebezpečné plyny, apod.) do přilehlých místností. Typické
aplikace průmyslové provozy a laboratořích se zdroji škodlivin, hygienické
místnosti, apod.
3.4 Provedení a skladba zařízení
Provedení větracích systémů je
• ústřední, centrální tzn. s ústřední strojovnou,
• jednotkové tj. decentrální.
Prvky zařízení větracích systémů tvoří větrací jednotky, distribuční prvky a
potrubí. Blíže modul BT02-06.

V
e
, t
e

V
z
, t
i

V
c
,

t
i

V
p
, t
p

Q
o

Mikroklima

3
1
2
V
o
, t
i

V
p
, t
p
4
Legenda

1 - Větrací jednotka sestavná
1b - Větrací jednotka autonomní
2 – Ventilátor, ventilátorová komora
3 - Distribuční prvky
4 - Potrubí
5 - Přívod vnějšího vzduchu
6 - Odvod znehodnoceného vzduchu

5
6 3
1b
Mikroklima
V
p
, t
p

Obr. 9 Základní prvky nuceného větrání
- 16 (28) -
Větrání nucené
3.5 Nucené větrání přetlakové
Uvedený systém se vyznačuje tím, že do větraného prostoru se přivádí vzduch
o průtoku větším než je průtok odvodního vzduchu, přičemž platí m
p
> m
o
či
běžně V
p
> V
o
. Odvod vzduchu může být přirozený či nucený. Tento systém
nedovoluje pronikání netěsnostmi znečištěného vzduchu z okolí. Návrh systé-
mu vychází z požadovaného průtoku vzduch. Provedení systému může být
jednotkové, ústřední, s nuceným přívodem, nuceným odvodem i přívodem a s
provozem ventilačním či kombinovaným. Přetlakový systém se užívá k větrání
větších a objemnějších prostorů občanských, zemědělských a průmyslových
objektů. Schémata základní variant provedení jsou na obr. 10.

V
e

V
o

Strojovna
V
p
ústřední zařízení
Mikroklima
p
i
> p
e
V
p
> V
o

V
e

V
o

Strojovna
V
p
ústřední zařízení
Mikroklima
p
i
> p
e
V
p
> V
o

Větrací jednotka
p
e

V
e

V
p
Přetlaková
klapka
Mikroklima
p
i
> p
e
V
p
> V
o

jednotkové zařízení
V
o

V
o
V
e
V
z

Strojovna
V
p
spojené, celkové, ústřední
Mikroklima
t
i
, k
i
Obr. 10 Schémata základních systémů nuceného přetlakového větrání
3.6 Nucené větrání podtlakové
Tento systém se vyznačuje průtokem vzduchu, jehož přívod je menší než od-
vod, přičemž platí m
o
> m
p
či běžně V
o
> V
p
. Přívod vzduchu může být přiroze-
ný či nucený. Tento systém zabraňuje pronikání vzduchu a škodlivin do sou-
sedního prostoru. Základní varianty provedení jsou patrné z obr. 11. Návrh
systému vychází z nutného průtoku vzduchu pro odvod škodlivin.
- 17 (28) -
TZB-Vzduchotechnika, modul BT02-07, Systémy větrání a teplovzdušného vytápění

p
e

V
p

v. A
V
o
, t
i
Podtlaková klapka
Mikroklima
p
i
< p
e
V
p
< V
o

p
e

V
p

V
o

v. A
Mikroklima
p
i
< p
e
V
p
< V
o

V
o

Nucený odvod i přívod
p
e

V
p

v. A
V
o
, t
i

Mikroklima
p
i
< p
e
V
p
< V
o

V
o

Nucený odvod místní
V
p


Obr. 11 Schéma typických provedení systémů větrání s nuceným odvodem
3.7 Nucené větrání rovnotlaké
Nucené větrání rovnotlaké je systém, který se vyznačuje shodným průtokem
přívodního a odvodního vzduchu a platí m
p
= m
o
nebo obvykle V
p
= V
o
. Systém
vyžaduje nucený přívod i odvod vzduchu a tvoří tzv. spojený systém. Tento
systém nezamezí výměnu vzduchu a škodlivin mezi sousedním prostorem. Zá-
kladní varianty provedení jsou patrné z obr. 12. Návrh systému vychází z nut-
ného průtoku vzduchu pro odvod škodlivin.

V
e

V
p
, t
i

V
c
, t
i

Mikroklima
t
i
, k
i
, O
Úprava vzduchu
Q
o

V
o

V
z
, t
i

V
p
= V
o
, t
p
= t
i
,

Obr. 12 Schéma rovnotlakého systému větrání
3.8 Celkové větrání
Celkové větrání představuje výměnu vzduchu v celém objemu O prostoru.
Charakteristické pro tento systém je větší průtok vzduchu. Protože výměna
vzduchu v celém objemu je energeticky náročná je vhodné celkové větrání
kombinovat s místním větráním či odsáváním. Ovlivňují se tím i tlakové pomě-
ry místností, umožní se řízený provoz větrání event. proměnný průtok vzduchu.
Skladba systému je na obr. 12. Tento systém je vhodný pro větrání velkých
- 18 (28) -
Větrání nucené
místností občanských staveb a v p