Wentylacja i klimatyzacja Wykład 1

dr inż. Maciej Besler p. 314 C-6 maciej.besler@pwr.wroc.pl

Literatura Pełech A. Wentylacja i klimatyzacja – podstawy, Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej 2008 Przydróżny S., Wentylacja, Wydawnictwo Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 1991. Przydróżny S., Ferencowicz J., Klimatyzacja, Wydawnictwo Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 1988. Malicki M., Wentylacja i klimatyzacja, PWN Warszawa 1980 Ferencowicz J., Wentylacja i Klimatyzacja, Arkady 1964 Recnagel Sprenger.: Ogrzewanie i klimatyzacja – poradnik”, Dz. U. Nr 75 poz. 690 - Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie. Dz. U. 201 2008 - Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 6 listopada 2008 r. zmieniające rozporządzenie Dz. U. Nr 75

Wentylacja i klimatyzacja podstawowe pojęcia definicje

WENTYLACJA (łac. ventilatio = przewietrzanie) Jedna z definicji wentylacji WENTYLACJA (łac. ventilatio = przewietrzanie) jest to wymiana powietrza w pomieszczeniach, polegająca na: usuwaniu powietrza zanieczyszczonego lub gorącego doprowadzeniu powietrza świeżego lub chłodnego. względnie jedno i drugie w tym samym czasie. Wentylacja poprawia stan i skład powietrza poprzez jego wymianę w pomieszczeniu– zgodnie z wymaganiami organizmu ludzkiego lub procesu produkcyjnego. Dostarczenie powietrza świeżego, czystego o określonej temperaturze, oznacza konieczność jego oczyszczenia podgrzania i ochłodzenia do wymaganej temperatury przed wprowadzeniem do pomieszczeń.

KLIMATYZACJA (od rzeczownika klimat) to: Definicje klimatyzacji KLIMATYZACJA (od rzeczownika klimat) to: regulowanie w pomieszczeniach zamkniętych czynników wpływających na stan powietrza temperatury, wilgotności, zapachu, jonizacji itp., oraz usuwanie z powietrza składników szkodliwych (kurzu, gazów trujących, bakterii). Klimatyzacja to procesy nadawania powietrzu w pomieszczeniu określonych pożądanych właściwości (np. nawilżanie, osuszanie, podgrzewanie, ochładzanie): ze względów higienicznych, ze względu na dobre samopoczucie ludzi , lub parametrów wymaganych ze względów technologicznych. Dwa podstawowe rodzaje instalacji klimatyzacji: Klimatyzacja komfortu - ma na celu zapewnienie komfortowych warunków w pomieszczeniach przeznaczonych dla ludzi lub zapewnienia optymalnych warunków w pomieszczeniach. Klimatyzacja technologiczna - ma na celu zapewnienie optymalnych warunków w pomieszczeniach, w których odbywają się procesy technologiczne.

Gdzie stosujemy wentylację? Wentylację stosujemy szczególnie w pomieszczeniach: ·        we wszystkich pomieszczeniach przewidzianych na pobyt ludzi, · z wydzielającymi się zanieczyszczeniami (pyły, gazy, ciepło, para wodna, zapachy), ·        w pomieszczeniach o dużych powierzchniach z małą ilością okien, ·        w pomieszczeniach o szczelnych przegrodach, ·        w pomieszczeniach o wymogach technologicznych odnośnie warunków mikroklimatu.

Ze względu na obowiązujące przepisy (DZ.U. 75/2002) Wentylację mechaniczną stosuje się również czasami z uwagi na obowiązujące przepisy i jednoczesną chęć wykorzystania danego pomieszczenia w określonym celu. Dla przykładu: Ze względu na obowiązujące przepisy (DZ.U. 75/2002) Wentylację mechaniczną nawiewno- wywiewną stosuje się również w przypadku: Pomieszczenia o zmniejszonej wysokości Pomieszczenia, których wysokość powinna, zgodnie § 72. 1, wynosić co najmniej 3 m i 3,3 m, mogą być obniżone do wysokości nie mniejszej niż 2,5 m w przypadku zastosowania wentylacji mechanicznej nawiewno-wywiewnej lub klimatyzacji, pod warunkiem uzyskania zgody państwowego wojewódzkiego inspektora sanitarnego.   Dopuszcza się zmniejszenie wysokości pomieszczenia higieniczno sanitarnego w budynku mieszkalnym oraz w hotelu, motelu i pensjonacie do 2,2 m w świetle, w przypadku gdy jest ono wyposażone w wentylację mechaniczną wywiewną lub nawiewno-wywiewną. Pomieszczenia bez okien Wentylację mechaniczną lub grawitacyjną należy zapewnić w pomieszczeniach przeznaczonych na pobyt ludzi, w pomieszczeniach bez otwieranych okien, a także w innych pomieszczeniach, w których ze względów zdrowotnych, technologicznych lub bezpieczeństwa konieczne jest zapewnienie wymiany powietrza.

Ze względu na obowiązujące przepisy (DZ.U. 75/2002) Inny przykład – Budynki wysokie (konieczność stosowania wentylacji mechancznej) Ze względu na obowiązujące przepisy (DZ.U. 75/2002) Wentylację mechaniczną nawiewno- wywiewną stosuje się również w przypadku:   Budynki wysokie Wentylację mechaniczną wywiewną lub nawiewno-wywiewną należy stosować w budynkach wysokich i wysokościowych oraz w innych budynkach, w których zapewnienie odpowiedniej jakości środowiska wewnętrznego nie jest możliwe za pomocą wentylacji grawitacyjnej. W pozostałych budynkach może być stosowana wentylacja grawitacyjna. budynki wysokie (W) - ponad 25 m do 55 m włącznie nad poziomem terenu lub mieszkalne o wysokości ponad 9 do 18 kondygnacji nadziemnych włącznie, budynki wysokościowe (WW) - powyżej 55 m nad poziomem terenu. – nie mogą być wentylowane grawitacyjnie.

Do wentylowania pomieszczeń służą urządzenia wentylacyjne. Urządzenie wentylacyjne – określenie to dotyczy całej instalacji wentylacji lub klimatyzacji - albo dotyczy elementów mechanicznych (centrala wentylacyjna – wentylator, wymienniki, filtr, tłumik). Budowa urządzenia wentylacyjnego Budowa urządzeń wentylacyjnych jest bardzo zróżnicowana ze względu na ogromną różnorodność wymagań pomieszczeń. Skomplikowanie urządzenia wentylacyjnego zawiera się: od urządzeń (systemów) najprostszych na przykład otwierania okien (przewietrzanie), do urządzeń bardzo skomplikowanych z pełną automatyką umożliwiających bardzo precyzyjne utrzymywanie szeregu parametrów powietrza w pomieszczeniu.

PODSTAWOWY PODZIAŁ INSTALACJI WENTYLACYJNYCH Klasyfikacja systemów wentylacji może być dokonywana ze względu na wiele kryteriów. Można dokonać w zależności od sposobu poruszania powietrza na: wentylację naturalną, wentylację mechaniczną, wentylację hybrydową (wspomaganą mechanicznie).

Wentylacja naturalna W wentylacji naturalnej wymiana powietrza wywołana jest działaniem wiatru i/lub sił grawitacji.

ze względu na zakres obejmowania przez nią pomieszczenia na: Wentylacja mechaniczna W wentylacji mechanicznej wymiana powietrza jest niezależna od jakichkolwiek wpływów atmosferycznych. Wymuszony przepływ powietrza uzyskuje się dzięki zastosowaniu wentylatora. W zależności od sposobu wymiany powietrza wentylację mechaniczną możemy podzielić ze względu na zakres obejmowania przez nią pomieszczenia na: wentylację ogólną - czyli z równomierną wymianą powietrza w całym pomieszczeniu, - wentylację miejscową - przeciwdziałającą zanieczyszczeniu powietrza miejscowo;

Wentylacja ogólna

Wentylacja miejscowa (lokalizująca), Wentylacja lokalizująca wywiewna - realizowana może być jako odciągi miejscowe, urządzenia służące do usuwania zanieczyszczeń bezpośrednio w miejscu ich powstawania, Wentylacja miejscowa nawiewna - nawiewy miejscowe stosowane do wytwarzania w określonym miejscu warunków odmiennych od tych, które panują w całym pomieszczeniu,

Inne kryteria podziału wentylacji mechanicznej W zależności od różnicy ciśnień wewnątrz i na zewnątrz pomieszczenia na wentylację: nadciśnieniową, przy której strumień objętości powietrza nawiewanego jest większy od strumienia objętości powietrza wywiewanego, - podciśnieniową, gdzie strumień objętości powietrza nawiewanego jest mniejszy od strumienia objętości powietrza wywiewanego. Przykład wentylacji podciśnieniowej Przykład wentylacji nadciśnieniowej

Inne kryteria podziału wentylacji mechanicznej Ze względu na możliwość uzyskania określonych warunków termicznych w pomieszczeniach: wentylacja z normowaniem temperatury powietrza w pomieszczeniu w okresie zimowym zapewniającą wymaganą temperaturę w pomieszczeniu tylko zimą (tylko nagrzewnica), - wentylację z normowaniem temperatury w okresie całego roku -gdzie utrzymywanie wymaganej temperatury jest możliwe zimą i latem (nagrzewnica i chłodnica), - wentylację z dowilżaniem - wyposażoną w urządzenia zwiększające wilgotność powietrza w pomieszczeniach, - wentylację z osuszaniem - powodującą zmniejszenie wilgotności powietrza w pomieszczeniu, - klimatyzacja - za pomocą której temperaturę i wilgotność względną powietrza w pomieszczeniu można utrzymać z odpowiednią dokładnością w ciągu całego roku.

Inne kryteria podziału wentylacji mechanicznej Podział wentylacji mechanicznej ze względu na czas działania instalacji: wentylacja ciągła, wentylacja okresowa.

Inne kryteria podziału wentylacji mechanicznej Podział wentylacji ze względu na rodzaj prowadzonego do lub z pomieszczenia powietrza: - wentylacja wywiewna, - wentylacja nawiewna, - wentylacja nawiewno- wywiewna.

Inne kryteria podziału wentylacji mechanicznej Podział wentylacji mechanicznej ze względu na prędkości w przewodach wentylacyjnych: wentylacja o niskiej prędkości, średniej prędkości, wentylacja wysoko prędkościowa,   Podział wentylacji mechanicznej ze względu na liczbę przewodów magistralnych: instalacje bezprzewodowe, jednoprzewodowe, dwuprzewodowe.

Urządzenie – Instalacja wentylacji Samą instalację (urządzenie wentylacyjne) wentylacyjną możemy podzielić na części: część podciśnieniową część nadciśnieniową Urządzenie wentylacyjne nawiewno-wywiewne

ELEMENTY SKŁADOWE INSTALACJI WENTYLACJI W skład instalacji wentylacyjnej nawiewnej wchodzą: Czerpnia powietrza Sieć przewodów Urządzenie (centrala) wentylacyjne Nawiewniki Tłumiki Elementy regulacyjne – przepustnice Automatycznej regulacji W skład instalacji wentylacyjnej wywiewnej wchodzą: wywiewniki Sieć przewodów Urządzenie (centrala, wentylator) wentylacyjne Tłumiki Elementy regulacyjne - przepustnice Wyrzutnia Automatycznej regulacji

UZDATNIANIE POWIETRZA W INSTALACJI WENTYLACJI Powietrze przed dostarczeniem go do pomieszczenia powinno być uzdatnione Przepisy wymagają aby: 1. Strumień powietrza zewnętrznego doprowadzonego do pomieszczeń pracy powinien odpowiadać wymaganiom określonym w przepisach o bezpieczeństwie i higienie pracy.   2. Powietrze zewnętrzne doprowadzone do pomieszczeń za pomocą wentylacji mechanicznej lub klimatyzacji, zanieczyszczone w stopniu przekraczającym wymagania określone dla powietrza wewnętrznego w przepisach odrębnych w sprawie dopuszczalnych stężeń i natężeń czynników szkodliwych dla zdrowia, powinno być oczyszczone przed wprowadzeniem do wentylowanych pomieszczeń, z uwzględnieniem zanieczyszczeń występujących w pomieszczeniu. Wymaganie to nie dotyczy budynków jednorodzinnych, mieszkalnych w zabudowie zagrodowej i rekreacji indywidualnej. 3. Urządzenia wentylacji mechanicznej i klimatyzacji powinny być zabezpieczone przed zanieczyszczeniami znajdującymi się w powietrzu zewnętrznym, a w szczególnych przypadkach w powietrzu obiegowym (recyrkulacyjnym), za pomocą filtrów: 1) nagrzewnice, chłodnice i urządzenia do odzyskiwania ciepła - co najmniej klasy G4, 2) nawilżacze - co najmniej klasy F6, określonych w Polskiej Normie dotyczącej klasyfikacji filtrów powietrza.

UZDATNIANIE POWIETRZA W INSTALACJI WENTYLACJI Powietrze zewnętrzne jest: Filtrowane Dogrzewane Ochładzane A w instalacjach klimatyzacyjnych w zależności od potrzeb: Osuszane Nawilżane.

UZDATNIANIE POWIETRZA W INSTALACJI WENTYLACJI Filtry powietrza

UZDATNIANIE POWIETRZA W INSTALACJI WENTYLACJI Nagrzewnice powietrza Nagrzewnice zasilanie: Ciepła woda Para Prąd elektryczny Płomień (np. gazowy – wymienniki ogniowe) Nagrzewnica ogniowa Nagrzewnica parowa Nagrzewnica elektryczna Nagrzewnica wodna

UZDATNIANIE POWIETRZA W INSTALACJI WENTYLACJI Chłodnice powietrza Konstrukcja chłodnic wodnych w zasadzie nie różni się od konstrukcji nagrzewnic wodnych. Ze względu na mniejszą różnicę temperatur pomiędzy powietrzem a czynnikiem chłodniczym chłodnice mają zazwyczaj więcej rzędów rur niż nagrzewnice. Czasem nawet 7 rzędów. Stwarzają tym samym większy opór od strony powietrza niż nagrzewnice. Chłodnica wodna Czynnikiem zasilającym w chłodnicach jest mieszanina wody z glikolem alkoholowym lub freon. Chłodnica freonowa

UZDATNIANIE POWIETRZA W INSTALACJI WENTYLACJI Odzysk ciepła Wymiennik krzyżowy Wymiennik obrotowy Odzysk pośredni Wymiennik rurka ciepła

PRZYKŁADY CENTRAL WENTYLACYJNYCH

Wykres i-x

Wykres i-x z krzywą klimatyczną

Parametry obliczeniowe powietrza zewnętrznego

Parametry powietrza zewnętrznego Poprzez zwymiarowanie urządzenia wentylacyjnego rozumie się: obliczenie ilości powietrza wentylacyjnego, wyznaczenie parametrów nawiewanego powietrza, obliczenie mocy wymienników. Aby obliczyć niezbędne parametry wentylacyjne niezbędna jest znajomość: przebiegu zmienności temperatury powietrza zewnętrznego dla całego roku, oraz zmienności pozostałych parametrów powietrza (entalpii, wilgotności względnej, zawartości wilgoci) – dla miesięcy okresu ciepłego (od maja do września). Dodatkowo warto znać także inne dane: prędkości i kierunki wiatru, natężenia promieniowania słonecznego i ciśnienia atmosferycznego.

Wybór parametrów powietrza zewnętrznego Ekstremalne temperatury występują przez niewiele godzin w ciągu roku. Urządzenie dobierane na podstawie wartości maksymalnych pracowałoby ze swoją obliczeniową wydajnością przez bardzo krótki czas. Dlatego posługujemy się tzw. wartościami obliczeniowymi. Dla wielu obiektów można dopuścić okresowe krótkie niedotrzymywanie parametrów pomieszczenia. Wynikają z tego odpowiednio duże oszczędności inwestycyjne i eksploatacyjne. Z wartości maksymalnych klimatycznych korzystamy gdy urządzenie ma bezwzględnie w każdych warunkach dotrzymać parametry pracy w pomieszczeniu. Gdy dopuszczalne są odchyłki stosujemy wartości obliczeniowe.

Parametry powietrza zewnętrznego - lato PN-76/B-03420 Wentylacja i klimatyzacja. Parametry obliczeniowe powietrza zewnętrznego Obszar Polski dla warunków letnich podzielono na dwie strefy klimatyczne: obszar Polski Północnej (strefa I) obszar Polski Środkowej (strefa II).

Parametry powietrza zewnętrznego Lato Obliczeniowe parametry powietrza zewnętrznego określa norma PN-76/B-03420 Wentylacja i klimatyzacja. Parametry obliczeniowe powietrza zewnętrznego Okres letni - trwa od maja do września. strefa I strefa II

Parametry powietrza zewnętrznego Do sporządzania bilansu zysków ciepła w pomieszczeniu warto korzystać z powyższej tabeli

Parametry powietrza zewnętrznego- zima Zima wg PN-76/B-03420 Wentylacja i klimatyzacja. Parametry obliczeniowe powietrza zewnętrznego   Okres zimowy - trwa od grudnia do stycznia. W okresie tym obszar Polski podzielono na pięć stref klimatycznych.

Parametry powietrza zewnętrznego Zima wg PN-76/B-03420 Wentylacja i klimatyzacja. Parametry obliczeniowe powietrza zewnętrznego Objaśnienia do tabeli: ts – temperatura powietrza wg termometru suchego [°C] i – entalpia x - zawartość wilgoci  - wilgotność względna

Parametry powietrza zewnętrznego Norma PN-76/B-03420 Wentylacja i klimatyzacja. Parametry obliczeniowe powietrza zewnętrznego podaje również wartości całkowitego i rozproszonego natężenia promieniowania słonecznego dla okresu lata.   W normie tej podano wartości natężenia promieniowania bezpośredniego słońca dla obszaru przemysłowego. Podano współczynniki zmniejszające i zwiększające. Zaleca się stosowanie współczynnika 0,87 dla obszaru silnie uprzemysłowionego i 1,15 dla obszarów poza miejskich. Dla promieniowania rozproszonego nie stosujemy współczynników zmniejszających, bo gdy atmosfera jest mniej przejrzysta to wartości promieniowania rozproszonego wręcz wzrastają.

Parametry powietrza zewnętrznego Krzywa klimatyczna   PARAMETRY KRZYWEJ KLIMATYCZNEJ wg Malickiego t °C -20 -10 10 20 30 j % 95 90 85 72,5 60 45   W okresach przejściowych pomiędzy obliczeniowymi temperaturami letnimi i zimowymi należy posługiwać się tzw. krzywymi klimatycznymi opracowanymi dla danych obszarów. Przedstawia się je na wykresie i-x. Krzywa klimatyczna przedstawia poszczególne temperatury i statystycznie najczęściej występujące wraz z nimi wilgotności powietrza.

Parametry powietrza zewnętrznego Krzywa klimatyczna

Do doboru chodnic porównujemy ich niezbędną wydajność Parametry powietrza zewnętrznego - wykorzystanie Do obliczania mocy nagrzewnic posługujemy się temperaturami obliczeniowymi które traktujemy jako ekstremalne. Do doboru chodnic porównujemy ich niezbędną wydajność dla temperatury obliczeniowej temperatury w godzinach przy maksymalnych zyskach ciepła. Do doboru nawilżacza lub osuszacza korzystamy z danych temperatur i wilgotności w godzinach (szczególnie okres przejściowy). Do bilansu staramy się korzystać z danych pokazujących parametry powietrza w rozkładzie godzinowym.

Parametry powietrza zewnętrznego – wyznaczanie