Praktyczne działanie wentylacji wyporowej

Zasada działania wentylacji wyporowej polega na dostarczaniu świeżego powietrza z m ałą prędkością bezpośrednio lub w pobliże strefy przebywania ludzi. Nawiewniki montowane są na ścianie, tuż nad podłogą. Dostarczone powietrze, o temperaturze niższej o 2+4 K od temperatury powietrza w pomieszczeniu, jest przyspieszane w wyniku oddziaływania wyporu cieplnego i rozprzestrzenia się w postaci stosunkowo cienkiej warstwy (o grubości 0.1+0.3 m) nad podłogą, osiągając większą prędkość. Warstwa powietrza podnosi się do góry w wyniku ogrzania przez źródła ciepła (ludzie, oświetlenie, komputery itp.), wypierając ciepłe, zanieczyszczone powietrze do góry, do wywiewników umieszczonych w suficie lub w jego pobliżu.

0,2 Hz stały

‘ autorzy: Naydenov K Pitchuro vG Langkilde G Melikov A tłum. Specjał A red. Trzeciakiewicz Z

Duża liczba pomiarów laboratoryjnych wykazała, że w pomieszczeniach z wentylacją w yporow ą użytkownicy oddychają czystszym powietrzem, niż w pomieszczeniach z w entylacją mieszającą (Holmberg i in.1990; Brohms i Nielsen1996).

Powietrze docierające do strefy, z której ludzie pobierają powietrze do oddychania może również zawierać zanieczyszczenia, transportowane z pokrycia podłogi lub innych źródeł zanieczyszczeń. Pomiary wykazały również, że stosunkowo duża prędkość i niska temperatura powietrza w pobliżu podłogi w pomieszczeniach z w entylacją wyporową, może powodować lokalny dyskomfort cieplny związany ze zjawiskiem przeciągu i pionowym gradientem temperatury powietrza, co oznacza ochłodzenie stóp i nadmierne ogrzewanie głowy (Melikov i N ielsen1989; Melikov i in.1990).

Wzajemne oddziaływanie użytkowników i systemu wentylacji wyporowej w pomieszczeniach oraz wyniki przeprowadzonych badań opisano w pracy (Pitchurov i in.2002).

Przebieg badań

Badania przeprowadzono w ośmiu dużych budynkach biurowych w Danii.

Przebadano 227 miejsc pracy wentylowanych przy zastosowaniu wentylacji wyporowej.

W zaprojektowanych systemach wentylacyjnych wykorzystano nawiewniki o różnych wymiarach i rodzajach (narożne, płaskie, półokrągłe), od stojących na podłodze do montowanych w ścianach. W badaniach wzięło udział 94 mężczyzn i 133 kobiety - pracownicy biurowi w wieku 20 do 64 lat. Większość z nich spędzała ok. 8 godzin przy biurku, wykonując pracę głównie w pozycji siedzącej. Badani ubrani byli w normalną letnią odzież biurow ą (o izolacyjności cieplnej 0,56 clo - mężczyźni, a 0,58 clo - kobiety).

Pomiary temperatury i prędkości powietrza wykonywano na wysokościach: 0,05, 0,1, 0,3, 0,6 i 1,1 m nad podłogą dla „siedzących” miejsc pracy, a dla „stojących” miejsc pracy dodatkowy pomiar wykonywany był na wysokości 1,7 m nad podłogą. Zbierano również dane dla określenia asymetrii temperatury promieniowania, wilgotności względnej i temperatury operacyjnej. Zebrane informacje były zastosowane dla określenia wskaźników komfortu cieplnego: PMV, ET*, DR, itp. Urządzenia pomiarowe odpowiadały wymaganiom normowym zgodnie z (ASHRAE 1 92, ISO 1998).

Zastosowano przenośny, uniwersalny zestaw pomiarowy (rys. 5.26), umożliwiający pomiar przy minimalnej ingerencji osób obsługujących, dla uniknięcia zakłóceń w trakcie trwania pomiarów.

Dodatkowo, oprócz pomiaru wielkości fizycznych zastosowano kwestionariusze, w których użytkownicy oceniali środowisko termiczne: odczucie komfortu lub dyskomfortu cieplnego (przeciąg, pionowy gradient temperatury), a także uzupełniali dane odnośnie swojego wieku, zdrowia, zadowolenia z pracy oraz jakości powietrza w miejscu pracy, itp.

Wyniki badań i dyskusja

Średnia prędkość, intensywność turbulencji i temperatura powietrza mierzone były w 1135 punktach w okresie trwania wszystkich pomiarów. Maksymalna zmierzona średnia prędkość wyniosła 0,37 m/s, a w 29% liczby punktów pomiarowych była mniejsza niż 0,05 m/s. Taki udział procentowy był wyższy niż w pomieszczeniach z wentylacją mieszającą, 20% - (Hanzawa i in.198) i niższy niż w pomieszczeniach bez wentylacji mechanicznej, 70% - (M elikov i in.1988).

188 ŚRODOWISKO WEWNĘTRZNE

Rys. 5.26 Przenośny zestaw pomiarowy

Największa prędkość oraz najniższa intensywność turbulencji i temperatura powietrza występowały przy podłodze. N ajniższą średnią temperaturę powietrza, równą 20,5°C zanotowano na wysokości 0,1 m nad poziomem podłogi, a najwyższą 26,3°C, na wysokości 1,1 m. Średnia prędkość ruchu powietrza stopniowo zmniejszała się, a temperatura zwiększała, wraz z wysokością ponad powierzchnią podłogi, co b\ło również zgodne z wcześniej przeprowadzonymi badaniami (Melikov i Nielsen ; Melikov i in.1990). Jak oczekiwano, intensywność turbulencji zmniejszała się wraz ze wzrostem średniej prędkości: od 60% przy prędkości równej 0,06 m/s, do 25% przy prędkości 0,35 m/s i była większa niż w poprzednich badaniach (Melikov i in.1990).

W 88% miejsc pomiarowych wskaźnik komfortu cieplnego PMV zawierał się w normowych granicach, od -0 .5 do +0.5, a w pozostałych wynosił od -1 do +1.

Środowisko termiczne w 89% zbadanych miejsc pracy odpowiadało wymaganiom zawartym w załączniku normy (ASHRAE1995). Dla badanych budynków, przeciętna wartość temperatury operacyjnej wynosiła 23,4°C i była prawie równa temperaturze powietrza. Na podstawie pomiarów wielkości fizycznych, maksymalny wskaźnik przeciągu równy 41% obliczono dla wysokości 0,1 m nad poziomem podłogi. W 18%

miejsc pomiarowych wskaźnik przeciągu przekraczał o 15% wartość graniczną określoną w normach dotyczących klimatu wewnętrznego (ISO1994, ASHRAE1992).

W opisywanych badaniach maksymalna pionowa różnica temperatury wynosiła 2,9 K (średnio 1,1 K) a w poprzednio prowadzonych badaniach Melikova i Nielsena ; Melikova i in.1990 była równa nawet 5 K. Wyniki te świadczą o udoskonaleniu metod projektowania i praktycznej realizacji wentylacji wyporowej.

M aksymalną wartość wskaźnika przeciągu, w zależności od pionowej różnicy temperatury w każdym punkcie pomiarowym przedstawiono na rys. 5.27. Pole zaznaczone linią przerywaną oznacza obszar, w którym występują warunki komfortu cieplnego, zgodnie z obowiązującymi normami. Z analizy wykresu wynika, że w pomieszczeniu z wentylacją wyporową oczekuje się, że więcej osób odczuje dyskomfort związany z przeciągiem, niż z różnicą temperatury pomiędzy poziomem głowy i stóp.

^ O 1 2 3 Pionowa różnica temperatury pomiędzy

wysokością 1,1 m i 0,1 m,°C

Rys. 5.27 Maksymalna wartość wskaźnika przeciągu w zależności od pionowej różnicy temperatury w każdym punkcie pomiarowym

19% badanych użytkowników, zapytanych o warunki komfortu cieplnego, odczuwało nieprzyjemny chłód w okolicy dolnej części nóg (łydki, kostki, stopy). 32% osób, które określiły środowisko termiczne jako nieakceptowalne, odczuwało ruch powietrza w okolicy dolnych części ciała (nogi) i narzekało na nieprzyjemny chłód. 23% badanych użytkowników pomieszczeń biurowych przeszkadzało zjawisko przeciągu.

Chociaż niektórzy pracownicy biurowi odczuwali środowisko jako ciepłe, to jednak preferowali m niejszą prędkość przepływu powietrza. Dla zmniejszenia dyskomfortu spowodowanego przeciągiem, w wielu badanych budynkach utrzymywano temperaturę powietrza nawiewanego tylko o 1 K niższą niż średnia temperatura powietrza w pomieszczeniu. 49% badanych pracowników biurowych było niezadowolonych zjakości powietrza (rys. 5.28). Gdyby rozpatrywano w ysoką jakość powietrza, jako korzyść w ynikającą z zastosowania wentylacji wyporowej zamiast mieszającej, oczekiwany byłby niższy udział procentowy osób niezadowolonych.

6 0 -50 ■ 4 0

-iOCO

%

20 • 10 0

-bardzo zadowolony

zadowolony niezadowolony bardzo niezadowolony Rys. 5.28 Wyniki oceny ja ko ści powietrza

Badania Fangera i in .1998 wykazały, że na odczucia ludzi odnośnie jakości wdychanego powietrza, jednakowo ważny wpływ m ają zarówno temperatura i wilgotność

190 ŚRODOWISKO WEWNĘTRZNE

powietrza, jak i stężenie zanieczyszczeń; wdychane powietrze o wysokiej wilgotności i temperaturze jest postrzegane jako nieodpowiednie. W pomieszczeniach z wentylacją wyporową powietrze do oddychania dla ludzi dostarczane jest głównie w postaci strumienia konwekcyjnego przepływającego swobodnie wokół ciała. W ten sposób wdychane powietrze może być czyste (jeśli przy podłodze nie ma źródeł zanieczyszczeń), ale cieplejsze, gdy temperatura powietrza w pomieszczeniu jest wysoka.

Analiza zebranych danych wykazała, że jakość powietrza odczuwana przez użytkowników była określana jako lepsza przy niższej temperaturze operacyjnej (p=0.01) i polepszała się, gdy w okolicy głowy odczuwane środowisko było chłodniejsze.

50% badanych niezadowolonych z jakości powietrza, zadowalałaby zwiększona prędkość ruchu powietrza. W budynkach o najniższej ocenie jakości powietrza, w celu zmniejszenia ryzyka przeciągu przed nawiewnikami ustawiono ścianki, aby odwrócić kierunek strumienia powietrza od miejsc pracy. W niektórych pomieszczeniach biurowych użytkownicy (nie znający zasady wentylacji wyporowej), w celu zapobiegania zjawisku przeciągu zablokowali nawiewniki powietrza, co zakłóciło właściwy rozdział powietrza i działanie układu wentylacji.

Z przeprowadzonych badań w ynikają następujące wnioski:

■ W badanych budynkach biurowych, przy zastosowaniu systemów wentylacji wyporowej, spełnione były ogólne warunki komfortu cieplnego zgodne z normami, a jedynym problemem było odczuwane przez pracowników zjawisko przeciągu.

■ Wentylacja wyporowa wymaga bardzo dokładnego projektowania, aby w praktyce spełniała prawidłowo sw oją funkcję. Pracownicy powinni znać podstawowe zasady tego rodzaju wentylacji, aby aktywnie uczestniczyć w osiągnięciu wysokiej jakości środowiska termicznego w pomieszczeniach biurowych z wentylacją wyporową.