Metoda „płaszczyzny wyrównania ciśnień”

Według sposobu pobudzania ruchu

powietrza systemy mogą być z

pobudzaniem naturalnym (tj. systemy

wentylacji naturalnej) i systemy z

zastosowaniem mechanicznego środka

pobudzania ruchu powietrza

(wentylatora) (tj. systemy wentylacji

mechanicznej).

• Wentylacja naturalna wykorzystuje naturalne zjawiska fizyczne powietrza (wiatr, różnica temperatur) oraz cechy konstrukcyjne budynku do wywołania ruchu powietrza w pomieszczeniu wentylowanym:

a) działanie wiatru —> różnica ciśnień,

b) różnica temperatur —> różnica gęstości —>

różnica ciśnień.

Do wentylacji naturalnej zalicza się:

• infiltrację, tj. przenikanie powietrza poprzez nieszczelności przegród budowlanych;

• przewietrzanie – przez otwieranie okien;

• wentylację grawitacyjną kanałową;

• wentylację bezkanałową lub aerację,

którą jest zwykle stosowana w

przemyśle o dużych zyskach ciepła

jawnego.

• Infiltracja, to samoczynna wymiana powietrza przez nieszczelności w przegrodach budowlanych (drzwiach, oknach itp.), wywołana różnicą ciśnień między pomieszczeniem wentylowanym i otoczeniem pod wpływem działania wiatru lub różnicy temperatur.

• Aeracja, to ciągła wymiana powietrza przez

otwory specjalnie do tego celu przewidziane w

przegrodach budowlanych, wykorzystująca

działanie wiatru i naturalny ruch konwekcyjny

powietrza.

• Wentylacja grawitacyjna, to przewietrzanie pomieszczeń w sposób ciągły, a nawiewanie i wywiewanie powietrza odbywa się z pomocą ciągu naturalnego przez pionowe kanały wentylacyjne wyprowadzone ponad dach bu- dynku.

• Przewietrzanie, to wymiana powietrza w

pomieszczeniu przez otwieranie okien lub

drzwi, wykorzystująca naturalną różnicę

ciśnień po obu stronach przegród budowlanych.

Aeracja – naturalna zorganizowana ogólna wymiana powietrza w pomieszczeniu, odbywająca się przez specjalnie do tego celu przewidziane otwory nawiewne i wywiewne, uzbrojone w urządzenia regulujące przepływ powietrza.

Najczęściej stosuje się w tak zwanych

„gorących zakładach” ( q  50 W m

)

Metoda „płaszczyzny wyrównania ciśnień”

2

Q_o G₁

F₁ t_z

₁

G₂ F₂

t_w

1

p_b p_x

0

 =p

oH

o

b z

p − g H  p_x − g H_o _w

2 x b o w z

p p p g H

 = − −    − 

1 b x

p p p

 = −

₂

płaszczyzna wyrównania ciśnień

1 pwc z w

p gh

 =  − 

( )

2 o pwc z w

p g H h

 = −  − 

Obliczenia aeracji na podstawie metody

„ciśnień fikcyjnych”

2

G₁ F₁ t_z

G₂ F₂

t_w

1

p_x

0

 =p

oH

p_x

Q_o

₁

₂

( )

2

f b o z w

p = p − gH  − 

1

f b

p = p ^{Δp1 =}

(

)

( )

2 x f 2

p p p

 = −

Rysunek 1 Schemat obliczeniowy metody „ciśnień fikcyjnych”

Działanie wiatru na wolnostojący budynek

b

0 p =

( )

.

0,8 1,0

sk a bud

h   h

h sk.ah bud

l_c.a

p d p st

w_wiatr

p stb= p pconst  =

I II III IV

I II III IV

0

( )

.

8 10

c a bud

l   h

G₂ F₂ t_w

₂

p₂ k₂ 2

1

H o

3 p_x

G₁ F₁ t_z

₁

p₁ k₁

G₃ F₃ t_w

₃

p₃ k₃ w_wiatr

Q_o

Schemat obliczeniowy aeracji wywołanej przez działanie wiatru

Aeracja przy wspólnym działaniu ciśnienia grawitacyjnego i dynamicznego wiatru

G₂ F₂ t_w

₂

p_2f k₂ 2

1

H o

3 p_x

G₁ F₁ t_z

₁

p_1f k₁

G₃ F₃ t_w

₃

p_3f k₃

w_wiatr t_p

Q_o

SG

G_о, t_о

ut

G t_u, _u

.

Go m .

Gs k

sp

Gu obieg

G

.

Gn m

G_x Q_o

spt

SP

spt

n.mt

G’_x

Hybrydowy system:

Współpraca sytemu aeracji i wentylacji miejscowej (mechanicznej)

( ^G

⁺ _ ^G

) ( ⁼ _ ^G

⁺ _ ^G

)

G_о, t_о

ut

G t_u, _u

obieg

G

G_x G’_x ^SP

. ,

o m sp

G t

. , .

n m n m

G t

sp,

u sp

G t

.

Gs k sp

Gu

.

sp sp

u s k u

G = G + G

Gx sg ,

j u

Q t SG

sp ,

j sp

Q t

o Gobieg Gx

G + =

x x

sp

G = G + Gu

(

)

x x

G G

G

G = G +    

( ^G

⁺ _ ^G

) ( ^ _ ^G

⁺ _ ^G

) ^G

⁼ ( ^G

^{− G}

)

Wyniki symulacji komputerowej aeracji „gorącego” zakładu

Wentylacja mechaniczna jest

podstawowym systemem wentylacji

wszelkiego rodzaju pomieszczeń, w

których ma być wywołana wymiana

powietrza sposobem zorganizowanym.

Rys. 1.1. Ogólna mechaniczna nawiewno- wywiewna wentylacja basenu

Według sposobu zaopatrzenia powietrza

systemy mogą być nawiewnymi i

wywiewnymi. Wentylacja nawiewna

polega na doprowadzeniu powietrza do

pomieszczenia, a wentylacja wywiewna

polega na usuwaniu powietrza z

pomieszczenia.

Według sposobu organizacji wymiany

powietrza w pomieszczeniach rozróżnia

się wentylację ogólną i miejscową.

Ogólna wentylacja ma na celu

zapewnienie równomiernej wymiany

powietrza w całym pomieszczeniu i

usuwaniu wszelkiego rodzaju

szkodliwych zanieczyszczeń po ich

zmieszeniu i rozcieńczeniu przez

powietrze do pewnej dopuszczalnej

koncentracji.

V c V _n

V _w c

c _о

G _с

Uproszczony schemat ideowy wentylacji ogólnej

V c V

= ( V V

+

)

V

c

c

G

V

c

V

c c

V

= ( V V

-

) c

F il tr

Uproszczony schemat ideowy wentylacji ogólnej z recyrkulacją

Jednym z podstawowych zadań w poprawnym rozwiązaniu wentylacji nowoczesnego obiektu jest przyjęcie i opracowanie właściwej koncepcji przepływu i rozdziału powietrza w pomieszczeniu.

Jednak

Poprawnie sporządzony bilans ciepła i/lub zanieczyszczeń emitowanych w pomieszczeniu, prawidłowo przyjęty przyrost temperatury (lub stężenia zanieczyszczeń) powietrza wentylującego,

dokładnie obliczony strumień powietrza wentylującego,

dobranie najwyższej jakości urządzeń do

uzdatniania, przetłaczania i transportu

powietrza wraz z automatyczną ich regulacją,

nie gwarantują jeszcze uzyskania prawidłowego

efektu wentylacji pomieszczenia.

a⁾

Pierwszy wariant koncepcji rozdziału i przepływu powietrza w pomieszczeniu

b⁾

Drugi wariant koncepcji rozdziału i przepływu powietrza w pomieszczeniu

c⁾

Trzeci wariant koncepcji rozdziału i przepływu powietrza w pomieszczeniu

O stanie mikroklimatu strefy przebywania ludzi decyduje, oprócz wymienionych czynników, prawidłowe zaplanowanie profilu i prędkości przepływu powietrza przez całe pomieszczenie.

Aby uzyskać prawidłowy efekt wentylacji, należy spełnić następujące warunki:

• cała strefa przebywania ludzi musi być omywana powietrzem wentylującym, a prędkość ruchu powietrza i jego temperatura muszą być tak dobrane, by nie wywoływać odczucia przeciągu;

• powietrze wentylujące powinno być usunięte z

pomieszczenia dopiero po całkowitym wykorzystaniu

zdolności asymilacji zanieczyszczeń, wydzielających się w

pomieszczeniu, tzn. wówczas, gdy stężenia zanieczyszczeń,

zawartość wilgoci lub/i temperatura (entalpia) osiągną

wartości przyjęte podczas obliczeń strumienia powietrza.

Droga i prędkość przepływu powietrza w pomieszczeniu muszą być zaplanowane przez projektanta, z uwzględnieniem wszystkich czynników oddziałujących na przepływ powietrza przez pomieszczenie:

• właściwości strug nawiewnych i wywiewnych;

• wzajemne usytuowanie otworów nawiewnych i wywiewnych;

• różnicę temperatury powietrza nawiewanego i wywiewanego;

• usytuowanie skupionych źródeł ciepła w pomieszczeniu, mogących tworzyć strugi konwekcyjne, wpływające na kształt i prędkość strug powietrza wentylującego;

• rodzaj wyposażenia i zagospodarowania

pomieszczenia (meble, urządzenia, elementy

konstrukcyjne i ozdobne, rodzaj i usytuowanie

oświetlenia itp.).

Schemat wentylacji „dół-góra”

(

) ^{kg s}

j

p n

G Q ,

c t t

= −

(

)

p n

G Q ,

c t t

= −

u w

t  t

p sp

t  t

gdzie Q

– sumaryczna moc ciepła jawnego w pomieszczeniu, kW;

c

= 1,005 kJ/(kgK) – ciepło właściwe powietrza;



– gęstość powietrza nawiewanego, kg/m

;

t

– temperatura powietrza usuwanego, C (K);

t

– temperatura powietrza

nawiewanego, C (K).

Schemat wentylacji „góra-dół”

(

) ^{kg s}

j

p n

G Q ,

c t t

= −

(

)

p n

G Q ,

c t t

= −

u w p sp

t    t t t

Schemat wentylacji „góra-góra”

(

) ^{kg s}

j

p n

G Q ,

c t t

=  −

(

)

p n

G Q ,

c t t

= −

(

) ^{kg s}

j

p n

G Q ,

c t t

= −

u w

t  t

p sp

t  t

t

− temperatura powietrza nawiewanego, którą można obliczyć wg wzoru

n p dop

t = −  t t , C t

 − dopuszczalna różnica temperatur

powietrza w pomieszczeniu i powietrza

nawiewanego, która jest zależna od

przyjętego schematu rozdziała powietrza

w pomieszczeniu.

Przy doprowadzeniu (nawiewie) powietrza:

• bezpośrednio do strefy przebywania ludzi −  t

= 2 0 , C;

• na wysokości 2,5 m i powyżej −

( ^{4 0 6 0} )

t

, ,

 =  C;

• na wysokości powyżej niż 4,0 m od podłogi −  t

= ( ^{6 0 8 0} ,  , ) C;

Przy nawiewie powietrza przez

nawiewniki sufitowy −

( ^{8 0 15 0} )

t

, ,

 =  C;

Parametry powietrza w pomieszczeniu w okresie ciepłym

( ) ²

poc poz zoc

t = t + t , C.

Temperatura powietrza wywiewanego

( )

w p p sp

t = + = + t  t  t h − h , C

 − przyrost temperatury powietrza

między strefą przebywania ludzi i

otworem wywiewnym, C;

(

)

t h h

 =  − ⁻ gradient temperatur w pionie, C/m;

h – wysokość od podłogi do środka otworów wywiewnych, m;

h _sp = 2,0 m – wysokość strefy pracy, m.

Różnica temperatur powietrza w

pomieszczeniu i powietrza nawiewanego

( )

p p n

t t t

 = −

Jednostkowe obciążenie

cieplne

pomieszczenia

q

Przyrost temperatury powietrza miedzy strefą

przebywania ludzi a otworem wywiewnym

( ^t

^t

)

 = −

1520 2,03,0

3,04,0

2030 2,54,0

2030 3,54,5

5,07,0

3050 4,06,0

Schemat ideowy

(

) ^{kg s}

j

p n

G Q ,

c t t

= −

(

)

p n

G Q ,

c t t

= −

(

)

p n

V Q ,

c t t

=



−

u w

t  t

p sp

t  t

Schematy obliczeniowe przy doborze nawiewników

Wartości parametrów obliczeniowych powietrza w pomieszczeniu

Okres zimowy Okres letni

Wilgotność względna

Wartości optymalne

Wartości dopuszczalne Temperatura przy

zyskach ciepła jawnego,

odniesionych do 1m² powierzchni strefy roboczej Aktywn

ość fizyczn

a

Temp eratur a

optym alna

dopusz czalna minim alna

Prędko ść powiet rza maksy malna

temp eratur a

wilgo tność wzgl ędna

do 50 W/m²

ponad 50 W/m²

Wilgo tność wzglę dna maksy malna

Prędko ść powiet rza maksy malna

- C % m/s C % C % m/s

mała 20-22 0,2 23-26 40-55 0,3

średnia 18-20 0,2 20-23 40-60 0,4

duża 15-18

40-60 30

0,3 18-21 40-60

t_z+3 t_z+5 70

0,6

max X

v  vdop

d X

v  v op

(

)

max ax p

X X

m

t t tX t

 = − 

( )

X

p X

sp X

t t t t

 ^{= − }

o o

o

2 0 C 1 0 C

0 5 C

dop

X srednia aktywnosc fizyc ,

zna mala aktywnosc fizyczna duża aktywnosc fizycz

t ,

na

,



 −

=  −

 −



Według rosyjskich norm

Dotychczasowe badania teoretyczne i

doświadczalne strumieni powietrznych wykazały, ze

obszar oddziaływania strumieni powietrza

nawiewanego jest znacznie większy od obszaru

oddziaływania strumieni powietrza wywiewanego

(zasysanego). Dlatego na kierunek i prędkość

przepływu powietrza w pomieszczeniu decydujący

wpływ maja: strumienie powietrza nawiewanego, a

nie z niego usuwanego. Przy projektowaniu

przepływu powietrza w pomieszczeniu należy zatem

zwracać uwagę przede wszystkim na prawidłowe

rozmieszczenie otworów nawiewnych.

Traktując o sposobach rozprowadzenia powietrza w pomieszczeniu można więc mówić o zasadzie wypierania lub rozcieńczania, a zatem także o wentylacji wyporowej i mieszającej.

Przy wentylacji mieszającej wyróżnić można dwa zasadnicze sposoby przepływu powietrza nawiewanego:

przepływy dyfuzyjne uzyskuje się, gdy struga nawiewana, silnie rozpraszana, o dużym współczynniku indukcji, powoduje intensywne mieszanie i szybki zanik prędkości oraz różnicy temperatur pomiędzy powietrzem nawiewanym a powietrzem w pomieszczeniu;

przepływy walcowe tworzą się wtedy , gdy

turbulentna struga nawiewana jest stycznie do przegrody

pomieszczenia i przy jej rozprzestrzenianiu

wykorzystywany jest efekt poślizgu po suficie lub ścianie.

W przypadku stosowania wentylacji

mieszającej dopuszczalne jest nawiewanie

powietrza z prędkością do 10 m/s, przy

różnicy temperatur pomiędzy powietrzem

nawiewanym a w pomieszczeniu nie

przekraczającej 8 K. Wybór wartości tych

parametrów zależy przede wszystkim od

rodzaju zastosowanego nawiewnika

Wentylację wyporową realizuje się za pomocą

nawiewu wyporowego, w którym powietrze

nawiewane wypiera mniej lub bardziej intensywnie

powietrze przed nim znajdujące się. Stosuje się ją w

pomieszczeniach, w których powstają

zanieczyszczenia, a ruch powietrza nawiewanego

uniemożliwia rozcieńczenie zanieczyszczeń,

powodując jednocześnie przemieszczanie ich w

kierunku otworu wywiewnego. Nawiewa się strugi

quasi-laminarne lub s łabo burzliwe, a prędkość

wypływu powietrza z nawiewnika wynosi w =

0,40,8 m/s. Różnica temperatur pomiędzy

powietrzem nawiewanym a powietrzem w

pomieszczeniu  t

nie może przekroczyć 6 K.

Rozkład temperatur powietrza w pomieszczeniu zgodnie z „zasadą 50%”

[Hakon Skistad et. al., Displacement ventilation, 2002]

Strefa przebywania ludzi

22 Co

t =sp

Powietrze nawiewane

16 2 Co

tn = ,

Powietrze na poziomie podłogi

o o 20 4 C

t = ,

Powietrze wywiewane

24 6 Co

tw = ,

Temperatura t, ^oC

Rozkład temperatur powietrza w pomieszczeniu zgodnie z „zasadą 50%”

[Hakon Skistad et. al., Displacement ventilation, 2002]

Przyjęta temperatura powietrza na poziomie

h_sp=1,1m od podłogi t_p=22,0 ^oC

Pionowy gradient temperatury _t = 1,5 ^oC/m Temperatura powietrza na poziomie podłogi t_o=t_sp− _th_sp=

=22,0 − 1,51,1=20,4 ^oC Temperatura powietrza na poziomie podłogi t_o=20,4 ^oC

Wysokość pomieszczenia h_p=2,8 m

Różnica temperatur powietrza wywiewanego a powietrza na poziomie podłogi (przyrost

temperatury powietrza w pionie)

 = (t_w − t_o)=_th_p =

=1,52,8=4,2 ^oC

Temperatura powietrza wywiewanego t_w =t_o+ = 20,4+4,2=24,6 ^oC Temperatura powietrza nawiewanego t_n =t_o− = 20,4−4,2=16,2 ^oC Różnica temperatur powietrza wywiewanego a

nawiewanego (t_w−t_n) = 24,6−16,2=8,4 ^oC Różnica temperatur powietrza w strefie

przebywania ludzi a powietrza nawiewanego (t_sp−t_n) = 22,0−16,2=5,8 ^oC

Rozdział powietrza w audytorium. Nawiew w dolnej części pomieszczenia

Rozdział powietrza w audytorium.

Nawiew pod siedzeniami w każdym rzędzie

Niezamierzony przepływ powietrza nawiewanego

w dół audytorium

Wizualizacja wypływu powietrza z nawiewnika wyporowego

Nawiewnik podłogowy wirowy

Belarusian National Academic Grand Theatre of Opera and Ballet

The building of the National Academic Grand Theatre of Opera and Ballet of the Republic of Belarus was built in 1935-1937 to the design of the architect Josef Langbard.

The parterre and the stage are conditioned according to the displacement ventilation scheme, while for the balconies and the orchestra pit, a conventional system is used (“from top to top”).

3D model

Belarusian National Academic Grand Theatre of Opera and

Ballet

ventilation.

Upstream air flow from people deflects the inlet cool stream of air. This makes balcony zone ventilation non-optimal.

The stage is equipped with extremely powerful lightning system producing a lot of heat (900 kW).

Simulations revealed that the

overheated air from the stage penetrates the auditorium acting as an additional heat source.

Temperature Velocity

Ze względu na charakter stosowanej obróbki cieplno-wilgotnościowej powietrza można rozróżnić następujące urządzenia wentylacyjne:

z nawilżaniem powietrza (przemysł włókienniczy, przemysł tytoniowy, fa- bryki papieru, drukarnie),

z osuszaniem powietrza (pralnie, prasowalnie, kryte baseny kąpielowe, pie- karnie),

z nawilżaniem i osuszaniem powietrza (przemysł włókienniczy, przemysł

papierniczy, laboratoria

materiałoznawcze, pakownie materiałów

higrosko-pijnych),

z ogrzewaniem powietrza (hale sportowe, hale montażowe, hale warsztatowe, duże garaże, domy towarowe),

z ochładzaniem powietrza (hale przetwórstwa artykułów spożywczych, mleczarnie, browary, przechowalnie towarowe),

z ogrzewaniem i ochładzaniem powietrza

(domy towarowe, sklepy, hale

warsztatowe, poczekalnie).

Rys. 1a. Urządzenie klimatyzacyjne tradycyjne jednostrefowe jednoprzewodowe

1 – czerpnia powietrza;

2 – przepustnica wlotowa;

3 – komora mieszania;

4 – filtr powietrza;

5 – nagrzewnica wstępna;

6 – komora zraszania;

7 – nagrzewnica wtórna;

8 – wentylator nawiewny promieniowy;

9 – sieci przewodów nawiewnych;

10 – nawiewniki;

11 – wywiewniki lub otwory wywiewne;

12 – wentylator wywiewny;

13 – przepustnica wylotowa

(powietrza usuwanego);

14 – przewód powietrza usuwanego;

15 – wyrzutnia powietrza (dachowa);

16 – przepustnica powietrza powrotnego;

GZ

Z

G_U

GN

P N

G_W W U

N’

O Z

WW

F P₁

P₂

TA

TA WN

CH N

Wentylacja

G_Z Z

G_U

G_N

P N

G_W W U

N’

O Z

WW

F P₁

P₂

TA

TA

NP WN

CH

NP

N

Klimatyzacja