Personalizovanรฉ vetranie v budovรกch
Prvรฝm a najdรดleลพitejลกรญm krokom pri zlepลกovanรญ kvality ovzduลกia v interiรฉri je odstrรกniลฅ alebo obmedziลฅ zdroje zneฤistenia na minimum [1]. To moลพno dosiahnuลฅ pouลพรญvanรญm materiรกlov s nรญzkymi emisiami. Nie je vลกak moลพnรฉ odstrรกniลฅ vลกetky zdroje zneฤistenia, preto musรญ byลฅ ฤalลกรญm krokom nรกvrh prirodzenรฉho alebo nรบtenรฉho vetrania.
Pri sรบฤasnom trende extrรฉmne vzduchotesnรฝch novรฝch a obnovenรฝch budov je ฤoraz ฤastejลกie potrebnรฉ prevรกdzkovaลฅ nรบtenรฉ vetranie aspoล ฤasลฅ roka. Tradiฤnรฉ systรฉmy ako zmieลกavacie a vztlakovรฉ vetranie sa zameriavajรบ na vetranie celรฉho objemu miestnosti. ฤistรฝ chladnรฝ vzduch sa dodรกva ฤaleko od inhalaฤnej zรณny uลพรญvateฤพov, a kรฝm dosiahne dรฝchaciu zรณnu, zmieลกa sa so zneฤistenรฝm vzduchom v miestnosti. Preto je vdychovanรฝ vzduch ฤiastoฤne zneฤistenรฝ a teplรฝ. Okrem toho treba dodaลฅ energiu na vetranie celรฉho objemu miestnosti vrรกtane priestorov, ktorรฉ nie sรบ obsadenรฉ, ฤรญm sa zvyลกujรบ nรกklady na prevรกdzku [2]. Alternatรญvou k tradiฤnรฝm systรฉmom sa stรกva personalizovanรฉ vetranie, ktorรฉ umoลพลuje dodaลฅ ฤerstvรฝ vzduch priamo do inhalaฤnej zรณny uลพรญvateฤพov [3].
Vedeckรฉ ลกtรบdie preukรกzali, ลพe tento spรดsob vetrania mรก potenciรกl zlepลกiลฅ pociลฅovanรบ kvalitu vzduchu a tepelnรบ pohodu uลพรญvateฤพov, a tรฝm aj ich vรฝkonnosลฅ [3, 4, 5]. Zรกroveล cielenรฉ dodรกvanie vzduchu do inhalaฤnej zรณny mรดลพe znรญลพiลฅ spotrebu energie na vetranie a chladenie [6, 7] a รบฤinne chrรกniลฅ ฤพudรญ pred krรญลพovou infekciou [4, 8, 9]. Nevรฝhodou tohto systรฉmu sรบ vyลกลกie investiฤnรฉ nรกklady ako pri centrรกlnom vetranรญ. Nรกklady sa eลกte zvรฝลกia v prรญpadoch, keฤ sa personalizovanรฝ systรฉm kombinuje s centrรกlnym zmieลกavacรญm alebo vztlakovรฝm systรฉmom. Napriek tomu mรดลพe byลฅ personalizovanรฉ vetranie vรฝhodnou alternatรญvou, pretoลพe vyลกลกia investรญcia je kompenzovanรก รบsporou energie na chladenie v lete, vyลกลกou รบฤinnosลฅou vetrania a najmรค zvรฝลกenou vรฝkonnosลฅou zamestnancov [5, 7, 10, 11].
Princรญp a nรกvrh personalizovanรฉho vetrania
Personalizovanรฝ vetracรญ systรฉm je vhodnรฝ najmรค do kancelรกrskych priestorov, kde sa uลพรญvatelia zdrลพiavajรบ vรคฤลกinu ฤasu na svojom pracovnom mieste. Umoลพลuje individuรกlne nastaviลฅ preferovanรบ teplotu, miestnu rรฝchlosลฅ prรบdenia vzduchu, prรญpadne smer prรบdenia vzduchu, ฤo zvyลกuje spokojnosลฅ uลพรญvateฤพov s ich pracovnรฝm prostredรญm. Distribuฤnรฝ prvok, ktorรฝ je pod kontrolou pouลพรญvateฤพa, je umiestnenรฝ blรญzko tvรกre. ฤistรฝ vzduch smeruje do tvรกre, takลพe osoba mรดลพe vdychovaลฅ vzduch v nezneฤistenom jadre prรญvodnรฉho prรบdu. V ideรกlnom prรญpade by mal distribuฤnรฝ prvok umoลพniลฅ zmenu smeru prรบdenia vzduchu, aby sa zohฤพadnili รบฤinky vztlaku a preferencie uลพรญvateฤพov [12].
Obr. 1 Personalizovanรฉ vetranie pomocou dรฝzy [15]
Prรบd vzduchu dokรกลพe zรกroveล ochladiลฅ hlavu a zvรฝลกiลฅ tepelnรบ pohodu v lete [13]. Prรญklad personalizovanรฉho vetrania je na obr. 1, ktorรฝ znรกzorลuje typickรฝ profil rรฝchlosti pri voฤพnom prรบde vychรกdzajรบcom z kruhovej dรฝzy. Hlavnรฝ prรบd ฤerstvรฉho vzduchu so sebou strhรกva zneฤistenรฝ okolitรฝ vzduch a nรกsledne sa s nรญm zmieลกava. Toto strhรกvanie teplรฉho a zneฤistenรฉho okolitรฉho vzduchu treba v maximรกlnej moลพnej miere eliminovaลฅ, aby sa zabezpeฤil prรญvod ฤerstvรฉho nezmieลกanรฉho vzduchu priamo do dรฝchacej zรณny. To moลพno dosiahnuลฅ precรญznym nรกvrhom vรฝustky.
Vรฝustky na personalizovanรฉ vetranie mรดลพu maลฅ rรดzny dizajn. Obvykle umoลพลujรบ riadenie prietoku vzduchu a niektorรฉ aj kontrolu smeru prรบdenia. Na obr. 2 sรบ znรกzornenรฉ niektorรฉ prรญklady โ dve malรฉ vรฝustky umiestnenรฉ v zadnรฝch rohoch stola (PEM), dve lineรกrne mrieลพky umiestnenรฉ na okraji pracovnรฉho stola (HDG), vertikรกlna mrieลพka smerujรบca na uลพรญvateฤพa (VDG), vรฝustka s obdฤบลพnikovรฝm alebo kruhovรฝm otvorom namontovanรฝm na pohyblivom ramene (MP) ฤi plochรฝ distribuฤnรฝ prvok namontovanรฝ na vrchu poฤรญtaฤovรฉho monitora umoลพลujรบci zmenu prรบdenia vzduchu vo vertikรกlnej rovine (CMP) [12]. Pri vรฝustkรกch s veฤพkou vรฝstupnou plochou sa ukรกzalo, ลพe obdฤบลพnikovรฝ tvar je vhodnejลกรญ ako kruhovรฝ. Pri vรฝustkรกch so strednรฝmi a malรฝmi vรฝstupnรฝmi plochami je efektรญvnejลกรญ kruhovรฝ tvar ako obdฤบลพnikovรฝ [13].
Obr. 2 Personalizovanรฉ vetranie na pracovnom mieste
a) moลพnรฉ tvary a umiestnenie vรฝustiek [12], b) prรญklad vรฝustky [16]
Personalizovanรฉ vetranie vedie k zvรฝลกenej rรฝchlosti prรบdenia vzduchu v oblasti tvรกre. Aby vลกetok ฤerstvรฝ vzduch prenikol do tvรกrovej ฤasti, Melikov [12] odporรบฤa priemernรบ rรฝchlosลฅ 0,3 m/s. Novลกia ลกtรบdia uvรกdza, ลพe na preniknutie chladnรฉho vzduchu cez tepelnรบ hraniฤnรบ vrstvu v okolรญ ฤพudskรฉho tela do inhalaฤnej zรณny postaฤuje rรฝchlosลฅ prรบdenia len 0,175 m/s [14]. Podฤพa ฤalลกej ลกtรบdie [11] je rozsah vhodnรฝch rรฝchlostรญ na zรกklade osobnรฝch preferenciรญ uลพรญvateฤพov od 0,1 do 1,3 m/s, no v praxi mรดลพu ฤพudia najmรค v letnรฝch mesiacoch uprednostniลฅ aj vyลกลกiu rรฝchlosลฅ. Spoฤiatku sa vedci domnievali, ลพe vyลกลกia rรฝchlosลฅ prรบdenia by mohla spรดsobovaลฅ suchosลฅ oฤรญ, pier ฤi nosa [13].
Zistilo sa, ลพe zvรฝลกenรก frekvencia ลพmurkania v sรบvislosti s pouลพitรญm personalizovanรฉho vetrania vznikรก pri rรฝchlosti vyลกลกej ako 1 m/s z dรดvodu, aby sa zachovala rovnovรกha pri zvlhฤenรญ rohovky poฤas oฤnej aktivity. Tento vplyv sa vลกak povaลพuje za zanedbateฤพnรฝ pri vizuรกlne nรกroฤnรฝch รบlohรกch, medzi ktorรฉ patrรญ aj poฤรญtaฤovรก prรกca. Okrem toho sa zmena vo frekvencii ลพmurkania a prรญpadnรฝ pocit suchosti oฤรญ pripisujรบ oฤnej aktivite aj pouลพitiu poฤรญtaฤovรฉho monitora. Naopak, chladnรฝ personalizovanรฝ prรบd ฤistรฉho vzduchu zlepลกil stabilitu slznรฉho filmu pri vysokej teplote vzduchu v miestnosti (28 ยฐC) [17].
Odporรบฤania v sรบvislosti s nรกvrhom personalizovanรฉho vetracieho systรฉmu
Z laboratรณrnych ลกtรบdiรญ a praktickรฝch aplikรกciรญ moลพno odvodiลฅ niekoฤพko odporรบฤanรญ tรฝkajรบcich sa nรกvrhu personalizovanรฉho vetracieho systรฉmu. Mal by sa privรกdzaลฅ vzduch s nรญzkou turbulenciou, preto majรบ koncovรฉ distribuฤnรฉ prvky generovaลฅ prietok s rovnomernรฝm rรฝchlostnรฝm profilom a nรญzkou poฤiatoฤnou mierou turbulencie. Koncovรฝ distribuฤnรฝ prvok by mal maลฅ ฤo najลกirลกรญ kruhovรฝ alebo ลกtvorcovรฝ prierez. Koncovรฝ distribuฤnรฝ prvok by mal umoลพลovaลฅ riadenie rรฝchlosti a smeru personalizovanรฉho prietoku. Preferuje sa prietok vzduchu z ฤelnej strany proti ฤelnej ploche.
Aby sa dosiahla vysokรก รบฤinnosลฅ, hybnosลฅ toku privรกdzanรฉho vzduchu musรญ byลฅ dostatoฤnรก na zabezpeฤenie prieniku ฤerstvรฉho privรกdzanรฉho vzduchu cez voฤพnรฝ konvekฤnรฝ tok vzduchu okolo ฤพudskรฉho tela. To znamenรก, ลพe minimรกlna rรฝchlosลฅ v oblasti tvรกre by nemala byลฅ niลพลกia ako 0,175 m/s, priฤom maximรกlna rรฝchlosลฅ preferovanรก jednotlivcami mรดลพe byลฅ aลพ 1,5 m/s, najmรค pri teplotรกch vzduchu v miestnosti nad 26 ยฐC. Personalizovanรฉ vetranie kombinovanรฉ so zmieลกavacรญm systรฉmom vetrania je vรฝhodnejลกie ako samotnรฝ zmieลกavacรญ systรฉm vetrania vzhฤพadom na pohodlie uลพรญvateฤพov a ochranu pred infekciami [12].
Prรญklady personalizovanรฉho vetrania
Medzi zaujรญmavรฉ aplikรกcie personalizovanรฉho vetrania patrรญ systรฉm LVPV s nรญzkou rรฝchlosลฅou prรบdenia (obr. 3). Je navrhnutรฝ tak, aby vyuลพรญval polohu, v ktorej je hlava alebo telo v prirodzenom kontakte s povrchmi, ako sรบ podhlavnรญky, opierky hlavy ฤi vankรบลกe. Vetracรญ systรฉm je navrhnutรฝ ako vankรบลก na podporu krku, ฤรญm poskytuje vysokรบ ochranu pred krรญลพovou infekciou. Takรฝto dizajn sa uplatnรญ najmรค v lietadle alebo v inรฝch dopravnรฝch prostriedkoch [8].
Obr. 3 LVPV personalizovanรฝ vetracรญ systรฉm s nรญzkou rรฝchlosลฅou prรบdenia [8]
Na obr. 4 je znรกzornenรฉ vyuลพitie personalizovanรฉho prรญvodu a odvodu vzduchu v zdravotnรญckych zaradeniach, kde poฤas vyลกetrenia prichรกdza infikovanรก osoba do kontaktu so zdravou osobou. Kombinovanรฝ systรฉm prรญvodnรฉho a odvodnรฉho vetrania je schopnรฝ chrรกniลฅ zdravรบ osobu dodรกvanรญm ฤistรฉho vzduchu do dรฝchacej zรณny, priฤom sa zรกroveล odsรกva vzduch v oblasti ramien infikovanej osoby. Takรฝmto nรกvrhom moลพno dosiahnuลฅ znรญลพenie expozรญcie ลกkodlivรญn v porovnanรญ s klasickรฝm zmieลกavacรญm vetranรญm aลพ o 81 % [18].
Obr. 4 Kombinovanรฉ prรญvodnรฉ a odvodnรฉ personalizovanรฉ vetranie [18]
1 โ voฤพnรฝ konvekฤnรฝ tok, 2 โ vzduch vydychovanรฝ infikovanou osobou, 3 โ personalizovanรฝ prรญvod vzduchu, 4 โ personalizovanรฝ odvod vzduchu, 5 โ klasickรฝ zmieลกavacรญ vetracรญ systรฉm
Na obr. 5 je znรกzornenรฝ kancelรกrsky stรดl s integrovanรฝm personalizovanรฝm vetranรญm, ktorรฝ umoลพลuje zmenu smeru prรบdenia vzduchu poฤas prevรกdzky s ฤasovou frekvenciou podฤพa preferencie uลพรญvateฤพa. Stรดl s integrovanรฝmi vzduchovodmi a ovlรกdanรญm umoลพลuje vetranie 100 % vonkajลกรญm vzduchom, 100 % recirkulovanรฝm vzduchom alebo zmesou vonkajลกieho a recirkulovanรฉho vzduchu v pomere nastavenom uลพรญvateฤพom [19].
Obr. 5 Pracovnรฝ stรดl s integrovanรฝm personalizovanรฝm vetranรญm
a) prvky, b) usporiadanie vzduchovรฝch kanรกlov (pripojenie k hlavnรฉmu vetraciemu systรฉmu) [19]
1 โ pracovnรฝ stรดl, 2 โ polica, 3 โ stolovรฉ nohy, 4 โ strednรก polica, 5 โ hornรก polica, 6 โ vertikรกlna mrieลพka, 7 โ podpora, 8 โ ovlรกdacรญ panel, 9 โ koleno, 10 โ koncovรฝ distribuฤnรฝ prvok
Najnovลกia vedeckรก ลกtรบdia predstavuje cieฤพovรฝ personalizovanรฝ systรฉm vetrania tvorenรฝ multivรฝustkou, ktorรก sa skladรก z 12 malรฝch vรฝustiek (obr. 6a). Koncept tohto typu vetrania bol inลกpirovanรฝ streฤพbou na terฤ (obr. 6b). Strelec, ktorรฝ zasiahne cieฤพ, dostane skรณre, strelec, ktorรฝ minie cieฤพ, nedostรกva ลพiadne skรณre. Dvanรกsลฅ malรฝch vรฝustiek bolo podฤพa tohto princรญpu nastavenรฝch tak, aby ฤo najefektรญvnejลกie privรกdzali vzduch do zรณny ramien a hlavy a aby zรกroveล ฤo najmenej vzduchu smerovalo mimo tejto oblasti (obr. 6c). Prรญvod vzduchu cez takรบto multivรฝustku prinรกลกa rovnomernรฉ prietokovรฉ pole s rรฝchlosลฅou vzduchu 0,3 m/s. V porovnanรญ s inรฝmi personalizovanรฝmi systรฉmami je potenciรกl รบspory energie aลพ 53 %.
Obr. 6 Koncept cieฤพovรฉho personalizovanรฉho vetrania
a) multivรฝustka, b) streleckรฝ terฤ slรบลพiaci ako inลกpirรกcia, c) cielenรก zรณna dodรกvania vzduchu [20]
Na obr. 7 je zobrazenรก rรฝchlosลฅ prรบdenia vzduchu z novej multivรฝustky v porovnanรญ s tradiฤnรฝmi vรฝustkami. V prรญpade tradiฤnรฝch vรฝustiek (a), (b) a (c) je prietokovรฉ pole nerovnomernรฉ a osovรก rรฝchlosลฅ je pomerne vysokรก. V prรญpadoch (d) a (e) pokrรฝva prรบd vzduchu vรคฤลกiu plochu, no nerovnomernosti v prietokovom poli a vyลกลกia osovรก rรฝchlosลฅ zostรกvajรบ. V prรญpade novej vรฝustky (f) je prietokovรฉ pole rovnomernejลกie a prรบd vzduchu pokryje vรคฤลกiu oblasลฅ ฤพudskรฉho tela, v dรดsledku ฤoho mรก tento systรฉm potenciรกl zabezpeฤiลฅ vyลกลกรญ komfort a รบsporu energie [20].
Obr. 7 Porovnanie rรฝchlostรญ rรดznych vรฝustiek personalizovanรฉho vetrania [20]
Zรกver
Personalizovanรฝ vetracรญ systรฉm predstavuje prรญleลพitosลฅ na zlepลกenie kvality vzduchu, a to najmรค v kancelรกrskych priestoroch. Mรดลพe zvรฝลกiลฅ spokojnosลฅ pouลพรญvateฤพov s okolitรฝm prostredรญm, ฤo vedie k vyลกลกej produktivite zamestnancov. Znรญลพenie prietoku vzduchu vฤaka vyลกลกej รบฤinnosti vetrania zรกroveล priaznivo ovplyvลuje spotrebu energie, keฤลพe sa ฤerstvรฝ chladnรฝ vzduch dodรกva priamo do pracovnej zรณny uลพรญvateฤพa. Otรกzkou zostรกva, ฤi sa mรก personalizovanรฉ vetranie pouลพรญvaลฅ ako jedinรฝ systรฉm vetrania v miestnosti alebo ho treba kombinovaลฅ so zmieลกavacรญm ฤi vztlakovรฝm vetranรญm.
Personalizovanรฉ vetranie slรบลพi v sรบฤasnosti zvyฤajne ako doplnkovรฝ systรฉm s cieฤพom zvรฝลกiลฅ komfort uลพรญvateฤพa, priฤom sa kombinuje s klasickรฝmi vetracรญmi systรฉmami. Takรฉto spojenie dvoch systรฉmov tvorรญ kompromis medzi รบsporou energie a investiฤnรฝmi nรกkladmi na jednej strane a komfortom a kvalitou privรกdzanรฉho vzduchu na druhej strane. Vรฝskum vลกak naznaฤuje, ลพe personalizovanรฉ vetranie mรดลพe รบspeลกne fungovaลฅ aj samostatne [21], preto sa v budรบcnosti bude moลพno viac vyuลพรญvaลฅ aj ako samostatnรฝ systรฉm vetrania v priestore.
Ing. Miroslava Kmecovรก, doc. Ing. Michal Krajฤรญk, PhD., doc. Ing. Ondลej ล ikula, PhD.
Miroslava Kmecovรก a Michal Krajฤรญk pรดsobia na Katedre technickรฝch zariadenรญ budov Stavebnej fakulty STU v Bratislave. Ondลej ล ikula pรดsobรญ v รstave technickรฝch zariadenรญ budov Stavebnej fakulty VUT v Brne.
Recenzovala: doc. Ing. Zuzana Strakovรก, PhD.
Obrรกzky: autori, isifa/Shutterstock
Tรกto prรกca bola podporovanรก Vyลกehradskรฝm fondom (V4EAP), Agentรบrou na podporu vรฝskumu a vรฝvoja na zรกklade Zmluvy ฤ. DS-2016-0030 a Ministerstvom ลกkolstva, vedy, vรฝskumu a ลกportu SR prostrednรญctvom grantu VEGA 1/0807/17. Tento ฤlรกnok vznikol vฤaka podpore v rรกmci OP Vรฝskum a vรฝvoj pre projekt: Kompetenฤnรฉ centrum inteligentnรฝch technolรณgiรญ pre elektronizรกciu a informatizรกciu systรฉmov a sluลพieb, ITMS: 26240220072 spolufinancovanรฝ zo zdrojov Eurรณpskeho fondu regionรกlneho rozvoja.
Literatรบra
- MELIKOV, A. et al.: Personal Ventilation: from research to practical use. In: Proceedings of Clima 2007 WellBeing Indoors. Helsinki, 2007.
- CONCEICAO, Z. et al.: Evaluation of comfort level in desks equipped with two personalized ventilation systems in slightly warm environments. Building and Environment. 2010, 45, 601 โ 609.
- KACZMARCZYK, J. et al.: Human response to personalized ventilation and mixing ventilation. Indoor Air. 2004, 14, 250 โ 263.
- ลCISลO, N. et al.: Personal Ventilation Modeling Using a CFD Analysis. World scientific News. 2016, 57, 426 โ 435.
- KACZMARCZYK, J. et al.: The effect of a personalized ventilation system on perceived air quality and SBS symptoms. In: Proceedings: Indoor Air 2002. 2002.
- SCHIAVON, S. et al.: Energy-saving strategies with personalized ventilation in cold climates, Energy and Buildings. 2009, 41, 543 โ 550.
- KRAJฤรK, M. et al.: Energy Saving Potential of Personalized Ventilation Applied in an Open Space Office under Winter Conditions, Applied Mechanics and Materials. 2017, 861, 417 โ 424.
- NIELSEN, P. V. et al.: The influence of draught on a seat with integrated personalized ventilation. In: Indoor Air 2008. Copenhagen, 2008.
- PANTELIC, J. et al.: Effectiveness of a personalized ventilation system in reducing personal exposure against directly released simulated cough droplets. Indoor Air. 2015, 25(6), 683 โ 693.
- MAZANEC, V. a et al.: The Personal Ventilation System with Air Temperature Customization Using a Peltier Effect. In: CLIMA 2016 โ proceedings of the 12th REHVA World Congress. Aalborg, 2016.
- MELIKOV, A. et al.: Use of personalized ventilation for improving health, comfort, and performance at high room temperature and humidity. Indoor Air. 2012, 23, 250 โ 263.
- MELIKOV, A. K. a et al.: Personalized ventilation. Indoor Air. 2004, 14(7), 157 โ 167.
- NIU, J. et al.: Experimental study on a chair-based personalized ventilation system. Building and Environment. 2007, 42, 913 โ 925.
- XU, CH. et al.: Impacts of airflow interactions with thermal boundary layer on performance of personalized ventilation. Building and Environment. 2018, 135, 31 โ 41.
- 1KHALIFA, H. E. et al.: Experimental investigation of reduced-mixing personal ventilation jets. Building and Environment. 2009, 44, 1551 โ 1558.
- https://www.isiaq.org/docs/sponsor%20material/Exhausto/EXHAUSTO%20Personalized%20Ventilation.pdf.
- LIPCZYNSKA, A. et al.: Impact of personalized ventilation combined with chilled ceiling on eye irritation symptoms. In: Proceedings of the 13th International Conference on Air Distribution in Rooms: Roomvent2014. Sao Paulo, 2014.
- YANG, J. et al.: Performance evaluation of a novel personalized ventilationโpersonalized exhaust system for airborne infection control. Indoor Air. 2014, 25(2), 176 โ 187.
- KALMรR, F.: Innovative method and equipment for personalized ventilation. Indoor Air. 2015, 25, 297 โ 306.
- GAO, R. et al.: A novel targeted personalized ventilation system based on the shooting concept. Building and Environment. 2018, 135, 269 โ 279.
- LIPCZYNSKA, A. et al.: Performance of personalized ventilation combined with chilled ceiling in an office room: inhaled air quality and contaminant distribution. In: Proceedings of Indoor Air, 2014.
ฤlรกnok bol uverejnenรฝ v ฤasopise TZB Haustechnik 3/2018.