Vetranie halových objektov s chladným typom prevádzky

K výberu vhodného systému by sa malo pristúpiť po dôkladnej analýze vnútorných podmienok a prevádzkových požiadaviek. Vzhľadom na variabilitu výrobných procesov sa zväčšuje počet priemyselných halových objektov s prevádzkami, ktoré majú odlišné požiadavky na vnútornú mikroklímu. Mnohé prevádzky sa však nezameriavajú na vytvorenie pohody pri práci pre človeka, ale, žiaľ, len na požiadavky na vnútorné prostredie, ktoré súvisia s inštalovanou technológiou.

Základnou funkciou vzduchotechniky je zabezpečiť požadovaný stav vzduchu privádzaného do interiéru a dlhodobo tento stav udržať nezávisle od pôsobenia negatívnych faktorov exteriéru (teplota a vlhkosť vonkajšieho vzduchu, oslnenie, rýchlosť vetra a pod.). Pritom treba mať na zreteli druh stavebnej konštrukcie a typ prevádzky v danom objekte. Na samotnú úpravu vzduchu často vplýva viacero faktorov súčasne, ako sú napríklad tepelno-vlhkostné požiadavky či kvalita vzduchu po chemickej stránke, keďže v priemyselných prevádzkach vznikajú látky, ktoré sú nebezpečné pre zdravie človeka. O ostatných činiteľoch, ktoré sa zúčastňujú na vytváraní optimálnej vnútornej mikroklímy, sa uvažuje málo. Prostredie pôsobí na človeka nielen prostredníctvom teploty vzduchu, ale aj pohybom vzduchu, sálania okolitých plôch, predmetov a stavebných konštrukcií, vlhkosti a znečistenia vzduchu. Tieto vplyvy sa môžu prejavovať v rozličných kombiná­ciách. Preto je dôležité, aby projektant vzduchotechniky bral do úvahy všetky stavy interiérového prostredia (teplotný, vlhkostný, hlukový, aerodynamický, mikrobiálny, svetelný aj elektromagnetický).

Charakteristika chladnej prevádzky
Za chladnú prevádzku sa považuje halový objekt, v ktorom je inštalovaná technológia vyvíjajúca teplo ≤ 32 W/m³ vnútorného priestoru. Ide hlavne o priestory v strojárňach, brusiarňach, montážnych halách, valcovniach a skladoch, teda o priestory, v ktorých treba zabezpečiť odvod škodlivín (tepelná záťaž z technológie a z vonkajšieho prostredia) vetraním, t. j. výmenou nekvalitného vzduchu za kvalitný (vonkajší, obehový), a to celoročne. Ďalšou požiadavkou je potreba vykurovania v zime a v prechodných ročných obdobiach. Keďže technologické zariadenia v chladných prevádzkach zvyčajne nie sú náročné na vlhkosť vzduchu, táto požiadavka sa vo vetracích sústavách nerieši.

Voľba vzduchotechnického systému
Systém vetrania
V prvom rade treba stanoviť, aký bude systém vetrania – prirodzený alebo nútený? Prirodzené vetranie sa navrhuje len výnimočne. Dôvody sú najmä tepelné (nedostatočné vnútorné zdroje tepla na ohriatie vonkajšieho vzduchu), dispozičné (znehodnotenie pracovnej oblasti človeka chladným privádzaným vzduchom) a hygienické (legislatíva umožňuje prirodzené vetranie iba v priestoroch, kde nie je nutný prívod filtrovaného vzduchu a ohrievaného vzduchu v zimnom období). Nútené vetranie sa aplikuje najčastejšie. Do mnohých prevádzok nemožno privádzať neupravený (či už z hygienických, alebo z technologických dôvodov) vonkajší vzduch, t. j. nefiltrovaný od prachu a bez ohrevu v zimnom období. V tomto prípade hovoríme o celkovom vetraní. Ak sa v prevádzke vyskytujú miestne zdroje škodlivín (prach, pary, plyny), musí sa inštalovať priamo nad zdroj škodlivín miestne odsávanie aj s filtráciou vzduchu pred jeho vypustením do vonkajšieho prostredia.

Stanovenie objemového prietoku vonkajšieho vzduchu
Objemovým prietokom vonkajšieho vzduchu sa stanovuje hygienické minimum. Ako už bolo uvedené, vzduchotechnika má zabezpečiť nielen vetranie, ale aj zaistiť požadované podmienky v príslušných priestoroch. Obe tieto úlohy prinášajú rôzne požiadavky na prívod vonkajšieho (čerstvého) vzduchu. Treba pamätať na to, že jeho neúmerné množstvo spôsobuje v zime vysokú spotrebu tepla na jeho ohrev. Tieto nároky sa neskôr negatívne prejavia aj v prevádzkových nákladoch. Ak sú v priestoroch zdroje škodlivín, je prívod vonkajšieho vzduchu daný ich najvyššími prípustnými koncentráciami. Tento prípad však nastáva v chladných prevádzkach len zriedka. Častejšie vyvoláva potrebu vetrania prítomnosť ľudí. Z hľadiska produkcie oxidu uhličitého človekom je vyhovujúci prívod 20 m³/h vonkajšieho vzduchu na osobu. Dnes sa táto hodnota považuje za nízku. Minimálna dimenzovaná hodnota býva 30 m³/h na osobu a vyššia. Niektoré zahraničné normy pripúšťajú v čase minimálnych vonkajších teplôt zníženie tejto hodnoty na 8 m³/h na osobu (VDI, ASHRAE). Za minimálny podiel vonkajšieho vzduchu sa požaduje 10-percentný podiel vonkajšieho vzduchu z celkového objemového prietoku vzduchu privádzaného do priestoru. Toto stanovisko však nie je správne. V mnohých objektoch sa z rozličných dôvodov požaduje vysoká výmena vzduchu a požadovaný podiel 10 % vedie k energetickému plytvaniu (typickým príkladom, aj keď nie z oblasti priemyslu, je vetranie výpočtových stredísk, kde by pri tejto požiadavke pripadalo na jedného človeka niekoľko stoviek m³/h). V niektorých prípadoch, najmä ak nie je možné vopred stanoviť počet ľudí v objekte, sa množstvo vonkajšieho vzduchu stanovuje z hodinovej výmeny vzduchu vztiahnutej na objem vetraného priestoru. Toto množstvo možno ešte do značnej miery zvýšiť v prípadoch, keď to dovoľujú energetické podmienky (prechodné ročné obdobia, keď netreba chladiť ani vykurovať; keď na vykurovanie možno využívať odpadové teplo; pri použití zariadenia na spätné získavanie tepla). Celkové množstvo vzduchu privádzaného do priestorov je dané súčtom objemového prietoku vonkajšieho vzduchu (hygienické minimum) a obehového (cirkulačného) vzduchu. Obehový vzduch sa využíva z dvoch dôvodov:
•    aby sa obmedzil pracovný rozdiel teplôt (rozdiel teploty vzduchu v miestnosti a privádzaného vzduchu), najmä v lete. Tento rozdiel by mal byť v letnom období v bežných prípadoch 6 až 8 K, v zime max. 30 K (optimum do 20 K),
•    aby sa pri premenlivom alebo malom množstve vonkajšieho vzduchu dodržali predpokladané obrazy prúdenia vzduchu na dokonalé prevetranie celého priestoru.
Podiel obehového vzduchu je vhodné obmedziť na najmenšiu možnú hodnotu. Obehový vzduch zhoršuje kvalitu privádzaného vzduchu, zvyšuje náklady na vzduchotechnické zariadenie, je náročný na priestory pre vzduchovody, zhoršuje hlukové pomery a v neposlednom rade zvyšuje príkon ventilátorov [1].

Ďalšie úlohy
Pri návrhu vetrania by mal projektant riešiť aj ďalšie čiastkové úlohy:

•  dispozičné a tepelnotechnické riešenie halového objektu,
• či bude vetracia sústava slúžiť len na vetranie, alebo bude kryť sčasti, resp. celkom tepelné straty objektu,
• či ide len o vetranie, alebo o kombináciu vetrania s teplovzdušným vykurovaním,
• ako sa bude riešiť ohrev privádzaného vzduchu – zdroj tepla je kotolňa alebo ide o diaľkový rozvod tepla (sústavy CZT),
• systém spätného získavania tepla,
• ako sa vyhotoví distribučná sieť,
• druh distribučných prvkov,
• či a ako ovplyvní neizotermickosť privádzaného vzduchu rozloženie teploty vnútorného vzduchu vo vetranom priestore [2].

Obr. 1 Vzduchotechnický systém s centrálnou úpravou vzduchu s využitím SZT prostredníctvom rekuperácie a zmiešavacej komory

Systémy vzduchotechniky v priemysle
V priemyselných prevádzkach sa iba zriedka stretávame s celkovou úpravou vzduchu (vrátane ohrevu, chladenia, vlhčenia a odvlhčovania). Výnimkou sú prípady, keď si tieto úpravy vzduchu vyžaduje priamo technológia – dôvodom býva ekonomicky pomerne náročná prevádzka. V prevádzkach, kde sa najčastejšie stretávame s teplom ako jedinou škodlivinou, musí vzduchotechnické zariadenie zabezpečiť jednak riadenú výmenu vzduchu (vetranie), a jednak upravuje teplotu (v dôsledku toho aj vlhkosť) privádzaného vzduchu do riešeného priestoru. Väčšinou sa aplikujú nízkotlakové vzduchotechnické zariadenia. Podľa dispozičného usporiadania sa môžu rozdeliť na centrálne, decentrálne (miestne) a kombinované, ktoré sa pri vetraní či klimatizácii priemyselných halových objektov využívajú najčastejšie. Centrálne sa upraví len hygienické minimum vonkajšieho vzduchu a jednotkové zariadenie cirkulačne upraví teplotu vzduchu priamo v priestore podľa požiadavky užívateľa (ohrevom alebo chladením).

Obr. 2 Vzduchotechnický systém s centrálnou úpravou vzduchu s využitím SZT prostredníctvom regenerácie

Systém s centrálnou úpravou vzduchu
Vzduchotechnická jednotka s komorami, ako sú ohrievač, chladič, prípadne zvlhčovač, zaradenými do systému na základe požiadavky na kvalitu vzduchu, je umiestnená buď v strojovni vzduchotechniky, alebo na streche objektu, ak to strešná stavebná konštrukcia umožňuje. V prípade, že je vzduchotechnická jednotka umiestnená v strojovni, môže sa realizovať podľa objemu upravovaného vzduchu v klasickom vyhotovení s umiestnením na podlahe (obr. 1) alebo v podstropnom vyhotovení. Ak je centrálna úprava jedinou úpravou vzduchu v celom halovom objekte, upravuje sa pomerne veľké množstvo vzduchu. Ak vzduchotechnika pokrýva navyše nielen tepelné straty vetraním, ale aj celkové tepelné straty, je veľmi výhodné zaradiť do zostavy takejto jednotky aj systém spätného získavania tepla.

Obr. 3 Vzduchotechnický systém s decentrálnou úpravou vzduchu

Spätné získavanie tepla (SZT)
Možno ho realizovať v:
a)    zmiešavacej komore – je to systém s najvyššou účinnosťou získavania tepla z odvádzaného vzduchu s tým, že do priestoru sa vracia istá časť obehového vzduchu. Pri väčšine prevádzok to nie je problém, ak je zabezpečená minimálna hygienická dávka vzduchu na osobu a v priestore nevznikajú látky škodlivé pre zdravie;
b)    komore SZT regeneráciou – s podobne vysokou účinnosťou pracuje aj rotačný výmenník tepla. Pri rotačnom výmenníku už odvádzaný vzduch necirkuluje, resp. cirkuluje iba v zanedbateľnej miere. Dochádza však k výmene hmoty v podobe vlhkosti (obr. 2);
c)    komore SZT rekuperáciou – z hygienického hľadiska je najprijateľnejší rekuperačný panelový výmenník tepla, pri ktorom sa energia odovzdáva cez plochy, ktoré hermeticky oddeľujú prívod vonkajšieho vzduchu a odvod odvádzaného vzduchu. Napriek tomu, že pracujú s nižšími účinnosťami, sú veľmi výhodné z hľadiska ekonomiky prevádzky.

Obr. 4 Vzduchotechnický systém s decentrálnou úpravou vzduchu jednotkovými zariadeniami

Systém s decentrálnou úpravou vzduchu
Decentrálne systémy vzduchotechniky sa používajú najmä v halových objektoch, ktoré majú rôzne prevádzky s rozdielnymi požiadavkami na vnútornú mikroklímu.
Decentrálny systém možno riešiť dvomi spôsobmi:
•    prívod vzduchu sa zabezpečuje jednou VZT jednotkou, úprava vzduchu daného priestoru sa však realizuje až na mieste určenia (obr. 3),
•    každý priestor sa rieši samostatnou VZT jednotkou, ktorá zabezpečuje aj prívod vonkajšieho vzduchu. Tieto jednotkové zariadenia sú schopné zaistiť prívod čerstvého vzduchu, pokryť tepelné straty a navyše môžu mať v sebe zabudovaný aj niektorý zo systémov SZT (obr. 4).

Kombinovaný systém
Kombinácia spočíva v nasávaní a úprave hygienického minima vonkajšieho vzduchu centrálnou vzduchotechnickou jednotkou. Tento vzduch sa ohrieva, prípadne chladí iba tak, aby sa pokryli zisky/straty spôsobené vetraním. Zvyšok tepelných ziskov/strát sa pokrýva jednotkovými cirkulačnými zaradeniami. Pri použití tohto systému sa na SZT aplikuje buď zmiešavacia komora, alebo v prípade, že nechceme znížiť množstvo vonkajšieho vzduchu, je vhodné zaradiť rekuperačný výmenník tepla.

Záver
Keďže vetranie aktívne pôsobí na tvorbu vnútorného prostredia a má vplyv na ekonomiku výstavby a prevádzku budov, je voľba vhodného vetracieho systému veľmi dôležitým krokom pri návrhu objektu. K výberu vhodného systému by sa malo pristúpiť iba po dôkladnej analýze vnútorných podmienok a prevádzkových požiadaviek. Treba si uvedomiť, že nútené vetranie s úpravou vzduchu, a najmä klimatizácia (ak sa podľa typu prevádzky vyžaduje), je spojené s nárokmi na spotrebu energie. Ak sa má dosiahnuť správny chod vzduchotechnického systému, musí sa v konečnom dôsledku doplniť aj o ďalšie prvky vzduchotechniky, ako sú vzduchové clony a miestne odsávače škodlivín. Projektant musí zohľadniť všetky tieto aspekty, ako aj požiadavky a potreby ľudí nachádzajúcich sa v daných priestoroch. Musí vhodne vybrať vetrací či klimatizačný systém vyhovujúci spomenutým okolnostiam, aby sa zabezpečila nielen kvalitná interiérová pohoda prostredia, ale aj účinnosť a efektívnosť vzduchotechnického zariadenia.

Príspevok vznikol v rámci projektu VEGA č. 1/0511/11.

Text: Ing. Zuzana Kovářová, PhD.
Foto a obrázky: thinkstock.com, autorka

Autorka pôsobí na Katedre TZB Stavebnej fakulty STU v Bratislave.

Literatúra
1.    Zmrhal, V. – Lain, M.: Vetranie a klimatizácia malých priemyselných prevádzok II. Praha: ČVUT , Strojárska fakulta, 2007.
2.    Kotrbatý, M. – Hojer, O. – Kovářová, Z.: Hospodaření teplem v průmyslu. „Nejlevnější energie je energie ušetřená.”, Praha: ČSTZ, 2009.

Článok bol uverejnený v TZB Haustechnik.