klimtyzacja klimatyzacja klimatyzacja klimatyzacja...

Klimatyzacja Klimatyzacja Klimatyzacja

Klimtyzacja Klimatyzacja Klimatyzacja













Klimatyzacja

Rozdział 4 Strumień powietrza nawiewanego

2010/2011

mgr inż. Agnieszka Sadłowska-Sałęga

3

SSPPIISS TTRREEŚŚCCII

Spis treści ................................................................................................................................................... 3

4 Strumień powietrza nawiewanego ........................................................................................................ 5

4.1 Akty prawne .................................................................................................................................... 5

4.2 Strumień powietrza nawiewanego ................................................................................................. 6

4.3 Klasyfikacja powietrza wewnętrznego oraz obliczenie wymaganego strumienia powietrza

świeżego ................................................................................................................................................ 7

4.3.1 Obliczenia strumienia ze względu na stężenie CO2 ............................................................ 10

4.3.2 Obliczenia strumienia ze względu na minimalny wymagany strumień powietrza

świeżego .......................................................................................................................................... 13

4.3.3 Obliczenia strumienia ze względu na zyski ciepła .............................................................. 15

Literatura do rozdziału ............................................................................................................................ 16

44 SSTTRRUUMMIIEEŃŃ PPOOWWIIEETTRRZZAA NNAAWWIIEEWWAANNEEGGOO

Wewnątrz pomieszczeń, niezależnie od ich przeznaczenia, wskutek różnego rodzaju procesów

powietrze ulega zanieczyszczeniu. Zanieczyszczeniami tymi mogą być aerozole, pyły, a także cie-

pło i para wodna.

Wentylacja pomieszczenia jest to wymiana powietrza w pomieszczeniu lub w jego części ma-

jąca na celu usunięcie powietrza zużytego i zanieczyszczonego i wprowadzanie powietrza ze-

wnętrznego. Innymi słowy wentylacja jest procesem zorganizowanej wymiany powietrza w po-

mieszczeniu w celu jego odświeżenia przy jednoczesnym usunięciu na zewnątrz zanieczyszczeń

powstających w pomieszczeniu i przedostających się do powietrza.

Najbardziej miarodajnym sposobem obliczenia strumienia powietrza wentylacyjnego jest

oparcie się na przyczynach wywołujących zmianę stanu powietrza w pomieszczeniu.

4.1 AKTY PRAWNE Poniżej przedstawiono podstawowe przepisy prawne i normy obowiązujące dotyczące insta-

lacji wentylacji i klimatyzacji.

1) Ustawa: „Prawo Budowlane”

2) Rozporządzenie Ministra Gospodarki nr 75 z dnia 12.04.2002: „Warunki techniczne jakim

muszą odpowiadać obiekty budowlane…” – rozdział 6

3) Normy:

PN 03420: 1978 „Wentylacja i klimatyzacja. - Parametry obliczeniowe powietrza zewnętrz-

nego” (norma archiwalna);

PN 03421: 1978 „Wentylacja i klimatyzacja. - Parametry obliczeniowe powietrza we-

wnętrznego” (norma archiwalna);

PN 03430: 1983 (Z3 – 2000) „Wentylacja w budynkach mieszkalnych, zamieszkania zbio-

rowego i użyteczności publicznej” (norma archiwalna);

PN-EN 13779 „Ventilation for non-residential buildings - Performance requirements for

ventilation and room-conditioning systems (Wentylacja budynków niemieszkalnych - Wy-

magania dotyczące właściwości instalacji wentylacji i klimatyzacji)”;

PN-EN 15251 „Indoor environmental input parameters for design and assessment of energy

performance of buildings addressing indoor air quality, thermal environment, lighting and

acoustics (Parametry projektowe dla środowiska wewnętrznego i ich wpływ na

6

charakterystykę energetyczną budynku w zakresie jakości powietrza, komfortu termicznego,

oświetlenia i akustyki)”;

PN-EN 15239 „Ventilation for buildings - Energy performance of buildings - Guidelines for

inspection of ventilation systems (Wentylacja budynków - Charakterystyka energetyczna

budynków - Wytyczne dotyczące kontroli instalacji wentylacji)”;

PN-EN 15240 „Ventilation for buildings - Energy performance of buildings - Guidelines for

inspection of air-conditioning systems (Wentylacja budynków - Charakterystyka energe-

tyczna budynków - Wytyczne dotyczące kontroli instalacji klimatyzacji)”;

PN-EN 15241 „Ventilation for buildings - Calculation methods for energy losses due to

ventilation and infiltration in commercial buildings (Wentylacja budynków - Metody oblic-

zania strat energii na skutek wentylacji i infiltracji powietrza w budynkach użyteczności

publicznej)”;

PN-EN 15242 „Ventilation for buildings - Calculation methods for the determination of air

flow rates in buildings including infiltration (Wentylacja budynków - Metody obliczeniowe

do określania strumieni objętości powietrza w budynkach z uwzględnieniem infiltracji)”;

4.2 STRUMIEŃ POWIETRZA NAWIEWANEGO Przyjrzyjmy się najpierw powietrz zewnętrznemu, które w technice klimatyzacyjnej nazywa-

ne jest często powietrzem świeżym. Norma PN-EN 13779:2007 „Wentylacja budynków niemiesz-

kalnych – Wymagane właściwości systemów wentylacji i klimatyzacji” podaje trzy klasy powietrza

zewnętrznego w zależności od jego czystości (tab. 4.1).

Tab.4.1 Klasyfikacja powietrza zewnętrznego wg PN-EN 13779

Kategoria Opis

ODA 1 (ZEW 1) Powietrze czyste, które może być tylko okresowo zapylone (np. pyłkiem kwiatowym – zgodnie z zaleceniami WHO 1999)

ODA 2 (ZEW 2) Powietrze zewnętrzne o wysokim stężeniu zanieczyszczeń w postaci cząstek stałych oraz gazów

ODA 3 (ZEW 3) Powietrze zewnętrzne o wysokim stężeniu zanieczyszczeń w postaci cząstek stałych oraz gazów (większe niż 1,5 – krotne przekroczenie standardów WHO)

W tabeli 4.2. zestawiono przykładowe, uśrednione wartości stężeń zanieczyszczeń w powie-

trzu zewnętrznym.

7

Tab.4.2 Przykładowe uśrednione stężenia zanieczyszczeń w powietrzu zewnętrznym

Opis lokalizacji Stężenie

CO2 [ppm]

CO [mg m-3]

NO2 [μg m-3]

SO2 [μg m-3]

Ogółem PM [mg m-3]

PM10 [μg m-3]

Obszar wiejski; bez znaczących źródeł zanieczyszczeń 350 < 1 5 do 35 < 5 < 0,1 < 20

Mniejsze miasta 375 1 do 3 15 do 40 5 do 15 0,1 do 0,3 10 do 30

Zanieczyszczone centra dużych miast 400 2 do 6 30 do 80 10 do 50 0,2 do 1,0 20 do 50

4.3 KLASYFIKACJA POWIETRZA WEWNĘTRZNEGO ORAZ OBLI-CZENIE WYMAGANEGO STRUMIENIA POWIETRZA ŚWIEŻEGO Podobnie jak powietrze zewnętrzne powietrze w pomieszczeniu podlega klasyfikacji. Od jago

jakości zależy dobre samopoczucie, a nawet zdrowie przebywających w nim osób. Pod koniec lat

70-tych pojawiło się określenie "Zespołu Chorego Budynku" (SBS – Sick Buildig Syndrome) zaś

w 1987 roku Światowa Organizacja Zdrowia (WHO) ogłosiła listę dolegliwości z nim związanych:

zapalenie śluzówek, przewlekłe zapalenie krtani i oskrzeli, astma, migrena, zaburzenia koncentracji,

zawroty głowy, nienaturalne zmęczenie, drażliwość, wysuszanie i zaczerwienienia naskórka. Na-

stępstwem przebywania w zanieczyszczonych budynkach mogą być również tzw. „choroby zwią-

zane z budynkiem” (BRI – Building Related Illness): choroba legionistów (zakażenie bakterią Le-

gionella), gorączka klimatyzacyjna oraz choroby nowotworowe wywoływane długotrwałym od-

działywaniem substancji rakotwórczych takich jak tytoń, azbest czy radon. W przypadku gdy 30%

użytkowników określa jakość powietrza w pomieszczeniu jako złą mówimy o „chorym budynku”.

Objawy SBS częściej występują w pomieszczeniach biurowych niż w mieszkaniach i wyraźnie czę-

ściej pojawiają się u kobiet niż u mężczyzn. Do przyczyn dolegliwości związanych z SBS zalicza-

my:

emisję szkodliwych substancji chemicznych,

zjawiska radiacyjne,

zjawiska elektrostatyczne,

czynniki biologiczne: grzyby, pleśnie oraz drobnoustroje,

ograniczony strumień powietrza świeżego,

wibracje i hałas.

8

Parametrem oceny narażenia człowieka na działanie szkodliwych substancji jest ich dawka

a nie stężenie lub jego rozkład. Dawkę tę można obliczyć mnożąc stężenie substancji przez współ-

czynnik pochłaniania oraz czas kontaktu. Iloczyn ten nosi nazwę ekspozycji (narażenia) zaś jego

jednostką jest [μghm–³].

Aby zmniejszyć ekspozycję należałoby zmniejszyć stężenie substancji szkodliwych lub czas

przebywania ludzi w zanieczyszczonym pomieszczeniu. Bardzo często skrócenie czasu przebywa-

nia jest niemożliwe (np. biura), należy więc skupić się nad zmniejszeniem stężeń. Można to osią-

gnąć poprzez redukcję emisji zanieczyszczeń lub doprowadzenie większego strumienia powietrza

świeżego (rozcieńczenie zanieczyszczeń).

Jakość powietrza ma znaczny wpływ nie tylko na zdrowie ludzi ale również na wydajność ich

pracy. Na podstawie dotychczasowych badań można zaobserwować następujące zależności [1]:

1) każde obniżenie o 10% odsetka ludzi niezadowolonych z jakości powietrza (w zakresie

25 70%) powoduje wzrost wydajności pracy o 1,1%;

2) na każdą zmianę jakości powietrza o poziom odpowiadający 1 decypolowi (w zakresie

2 13 decypola) wydajność pracy zmienia się o 0,5%;

3) każde dwukrotne zmniejszenie obciążenia powietrza zanieczyszczeniami odczuwanymi przez

ludzi w zakresie 0,3 2 olfm–2podłogi przy wydatku powietrza równym 10 ls–1·os–1 powoduje

wzrost wydajności pracy o 1,6%;

4) każde dwukrotne zwiększenie wydatku wentylacji, tj. strumienia świeżego powietrza nawiewa-

nego do pomieszczeń w zakresie 0,8 5,3 ls–1·olf–1 powoduje wzrost wydajności pracy

o 1,8%.

Rys.4.1. Ryzyko wystąpienia dolegliwości zdrowotnych określanych mianem SBS jako funkcja strumienia

powietrza wentylacyjnego [1]

Do oceny jakości powietrza odczuwanej przez ludzi wprowadzono dwie jednostki: ofl i pol.

9

Olf (łac. olfaktus – powonienie) – 1 olf jest to ogólna ilość zanieczyszczeń odczuwanych

przez ludzi wydzielana przez jedną wzorcową osobę (dorosły w wieku średnim o standardzie higie-

nicznym 0,7 kąpieli na dzień, codziennie zmieniający bieliznę, pracujący w biurze w pozycji sie-

dzącej w warunkach komfortu cieplnego).

Pol (łac. poluttio – zanieczyszczenie) – ze względu na moc źródła w praktyce inżynierskiej

nie stosuje się jednostki podstawowej ale jego dziesiątą część decypol. 1 decypol jest to stężenie

zanieczyszczeń powietrza wydzielanych przez jedną wzorcową osobę przy wydatku wentylacji

10 ls–1.

1lsolf 0,1decypol 1 (4.1)

Tab. 4.3. Jakość powietrza w decypolach

Opis słowny Wartość

[decypol]

Powietrze zagrażające życiu 100 Powietrze wewnętrzne ze złymi warunkami dla zdrowia 10 Powietrze wewnętrzne ze dobrymi warunkami dla zdrowia 1 Powietrze zewnętrzne miasta 0,1 Powietrze zewnętrzne w górach 0,01

Odsetek osób niezadowolonych z jakości powietrza w funkcji wydatku wentylacji przypada-

jącą na jedną osobę wzorcową wyraża zależność:

11

11

olfsl %

olfsl % exp

, .

V dla

, .

V dla .

V, PD

,

q

320100

320831395 250

(4.2)

gdzie: .V – wydatek wentylacji w warunkach ustalonych, przypadający na jedną osobę wzorcową, [1s–1olf–1];

natomiast w funkcji decypola:

decypoldla%decypoldla % exp

, C , CC,

PD,

331100331253395 250

(4.3)

gdzie: C – jakość powietrza odczuwanego przez ludzi, [decypol].

10

Rys.4.2. Odsetek osób niezadowolonych z jakości powietrza w funkcji: a) wydatku wentylacji, b) decypola

4.3.1 OBLICZENIA STRUMIENIA ZE WZGLĘDU NA STĘŻENIE CO2

Stężenie CO2 precyzyjnym wskaźnikiem zanieczyszczenia powietrza w pomieszczeniach dla

przebywania ludzi. Wskaźnik oparty na stężeniu CO2 odpowiada wskaźnikowi minimalnego stru-

mienia powietrza zewnętrznego dla pomieszczeń z zabronionym paleniem, dla małej aktywności

(<1,2 met).

Głównym producentem dwutlenku węgla w pomieszczeniu są przebywający w nim ludzie

(rys.4.3).

Rys.4.3.Ilość pobieranego tlenu i generowanego dwutlenku węgla przez osobę

dorosłą (ok. 176 cm, 66 kg)

11

Rys.4.4.Stężenie dwutlenku węgla w otoczeniu człowieka

Niejednokrotnie wentylacja grawitacyjna nie jest w stanie zapewnić odpowiedniego rozcień-

czenia zanieczyszczeń gazowych takich jak CO2. Dopiero po wprowadzeniu wentylacji mechanicz-

nej uzyskuje się satysfakcjonujące rezultaty.

Rys.4.5.Przykładowe zmiany stężenie CO2 w sali konferencyjnej przy wentylacji grawitacyjnej

źródło: Biuletyn informacyjny GAZEX W13, 1998

12

Rys.4.6. Przykładowe zmiany stężenie CO2 w sali konferencyjnej przy wentylacji mechanicznej

źródło: Biuletyn informacyjny GAZEX W13, 1998

W tabeli 4.4 podano klasyfikację powietrza wewnętrznego w zależności od przyrostu stężenie

CO2 powyżej poziomu CO2 w powietrzu zewnętrznym.

Tab.4.4. Przyrost stężenia CO2 powyżej poziomu CO2 w powietrzu zewnętrznym [2]

Kategorie Przyrost stężenia CO2 powyżej poziomu CO2 w powietrzu zewnętrznym

[ppm]

Typowy zakres Wartość standardowa

IDA 1 (WEW 1) ≤ 400 350

IDA 2 (WEW 2) 400 ÷ 600 500

IDA 3 (WEW 3) 600 ÷ 1 000 800

IDA 4 (WEW 4) > 1 000 1 200

Jeżeli głównym zadaniem wentylacji jest usuwanie zanieczyszczeń w postaci gazów i par

strumień objętościowy powietrza wentylacyjnego może być obliczony z zależności:

];hm[ )(

1

3

zdop

zN kk

GbV (4.4)

gdzie: b – współczynnik korygujący uwzględniający nierównomierność wydzielania się zanieczyszczeń,

[kg·h-1], Gz – ogólna ilość wydzielanych zanieczyszczeń w pomieszczeniu, [kg·h-1], kdop – dopuszczalne stężenie zanieczyszczeń w pomieszczeniu, [kg·m-3], kz – stężenie zanieczyszczenia w powietrzu nawiewanym do pomieszczenia, [kg·m-3].

13

4.3.2 OBLICZENIA STRUMIENIA ZE WZGLĘDU NA MINIMALNY WYMA-GANY STRUMIEŃ POWIETRZA ŚWIEŻEGO

W pomieszczeniach, w których głównym źródłem zmiany stanu powietrza są ludzie i nie

uwzględniane są zyski ciepła od nasłonecznienia, strumień powietrza wentylacyjnego obliczyć

można z następującego wzoru:

];hm[ 1 3jN VnV (4.5)

gdzie: n – liczba osób w pomieszczeniu, [-], Vj – minimalny strumień powietrza świeżego przypadający na jedną osobę, [m3·h-1], – współczynnik jednoczesności przebywania ludzi, [-].

Wymaganą minimalną ilość powietrza wentylacyjnego (świeżego) przyjmować można na

podstawie następujących norm:

1. PN-83/B-03430/Az:3 2000:

a) Jeżeli okna są otwierane (wentylacja):

gdy palenie jest niedozwolone pomieszczenia przeznaczone do stałego i czasowego po-

bytu i ludzi powinny mieć zapewniony dopływ co najmniej 20 m3·h-1 powietrza ze-

wnętrznego na każdą osobę,

przy dozwolonym paleniu tytoniu strumień powietrza powinien wynosić 30 m3·h-1 dla

każdej osoby.

b) Jeżeli okna są nie otwierane (klimatyzacja):

gdy palenie jest niedozwolone pomieszczenia przeznaczone do stałego i czasowego po-

bytu i ludzi powinny mieć zapewniony dopływ co najmniej 30 m3·h-1 powietrza ze-

wnętrznego na osobę;

przy dozwolonym paleniu tytoniu strumień powietrza powinien wynosić 50 m3·h-1 dla

każdej osoby.

2. PN-EN 13779: minimalne wymagane strumienie powietrza wentylacyjnego zależne od katego-

rii pomieszczenia wg tej normy zamieszczone są wraz z klasyfikacją powietrza wewnętrznego

w tab.4.5.

14

Tab.4.5. Minimalny strumień powietrza świeżego w pomieszczeniach przeznaczonych do stałego przebywa-nia ludzi [2]

Kategoria Jednostka

Strumień objętości powietrza zewnętrznego przypadający na osobę

Pomieszczenia z zakazem palenia Pomieszczenia bez zakazu palenia

Typowy zakres

Wartość standardowa

Typowy zakres

Wartość standardowa

IDA 1 (WEW 1) [m3·h-1·os-1] [l·s-1·os-1]

> 54 > 15

72 20

> 108 > 30

144 40

IDA 2 (WEW 2) [m3·h-1·os-1] [l·s-1·os-1]

36 ÷ 54 10 ÷ 15

45 12,5

72 ÷ 108 20 ÷ 30

90 25

IDA 3 (WEW 3) [m3·h-1·os-1] [l·s-1·os-1]

22 ÷ 36 6 ÷ 10

29 8

43 ÷ 72 12 ÷ 20

58 16

IDA 4 (WEW 4) [m3·h-1·os-1] [l·s-1·os-1]

< 22 < 6

18 5

< 43 < 12

36 10

3. PN-EN 15251: minimalne wymagane strumienie powietrza wentylacyjnego zależne od katego-

rii pomieszczenia wg tej normy zamieszczone są wraz z klasyfikacją powietrza wewnętrznego

w tab.4.6 oraz 4.7.

Tab.4.6. Minimalny strumień powietrza świeżego przypadający na 1 użytkownika [4]

Kategoria komfortu Strumień objętości powietrza zewnętrznego przypadający na osobę [l·s-1] (m3·h-1)

I 10 (36,0)

II 7 (25,2)

III 4 (14,4)

Tab.4.7. Minimalny strumień powietrza świeżego przypadający na m2 powierzchni [4]

Kategoria komfortu

Strumień powietrza na m2 pomieszczenia w zależności od emisyjności zanieczyszczeń przez budynek

[l·s-1·m-2]

Bardzo niska emisyjność Niska emisyjność Nie bardzo niska emisyjność

I 0,50 1,00 2,00

II 0,35 0,70 1,40

III 0,20 0,40 0,80

15

4.3.3 OBLICZENIA STRUMIENIA ZE WZGLĘDU NA ZYSKI CIEPŁA

W przypadku, gdy zasadniczym celem wentylacji jest usuwanie zysków ciepła jawnego ilość

powietrza wentylacyjnego określa się z zależności:

];sm[ 1

3 ttcρ

ΦV

NUp

jN

(4.6)

gdzie: j – zyski ciepła jawnego w pomieszczeniu, [W] cp – ciepło właściwe powietrza, [kJ·kg-1·K-1] – gęstość powietrza, [kg·m-3], tN – temperatura powietrza nawiewanego, [C], tU – temperatura powietrza usuwanego, [C].

Dla pełnej klimatyzacji, której zadaniem jest utrzymanie w pomieszczeniu zadanej temperatu-

ry i wilgoci względniej, ilość nawiewanego powietrza obliczamy z zależności:

];sm[ 1

3 hh

ΦVNP

cN

(4.7)

gdzie: c – całkowite zyski ciepła w pomieszczeniu, [W] hN – entalpia właściwa powietrza nawiewanego, [kJ·kg-1], hP – entalpia właściwa powietrza w pomieszczeniu, [kJ·kg-1].

Uwaga!

W przypadku klimatyzacji zawsze liczymy strumień powietrza wymagany ze względów

higienicznych (z uwzględnieniem ilości osób) oraz strumień wynikający z policzonych zy-

sków ciepła. Następnie do dalszych obliczeń przyjmujemy większy z nich.

16

LLIITTEERRAATTUURRAA DDOO RROOZZDDZZIIAAŁŁUU

[1] Fanger, Popiołek, Wargocki: Środowisko wewnętrzne. Wpływ na zdrowie, komfort

i wydajność pracy. Politechnika Śląska. Gliwice, 2003

[2] PN-EN 13779:2007 „Wentylacja budynków niemieszkalnych – Wymagane właściwości

systemów wentylacji i klimatyzacji”

[3] PN 03430: 1983 (Z3 – 2000) „Wentylacja w budynkach mieszkalnych, zamieszkania

zbiorowego i użyteczności publicznej”

[4] PN-EN 15251 „Parametry projektowe dla środowiska wewnętrznego i ich wpływ na cha-

rakterystykę energetyczną budynku w zakresie jakości powietrza, komfortu termicznego,

oświetlenia i akustyki”;

Nazwa pliku: Klimatyzacja, rozdział 4 Katalog: C:\Users\Agatom\Documents Szablon:

C:\Users\Agatom\AppData\Roaming\Microsoft\Szablony\Normal.dotm

Tytuł: Klimatyzacja Temat: Materiały pomocnicze do ćwiczeń Autor: mgr inż. Agnieszka Sadłowska-Sałęga Słowa kluczowe: Komentarze: Data utworzenia: 2010-11-09 14:00:00 Numer edycji: 26 Ostatnio zapisany: 2010-11-14 21:01:00 Ostatnio zapisany przez: Agatom Całkowity czas edycji: 1 053 minut Ostatnio drukowany: 2010-11-14 21:02:00 Po ostatnim całkowitym wydruku Liczba stron: 16 Liczba wyrazów: 2 359 (około) Liczba znaków: 14 155 (około)