preskočiť na hlavný obsah

Inteligentné riadenie kvality vnútorného vzduchu

/up/images/featured/images/0-intriadvzduch.jpg

Zabezpečenie hygienicky potrebnej výmeny vzduchu v interiéroch budov, súčasne zabezpečenie jeho kvality, je v súčasnosti jeden z najvýznamnejších faktorov pri návrhu i prevádzke inteligentných budov. Uvádza sa, že kvalita vzduchu v priestore je akosť vzduchu, ktorú subjektívne pociťujú osoby alebo skupiny osôb svojimi zmyslovými orgánmi, najmä čuchom. Uvedené vyjadrenie kvality vzduchu sa týka najmä odérov, ktoré sa vyskytujú v priestore, čo je v spojitosti so „snímačom kvality vzduchu" dostatočne presné. Všeobecne možno konštatovať, že kvalita vzduchu v priestore zahŕňa všetky netepelné aspekty vzduchu v priestore, ktoré majú vplyv na pohodu a zdravie.

Okrajové podmienky návrhu vetrania a klimatizácie

Pri návrhu a výpočte vetrania či klimatizácie sa prioritne vychádza z hygienických požiadaviek pre daný interiér. Je teda nevyhnutné určiť:
•    potrebu tepla,
•    koncentráciu škodliviny.

Potreba tepla, t. j. tepelné straty v zimnom období alebo tepelná záťaž v letnom období, sú charakteristické pre návrh i prevádzku vetrania a klimatizácie v budovách, kde sa nepredpokladá zvýšená, resp. najvyššie prípustná koncentrácia škodlivín. V súčasnosti však s uplatňovaním nových stavebných materiálov a konštrukcií, rôznych technológií, ale aj nadmerným znečistením ovzdušia v mestských centrách, sa do popredia dostáva problematika vplyvu najrôznejších fyzikálnych, no najmä chemických či biologických škodlivín. Súčasne i človek užívateľ interiérov budov, je stále citlivejší na výskyt rôznych látok vo vnútornom prostredí, ktoré ovplyvňujú jeho zdravie, psychický stav, následne výkonnosť a produktivity pri práci.

Preto sú dnes mimoriadne aktuálne nasledovné otázky:
•    definovanie zdrojov škodlivín,
•    kvalifikovanie druhov škodlivín,
•    kvantifikovanie ich množstva.

Sú to vlastne primárne okrajové podmienky nevyhnutné pre návrh vetrania a klimatizácie ako systémov, resp. ich jednotlivých komponentov. (5)

Súčasný prístup k potrebe výmeny vzduchu

Začiatkom modernej vetracej a klimatizačnej techniky bolo založenie hygieny ako vedeckej disciplíny v druhej polovici 19. storočia Maxom Pettenkoferom a jeho výskumy o výmene a čistení vzduchu a obsahu škodlivín v ňom. „Nemyslím, že zlý vzduch zapríčiňuje priamo ochorenie alebo spôsobuje hneď špecifické choroby ako napr. jedy, a preto si nemyslím, že by zlý vzduch bol priamo jedom, avšak tvrdím len to, že zlý vzduch v miestnosti oslabuje odolnosť proti každému druhu činiteľa, ktorý vyvoláva chorobu". Takto mohol M. Pettenkofer kedysi zdôvodniť svoju vetraciu Smernicu. (1)

V súčasnosti pribudli ešte iné zdroje znečistenia vzduchu v priestore, ktoré nezávisia len od osôb v priestore, prípadne od ich činnosti. V mnohých prípadoch, najmä keď ide o nevýrobné priestory, ako sú kancelárie, zhromažďovacie priestory, školy, byty a pod... , nemožno určiť dominantnú škodlivinu priestoru ani chemickou analýzou. Takže, za hlavný zdroj znečistenia v nich sa i v súčasnosti považuje človek. A najpoužívanejším parametrom na posúdenie znečistenia vzduchu v priestore je oxid uhličitý z vydychovaného vzduchu a bioefluenty. Hodnota 0,1 % obj. alebo 1 000 ppm CO2 je známa ako Pettenkoferove číslo. (2)

Nový prístup k potrebe výmeny vzduchu

Najnovší prístup k stanoveniu potreby výmeny vzduchu vychádza z výskumu na DTU v Lyngby v kolektíve prof. P. O. Fangera, kde na objektívne hodnotenie kvality vzduchu v priestore sa zaviedli 2 nové meracie jednotky olf a decipol. (4)

Jeden olf (z lat. olfactus čuch, olfacio čuchať) je miera emisie znečistenia vzduchu (prirodzené vyparovanie bioefluenty) jednou štandardnou osobou. Každý iný zdroj znečistenia možno popísať ekvivalentnou veľkosťou emisie ako zodpovedajúci počet štandardných osôb (olfov), ktoré by boli potrebné, aby sa dosiahla rovnaká nespokojnosť, akú vyvoláva skutočný pôvodca (obr. 1 A, B).

Koncentrácia znečistenia vzduchu závisí od pôvodcu znečistenia a od zriedenia, ktoré spôsobuje vetranie. Jeden decipol (z lat. pollutio znečistenie, polluo znečistiť) je znečistenie, ktoré zapríčiňuje štandardná osoba (jeden olf) v priestore, do ktorého sa privádza 10 l/s čerstvého vzduchu. Z toho vyplýva, že:
1 decipol 0,1 ofl.s

V mnohých dobre vetraných budovách s malým počtom zdrojov škodlivín sa vyjadruje znečistenie menej ako 1 decipol, alebo 15 % nespokojných ako „zdravé budovy".

Priestory s malou intenzitou výmeny vzduchu a vysokým podielom zdrojov znečistenia môžu vykazovať pociťované znečistenie približne 10 decipolov, alebo 60 % nespokojných, čo už je v kategórii tzv. „chorých budov".

Použitie jednotiek olf a decipol umožňuje sformulovať bilanciu emisií pre výmenu vzduchu v danom priestore. Rovnica (1) udáva, že znečistenia, ktoré sú emitované v priestore, možno vztiahnuť na objemový prietok vonkajšieho vzduchu, t. j.
C-Co + 10.G/Q    (1)
kde:
C je pociťovaná kvalita vzduchu
v priestore (decipol), C0pociťovaná kvalita vonkajšieho vzduchu (decipol), G súčet všetkých znečistení v priestore a vetracom systéme (olf), Q objemový prietok vonkajšieho vzduchu (l/s).

Pre projektovanie potom treba určiť objemový prietok vzduchu Q (l/s).

V nasledujúcej tabuľke sú uvedené emisie zistené v kancelárskych priestoroch vzhľadom na plochu priestoru. Časť celkovej záťaže spôsobujú ľudia.

Ak teda uvažujeme podľa definície, že jedna osoba zodpovedá 1 olfu a podlahová plocha je 10 m2 na osobu, potom vychádza hodnota 0,1 olf/m2. Ak nie je zákaz fajčenia, pripočítava sa dodatočný podiel. Takže pre 40 % fajčiarov, čo je pre Európu typické, treba pripočítať ešte 0,2 olf/ m2. Súčasne treba zdôrazniť, že už v neobsadených priestoroch sa vyskytujú zdroje škodlivín. Hodnoty získané uvedenou metódou sú v priemere 0,4 olf/ m2, pričom jednotlivé hodnoty sa pohybujú od 0,1 do 0,9 olf/ m2. Pritom ako zdroje emisií možno identifikovať všetky druhy stavebných materiálov, kobercov, nábytku, kníh, kancelárskych strojov...ale predovšetkým vetracie zariadenia. (5)

Inteligentné riadenie výmeny vzduchu

Vetracie a klimatizačné systémy pracujú väčšinu prevádzkového obdobia v pásme čiastkovej záťaže. V porovnaní s vykurovacími systémami sú energeticky náročnejšie. Ich efektívnu prevádzku zaisťuje riadiaci systém, ktorý kontroluje a prispôsobuje prívod energie neustále sa meniacim vnútorným a vonkajším podmienkam. Prioritou je úprava parametrov privádzaného vzduchu (teplota, vlhkosť, tlakový rozdiel)
vplývajúcich na tepelnú pohodu interiérov, ale zároveň plní aj ďalšie dôležité úlohy:
•    dodá do priestorov len také množstvo čerstvého vzduchu, ktoré v danom okamihu spĺňa aktuálne požiadavky na kvalitu vnútorného prostredia,
•    zabezpečí zníženie nákladov na zbytočnú úpravu vzduchu počas doby, kedy priestory nie sú obsadené,
•    zvýši produktivitu práce ľudí ako následok zníženia absencie z dôvodu zdravotných problémov.

Z uvedeného vyplýva, že inteligentné riadenie kvality vnútorného vzduchu musí nielen zabezpečiť hygienicky požadovanú výmenu vzduchu pri optimálnej energetickej náročnosti prevádzky systémov vetrania či klimatizácie, ale aj súčasne však musí adaptívne reagovať na časové a priestorové požiadavky potreby kvality vnútorného vzduchu, čo je možné správnou aplikáciou adekvátneho riadiaceho systému.

Aby tieto požiadavky mohol riadiaci systém plniť, sú dôležité tri kroky návrhu:
1.    voľba snímača,
2.    jeho umiestnenie,
3.    regulačná stratégia.

Snímače na reguláciu kvality vzduchu (11, 12, 13]

Snímač je dôležitým prvkom riadiaceho obvodu. Výber vhodného typu ako aj jeho umiestnenie výrazne ovplyvňuje výsledný efekt regulačného procesu, čo má dopad na kvalitu vnútorného prostredia ale aj na ekonomickú prevádzku zariadenia. Pre kvantifikáciu stavu vnútorného prostredia budov sa v súčasnosti používajú dva druhy snímačov, a to snímač oxidu uhličitého CO2 a snímač zmesi plynov.

Snímač oxidu uhličitého

Koncentrácia CO2 priamo závisí od obsadenosti priestoru ľuďmi. Preto v objektoch, kde sa nepredpokladá iný zdroj škodliviny, možno dodávku vzduchu do priestoru priamo prispôsobovať počtu užívateľov v danom časovom období. Tým sa zamedzí nadmernému vetraniu a teda aj plytvaniu energiou. Do tejto kategórie môžeme zahrnúť priestory s premenlivým časovým využitím alebo s meniacim sa počtom ľudí ako sú kiná, múzeá, divadelné sály, javiská, školiace miestnosti, kancelárie a podobne. Týmto spôsobom je možné ušetriť 30 až 50 % energie (obr. 2).

Snímač zmesi plynov

Snímače zmesi plynov sa používajú v priestoroch, kde sa predpokladá výskyt rôznych pachov ako je cigaretový dym, pachy ľudského tela, ale aj látky, ktorých produkcia nezávisí od prítomnosti človeka. Vhodnou aplikáciou sú miestnosti pre fajčiarov, reštaurácie, bary, kuchyne, kaviarne, výstaviská, obchodné priestory a športové haly. Výsledné nastavenie parametrov regulácie kvality vzduchu závisí v konečnom dôsledku od pocitov samotných užívateľov (obr. 3).

V súčasnosti sa vyrábajú snímače určené na meranie len jednej fyzikálnej veličiny alebo kombinované, ktoré monitorujú zároveň aj teplotu, relatívnu vlhkosť a koncentráciu CO2, resp. zmesi plynov. V rámci jedného priestoru je možné použiť snímač CO2 a snímač zmesi plynov, ktoré navzájom pôsobia doplnkovo. Napríklad prednáškové sály, kde je cez deň veľká a časovo premenlivá obsadenosť, pôsobí snímač CO2 a po ukončení prevádzky prebiehajú čistiace práce, kedy reaguje snímač zmesi plynov.

Snímače sa vyrábajú v dvoch vyhotoveniach, ako priestorové pre montáž na stenu alebo kanálové pre montáž do vzduchotechnického potrubia. Výber závisí od typu vzduchotechnického systému a špecifických vlastností priestoru. Na základe skúseností z praxe sa odporúča použitie priestorového snímača, ktorý sníma skutočnú hodnotu koncentrácie škodliviny.

Priestorový snímač sa umiestňuje do oblasti reprezentujúcej účinok najdôležitejších zdrojov znečistenia. Osadzuje sa na vnútornú stenu do výšky 1,5 až 3 m, najlepšie v mieste prúdenia vzduchu.

•    Každá samostatne regulovaná zóna musí mať vlastný snímač.
•    Pre menšie miestnosti stačí jeden snímač, pre rozľahlejšie a členitejšie priestory sa navrhuje viac snímačov, pričom dávka vzduchu sa reguluje podľa najvyššej nameranej hodnoty.
•    Pokiaľ je vzduch do priestoru privádzaný viacerými jednotkami, každá jednotka musí mať vlastný snímač, ktorý je inštalovaný v zásobovanej oblasti.

Pokiaľ nie je možné snímač osadiť do priestoru, montuje sa do odvodného vzduchotechnického potrubia.

Stratégia inteligentného riadenia kvality vzduchu (9)

Princíp riadenia kvality vzduchu popíšeme na príklade vzduchotechnického zariadenia s čiastočnou úpravou vzduchu (obr. 4). Informáciu o aktuálnom stave vzduchu poskytuje riadiacemu systému kombinovaný snímač CO2/zmesi plynov. Regulátor na základe veľkosti rozdielu skutočnej hodnoty a žiadanej hodnoty kvality vzduchu pôsobí na ventilátory, prípadne elektrické pohony klapiek (obr. 4).

Obvod regulácie vetrania podľa kvality je doplnený obvodom regulácie teploty vzduchu, ktorý je nezávislý. Teplota vzduchu je meraná snímačom osadeným v priestore. Regulátor teploty na základe vzniknutej regulačnej odchýlky ovláda regulačný ventil ohrievača alebo chladiča, ktoré sú zapojené v sekvencii. Ak je vzduchotechnické zariadenie prevádzkované s podielom obehového vzduchu, jednotka prednostného výberu porovná signál z regulátora kvality a regulátora teploty vzduchu a na základe maximálnej hodnoty pôsobí na pohon klapiek. (obr. 5)

Prepínanie klapiek obvodu miešania vzduchu sa môže realizovať na základe porovnania teplôt (prípadne entalpií) vonkajšieho a obehového vzduchu (obr. 5, priebeh 4). Princíp spočíva v tom, že hlavne v prechodných obdobiach sa na ďalšiu úpravu využíva vzduch, ktorý má nižšiu teplotu. Tým sa zabezpečí úspora chladiacej energie.

Ventilátory zabezpečujúce prúdenie vzduchu v potrubí, môžu byť navrhnuté s konštantným výkonom alebo s premenlivým výkonom, ktorý je možné riadiť stupňovito alebo plynulo [10].

a)    zariadenie s dvojstupňovým ventilátorom [9]

Ak je vzduchotechnická jednotka prevádzkovaná na podiel obehového vzduchu, klapka čerstvého vzduchu je nastavená na hygienické minimum a ventilátor pracuje na prvom stupni otáčok. Pri zhoršovaní kvality vzduchu sa postupne začne otvárať klapka čerstvého vzduchu až do maximálnej polohy, pričom sa adekvátne znižuje podiel obehového vzduchu. Druhý stupeň otáčok ventilátora sa zapína až pri plnom otvorení klapky čerstvého vzduchu. Pokiaľ je jednotka prevádzkovaná len na čerstvý vzduch, klapka čerstvého vzduchu ostáva otvorená v maximálnej polohe počas celej prevádzky. Pri dosiahnutí nastavenej medze koncentrácie škodliviny regulátor prepína ventilátor na druhý stupeň otáčok.

b)    zariadenie s ventilátorom s plynulou reguláciou otáčok [9]

Pre tento spôsob riadenia sa používajú ventilátory s regulovateľnými otáčkami s frekvenčným meničom alebo zmenou napätia. Pri zhoršení kvality vzduchu regulátor zapne ventilátor, ktorý je prevádzkovaný na minimálne otáčky. Klapka čerstvého vzduchu sa otvorí do maximálnej polohy. Pri ďalšom zhoršovaní kvality vzduchu sa otáčky ventilátora plynulo zvyšujú.

Príspevok vznikol za podpory výskumnej úlohy Vega 1/1052/11.

prof. Ing. Dušan Petráš, PhD., Ing. Daniela Koudelková, PhD.
Stavebná fakulta STU Bratislava Ilustračné foto: Stefan Muller-Naumann

Literatúra:
[1]    Petráš,    D. Kotrbatý, M.: Vykurovanie veľkopriestorových a halových objektov. JAGA Bratislava 2007
[2]    CR    1752: Ventilation for Buildings Design Criteria for the Indole Environment
[3]    STN    EN 15 251:
[4]    Fanger,    P. O.: The Philosophy behind the a Komfort Standard. In.: INDOOR AIR 1984, Stockholm 1984
[5]    Packa,    I. Petráš, D.: Nové prístupy k návrhu vetrania vzhľadom na kvalitu vzduchu. Klimatizace č. 84, 4/1993. 9 12 s.
[6]    Firemné    materiály firmy Protronix
[7]    Otte,    L.: Technické prostředky automatizace. Základní měření v důlním prostředí vzhledem k bezpečnosti, přenosové systémy dat v dole. Vysoká škola báňská, TU Ostrava, Hornicko-geologická fakulta, Institut ekonomiky a systémů řízení, 2006 2007
[8]    Demand    Controlled Ventilation System Design. Carrier Corporation, Syracuse, NY2001
[9]    Regeln und Steuern von Luftungs/Klimaanlagen. Firemné podklady firmy Siemens, Nemecko
[10]    Zmrhal V., Lain, M.: Prvky větracích a klimatizačních zařízení (I) 2. část: Ventilátory
[11]    Koudelková, D.: Regulácia vetrania podľa kvality vnútorného vzduchu
1.    časť: Voľba snímača. In: TZB Haustechnik 5/2010, JAGA Bratislava
[12]    Koudelková, D.: Regulácia vetrania podľa kvality vnútorného vzduchu
2.    časť: Voľba stratégie. TZB Haustechnik 6/2010, JAGA Bratislava
[13]    Koudelková, D.: Regulace větrání podle kvality vnitřního vzduchu. In: TZB Haustechnik, 1/2011, Jaga Media, Praha 

zdroj: VYDAVATEĽSTVO EUROSTAV, spol. s r.o.

Páčil sa vám článok?

áno: 173     nie: 124

Odporúč

pošli na vybrali.sme.sk

 

Odporúč známemu


logo © 2007 4-INDUSTRY, s.r.o. Všetky práva vyhradené. Ochrana údajov –  Podmienky poskytnutia služby