Dlaczego naturalna wentylacja prawie zawsze osiąga
advertisement
Dlaczego naturalna wentylacja prawie zawsze osiąga maksymalne granice swoich możliwości? Systemy wentylacyjne w halach produkcyjnych powinny nie tylko dostarczać świeże powietrze, ale również rozpraszać ciepło i usuwać zanieczyszczenia. Strumienie powietrza mogą być przekazywane na dwa sposoby: za pomocą jednostek wentylacyjnych i klimatyzacyjnych lub bez użycia urządzeń – jedynie za pomocą wolnej (naturalnej) wentylacji z wykorzystaniem różnicy ciśnień. Różnice ciśnień powstają wewnątrz hali pod wpływem ciepła wydzielanego w czasie procesów produkcyjnych (ciśnienie ujemne) oraz na zewnątrz hali przez ciśnienie wiatru. Powietrze nawiewane przepływa przez otwory w dolnej części hali, a następnie wylatuje przez otwory w dachu (głównie jest to dym oraz wydzielone spaliny), gdy zyski cieplne zostały pochłonięte (Rys.1). Rys.1 Naturalna wentylacja występuje dzięki wyporom i siłom wiatru w hali wraz ze źródłem ciepła. Rys.2 Wentylacja za pomocą otwartych okien -marnowanie dostarczanego powietrza do hali. Naturalna wentylacja w pomieszczeniach takich jak biura to nic innego jak wentylacja za pomocą otwartych okien. Budynki te mają niższą wysokość pomieszczeń niż hale produkcyjne i magazynowe. Otwarte okna służą do nawiewu, jak i wywiewu zużytego strumienia powietrza. Na Rys.2 został przedstawiony omawiany proces. Rozwiązanie to jest również możliwe na halach, które charakteryzują się niższą wysokością pomieszczeń. W pomieszczeniach, gdzie nie używa się urządzeń wentylacyjnych oraz klimatyzacyjnych, naturalna wentylacja jest idealnym rozwiązaniem ze względu na niskie koszty inwestycyjne, praktycznie nie istniejące koszty eksploatacyjne oraz fakt, że potrzebna energia do obsługi wentylacji oraz klimatyzacji może zostać zachowana. Są to silne atuty, które wzbudzają pytania: w jakim stopniu naturalna wentylacja może zastąpić wentylację mechaniczną? Naturalna wentylacja oraz zyski ciepła Naturalna wentylacja jest różnicą temperatur pomiędzy temperaturą wewnątrz hali, a temperaturą świeżego powietrza. Im różnica jest większa, tym silniejsze (w dużym stopniu), bardziej stabilne prądy ciepła, które pochodzą ze źródła ciepła w hali. W związku z tym zapewniają równomierne rozproszenie zysków ciepła w obiekcie. Duże różnice temperatur pojawiają się, gdy zyski wewnątrz hali są wysokie i / lub temperatura świeżego powietrza jest niska. W rezultacie hale z intensywnym poziomem emisji ciepła szczególnie nadają się do naturalnej wentylacji. Oznacza to, że stabilne prądy ciepła mogą stanowić wysokotemperaturową pracę w sektorze stali, przemysłu szklarskiego oraz kotłów do domów z rozkładem zysków powyżej 800 W/m2 w taki sposób, że wpływy ze zmian atmosferycznych (wysoka temperatura, silny wiatr) stają się bez znaczenia i naturalna wentylacja spełnia wymagania dla zabezpieczonej ekstrakcji ciepła. Biorąc pod uwagę halę o mniejszej emisji ciepła, jak np. sektor obróbki metali z rozkładem obciążenia ok. 150 W/m2, temperatury które występują wewnątrz hali są porównywalne do temperatury świeżego powietrza w okresie letnim lub przede wszystkim do temperatur w skrajnych warunkach pogodowych. Oznacza to, że różnica temperatur pomiędzy temperaturą wewnątrz hali, a temperaturą na zewnątrz może być tak nie wielka, że nie ma już zauważalnej siły napędowej dla naturalnej wentylacji, a to jest dokładnie to co, byłoby najbardziej potrzebne. Dlatego niezależnie od tego, wentylacja naturalna nie może już pełnić swoich funkcji, gdy temperatura świeżego powietrza jest wyższa. Biorąc pod uwagę halę o mniejszej emisji ciepła, jak np. sektor obróbki metali z rozkładem obciążenia ok. 150 W/m2, temperatury które występują wewnątrz hali są porównywalne do temperatur świeżego powietrza w okresie letnim lub przede wszystkim do temperatur w skrajnych warunkach pogodowych. Oznacza to, że różnica temperatur pomiędzy temperaturą wewnątrz hali, a temperaturą na zewnątrz może być tak niewielka, że nie ma już zauważalnej siły napędowej dla naturalnej wentylacji, a to jest dokładnie to co, byłoby najbardziej potrzebne. Niezależnie od tego, wentylacja naturalna nie może już pełnić swoich funkcji, gdy temperatura świeżego powietrza jest wyższa niż temperatura wewnątrz obiektu. W tabeli 1 opisano typowe emisje ciepła w odniesieniu do powierzchni w zależności od rodzaju produkcji. We wszystkich zyskach cieplnych poniżej 800 W/m2, naturalna wentylacja jest możliwa tylko w ograniczonym stopniu. Tabela 1: Szacunkowy opis dotyczący emisji ciepła w odniesieniu do powierzchni ze względu na rodzaj produkcji. Niskie temperatury świeżego powietrza zawsze prowadzą do znacznej różnicy temperatur wewnątrz hali, które zapewniają funkcję wentylacji naturalnej. Ten wariant może być jednak stosowany tylko w ograniczonym zakresie. Powietrze nawiewane, które jest dostarczane do hali ma temperaturę świeżego powietrza i jest indukowane do powietrza w hali na podstawie wzrostu temperatury. Mieszanka powietrza, która jest wynikiem tego procesu musi spełniać kryteria komfortu lub przynajmniej kryteria tolerancji w miejscu gdzie pracują ludzie. Nie można tego osiągnąć przy dowolnej temperaturze i jest ograniczone przez stopień temperatury w którym konieczne jest włączenie ogrzewania. Niezależnie od tego do pracy w wysokich temperaturach można stosować naturalną wentylację tylko wtedy, gdy temperatura świeżego powietrza mieści się w ograniczonym zakresie. Jest to zależne od zysków cieplnych w hali, może być również określane w przybliżeniu pomiędzy 5 °C, a 25 °C. Jeśli temperatura powinna spaść poniżej lub wzrosnąć powyżej wspomnianego zakresu, wymagane będą dodatkowe systemy wentylacyjne. Aby w pełni wykorzystać możliwości, że wentylacja naturalna może być stosowana tylko w wymaganym zakresie temperatur, otwory na powietrze nawiewane i wywiewane muszą przystosować się do zmieniających się warunków w ciągu dnia za pomocą siłowników poprzez system sterowania. Wiatr ma pozytywny wpływ na efekt naturalnej wentylacji. Jednak musi istnieć możliwość ograniczająca jego wpływ – zwłaszcza gdy wiatry są silne. Zakłócenia spowodowane przez wiatr mogą być zastąpione stosowaniem różnorodnych otworów dla powietrza nawiewanego i wywiewanego. Naturalna wentylacja, a zanieczyszczenia Naturalna wentylacja jest powszechnie stosowana w celu rozproszenia zysków cieplnych. Posiada również ograniczoną zdolność do usuwania zanieczyszczeń na hali. W zasadzie niezawodne zdolności z najwyższymi dopuszczalnymi stężeniami (MAC) są niemożliwe z powodu wahań zależnych od pogody. Oznacza to, że zanieczyszczenia, które mają być wywiewane za pomocą naturalnej wentylacji, nie mogą mieć wartości MAC lub być niebezpieczne dla zdrowia. Mogą występować tylko w bardzo niskich stężeniach, które są nieszkodliwe. Naturalna wentylacja oraz filtry świeżego powietrza Systemy wentylacji naturalnej nie są w stanie poradzić sobie z dużymi spadkami ciśnienia na filtrach powietrza nawiewanego ze względu na niewielką różnicę ciśnień. W rezultacie świeże powietrze dostarczane jest do hali bez jakiejkolwiek filtracji wstępnej. Należy zatem zawsze dokładnie sprawdzić, czy naturalna wentylacja będzie odpowiednia dla procesów produkcyjnych. Metody projektowania naturalnej wentylacji Metody projektowania wentylacji naturalnej znacznie różnią się od metod projektowania wentylacji mechanicznej. Kluczowymi czynnikami są różnice ciśnienia, które dotyczą zysków cieplnych wewnątrz hali i na zewnątrz przez wpływ wiatru. Obydwie zmienne mają metody obliczeniowe, które mogą być łączone w odpowiedni sposób w bilansie ciśnień. Podstawowe podejście wyrównuje sumę spadku ciśnienia dynamicznego powietrza wywiewanego i nawiewanego przez otwory w ścianie lub suficie wraz z różnicą ciśnień. W przypadku hal produkcyjnych, zaleca się rozkładać na czynniki pierwsze stopień zanieczyszczenia powietrza w obliczeniach. W rezultacie tylko efektywna część całego zysku cieplnego jest brana pod uwagę, co z kolei prowadzi do niższych wymogów przepływu powietrza nawiewanego. Jak wykazano wcześniej, aby wentylacja naturalna mogła być w pełni wykorzystana, powinna być wyposażona w technologię pomiarów i sterowania. W takich przypadkach można zapisać obliczenia wpływu wiatru i wyrównać je przez technologię pomiaru i kontroli. Jak zaprojektować wentylacje mechaniczną? W praktyce obliczenia wentylacji mechanicznej w halach ograniczają się do mieszania i wymuszania przepływu powietrza wentylacyjnego. Procedury obliczeniowe zysków mogą być użyte do określania przepływu powietrza nawiewanego, które są niezbędne w zależności od temperatury i/lub zysków, które zostaną odprowadzone. Chociaż zasadniczo obliczenia zysków są oświadczeniem neutralnego przepływu powietrza, w praktyce tylko zapewniają wyniki, które mogą być wykorzystane dla przepływu mieszanej wentylacji. Jest tak ponieważ przepływ powietrza nawiewanego określony został przez obliczenia zysków, które nie są wymagane do śledzenia prądów termicznych systemu wentylacji wyporowej. Naturalna wentylacja i jej maksymalne granice możliwości. Można zauważyć, że naturalną wentylację można stosować w budownictwie przy pracy w wysokich temperaturach i to bez żadnych ograniczeń jeśli w budynku nie są wytwarzane zanieczyszczenia. Jest to jedyny warunek na podstawie którego prądy termiczne będą się tworzyć w sposób by były wystarczająco trwale i odporne na skutki zmian pogodowych. W ten sposób funkcja wentylacji jest zapewniona przez cały rok. Dla wszystkich innych aplikacji o mniejszej emisji ciepła w ciągu roku, temperatura świeżego powietrza jest ustawiona zgodnie z dolną i górną granicą według kryteriów komfortu i tolerancji. Przestrzeganie warunków wymaganej temperatury w pomieszczeniach oraz stężenia zanieczyszczeń jest tylko możliwe dzięki wentylacji mechanicznej. Inne możliwe rozwiązanie to system hybrydowy. W systemach tych czynności wentylacyjne w obszarze aplikacji wykonuje się w sposób oszczędzający energię poprzez zastosowanie działania wentylacji naturalnej i mechanicznej, jeśli wentylacja naturalna osiąga swoje maksymalne granice. Na pytanie czy warto dokonać dodatkowych inwestycji, by wygenerować oszczędności energetyczne – można odpowiedzieć tylko za pomocą oceny TCO (całkowite koszty eksploatacji). Systemy wentylacji Odkryj nasze wysoko wydajne, łatwe do przystosowania i elastyczne rozwiązania dla hal oraz dużych powierzchni. Autor Opracowanie własne Hoval Polska
