Vzduchotechnika a klimatizace - teorie

Nevýhody "přirozeného větrání"

Nevýhod přirozeného větrání je mnoho. Jsou haly nebo provozy, kde se ho musíme vzdát a musíme investovat nemalé peníze do vzduchotechnického systému. Je ale mnoho hal a provozů, jenž umělé větrání nepotřebují a nebo ne bezpodmínečně. Zda naše hala potřebuje vzduchotechnický systém nebo ne, tak v tom bychom měli mít jasno ještě dříve, než budeme formulovat zadání pro nabídku na vytápěcí systém. Některé slabosti tohoto větrání spíš hodnotí vlastní halu než princip a tak na toto téma narazíme ještě jednou, v textu kde budeme specifikovat Vaše požadavky na systém. Vzhledem k tomu, že přirozené větrání není žádný výrobek o u kterého bychom mohli vypsat klady a zápory, což je obsahem textu pojednávajícího o rozboru možností, uvedu tuto analýzu na tomto místě.

Přirozená vzduchová výměna je nedostatečná pro provoz v hale

I když by hala mohla větrat přirozeně, musíme někdy montovat vzduchotechniku. Může to být z důvodu, že přirozená vzduchová výměna nestačí a nebo není možné překlenout zhruba dvouhodinové období, kdy má vzduch v hale stejnou teplotu jako venkovní a hala téměř nevětrá. To je případ všech lakoven nebo provozů, kde vznikají škodlivé látky, prach a podobně.

Vzduchotechnika musí být instalovaná také v případě, kdy požadavky na prostředí v hale jsou přísnější než je kvalita venkovního vzduchu. Znamená to, že venkovní vzduch má horší parametry než ty co chceme mít v hale (může to být i teplota). V takovém superhypermarketu nemohou mít na pultech „zaprášené“ ležáky a zákazníci musí být „cool“. Tam si prostě nemohou dovolit otevřít okno, a všechno musí zajistit nucená vzduchová výměna. Bez vzduchotechniky, jenž bude vzduch filtrovat, chladit, ohřívat, vysoušet a nebo naopak zvlhčovat si kromě obchodních center nedokážu představit ani moderní společenské haly nebo pracoviště jenž vyžadují čisté a bezprašné prostředí či stálou teplotu.

Přirozená vzduchová výměna je v konkrétní hale nedostatečná

Nechci se opakovat, tak jen stručný výčet: hala je moc nízká, hala je moc rozsáhlá, hala má minimální tepelnou kapacitu a je postavená tak dokonale, že přirozeně nevětrá.

Ještě několik slov k posledním dvou příkladům. Příjemný chládek v hale s minimální teplotní kapacitou prostě nedosáhneme, na rozdíl od výrobních hal, kde je podlaha posetá několikatunovými rezervoáry chladu (stroje, rozpracovaná výroba, betonová podlaha a konstrukce).

V dokonale těsné hale nejsou problém s větráním v letním provozu. Trochu rozumný projektant navrhne otvírací světlíky a velké množství otevíratelných oken ale v zimě, není možné jen tak otevřít okno. Zaměstnanci u okna ho zavřou, zatímco lidé v prostředku haly ho půjdou znovu otevřít. Otevřené okno vytváří nepříjemné mikroklima, o tom pojednává následující nadpis.

Otevřené okno v zimním provozu u velmi těsné haly

I když je tento problém spíš záležitostí haly a vhodného způsobu vytápění, patří svým charakterem k popisu přirozeného způsobu větrání. Jak již bylo napsáno, dobře postavená hala, jenž má dostatek oken a otevírací světlík nemá problémy s větráním v létě. Může se však stát, že i v zimě hala nedokáže větrat bez oken. To představuje velkou nepříjemnost. Teplota v hale je nerovnoměrná a halu je díky tomu nutné přetápět. Pokud hala nevětrá v celém plášti rovnoměrně a k dosažení optimální vzduchové výměny musíme i v mrazivém počasí otevřít okno, pak velmi zhoršujeme teplotní průběh v pracovní zóně v blízkosti okna (až do 20 metrů ). V praxi se tento případ moc nevyskytuje platí zde známé české přísloví, že je „lepší smrádek a teploučko než čerstvý vzduch a zima“.

Musíme si uvědomit dvě zákonitosti. Jednak že se nám studený vzduch rozlévá po podlaze a za druhé, podlaha tento studený vzduch ohřívá jen na úkor své teploty. Studený vzduch na podlaze si můžeme představit jako kaluž vody. Chová se přibližně stejně. Teplotní zvrstvení jenž všeobecně nazýváme „inverze“ (studený vzduch dole, teplý nahoře) je stabilní a dá nám dost práce ho „rozbít“. Podobný problém nastává například u otevřených nebo netěsných vrat. Touto problematikou ze budu zabývat na mnoha místech těchto textů.

Situace, kdy je v hale dlouhodobě otevřené okno, nemá velký vliv na teplotu ve výšce 1,5 metru. V této výšce bývají teplotní čidla. Rovnoměrnost teploty v této výšce garantují dodavatelé vytápěcích systémů, je to výška, jenž tvoří horní hranici „pracovní zóny“ (ta je uvažovaná od podlahy právě do výšky 1,5 metru). Tak tedy v této výšce bude teplota téměř rovnoměrná v celé hale. Ovšem ve výšce 0,1 metru, bude teplota v hale velmi nerovnoměrná a co je důležité, v poměrně velké části haly bude pod hodnotou 14°C. Pracovníci v této oblasti budou naléhat na obsluhu vytápěcího systému aby zvýšil celkovou teplotu v hale. Bude jim totiž lidově řečeno „táhnout na nohy“. I když bude teplota v úrovni hlavy naprosto dostačující, pro člověka je právě teplota nohou rozhodující pro vnímání tepelné pohody. Více si o tom můžete přečíst v kapitolách, jenž vysvětlují pocitovou teplotu.

Oddělená pracoviště ve velké hale

Pokud hala není vytápěna sálavým systémem a ve výšce 1,5 metru požadujeme teplotu 18°C, je teplota podlahy zhruba 14 až 16°C. Silné ponožky a teplé boty to většinou vyřeší. I když jsou však všechna okna zavřená, jsou v hale podobné teplotní poměry jako na předchozím obrázku, s tím rozdílem, že teplota podlahy nebývá až tak nízká. Do haly samozřejmě proniká studený vzduch pláštěm budovy a zákonitě se rozlévá po podlaze. Kromě infiltrace, se také vzduch ochlazuje od stěn a oken a to napomáhá k vytvoření studené vrstvy u podlahy. Rozdíl teplot je závislý na kvalitě haly a vytápění.

Problém ovšem je, pokud vytvoříme v hale ohrazené pracoviště u stěny objektu, nebo v horším případě v rohu budovy. Tento prostor se naplní studeným vzduchem a teplota bude nízká i ve výšce 1,5 metru nad podlahou. Situaci znázorňuje obrázek. Jedná se o prostory ohrazené pevnou stěnou od podlahy do zhruba dvou metrů. Můžou to být různé skládky, pracoviště s vysokým napětím, a nebo kutlochy a odpočinková místa. Do těchto prostor většinou musíme umístit lokální vytápění a uvažovat o nich, jako by to byly samostatné haly. Jsou k vidění také řešení, kdy studený vzduch z těchto prostor vyháníme ventilátorem, případně naopak do tohoto prostoru dopravujeme teplejší vzduch z horních částí haly. Tlačit teplý vzduch dolů, do prostředí o výrazně nižší teplotě je proti jeho přirozené tendenci stoupat a tak výsledky nemusí být vždy dobré. Je na místě znovu zopakovat základní poučku.

Studený vzduch je těžší než teplý a klesá dolů. Studený a teplý vzduch se spolu dobrovolně nemísí, vytvářejí oddělené vrstvy.

Tohoto efektu je například využito v otevřených mrazících boxech, jenž jsou k vidění v supermarketech. Zde si to můžeme názorně vyzkoušet. V mrazáku je teplota –15°C a přitom pár centimetrů nad hranou boxu je teplota vyšší o zhruba 30°C. Funguje to, i když je box otevřený, bez horního víka (pokud box není ve větru, není třeba ho opatřovat krytem). Jistě také znáte situaci, kdy v parném létě sestupujete do sklepa. Každý schod znamená o 1 až 2 °C nižší teplotu vzduchu. Na podlaze sklepa je teplota rovná teplotě zemské kůry, to znamená zhruba 5 až 7°C. Příkladů je mnoho.

Nekvalitní teplovzdušné vytápění a hala s vysokou infiltrací

Tento problém bude podrobně rozebrán na jiném místě a zde ho uvádím jen z důvodu ucelenosti výčtu nedostatků přirozeného větrání. Týká se vlastně nevhodnosti určité haly pro konkrétní typ vytápění. Podrobně je problém řešen v kapitole Výstupní teploty vzduchu pro vytápění hal.