1

Kurs: Roboty związane z montażem i remontem instalacji wentylacyjnych i instalacji klimatyzacyjnych

Źródło: www.fotolia.com

KURS

Roboty związane z montażem i remontem instalacji wentylacyjnych i instalacji klimatyzacyjnych

MODUŁ Mikroklimat pomieszczeń i klimat zewnętrzny, zyski ciepła

2

Kurs: Roboty związane z montażem i remontem instalacji wentylacyjnych i instalacji klimatyzacyjnych

5 Mikroklimat pomieszczeń i klimat zewnętrzny, zyski ciepła

5.1 Parametry powietrza wewnętrznego i powietrza zewnętrznego

5.1.1 Parametry powietrza wewnętrznego

Nasze samopoczucie jest kształtowane przez szereg różnych parametrów powietrza wewnętrznego. Najważniejsze z nich to1:

temperatura – zapewnia tzw. komfort cieplny i decyduje o naszym samopoczuciu i wydajności. Optymalne temperatury uzależnione są (oprócz indywidualnych wymagań) od pory roku i aktywności fizycznej, ale jako przedział uniwersalny można podać 18-24°C;

wilgotność (zawartość pary wodnej) – powinna wynosić od 40 do 60% (średnio). Zbyt niska powoduje wysuszenie błon śluzowych i choroby dróg oddechowych, natomiast zbyt wysoka – zmęczenie, niedotlenienie, dekoncentrację. Zbyt wysoka wilgotność sprzyja rozwojowi zarodników grzybów pleśniowych;

prędkość cyrkulacji powietrza – nie powinna przekraczać 0,2 m/s (większa wartość jest odczuwana jako przeciąg). Zbyt mała powoduje powstawanie „zagłębi” dwutlenku węgla (np. w narożnikach pomieszczeń jest duszno);

jonizacja powietrza (elektroklimat) – jony dodatnie (wytwarzające się na skutek promieniowania elektromagnetycznego emitowanego przez urządzenia biurowe, monitory itp.) pogarszają samopoczucie. Jony ujemne są charakterystyczne dla środowisk naturalnych – np. lasów;

proporcja tlen/dwutlenek węgla – dla dobrego samopoczucia konieczna jest nie tylko obecność tlenu, ale też odpowiednie jego stężenie. Zbyt niska wartość powoduje niedotlenienie. Zbyt wysokie stężenie dwutlenku węgla w powietrzu stanowi zagrożenie dla układu oddechowego;

zawartość substancji organicznych (np. formaldehyd) – trujące substancje organiczne nawet w niewielkim stężeniu powodują zmęczenie, senność i dekoncentrację. W większych stężeniach są po prostu niebezpieczne;

zawartość cząstek stałych – przede wszystkim kurzu i dymu papierosowego. Cząstki te powodują poczucie dyskomfortu, a jednocześnie wpływają negatywnie na układ oddechowy;

zawartość alergenów – roztoczy, zarodników grzybów, zarodników pleśni, pyłków roślin. Są niebezpieczne nie tylko dla alergików, ale też dla osób zdrowych – mogą u nich wywołać reakcję alergiczną;

zawartość mikroorganizmów (wirusów, glonów, bakterii) – organizmy te stanowią zagrożenie dla naszego zdrowia.

1 http://www.e-instalacje.pl/a/3242,co-to-jest-klimatyzacja

3

Kurs: Roboty związane z montażem i remontem instalacji wentylacyjnych i instalacji klimatyzacyjnych

5.1.2 Parametry powietrza zewnętrznego

Przy projektowaniu urządzeń wentylacyjnych i klimatyzacyjnych wymagane jest stosowanie normy PN-76/B-03420, która określa parametry obliczeniowe powietrza zewnętrznego. Kluczowe parametry charakteryzujące powietrze zewnętrzne to2:

temperatury termometru suchego – temperatura powietrza odczytana z suchego termometru;

temperatury termometru mokrego – najniższa temperatura, która może powstać w wyniku parowania przy niezmiennym ciśnieniu;

wilgotność właściwa powietrza;

wilgotność względna powietrza;

entalpia powietrza.

Dodatkowo przy projektowaniu należy uwzględnić także natężenie promieniowania słonecznego, określone jako stosunek promieniowania słonecznego na jednostkę powierzchni.

5.2 Zyski ciepła w pomieszczeniach

5.2.1 Zyski ciepła i pary wodnej wydzielanej przez ludzi

Ciepło wydzielane przez ludzi powstaje w wyniku czynności fizjologicznych. Moc cieplna oddawana przez organizm człowieka składa się z3:

ciepła jawnego – oddawanego w wyniku konwekcji i promieniowania;

ciepła utajonego – oddawanego na skutek oddychania i parowania ze skóry w postaci pary wodnej.

Ciepło wydzielane przez organizm człowieka jest zależne głównie od aktywności człowieka i charakteru wykonywanej przez niego pracy. Temperatura otoczenia wpływa na proporcję ilości ciepła oddawanego jawnie oraz ciepła utajonego4.

5.2.2 Zyski ciepła od oświetlenia elektrycznego

Oświetlenie w znacznym stopniu zamienia pobraną energię elektryczną w ciepło, jakie przedostaje się do otoczenia.

Zyski ciepła od oświetlenia zależą od przeznaczenia obiektu, np. w sklepach, gdzie znajdują się podświetlane wystawy, zyski od oświetlenia będą znacznie większe niż w biurach. Przyjmuje się, że dla biur zyski ciepła od oświetlenia wynoszą ok. 15-20 W na każdy metr kwadratowy powierzchni podłogi.

2 http://www.zofia.pl/mikroklimat.htm 3 Krygier K., Klinke T., Sewerynik J., Ogrzewnictwo, wentylacja, klimatyzacja, WSiP, Warszawa 2007 4 Tamże

4

Kurs: Roboty związane z montażem i remontem instalacji wentylacyjnych i instalacji klimatyzacyjnych

Moc pobierana przez źródła światła jest przekazywana do otoczenia przez konwekcję i promieniowanie. Promieniowanie, które pada na przegrody budowlane, zamienia się w ciepło, a ogrzane przegrody następnie to ciepło akumulują. Wraz z upływem czasu ilość akumulowanej energii cieplnej maleje5.

5.2.3 Zyski ciepła przez przegrody przezroczyste w wyniku nasłonecznienia

Zyski ciepła przenikającego przez szyby są czynnikiem dominującym w zyskach ciepła pomieszczenia.

Na wszystkie obiekty na powierzchni Ziemi oddziałuje promieniowanie bezpośrednie i promieniowanie z przestrzeni otaczającej (pochodzące z atmosfery, ziemi, chmur, sąsiadujących obiektów itp.), zwane rozproszonym.

Natężenie promieniowania słonecznego jest zależne od szerokości geograficznej, pory dnia, pory roku, właściwości atmosfery. Strumień cieplny przechodzący przez przegrody przezroczyste zostaje od niej odbity, częściowo przez nią pochłonięty, a częściowo przechodzi do pomieszczenia. Strumień przepuszczony pada na różne części i obiekty pomieszczenia, zamieniając się zazwyczaj głównie w ciepło, które zostaje akumulowane przez przegrody6.

Rysunek 5.1 Schemat przechodzenia energii słonecznej

Źródło: http://www.izolacje.com.pl/images/editor/stories/temat-miesiaca/Izolacje_Oslony_przeciwsloneczne_rys_1.jpg

5 Tamże 6 http://www.dbc.wroc.pl/Content/12115/SiM_z.147_p.pdf

5

Kurs: Roboty związane z montażem i remontem instalacji wentylacyjnych i instalacji klimatyzacyjnych

Cień rzucany na okno powoduje zmniejszenie zysków ciepła od nasłonecznienia. Trzeba to uwzględnić, umieszczając w okolicy okien różne elementy mogące powodować zacienianie.

5.2.4 Zyski ciepła przez przegrody nieprzezroczyste w wyniku nasłonecznienia

Ciepło, które przenika do pomieszczenia z zewnątrz przez przegrody budowlane nieprzezroczyste jest wynikiem działania różnicy temperatur powietrza i promieniowania słonecznego7. Obydwa te zjawiska należy rozpatrywać łącznie, gdyż ich rezultaty są ze sobą powiązane i wzajemnie uzależnione.

5.2.5 Zyski ciepła i pary wodnej w wyniku infiltracji powietrza

Wszystkie przegrody budowlane w jakimś stopniu przepuszczają powietrze. Nieszczelności zewnętrznych przegród budowlanych występują przede wszystkim w konstrukcjach okien i drzwi8.

Wyróżniamy 2 rodzaje przemieszczania się powietrza przez nieszczelności przegród budowlanych9:

infiltracja – czyli jego napływ;

eksfiltracja – czyli jego odpływ.

Powyższe zjawiska zachodzą pod wpływem 2 czynników:

różnicy temperatury, a tym samym gęstości powietrza po dwóch stronach przegrody;

nadciśnienia wywołanego parciem wiatru na przegrody zewnętrzne.

Infiltracja odgrywa większą rolę zimą, lecz wtedy wynikiem jej działania są straty ciepła uwzględniane w obliczeniach całkowitych strat ciepła pomieszczenia. Latem uwzględnia się praktycznie tylko infiltrację powietrza powstałą w wyniku działania wiatru.

5.2.6 Zyski cieplne od silników i maszyn

Ciepło wydzielane przez silniki i maszyny powstaje w wyniku ich pracy. Zyski ciepła należy przyjmować na podstawie rzeczywistych mocy urządzeń zainstalowanych w pomieszczeniu10.

7 Krygier K., Klinke T., Sewerynik J., Ogrzewnictwo, wentylacja, klimatyzacja, WSiP, Warszawa 2007 8 Tamże 9 Tamże 10 Tamże

6

Kurs: Roboty związane z montażem i remontem instalacji wentylacyjnych i instalacji klimatyzacyjnych

5.3 Komfort cieplny, mikroklimat pomieszczeń, jakość powietrza wewnętrznego

5.3.1 Mikroklimat11

Komfort termiczny jest, obok jakości powietrza wewnętrznego, poziomu hałasu, czy wystroju wnętrza, istotnym elementem pozytywnego odbioru otaczającego środowiska. Z uwagi na stale wydłużający się czas spędzany w pomieszczeniach, w których warunki środowiska są sztucznie kształtowane przez urządzenia klimatyzacyjne – zarówno w życiu zawodowym, jak i pozazawodowym – niezbędne jest zaprojektowanie parametrów powietrza wewnętrznego w taki sposób, aby przebywanie w nich nie prowadziło do zaburzeń zdrowotnych.

Między człowiekiem a otoczeniem stale odbywa się przepływ energii cieplnej, którego kierunek zmienia się wraz ze zmianą temperatury ciała ludzkiego i warunków otoczenia, zwanych łącznie mikroklimatem. Warunki mikroklimatyczne kształtują się pod wpływem naturalnych czynników klimatycznych oraz w wyniku świadomej lub nieświadomej działalności człowieka. Składają się na nie: temperatura powietrza, wilgotność powietrza, prędkość ruchu powietrza, ciśnienie atmosferyczne, temperatura otaczających powierzchni ścian, stropów, podłóg i wszelkich przedmiotów.

5.3.2 Komfort cieplny12

Komfort cieplny – jest to taki zespół wartości parametrów meteorologicznych, przy którym większość ludzi czuje się najlepiej i nie odczuwa ani ciepła, ani chłodu. Są to takie warunki, w których gospodarka cieplna ustroju człowieka przebiega najbardziej ekonomicznie, czyli stan równowagi między ustrojem a otoczeniem, w którym utrata ciepła drogą bierną jest minimalna, a czynna się jeszcze nie zaczęła.

Odczucia termiczne człowieka odnoszą się głównie do równowagi cieplnej całego ciała. Na równowagę tę wpływa:

aktywność człowieka;

odzież, jaką ma na sobie;

parametry otoczenia:

− temperatura powietrza,

− średnia temperatura promieniowania,

− prędkość przepływu powietrza,

− wilgotność względna.

Na podstawie badań prof. Ole Fangera opracowano normę ISO, według której wrażenia cieplne ciała ludzkiego przewiduje się za pomocą wskaźników PMV i PPD13.

11 http://www.ciop.pl/28307.html 12 http://www.ee.put.poznan.pl/zasoby/kich/06klimaichl.pdf 13 PN-85/N-08013, Ergonomia. Środowiska termiczne umiarkowane. Określenie wskaźników PMV, PPD i wymagań dotyczących komfortu termicznego

7

Kurs: Roboty związane z montażem i remontem instalacji wentylacyjnych i instalacji klimatyzacyjnych

Z doświadczeń inżynierów klimatyzacji wynika, że optymalne warunki dla ludzi wykonujących lekką pracę (np. pracę biurową) występują przy jednoczesnym spełnieniu następujących parametrów powietrza wewnętrznego14:

temperatura:

− lato 23-26˚C,

− zima 20-24˚C;

wilgotność względna:

− 40-60% (minimalnie 35%, maksymalnie 65%);

prędkość powietrza w strefie przebywania ludzi:

− 0,2-0,5 m/s.

Oprócz odczuć termicznych, równie istotnym elementem komfortu jest przebywanie w czystym powietrzu o odpowiedniej zawartości tlenu. Proces technologiczny również może wymagać zapewnienia odpowiedniego mikroklimatu15. Obok określenia optymalnych parametrów powietrza wewnętrznego ważnym elementem jest także utrzymanie założonych tolerancji wahań temperatury i wilgotności względnej czy prędkości powietrza. Nierzadko i proces technologiczny wymaga utrzymania odpowiedniej czystości powietrza (mechanicznej, chemicznej, mikrobiologicznej).

Rysunek 5.2 Klimatyzacja

Źródło: www.fotolia.com

14 http://airsys.pl/klimatyzacja 15 http://www.klimaconnect.pl/1,2,31,klimatyzacja-troche-historii.html

8

Kurs: Roboty związane z montażem i remontem instalacji wentylacyjnych i instalacji klimatyzacyjnych

Wentylacja, klimatyzacja i ich instalacja muszą być przygotowane do zapewnienia wymaganych przez użytkownika warunków wewnętrznych w każdych warunkach meteorologicznych.

Na podstawie badań sporządzono tablice z obliczeniowymi parametrami zewnętrznymi, takimi jak: temperatura, wilgotność powietrza, wietrzność i nasłonecznienie. Dane takie publikuje m.in. US The Department of Energy na stronie weather data – są to informacje zebrane z 6 kontynentów i ponad 100 krajów na świecie16.

Na terenie Polski parametry obliczeniowe powietrza zewnętrznego określa norma PN-76/B-0342017.

5.3.3 Jakość powietrza wewnętrznego

Warunki panujące w pomieszczeniu można w prosty sposób opisać i zmierzyć. Kilka podstawowych parametrów decyduje o tym, czy powietrze, którym oddychamy, jest dla nas zdrowe i czy czujemy się komfortowo18.

Ważny jest skład powietrza, czyli zawartość tlenu oraz jego czystość. Choć powietrze zewnętrzne coraz trudniej uznać za czyste, i tak stężenie zanieczyszczeń jest w nim zawsze kilku- lub nawet kilkunastokrotnie mniejsze niż w budynku.

Określenie składu i czystości powietrza wewnętrznego nie jest proste. Dlatego przy uproszczonym badaniu jakości powietrza, przyjmuje się za punkt odniesienia zawartość dwutlenku węgla (CO2). Określone są graniczne progi zawartości dwutlenku węgla, które uznaje się za miernik jakości powietrza.

Zawartość dwutlenku węgla w powietrzu określa się jednostką ppm – określającą liczbę cząstek pierwiastka chemicznego (w tym wypadku CO2) na milion cząstek roztworu (w tym wypadku powietrza). Choć w Polsce, a także w wielu innych krajach nie ma jasno postawionych wymagań w zakresie zawartości CO2 w powietrzu wewnętrznym, przyjmuje się, że nie powinna ona wynosić więcej niż 1000 ppm. Dla porównania zawartość CO2 w czystym powietrzu atmosferycznym wynosi około 350-450 ppm. Stężenie CO2 w pomieszczeniu zależy w znacznym stopniu od ilości powietrza świeżego doprowadzanego z zewnątrz19.

Ilość świeżego powietrza, jaką należy zapewnić każdemu użytkownikowi pomieszczenia w poszczególnych typach budynków, określają przepisy.

W mieszkaniach, budynkach zamieszkania zbiorowego, budynkach użyteczności publicznej, konieczne jest zapewnienie dla każdej osoby 20 m3 świeżego powietrza na godzinę. Jeżeli w pomieszczeniach nie otwierają się okna, trzeba zapewnić dopływ większej ilości powietrza – 30 m3/h/osobę, a gdy jest dopuszczone palenie – 50m3/h/os.

16http://apps1.eere.energy.gov/buildings/energyplus/weatherdata_about.cfm?CFID=175500&CFTOKEN=f8e2e8c31b9af466-C3D1FB01-E1D2-7244-F7912E061747B23C&jsessionid=38F3BE5C09C2799A8004C10C5091F604.eere 17 http://www.ansat.pl/klimatyzacyjne.htm 18 http://www.wentylacja.org.pl/pages-78.html?profile=1 19 http://www.wentylacja.org.pl/pages-78.html?profile=1

9

Kurs: Roboty związane z montażem i remontem instalacji wentylacyjnych i instalacji klimatyzacyjnych

W wielu obiektach, na przykład w dużych pomieszczeniach biurowych, ilość powietrza świeżego może być nawet większa. Ważny jest jednak sposób jego doprowadzenia. Konieczne jest takie rozprowadzenie powietrza po pomieszczeniu, aby docierało jednakowo do wszystkich jego użytkowników. W tym wypadku równomierne nawiewanie powietrza do całej przestrzeni nie zawsze może się okazać korzystne, gdyż osoby w nim przebywające mogą być rozlokowane w różnych częściach pomieszczenia, z różnym zagęszczeniem.

Nawiewanie powietrza w sposób równomierny, przewidziany przez projektanta instalacji, jest możliwe tylko w systemach wentylacji mechanicznej20.

Temperatura w pomieszczeniu – temperatura powietrza wewnętrznego. Odczuwanie temperatury jest dosyć subiektywne. Jednak należy pamiętać także o czynnikach obiektywnych. Ważna jest bowiem temperatura powietrza nawiewanego do pomieszczenia. Nawiewanie powietrza zbyt chłodnego może powodować znaczny dyskomfort użytkowników siedzących w zasięgu strugi powietrza nawiewanego, mimo że średnia temperatura w pomieszczeniu będzie akceptowana przez większość osób. Podobnie negatywnie może być odczuwana prędkość nawiewanego powietrza. Zbyt duża prędkość nawiewu także spowoduje dyskomfort.

Bardzo istotna jest także tzw. wilgotność względna powietrza w pomieszczeniu. Zalecany zakres wilgotności zimą to 40-60% (przy założonej temperaturze 18-20°C), jednak nie mniej niż 30%. Latem natomiast wilgotność nie powinna przekraczać 70%.

Wilgotność wychodząca poza zalecane granice (w górę i w dół) powoduje dyskomfort. Ponadto zbyt duża wilgotność stwarza ryzyko wykraplania się wilgoci na zimnych fragmentach pomieszczeń. Najczęściej wykraplanie występuje na szybach okiennych, w okolicy okien oraz na lustrach w łazienkach.

Wilgotność względna jest ściśle powiązana z temperaturą powietrza. Ten wskaźnik informuje o tym, jaka jest zawartość wilgoci w powietrzu o danej temperaturze – w stosunku do zawartości wilgoci, która powodowałaby wykraplanie pary wodnej. Oznacza to, że ta sama ilość wody w postaci pary wodnej rozcieńczonej w powietrzu będzie dawała inną wilgotność względną w różnych temperaturach.

Im niższa jest temperatura powietrza, tym mniej wilgoci potrzeba, aby doszło do skroplenia pary wodnej. To dlatego zimą łatwiej o skraplanie pary wodnej, mimo że zawartość wilgoci w powietrzu jest mniejsza niż latem21.

20 Tamże 21 http://www.wentylacja.org.pl/pages-78.html?profile=1

10

Kurs: Roboty związane z montażem i remontem instalacji wentylacyjnych i instalacji klimatyzacyjnych

5.4 Literatura

5.4.1 Literatura obowiązkowa

Krygier K., Klinke T., Sewerynik J., Ogrzewnictwo, wentylacja, klimatyzacja, WSiP, Warszawa 2007;

PN-85/N-08013, Ergonomia. Środowiska termiczne umiarkowane. Określenie wskaźników PMV, PPD i wymagań dotyczących komfortu termicznego.

5.4.2 Literatura uzupełniająca

Więcek M., Poradnik dla ucznia. Wykonywanie i eksploatacja instalacji wentylacyjnych i klimatyzacyjnych, Instytut Technologii Eksploatacji, Państwowy Instytut Badawczy, Radom 2007.

5.4.3 Netografia

http://airsys.pl/klimatyzacja;

http://apps1.eere.energy.gov/buildings/energyplus/weatherdata_about.cfm?CFID=175500&CFTOKEN=f8e2e8c31b9af466-C3D1FB01-E1D2-7244-F7912E061747B23C&jsessionid=38F3BE5C09C2799A8004C10C5091F604.eere;

http://wentylacja.org.pl/pages-83.html;

http://www.ansat.pl/klimatyzacyjne.htm;

http://www.ciop.pl/28307.html;

http://www.dbc.wroc.pl/Content/12115/SiM_z.147_p.pdf;

http://www.ee.put.poznan.pl/zasoby/kich/06klimaichl.pdf;

http://www.e-instalacje.pl/a/3242,co-to-jest-klimatyzacja;

http://www.klimaconnect.pl/1,2,31,klimatyzacja-troche-historii.html;

http://www.klimatyzacja.pl/klimatyzacja/parametry-obliczeniowe-powietrza-zewnetrznego;

http://www.klimatyzacja.pl/wentylacja/ogolne-parametry-powietrza-wewnetrznego-carline;

http://www.zofia.pl/mikroklimat.htm.

5.5 Spis rysunków

Rysunek 5.1 Schemat przechodzenia energii słonecznej ................................................................ 4

Rysunek 5.2 Klimatyzacja ............................................................................................................................ 7

11

Kurs: Roboty związane z montażem i remontem instalacji wentylacyjnych i instalacji klimatyzacyjnych

5.6 Spis treści

5 Mikroklimat pomieszczeń i klimat zewnętrzny, zyski ciepła ............................................... 2

5.1 Parametry powietrza wewnętrznego i powietrza zewnętrznego ................................................ 2 5.1.1 Parametry powietrza wewnętrznego ...................................................................................................................... 2 5.1.2 Parametry powietrza zewnętrznego ........................................................................................................................ 3

5.2 Zyski ciepła w pomieszczeniach ................................................................................................................. 3 5.2.1 Zyski ciepła i pary wodnej wydzielanej przez ludzi .......................................................................................... 3 5.2.2 Zyski ciepła od oświetlenia elektrycznego ............................................................................................................ 3 5.2.3 Zyski ciepła przez przegrody przezroczyste w wyniku nasłonecznienia ................................................ 4 5.2.4 Zyski ciepła przez przegrody nieprzezroczyste w wyniku nasłonecznienia .......................................... 5 5.2.5 Zyski ciepła i pary wodnej w wyniku infiltracji powietrza ............................................................................. 5 5.2.6 Zyski cieplne od silników i maszyn ........................................................................................................................... 5

5.3 Komfort cieplny, mikroklimat pomieszczeń, jakość powietrza wewnętrznego ..................... 6 5.3.1 Mikroklimat ......................................................................................................................................................................... 6 5.3.2 Komfort cieplny ................................................................................................................................................................. 6 5.3.3 Jakość powietrza wewnętrznego ............................................................................................................................... 8

5.4 Literatura .......................................................................................................................................................... 10 5.4.1 Literatura obowiązkowa ............................................................................................................................................. 10 5.4.2 Literatura uzupełniająca ............................................................................................................................................. 10 5.4.3 Netografia .......................................................................................................................................................................... 10

5.5 Spis rysunków ................................................................................................................................................. 10