OSNOVE PREZRAČEVANJA PROSTOROV

S prezračevanjem se v prostorih zagotavlja potrebna kakovost zraka, pri čemer se prezračevanje odvija na naravni ali pa na prisilni način.

Potrebna količina zraka za prezračevanje prostorov se določa z ozirom na namembnost prostora, velikosti prostora in delovnemu procesu, ki se v prostoru odvija.

Potrebna množina zraka za prezračevanje se izraža s številom izmenjav svežega zraka na časovno enoto (običajno uro), n´, pri čemer velja,

n´ = V ΦV

, I-114

kjer je ΦV prostorninski tok dovedenega (svežega) zraka v dani prostor, ki zajema prostornino V. Seveda velja, da v stacionarnem stanju enak prostorninski tok (slabega) zraka iz prostora tudi odteka. Poleg izraza I-114 je v uporabi še definicija n = Φ , ki podaja izmenjano prostornino zraka na časovno enoto, podaja jo n.pr. Tabela V, ali pa je podana z množino svežega zraka na enoto časa na osebo, n*, Tabela VI.

V

Naravna ventilacija nastopi kot posledica delovanja vetra toda nastopa tudi v primeru obstoja razlike gostot zraka v danem prostoru in v njegovi okolici. Praviloma zrak vstopa oziroma izstopa v prostore (t.j. izmenjava zraka) skozi posebej za to določene odprtine v konstrukciji. Okna, vrata in posebne namenske ventilacijske odprtine, ki se lahko odpirajo, omogočajo kontrolirano naravno ventilacijo.

Nekontrolirana izmenjava zraka, ki poteka skozi špranje in razpoke v gradbenih elementih (špranje oken, pragovi, netesnosti, itd.) se imenuje infiltracija zraka.

Na zgradbo vpadajoči veter povzroča na različnih mestih zgradbe polje tlačne razlike (relativno glede na stanje tlaka v odsotnosti vetra), ki ga v splošnem ni mogoče enostavno popisati, kajti zavisi od vrste vplivov, kot na pr. oblike in višine zgradbe, vrste fasade, porazdelitev in oblika sosednjih objektov, itd. Na privetrni strani se vzpostavi v splošnem polje povečanega, na vseh drugih delih pa polje nekoliko znižanega tlaka, skica 1.19 in Tabela XIII. Zaradi, na takšen način, vzpostavljene tlačne razlike nastopi pretakanja zraka skozi vse dopustne odprtine v zgradbi.

Zastojni tlak, izražen relativno glede na zunanji zračni tlak, pv, zaradi gibajočih se zračnih plasti, t.j. vetra katerega hitrost je v, ki deluje na površino poljubne točke zgradbe je mogoče izraziti (z uporabo Bernoullijeve enačbe) z naslednjim približnim izrazom:

pv = Cv

2 v2

ρ , I-115

kjer je Cv t. im. koeficient tlaka vetra (je brezdimenzijski koeficient) in v hitrost vetra na dani višini zgradbe. Koeficient tlaka vetra Cv je dobljen na modelnih poiskusih v vetrovnih tunelih in lahko zavzame pozitivno (nadtlak) ali pa negativno vrednost (t.j.

podtlak). Tabela XIII podaja nekatere vrednosti koeficienta tlaka vetra Cv za nekatere vpadne kote (z ozirom na normale na vertikalne površine zgradbe).

TABELA V

Priporočljivo število izmenjav zraka v različnih prostorih na enoto časa

Namembnost prostora Število izmenjav zraka, n, na enoto časa [m³/h]

Bazeni 3....4 Knjižnice 3....5 Običajni delovni prostor 3...6

Šole 3...6 Garaže 4...5 Uradi 4...8 Trgovine 4...8

Gostinski prostori 4...8

Gledališča in kinodvorane 4...8

Sanitarije 4...8

Konferenčne dvorane 6...8

Kuhinje: velike 8....12

srednje 10...20

male 15...30

TABELA VI

PRIPOROČENE VREDNOSTI VOLUMSKEGA PRETOKA ZRAKA PRI PREZRAČEVANJU

Množina svežega zraka na osebo na uro, n*, [m³/h]

priporočljiva Prostornina prostora

na osebo [m³]

najmanjša

prostor za nekadilce prostor za kadilce

3 40 60 80

6 25 40 50

9 20 30 40

12 15 20 30

podtlak podtlak nadtlak podtlak

30⁰ 45⁰

nadtlak podtlak nadtlak podtlak

veter veter

Skica 1.19. Prikazuje tlačno polje, ki se vzpostavi na raznih delih zgradbe zaradi vpliva vetra.

2 Tloris zgradbe

3 4

1 veter Θ

Skica 1.20

TABELA VII

Koeficient tlaka vetra Cv v odvisnosti od lege točke na površini zidu in vpadnega kota vetra. Koeficient Cv podja povprečno vrednost za primer trinadstropne zgradbe.

Lokacija na steni Vpadni kot vetra 0⁰ Vpadni kot vetra 45⁰

št. 1 0.4 0.1

št. 2 -0.2 -0.35

št. 3 -0.3 0.1

št. 4 -0.3 -0.35

Streha: nagib manj kot 10⁰

Lokacija Vpadni kot vetra 0⁰ Vpadni kot vetra 45⁰

spredaj -0.6 -0.5

zadaj -0.6 -0.5

Streha: nagib med 10⁰ in 30⁰

Lokacija Vpadni kot vetra 0⁰ Vpadni kot vetra 45⁰

spredaj -0.35 -0.45

zadaj -0.35 -0.45

Streha: nagib večji kot 30⁰

Lokacija Vpadni kot vetra 0⁰ Vpadni kot vetra 45⁰

spredaj 0.3 -0.5

zadaj -0.5 -0.5

V Tabeli VII negativna vrednost koeficienta tlaka vetra pomeni, da se na dani površini zgradbe ustvarja podtlak, ki posledično povzroči srk zraka iz zgradbe.

Hitrost vetra se v meteorologiji podaja kot hitrost zračnih mas na višini 10 m nad tlemi. Približno korekcijo hitrosti vetra vz na višini z podaja aproksimativna enačba,

vz = v k z^φ I-116

kjer sta k in φ konstanti, ki zavisita od lokacije zgradbe in njene okolice ter sta podani v Tabeli VIII.

TABELA VIII

Koeficienta korekcije hitrosti vetra z višino k φ odprte, ravne površine terena 0.68 0.17 področje s posamezimi vetrovnimi

ovirami 0.52 0.20

urbano okolje 0.35 0.25

lokacija v mestu 0.21 0.33

Tlak v notranjosti zgradbe se lahko približno popiše z izrazom,

pn = Cn

2 v2

ρ , I-117

kjer je ρ gostota zraka in v hitrost vetra in je, zaradi dejstva, da je tlak v okolici zgradbe večinoma podtlak (t.j. pripisana mu je negativna vrednost), zato tlak v notranjosti zgradbe, pn, I-117, prav tako negativna količina. Za primer zgradbe, kjer so odprtine približno enakomerno porazdeljene po vseh površinah znaša koeficient Cn v enačbi zgoraj, Cn = -0.3.

Razlika tlakov, ki nastane zaradi vetra na površinah zgradbe je tedaj popisana z izrazom,

∆pvet = (Cv - Cn) 2 v2

ρ . I-118

Negativna vrednost dobljenega izraza ∆pvet pomeni izsesavanje zraka iz zgradbe.

1.2.1.1 Naravno prezračevanje prostora; nevtralna ravnina

Drugi način spontane izmenjave zraka v prostoru nastopa zaradi razlike gostot zračnih plasti v njem, ρzn, ter v njegovi okolici, ρzz. Ob tem je potrebno navesti, da se znotraj danega prostora, ki je ogrevan, tople (in posledično lažje) zračne plasti nahajajo pod stropom, hladne (težje) plasti pa so porazdeljene na območju nad površino tal. To dejstvo je razvidno na osnovi naslednjega razmisleka. Iz izraza za spremembo hidrostatičnega tlaka z globino sledi,

dp = ρ g dz, I-119

kjer je z-os koordinatnega sistema usmerjena v navpični smeri navzol (tlak raste z globino). Za zrak velja enačba idealnega plina, p V = n R T, kjer je število kilomolov podano z izrazom n = m/M, m je masa zraka in M je molekularna masa zraka (M = 29 kg), torej

ρ = p T R

M I-120

Iz obeh gornjih izrazov sledi,

∫ p p_zn p

dp = T R

g

M

∫

^zdz, I-121

0

p(z) = pzn

RTz Mg

e . I -122

kjer je pzn tlak zraka v prostoru. Za zrak je izraz Mg/RT pri sobni temperaturi enak,

Mg/RT = 1.2 x 10^-4 m^-1 I-123

in zato se lahko dobljeni izraz I-122, v zelo dobrem približku, zapiše kot, p(z) = pzn (1 +

RT

Mgz). I-124

Iz dobljenega izraza sledi, da je – pri konstantni temperaturi T - razlika tlaka (glede na nevtralno ravnino določeno z ravnino v prostoru na kateri je tlak enak pzn) z naraščajočo globino pozitivna (tlak narašča) in znaša,

∆ p = p(z) – pzn = pzn

RT

Mg z, I-125

kjer je (pozitivna) razdalja z merjena od nevtralne ravnine navzdol, skica 1.21. V splošnem se temperatura v zunanjosti, Tzu, razlikuje od notranje temperature Tn. Posledica tega dejstva je pojav tlačne razlike med notranjostjo in zunanjostjo, ki se s koordinato (nivojem) z spreminja.

V splošnem se privzame, da je zračni tlak v zunanjosti, pzz, na višini enaki višini nevtralne ravnine enak zračnemu tlaku v nevtralni ravnini, pzn. Sprememba tlaka v zunanjosti v odvisnosti od spremenljivke z je podana z izrazom I-122,

p(z)zunaj = pzn (1 + RTzu

Mg z) I-126

v notranjosti pa,

p(z)n = pzn (1 + RTn

Mg z) I-127

Tlačno razliko, ∆p, med zunanjim in notranjim tlakom (na enaki vertikalni oddaljenosti z od nevtralne ravnine) podaja izraz,

∆p(z) = p(z)zunaj - p(z)n = pzn

R Mg (

Tzu

1 - Tn

1 ) z I-128

Dobljeni izraz je pozitiven za vse pozitivne vrednosti z, t.j. od nevtralne ravnine proti tlem, če je zunanja temperature Tzu manjša kot je notranja temperatura Tn, torej za Tzu <

Tn. To pomeni, da je p(z)zunaj > p(z)n in zato velja, da je področje med talno površino in nevtralno ravnino v notranjosti prostora področje podtlaka Področje v notranjosti, ki se nahaja nad nevtralno ravnino je opredeljeno z negativno koordinato, - z, in zato je tedaj p(z)zunaj < p(z)n, torej vlada v tem območju nadtlak. Posledica na takšen način nastali gradient tlaka v notranjosti prostora je pojav naravne ventilacije, kjer hladni zrak priteka skozi odprtine pri tleh in odteka skozi odprtine blizu stropa, skica 1.21.

nadtlak pzn

Tzu Tn

pzz nevtralna plast

podtlak z - os

Skica 1.21.

Prav nasprotno od zgoraj navedenega pojava pa velja v primeru, da je zunanja temperatura večja kot je temperatura v notranjosti prostore, Tzu > Tn. Toda vedno je mogoče nekje v področju na sredini med tlemi in stropom najti območje zračnih plasti, ki jim je mogoče pripisati nevtralni tlak, t.j. tlak enak aritmetični sredini nad- in potlaka zračnih plasti pod stropom in nad talno površino (t.j. notranji tlak zraka, pzn). Zaradi obstoja tlačne razlike zračne mase v okolici danega prostora in hladnih zračnih plasti nad talno površino v prostor (skozi odprtine, ki se nahajajo izpod nevtralnega pasu zraka v danem prostoru) priteka zunanji zrak, iz prostora pa zato odteka (skozi podstropne prezračevalne odptine) topli zrak. Opisani potek naravnega prezračevanja poteka tem bolj intenzivno čim večja je temperaturna razlika med notranjim in zunanjim zrakom in čim večja je višinska razlika med prezračevalnima odprtinama pri tleh in pod stropom.

V primeru, da sta tlaka v zunanjosti in nevtralne ravnine različna se izraz I-128 prevede na,

∆p^(not) = z R

M

g (pz - pn) _



 



 −

n

z T

T 1

1 I-129

kjer je R splošna plinska konstanta, R = 8300 J/(kmol K) in M je molekularna masa zraka, M = 29 kg/kmol.

V primeru, da je temperatura v prostoru manjša, kot je temperatura zraka v zunanjosti, tedaj spontani proces prezračevanja poteka v nasprotni smeri kot opisano zgoraj.

V kolikor dani prostor nima vgrajenih prezračevalnih odprtin, tedaj se izmenjava zraka odvija skozi reže in špranje vrat in okenskih okvirov. V zimskih pogojih je privzeto, da je prezračevanje ustrezno v kolikor se na opisani način odvija od 0.3 do 1 kratna izmenjava zraka v prostoru na uro, kar seveda zavisi od velikosti in načina izvedb oken (omarice za rolete) in vrat (pragovi).

Pri večjih prostorih se za namene učinkovitega naravnega prezračevanja vgrajuje prezračevalna okna kar se da visoko, s čimer se doseže, da se nevtralni pas zračne gmote premakne po višini navzgor s težnjo, da po celem prostoru prevladuje območje podtlaka. Na takšen način se poiskuša doseči, da prezračevanje poteka po načelu dimniške izmenjave, pri čemer je potrebno poskrbeti za ustrezen dovod zraka skozi odprtine nad talno površino.

Naravno prezračevanje močno zavisi od temperaturne razlike med zunanjostjo in notranjostjo ter od jakosti vetra. V splošnem je najizrazitejše pozimi, najpotrebnejša pa je običajno prav poleti. Iz zapisanega razloga se naravno prezračevanje izrablja v prostorih, kjer potekajo procesi, ki se odražajo v veliki količini proizvedene toplote.

V splošnem je zato prikladnejše uporabljati prisilno prezračevanje, ki poteka z uporabo številnih ventilatorjev. Poudariti velja, da prisilno prezračevanje poteka kot izsesalno prezračevanje (ustvarja podtlak v prostoru in se ga uporablja za manjše prostore kjer obstaja potreba po hitri in učinkoviti izmenjavi zraka, n.pr. kuhinje, sanitarije, pralnice, digestoriji, itd), tlačno prezračevanje (ustvarja se nadtlak v prostoru in s tem s preprečuje vdor zraka iz sosednih prostorov; zrak izhaja skozi špranje in reže) in sesalno-tlačno prezračevanje (za večje prostore in hale). Prisilno prezračevanje se odvija preko celoletnega obdobja. Da postopek pozimi ne bi povzročil prekomernega hlajanja prostorov se zrak v posebnih prezračevalnih komorah predgreva na sobno temnperaturo, po potrebi pa ga je mogoče hkrati prečiščevati, filtrirati, vlažiti in podobno.

1.2.2 MNOŽINA TOPLOTE PRI PREZRAČEVANJU

Naj bo Tn trenutna vrednost temperature v notranjosti prostora z dobro premešanim zrakom, ki je po predpostavki po celotnem območju enaka. Ker se z izmenjavo zraka prenaša tudi toplota je zato temperatura Tn funkcija odvedene ali dovedene toplote in zaradi prezračevanja je torej v splošnem funkcija časa, torej Tn = Tn(t). Zaradi dnevnih temperaturnih nihanj zraka, zaradi vrremenskih vplivov in podobno, je tudi zunanja temperatura zraka, Tz, funkcija časa, Tz = Tz(t). V primeru, da se pri enkratnemu prezračevalnemu ciklu zamenja prostornina V zraka, je tedaj pri n´

izmenjavah zraka (v časovni enoti) prostoru odvzeti (ali dodani) toplotni tok Pz zaradi konvekcije zraka tedaj enak,

Pz = n´ V ρ cp [Tz(t) - Tn(t)] I-130

In document GRADBENA FIZIKA (Delovno gradivo) (Strani 40-47)