VENTILACIJA - Prirodna ventilacija je jeftinija za izvedbu, radi bez pomoćne energije, prikladnija je za industrijske pogone, radi bez šumova pod niskim tlakovima i bez posebnog nadzora
Po svome djelovanju, ventilacija može biti mehanička i prirodna. Mehanička ventilacija provodi se pomoću ventilatora koji mogu zrak samo izvlačiti iz prostorije (odsisna ventilacija), samo ubacivati u prostoriju (tlačna ventilacija) ili kombinirana, istodobnim izvlačenjem i ubacivanjem zraka, pri čemu se različitom količinom izvučenog i ubačenog zraka može ostvariti učinak tlačne ili odsisne ventilacije.
Prirodna ventilacija uvijek ima učinak odsisne ventilacije. Ona nastaje prirodnim načinom kao posljedica razlike tlakova zraka u prostoriji i izvan prostorije. Razlika tlakova može nastati zbog gibanja vanjskog zraka djelovanjem vjetra na plohe vanjskih zidova prostorije i/ili razlike gustoće vanjskog i unutarnjeg zraka.
Otvori na zidovima prostorije kroz koje se provodi prirodna izmjena zraka su reške ili zazori na krilima inače zatvorenih prozora i vrata kroz koje zrak struji kao kroz neke sapnice i odvija se bez našeg sudjelovanja, zatim kroz djelomično ili potpuno otvorene prozore i vrata koje povremeno namjerno otvaramo ili pritvaramo.
Ventilacijom kroz zazore ili reške pri zatvorenim prozorima i vratima moguća je prirodna izmjena zraka od oko 0,1 do 0,8 puta na sat, a kod prozora s nadsvjetlom od oko 0,3 do 1,5 puta na sat. Kod klasičnih poluotvorenih prozora moguća je prirodna izmjena zraka od oko 4 do 10 puta na sat, a kod otvorenih oko 7 do 15 puta na sat. No u mnogim slučajevima, posebice kod proizvodnih pogona, takav način ventilacije prostora zadovoljava tek u manjem broju slučajeva, a i često nije prikladan za primjenu. Učinkovitost takvog načina ventilacije ne može se kontrolirati.
Prirodna ventilacija ima prednost pred mehaničkom ventilacijom pomoću ventilatora u tome što je jeftinija za izvedbu, pogon i tehničko održavanje, radi bez pomoćne energije i zato je prikladnija za industrijske pogone u kojima se mora provoditi velika satna izmjena zraka, radi bez šumova, buke, pod niskim tlakovima i bez posebnog nadzora pa je zato pogodna za stambene i slične prostore, npr. obvezatna je u plinskim kotlovnicama, skladišnim prostorima za loživa ulja i sl.
Zatim, prirodnom je ventilacijom obuhvaćen više-manje cijeli obujam prostorije, što je kod mehaničke ventilacije često otežano, jer u 'šumi' zračnih kanala uvijek mogu ostati 'džepovi' nečistog zraka. Loša strana prirodne ventilacije je što nije pouzdana u svim pogonskim i vremenskim uvjetima i njezina učinkovitost ovisi o čimbenicima koje ne možemo uvijek u potpunosti kontrolirati.
Tako npr. pri nenadanoj promjeni smjera vjetra ventilacijski otvori namijenjeni za izlaz zraka mogu odjednom postati otvori za ulaz zraka i time poremetiti cjelokupnu ventilaciju prostorije. Prirodna ventilacija nije pogodna za ventilaciju podrumskih prostorija ako tu ne postoje neki izvori topline koji će temperaturu unutarnjeg zraka uvijek održavati višom od temperature vanjskog zraka.
Iz istog je razloga prirodna ventilacija ljeti manje učinkovita negoli zimi. Zatim, kod prirodne je ventilacije donekle otežana i obrada dovedenog zraka kao što je filtriranje, predgrijavanje, regulacija vlažnosti te iskorištenje topline odvedenog zraka, premda je i to u nekim slučajevima moguće.
Zrak za ventilaciju
Količina zraka potrebna za ventilaciju prostorija općenito se određuje ovisno o učinku koji se ventilacijom želi postići i značajkama kakvoće i fizikalnog stanja zraka kojim se prostorija ventilira.
Potreban protok zraka može biti određen na različite načine. Za jednostavnije primjere, prema potrebnom broju izmjena zraka ovisno o namjeni prostorije, ili prema broju osoba koje borave u prostoriji, a za složenije sustave na bazi proračuna, npr. prema koncentraciji štetnih plinova, prema rashladnom opterećenju ili sl.
Određivanje količine zraka
Empirijske vrijednosti broja izmjena zraka za neke primjere dane su u tablici 1, a u tablici 2 suglasno s DIN 1946 orijentacijske vrijednosti prema tzv. 'obroku' po osobi koje vrijede za temperaturu vanjskog zraka od 0C do 26C. Na nižim ili višim temperaturama ove se vrijednosti mogu smanjiti ili povećati.
Količine zraka prema broju izmjena temelje se na iskustvenim podacima za neke jednostavnije primjere, npr. kada su površina i volumen prostorije odabrani već nekim drugim građevnim ili tehnološkim uvjetima ili propisima i ako se pri aktivnostima u prostoriji ne razvija velika količina topline, štetnih para ili plinova.
Rashladno opterećenje
Rashladno opterećenje je količina toplinske energije koja se mora odvoditi u jedinici vremena da bi se temperatura prostora održavala na unaprijed određenoj vrijednosti. Rashladno opterećenje QR općenito se sastoji od:
- količine topline koju daju osobe Qos,
- količine topline koja se razvija u prostoriji npr. od različitih aparata, uređaja, strojeva, iz tehnološkog procesa i sl. Qproizv.
- količine topline koja dopire iz vanjskog prostora QTR (transmisijski dobitak topline).
Rashladno opterećenje je:
- u zimskom razdoblju: QR = Qos + Qproizv. − QTR
- u ljetnom razdoblju: QR = Qos + Qproizv. + QTR
Treba napomenuti da kod prirodne ventilacije nije uobičajena primjena nekog postupka za rashlađivanje dovedenog zraka. Tako se npr. prirodnom ventilacijom prostori ne mogu ohladiti na nižu temperaturu od temperature vanjskog zraka. Dapače, mogu se i zagrijati ako vanjski zrak ima višu temperaturu. Ali se ipak ventilacijom može spriječiti znatan porast temperature prostora iznad temperature vanjskog zraka. Zbog ventilacije, u zimskom razdoblju dolazi do rashlađivanja prostorija, što je nepovoljno.
Gubici topline nastali ventilacijom nadoknađuju se instaliranjem većeg toplinskog učinka grijaćih tijela, a ako se dovod vanjskog zraka provodi preko posebno za tu namjenu izrađenih otvora, mogu se na otvore ugraditi električni ili parni grijači, nikako toplovodni, jer bi onda kada sustav grijanja prostora nije u pogonu, npr. noću ili kod proizvodnih pogona na neradne dane, moglo doći do smrzavanja vode u grijačima.
Da se prostorije u navedenim uvjetima ne bi previše rashladile, treba osigurati zatvaranje odvodnih otvora, što se može provesti elektromotornim zaklopkama s vremenskim programatorom ili termostatski, da se npr. zaklopke na otvorima otvore tek onda kada temperatura prostora postigne jednu unaprijed predviđenu vrijednost, a kada se snizi, da se zaklopke ponovno zatvore.
Ovo se ne odnosi na skladišne prostore zapaljivih ili otrovnih tvari ili plinske kotlovnice jer za njih postoji propis prema kojem ventilacijski otvori zbog sigurnosti moraju biti tako izrađeni da se ne mogu zatvoriti.
Potrebna količina zraka za odvođenje određene količine toplinske energije izračunava se prema jednadžbama:
V = QR / 0,36(tiz − te) [m3/h] .......... (5) M = QR / 0,28(tiz − te) e [kg/h].......(6)
Oznake u jednadžbama (5) i (6) imaju sljedeća značenja:
V – izmijenjena količina zraka m3/h; M − izmijenjena količina zraka kg/h; QR – rashladno opterećenje prostora W; tiz – temperatura izlaznog zraka C koja se može kod sustava s prirodnom ventilacijom odrediti prema jednadžbi (11); te – temperatura ulaznog (vanjskog) zraka C; e – gustoća ulaznog (vanjskog) zraka prema temperaturi i vlažnosti kg/m3; tiz – temperatura izlaznog zraka C.
Stupanj onečišćenja
U prostorijama gdje se okuplja veći broj osoba, a nema drugih izvora onečišćenja zraka, ventilacija se provodi s ciljem da se nadoknadi disanjem potrošeni kisik, smanji koncentracija izdahnutog CO2 i vlage nastale disanjem, isparivanjem tijela i znojenjem, te odstrane neugodni mirisi. U takvim je primjerima obično zadovoljavajuće ako se potrebna količina zraka odredi prema dopuštenom sadržaju CO2 u zraku prostorija (CO2 max) i sadržaju CO2 u vanjskom zraku (CO2 ok) prema jednadžbi
VZ = VCO2 /(CO2 max − CO2 ok) [m3/h].............. (7)
Dopuštene koncentracije štetnih tvari u atmosferi radnih prostorija u nas su propisane Pravilnikom (NN 92/93) kao MDK (maksimalno dopuštene) i KDK (kratkotrajno dopuštene) vrijednosti.
Otvori na zidovima
Razliku tlakova stvaraju zamišljeni 'stupci' unutarnjeg i vanjskog zraka različitih gustoća. Neutralna crta N-N prikazuje plohu na kojoj nema promjene tlaka. Kada se ventilacija provodi kroz dva otvora jednakih površina, neutralna crta je na sredini između oba otvora. Kada je gornji otvor (otvor za izlaz zraka) manje površine od donjeg otvora (otvor za ulaz zraka), neutralna crta spušta se ispod sredine, a kada je veće površine, neutralna crta se podiže iznad sredine.
U takvom primjeru u prostorijama se pri iznenadnoj promjeni smjera i jačine vjetra, posebice zimi, može osjetiti neugodno uzgonsko strujanje zraka. Da se takva pojava izbjegne, preporuča se da površine donjih (ulaznih) otvora budu nešto veće od površina gornjih (izlaznih) otvora. Obično se uzima omjer A1 : A2 = 1,25.
Za određivanje položaja neutralne crte, razlike tlakova na ventilacijskim otvorima, količine zraka i površine ventilacijskih otvora služe sljedeće jednadžbe
Udaljenost gornjeg otvora (2)
od crte N − N:................................. h2 = H / (A2 / A1)2 ∙ (iz / e ) 1 [m]...(8)
Udaljenost donjeg otvora (1)
od crte N − N:............................... h1 = H − h2 [m]....................................(9)
Srednja gustoća unutarnjeg zraka:. sr = (rz iz) / 2 [kg/m3]...............(10)
Temperatura izlaznog zraka :......... tiz = trz K(Hv − 2) [C]....................(11)
Razlika tlaka na otvoru 1.............. ∆p1 = h1(e − sr)∙g [N/m2]...................(12)
Razlika tlaka na otvoru 2.............. ∆p2 = h2(e − sr)∙g [N/m2]...................(13)
Brzina zraka u otvoru 1................ v1 = (2∙∆p1 / e)0,5 [m/s].........................(14)
Brzina zraka u otvoru 2................ v2 = (2∙∆p2 / iz)0,5 [m/s]........................(15)
Protok zraka kroz otvor 1............. V1s= A1∙μ1∙v1 [m3/s ].............................(16)
V1h = A1∙μ1∙v1∙ 3600 [m3/h ] ............... .(16a)
M1s= A1∙μ1∙v1∙e [kg/s] ........................(17)
M1h = A1∙μ1∙v1∙e∙3600 [kg/h]..............(17a)
Protok zraka kroz otvor 2............. V2s = A2∙μ2∙v2 [m3/s] ...........................(18)
V2h= A2∙μ2∙v2∙ 3600 [m3/h]..................(18a)
M2s = A2∙μ2∙v2∙iz [kg/s].......................(19)
M2h = A2∙μ2∙v2∙iz∙3600 [kg/h] ............(19a)
Površina donjeg otvora 1.............. A1= M1 / 3600∙μ1∙v1∙e [m2].................(20)
Površina gornjeg otvora 2............ A2 = M2 / 3600∙μ2∙v2∙iz [m2].................(21)
e – gustoća vanjskog zraka ovisno o temperaturi i vlažnosti kg/m3; rz – gustoća
kg/m3 zraka temperature trz; trz – granična vrijednost temperature unutarnjeg zraka u radnoj zoni (na visini 2 m od poda prostorije);
K – koeficijent promjene temperature unutarnjeg zraka po visini prostorije. Kod vrućih radioničkih pogona K = 1 do 1,5, za prostorije s normalnim temperaturama visine 2 do 3 m, K = 0,2; μ = koeficijent otpora ventilacijskog otvora (obično oko 0,6... 0,8) prema podacima proizvođača (mrežica, žaluzina ili sl.); g – zemaljska gravitacija 9,81 m/s2;
U tablici 3 prikazane su promjene gustoće zraka ovisno o temperaturi i relativnoj vlažnosti zraka. Osim u slučajevima kada se ventilacija provodi isključivo zbog odvođenja vlage, u svim drugim slučajevima se s dovoljno točnosti može računati s vrijednostima gustoće za suhi zrak ( = 0).
Okomiti kanali
Priključkom prostorije na okomiti zračni kanal znatno se poboljšava učinak prirodne ventilacije. Takvi kanali izrađuju se unutar zgrade uz tople prostorije s izlaznim otvorom preko krova (0,5 m iznad prepreke na krovu u krugu do 15 m). Neutralna crta N – N sada je na vrhu ventilacijskog kanala, pa je u svim prostorijama u neposrednoj vezi mali podtlak.
O tome treba voditi računa pri odabiru mjesta priključka prostorije na ventilacijski kanal. Naime, stvaranjem podtlaka u ventiliranoj prostoriji u prostoriju će ulaziti zrak iz susjednih prostorija u kojima je zrak može biti zagađen neugodnim mirisima i sl., pa će se tako neugodni mirisi prenijeti i u ventiliranu prostoriju. Pravilo je stoga da se u stambenim, uredskim i sličnim objektima izrade odvojeni ventilacijski kanali za sanitarne prostorije, kuhinje i ostali stambeni prostor.
Na isti način treba odijeliti kanale i za ventilaciju uredskih prostorija i proizvodnih pogona. Da bi prirodna ventilacija bila učinkovita, treba osigurati i dovod zraka u ventiliranu prostoriju. Tako npr. vrata sanitarnih prostorija koje su priključene na ventilacijske kanale moraju biti podrezana 2 cm (bez praga) ili moraju imati s donje strane ugrađen otvor površine najmanje 150 cm2.
Dovedeni zrak može biti i vanjski, npr. preko zajedničkog kanala u prizemlju, na koji su priključeni okomiti zračni kanali s priključkom na prostorije koje se ventiliraju.
Podrumska prostorija
Podrumske prostorije mogu se učinkovitije provjetravati ako se vanjski zrak dovodi kanalom do poda prostorije, s tim da otvor za odvod zraka bude ugrađen neposredno pod stropom prostorije, ili se zrak može dovoditi do poda prostorije kroz vanjski zidani kanal, tzv. šaht. Da bi takva ventilacija funkcionirala, na prostoriji ne smije biti drugih otvora za ventilaciju za dovod zraka koji ne bi imali priključeni kanal koji vodi do poda podruma, jer će se u tom slučaju, zbog manjeg otpora, zrak izmjenjivati samo pri stropu, a ne i po cijelom obujmu prostorije.
Krovni produžeci
Ventilacija preko krovnih produžetaka primjenjuje se kod industrijskih objekata za ventilaciju velikih proizvodnih hala. U ovom je slučaju posebice moguće iskoristiti i ventilaciju pod utjecajem vjetra. Najčešće se takav način ventilacije koristi za odvođenje topline.
Kako se u ovakvim slučajevima obično radi o velikim količinama odvedene topline koja se u takvom primjeru ne može iskoristiti, treba u cilju povećanja iskoristivosti toplinske energije od slučaja do slučaja razmotriti opravdanost primjene mehaničke ventilacije, kada je tzv. otpadnu toplinu moguće korisno iskoristiti hlađenjem tog zraka u prikladnim izmjenjivačima.
Osim toga, kod primjene mehaničke ventilacije moguće je provesti i pročišćavanje odvedenog zraka, čime se smanjuje stupanj zagađenja okoliša, pa je to još jedan dodatni razlog pri odluci o načinu izvedbe ventilacije.
Piše: prof. Marijan Šivak
e-mail: marijan.sivak@zg.t-com.hr
Izvor: www.Masmedia.hr