K vývoji klimatizace (II)

2. Současnost

Větrací a klimatizační technika postupně zasahuje do nejširšího spektra lidské činnosti. Vývoj úpravy vzduchu, který začínal jednoduchými úpravami pro zpříjemnění života či pro zdokonalení výrobních postupů, dospěl do stavu, kdy limitovaná úroveň stavu prostředí je nedílnou součástí většiny nových produktů lidské činnosti. Každá mechanická i chemická technologie, stroj či zařízení, biotechnologie, objekty pro bydlení a shromažďování, dopravní prostředky jsou spojeny se zdroji, přenosem nebo působením látek a energií, které svojí kvalitou nebo kvantitou ovlivňují prostředí. Spektrum působících vlivů (činitelů, faktorů) se rozšiřuje, nové poznatky jsou např. v oblasti elektrických jevů v prostředí.

Tepelný a vlhkostní stav prostředí (ovzduší), proudění vzduchu, jeho čistota a větrání (v místnostech, budovách, halách, dopravních prostředcích i uvnitř strojů a technických zařízení) patří k historicky nejsledovanějším parametrům prostředí, neboť ovlivňují bezprostředně fyzický i psychický stav člověka i funkci technologií.

Všeobecný civilizační technický pokrok i související vývoj větrací a klimatizační techniky ve vědeckotechnickém poznání i v produkovaných výrobcích vedl k postupným změnám v terminologii, formulacím cílů jednotlivých technických systémů. Změny probíhají často rozdílně v různých částech světa - aktivní technický rozvoj vede k definování nových pojmů, často ne zcela přesných, ale později přejímaných i v ostatních zemích. Proto i sjednocení terminologie na národní úrovni je důležitou součástí technického rozvoje, přínosem jsou v tomto směru názvoslovné výkladové slovníky, které vydal jako přílohu časopis VVI [9] a jsou k dispozici i na internetovém portálu TZB-info.

Dnešní rozmanitost procesů a prostředků pro úpravu vzduchu a současně stále se rozšiřující oblast jejich uplatnění přináší nová technická řešení i návrhy a realizace nových klimatizačních systémů. Úprava vzduchu může být velmi jednoduchá (dílčí), pro dodržení pouze některého parametru ovzduší (např. pouze teploty), nebo komplexní (úplná) pro přesné dodržení všech definovaných parametrů.

Lze si proto položit otázku, co je a co již není klimatizace. Tímto tématem se zabývá i František Máca ve svém článku nadepsaném "Klimatizace je když ..." [10]. Pozoruhodné je, že F. Máca nedefinuje klimatizaci striktně a taxativně, ale používá spojky "když", s následným uvedením procesů tepelné a vlhkostní úpravy vzduchu a větrání, které se různě využívají a kombinují v jednotlivých klimatizačních systémech. Rozbor v uvedeném článku odpovídá své době a poukazuje spíše na široké možnosti klimatizace, než na zjednodušená řešení, která vedou k vyslovení výše uvedené otázky.

Tepelný stav prostředí není z hlediska současných poznatků omezen pouze na teplotu vzduchu, ale jako významný parametr (zvláště v tepelném komfortu osob) se projevuje teplota povrchu stěn místností a technologických zařízení. Její vliv se uplatňuje při hodnocení pracovního prostředí podle v ČR platných Nařízení vlády [11], [12] i prostředí ve vytápěných místnostech [13], nebo při dimenzování klimatizačních systémů s chladicími nebo otopnými plochami (např. stropy). I když klasické výpočtové metody úpravy vzduchu v klimatizaci vliv teploty okolních povrchů neuvažují, je třeba v oblasti tepelného komfortu s tímto parametrem počítat a přizpůsobit návrh větracího/klimatizačního zařízení (především teplotu vnitřního vzduchu) danému stavu povrchových teplot.

Klimatizace se tradičně zabývá tepelnou a vlhkostní úpravou vzduchu, větráním (výměnou znehodnoceného vnitřního vzduchu za vzduch venkovní, čerstvý) a prouděním vzduchu, spojeným s filtrací vzduchu. Do historicky starších oborů vytápění a větrání přinesla procesy vlhčení, chlazení vzduchu i odvlhčování vzduchu a automatické řízení procesů úpravy vzduchu v závislosti na venkovních/vnitřních klimatických podmínkách.

Již od počátků klimatizační techniky je známo, že požadovaný stav vzduchu v místnostech může být určen ze dvou hledisek - buď požadavky osob (klimatizace pro komfort) nebo požadavky technologickými (a obdobnými, např. biologickými - rostliny, zvířata). Tyto požadavky definují parametry vzduchu (teplotu, vlhkost) buď ve velmi úzkých mezích pro všechny parametry, nebo se připouští širší rozmezí určujících parametrů, případně některé parametry mohou být až zanedbány.

Klimatizace pro komfort
Jako hlavní určující veličiny tepelného a vlhkostního stavu prostředí se zpravidla uvádí: teplota vzduchu, relativní vlhkost vzduchu, rychlost proudění vzduchu, intenzita turbulence a střední radiační teplota (vyjadřující jedinou veličinou sálavý účinek okolních ploch). Současný vliv teploty vzduchu, střední radiační teploty a rovněž i rychlosti proudění vzduchu zahrnuje pak operativní teplota, která je určující veličinou vyjadřující požadavky na tepelný stav v pracovním prostředí (tj. např. i v administrativních budovách) dle [11], [12].

Relativní vlhkost vnitřního vzduchu je pro potřeby tepelného a vlhkostního komfortu obvykle definována v širokých mezích, dle [11], [12] je to rozmezí 30 až 70 %, i když optimální hodnota se uvádí 50 %. Úprava vlhkosti pak není často nutná v létě; v zimním období, při nízkých teplotách venkovního vzduchu, bez úpravy vlhkosti, limitní relativní vlhkost pak nemusí být dosažena.

Rychlost proudění vzduchu v pásmu pobytu osob v klimatizovaném prostoru je obvykle požadována v úzkém rozmezí 0,1 až 0,2 m/s.

Čistota ovzduší je definována požadavky na limitní obsah škodlivin v ovzduší - pro pracovní prostředí definuje [11] přípustné expoziční limity (PEL) (8 hodinové průměrné hodnoty) a nejvyšší přípustné koncentrace NPK -P (nepřekročitelné hodnoty v max. časovém intervalu 10 minut).

Jednoznačným požadavkem komfortní klimatizace je větrání, tj. přívod výpočtem stanoveného průtoku filtrovaného venkovního (čerstvého) vzduchu a odvod vnitřního (znehodnoceného) vzduchu do venkovní atmosféry. To lze zajistit pouze nuceným přívodem vzduchu. Přirozený přívod vzduchu (okny) je nevhodný a nemůže splnit hygienické požadavky na kvalitu větracího vzduchu.

Klimatizační systém musí zahrnovat i potřebný výkon pro úpravu teploty a vlhkosti venkovního vzduchu (ohřev, chlazení, vlhčení, odvlhčování). Může to být provedeno:

1. v klimatizačních jednotkách určených výhradně pro úpravu venkovního vzduchu,
2. v klimatizačních jednotkách, které upravují smíšený vzduch oběhový a venkovní.

Větrání okny nejen neposkytuje potřebný komfort z hlediska čistoty ovzduší, ale v mnoha případech je prakticky nevyhovující až nemožné pro nadměrný hluk, který otevřeným oknem proniká do "komfortně klimatizovaného" prostoru. Z hlediska tepelné a vlhkostní úpravy je pak zpravidla znehodnocen proces tepelné a vlhkostní úpravy vzduchu v místnosti (neboť průtok přirozeně přiváděného vzduchu je neurčitý) a to i v případě, že projektant s určitým tepelným výkonem pro úpravu venkovního vzduchu počítal a zahrnul jej do výpočtu teploty přiváděného vzduchu.

Klimatizace pro technologii
Jako určující termodynamické veličiny pro technologické procesy se uvádí zpravidla pouze teplota vzduchu a relativní vlhkost vzduchu. Pro mnohá zařízení platí požadované hodnoty celoročně a to ve velmi úzkém tolerančním pásmu.

U technologických zařízení bývá častým požadavkem vysoká kvalita čistoty vnitřního vzduchu, zvláště přísné limity mohou platit pro koncentrace tuhých částic.

Větrání (přívod venkovního vzduchu) u zařízení pro technologii, pokud v místnostech nejsou přítomny osoby, není nutné - což je ovšem poměrně málo častý případ. Samozřejmě i u klimatizačních zařízení pro technologii platí, že je třeba v klimatizované místnosti udržet vyváženou vzduchovou bilanci - průtok odpadního vzduchu je třeba nahrazovat přívodem upraveného venkovního vzduchu.

Definice požadavků pro obě skupiny (komfort, technologie) by měla vždy vycházet ze současných vědeckotechnických poznatků v dané oblasti. Zjednodušování a zanedbávání obecně platných zdravotních i technologických zákonitostí v praxi, při definování požadavků na stav prostředí a jeho kvalitu, vedou ve svých důsledcích k velmi častým zklamáním nad dokončeným dílem.

V odborné literatuře se zpravidla uvádí popisy sofistikovaných klimatizačních systémů, které umožňují splnit náročné komfortní a technologické požadavky. Úvahy nad otázkou "co je ještě klimatizace" zde nenalezneme. Např. prof. Jaroslav Chyský v publikaci Technika prostředí [14] uvádí "Klimatizace je strojní úprava vzduchu zajišťující požadované parametry prostředí (teplotu, vlhkost, proudění, čistotu vzduchu). Některá klimatizační zařízení nejsou úplná, zajišťují jen chlazení a ohřívání nebo ohřívání a vlhčení vzduchu. S klimatizací je spojeno větrání." V podstatě obdobně, jinou formou, popisují klimatizaci i další autoři. Kromě tepelné a vlhkostní úpravy vzduchu, filtrace, proudění vzduchu uvádějí vždy i větrání [15], [16], [17].

Třídění větracích a klimatizačních systémů v odborné literatuře není jednotné, ani v literatuře evropské (např. německé - DIN [19]) a americké (ASHRAE - [20]).

Německá norma DIN spojuje větrací a klimatizační systémy v jeden celek. Třídění větrání a klimatizace zde vychází z pojmu "Lufttechnik" (vzduchotechnika) s dělením na

1. "Raumlufttechnik" (vzduchotechnika místností, prostorová vzduchotechnika),
2. "Prozesslufttechnik" (procesní vzduchotechnika, kam se řadí sušení, technologické odlučování, pneumatický transport aj.). Další třídění v českém překladu:

Vzduchotechnika místností: a) Přirozené větrání, b) Zařízení pro nucené větrání a klimatizaci (Zařízení pro vzduchotechniku místností).

Zařízení pro nucené větrání a klimatizaci: a) Zařízení s větrací funkcí, b) Zařízení bez větrací funkce.

Zařízení s větrací funkcí: a) Větrací zařízení, b) Dílčí klimatizační zařízení, c) Klimatizační zařízení.

Zařízení bez větrací funkce: a) Oběhová zařízení (chápáno jako zařízení bez jakékoliv úpravy vzduchu), b) Dílčí klimatizační zařízení s oběhovým vzduchem, c) Klimatizační zařízení s oběhovým vzduchem, d) Zařízení s otopnými a chladicími plochami.

Americká literatura naproti tomu (např. v terminologickém slovníku ASHRAE [21]) nezná pojem ekvivalentní pojmům "vzduchotechnika" ("Lufttechnik"). Rovněž třídění, obdobné DIN, se v americké literatuře zpravidla nevyskytuje, přednostně jsou popisovány jednotlivé konkrétní systémy. Na rozdíl od německé literatury v obecných popisech, kde se používá pojem "Anlage" (zařízení - i zde však není jednota, používá se i synonymum "System"), nalezneme v anglicky psané literatuře z oboru klimatizace zpravidla pojem "System" (systém), např. "All-air system" (vzduchový systém (ryzí)). V tom české názvosloví odpovídá anglickému. Rovněž českým zvyklostem odpovídá anglický pojem "Equipment" (zařízení, příslušenství), který používá anglická literatura pro jednotlivá technická zařízení, např. "Unitary Equipment" (jednotková zařízení); do kategorie "Equipment" se zařazují např. i "Fans" (ventilátory).

V českém názvosloví z oboru klimatizace se pojmem klimatizační systém označuje funkční koncepce zahrnující typické řazení prvků pro úpravu vzduchu (filtrace, směšování, ohřev, chlazení, vlhčení, odvlhčování) s tříděním podle druhu tekutiny k přenosu tepla a chladu v budově (systémy vzduchové, vodní, kombinované vzduch/voda, chladivové). Další používané třídění je podle počtu místností - zón, ve kterých klimatizační systém upravuje prostředí a v nichž dochází k individuálním změnám tepelné a vlhkostní zátěže (systémy jednozónové a vícezónové). Pojem klimatizační zařízení se používá pro konkrétní (realizované) provedení určitého systému (např. v technické zprávě lze hovořit o "Zařízení č. 1", které je konkrétním provedením např. vzduchového jednokanálového, jednozónového klimatizačního systému).

Typické, hlavní skupiny a podskupiny jednotlivých klimatizačních systémů:

• Vzduchové systémy
  • jednokanálový systém s konstantním průtokem vzduchu
  • jednokanálový systém s proměnným průtokem vzduchu
  • dvoukanálový systém s konstantním průtokem vzduchu
  • dvoukanálový systém s proměnným průtokem vzduchu
• Vodní systémy
  • systém s ventilátorovými konvektory (dvou, tří, čtyřtrubkový - pro rozvod vody)
  • systém s chladicími/otopnými plochami (např. stropy)
• Kombinované systémy vzduch-voda
  • indukční systém (dvou, tří, čtyřtrubkový - pro rozvod vody, jednokanálový pro rozvod vzduchu)
• Chladivové systémy
  • jednozónový systém (split) s konstantním průtokem chladiva
  • vícezónový systém (multisplit) s konstantním průtokem chladiva
  • vícezónový systém (multisplit) s proměnným průtokem chladiva

V praxi i v odborné literatuře nalezneme jistě i další varianty. O uvedených systémech i dalších lze říci - existují, ale ne všechny jsou z různých důvodů (provozních, energetických, stupně komfortu aj.) stejně výhodné (obecně, resp. pro daný případ). Rovněž platí, že jeden systém nelze aplikovat na všechna zadání.

Uvedené systémy umožňují různé stupně úpravy vzduchu, včetně větrání - od nejjednodušší dílčí klimatizace až po klimatizaci úplnou.

Závěr

Klimatizační systém nemusí vždy zajišťovat úpravu všech parametrů - hovoří se o klimatizaci úplné a dílčí. Komfortní klimatizace (úplná i dílčí) zajišťuje kromě jiného vždy i větrání. V technologické klimatizaci je větrání nezbytnou součástí v případech, kdy se v klimatizovaném prostoru vyskytují osoby, nebo kdy je přívod venkovního vzduchu nutný pro zachování větrací rovnováhy.

Klimatizace komfortní úplná slouží celoročně k cílené úpravě dvou termodynamických veličin vzduchu v prostoru (teplota vzduchu, měrná vlhkost vzduchu, relativní vlhkost vzduchu, entalpie vzduchu), zajišťuje proudění vzduchu, čistotu vzduchu v prostoru filtrací a větrání (výměnu vnitřního vzduchu za vzduch venkovní - podle požadovaných dávek venkovního vzduchu pro přítomné osoby, případně pro dosažení větrací rovnováhy při odvodu technologicky znehodnoceného vnitřního vzduchu (odpadního vzduchu) do venkovní atmosféry).

V diskusi se pak vyskytují otázky, zda systémy, které upravují pouze teplotu vzduchu - ohřev, chlazení (např. chladivové systémy, vodní systémy s ventilátorovými konvektory), jsou klimatizací.

Odpovědí je, že za nejjednodušší dílčí komfortní klimatizaci můžeme považovat systém, který celoročně upravuje minimálně jednu termodynamickou veličinu vzduchu (nejčastěji teplotu), zajišťuje proudění vzduchu, čistotu vzduchu (filtraci) a větrání.

Literatura
[9] Kolektiv autorů: Názvoslovný výkladový slovník z oborů vzduchotechniky. Příloha časopisu VVI č. 3, 4, 2001.
[10] Máca, F.: Klimatizace je, když... . Klimatizace, č. 1, 1973.
[11] Nařízení vlády č. 178/2001 Sb., kterým se stanoví podmínky ochrany zaměstnanců při práci.
[12] Nařízení vlády č. 523/2002 Sb., kterým se mění Nařízení vlády č. 178/2001 Sb., kterým se stanoví podmínky ochrany zaměstnanců při práci.
[13] ČSN 06 0210 Výpočet tepelných ztrát budov při ústředním vytápění. Praha, 1977.
[14] Smolík, J. a kol.: Technika prostředí. SNTL Praha, 1988.
[15] Quiston, F., Parker, J.: Heating, Ventilating and Air Conditioning. J. Wiley and Sons. New York, 1977.
[16] Hazashi, T., Howell, R., Shibata, M., Tsuji, K.: Industrial Ventilation and Air Conditioning. CRC Press, Boca Raton, 1990.
[17] Awbi, H.: Ventilation of Buildings. E and FN Spon. London, 1991.
[18] Recknagel - Sprenger - Schramek : Taschenbuch für Heizung und Klimatechnik 2000/2001, 70. Aufgabe. R. Oldenbourg Verlag, München, Wien.
[19] DIN 1946 T1 (10.88): Raumlufttechnik. Terminologie und graphishe Symbole.
[20] 2000 ASHRAE Handbook. HVAC Systems and Equipment. ASHRAE, Atlanta, 2000.
[21] ASHRAE Terminology of Heating, Ventilating & Refrigeration. ASHRAE, Atlanta, 2000.