K čemu je dobrá klimatizace v budovách
Úprava teploty a vlhkosti vzduchu a větrání patří k historicky nejsledovanějším parametrům prostředí, které ovlivňují bezprostředně fyzický i psychický stav člověka i funkci technologií. Počátky klimatizace, založené na přirozených principech proudění, přenosu tepla a vlhkosti, nalezneme již v minulosti. V Indii, za horkého období, bylo využíváno intenzivního stabilního proudění větru - přes otvory na návětrné straně budov byly zavěšovány vlhčené rohože k chlazení vzduchu vypařováním. Prvky úpravy vzduchu, které formovaly klimatizaci byly uplatněny v Anglii v druhé polovině 19. století v několika budovách (parlament v Londýně, koncertní hala v Liverpoolu). Historicky první záznamy o komfortní klimatizaci jsou od amerického lékaře a technika Dr. Johana Gorrie, jehož návrhy vycházely z lékařských zkušeností s malárií - v roce 1844 navrhuje, aby "domy v teplých krajinách byly stavěny s tepelnou izolací a aby byly vydávány prostředky na snížení teploty a zmenšení vlhkosti vzduchu".
K podstatnému pokroku v klimatizační technice přispěly vědecké práce Dr. W. H. Carriera, který v roce 1904 publikoval první prakticky použitelný psychrometrický diagram - základní pomůcku pro navrhování klimatizačních zařízení. V Československu, v třicátých letech minulého století, vzniklo několik firem zabývajících se výrobou a dodávkami větracích a klimatizačních zařízení - v roce 1935 byly vybaveny klimatizací, podle koncepce firmy Carrier, budovy Penzijního ústavu na Žižkově a Elektrických podniků u Hlávkova mostu v Praze.
Klimatizační technika v průběhu minulého století až do dnešní doby prodělala výrazný rozvoj jak v oblasti metod úpravy vzduchu, tak v konstrukci prvků a systémů. V zásadě se klimatizace zaměřuje na dvě cílové skupiny: osoby a technologie.
Klimatizace pro osoby - komfortní klimatizace - upravuje dvě hlavní veličiny tepelného a vlhkostního stavu ovzduší - teplotu vzduchu a relativní vlhkost vzduchu a je vždy spojena s větráním. Protože tepelná pohoda osob záleží nejen na těchto dvou veličinách, ale i na teplotě stěn místností - byla v současné době pro hodnocení tepelného stavu prostředí pro osoby zavedena další veličina (kterou lze v prostředí měřit a která, kromě teploty vzduchu, zahrnuje i teplotu stěn) - operativní teplota. Operativní teplota v prostředí pro pobyt osob se zpravidla významně neliší od teploty vzduchu (rozdíly jsou 1 až 2 K, v zimě je operativní teplota nižší, v létě vyšší než teplota vzduchu).
Optimální hodnoty teploty vzduchu, resp. operativní teploty závisejí na intenzitě fyzické činnosti; pro člověka, který vykonává velmi lehkou fyzickou práci se požaduje operativní teplota v zimě 22 °C, v létě s rostoucí teplotou venkovního vzduchu až 26 °C. Důležité je, aby teplota vnitřního vzduchu v místnostech v letním období nebyla výrazně nižší než teplota venkovního vzduchu - doporučuje se maximální rozdíl 6 K; důvodem je riziko nachlazení osob při přecházení z teplého venkovního prostředí do chladnějšího klimatizovaného prostředí. Jako optimální hodnota relativní vlhkosti vzduchu pro osoby se uvádí 50 %, připouští se však i širší rozmezí - max. 30 až 70 %. V zimním období, již pro dodržení relativní vlhkosti vzduchu 40 %, je třeba vzduch vlhčit; v létě v klimatických podmínkách ČR, i bez úpravy vlhkosti v klimatizačním zařízení, zpravidla vlhkost vnitřního vzduchu nepřekročí 60 %.
Nedílnou součástí komfortní klimatizace je větrání - přívod čerstvého venkovního vzduchu do vnitřního prostředí. Již v roce 1877 Max von Pettenkofer stanovil, na základě limitní hodnoty obsahu oxidu uhličitého v místnostech kde pobývají lidé, dávku čerstvého venkovního vzduchu přibližně 30 m3/h os. Přívod (upraveného, filtrovaného) venkovního vzduchu má být vždy součástí klimatizačního systému, jen ve výjimečných případech lze připustit větrání přirozené - okny. V místnostech, kde z výrobních technologií unikají do prostoru látky škodlivé lidskému zdraví, jsou definovány limitní obsahy (koncentrace) specifických škodlivin v ovzduší - přípustné expoziční limity; jejich nepřekročení musí zajistit větrání.
Vliv prostředí na zdraví osob a pracovní výkonnost posuzovalo několik studií z poslední doby. I když hodnocení vztahu produktivity práce, nemocnosti a kvality prostředí je značně obtížné, statistická studie (Seppänen,Vuole, 2000) prokázala, že vyšší kvalita pracovního ovzduší v administrativě (chlazení vzduchu v létě, zvýšení průtoku venkovního vzduchu) přispívá k vyšší produktivitě práce - i při vyšších finančních nákladech na provoz klimatizace je výsledný efekt finančně positivní. Zdravotní hledisko posuzovala studie (Fisk a ost., 2003) - výsledky ukázaly na cca 10 % pokles nemocnosti při zdvojnásobení intenzity větrání kvalitně upraveným (filtrací, ohřevem, chlazením) venkovním vzduchem.
Klimatizace pro technologii upravuje zpravidla teplotu a relativní vlhkost vzduchu na konstantní parametry celoročně a to často ve velmi úzkém tolerančním pásmu (teplota vzduchu ± 1K, relativní vlhkost ± 5 %). U technologických zařízení bývá častým požadavkem (kromě úpravy teploty a vlhkosti vzduchu) i vysoká čistota vnitřního vzduchu; zvláště přísné limitní koncentrace, i velmi jemných (< 1 μm) tuhých částic, nesmí být překročeny v "čistých" místnostech (např. pro mikroelektroniku, farmacii, biotechnologie, medicínu). Nároky na přívod venkovního vzduchu u technologických zařízení jsou dány počtem osob, nebo požadavkem na vyváženou vzduchovou bilanci - průtok odpadního, znečištěného vzduchu je třeba nahrazovat přívodem upraveného venkovního vzduchu.
V zimním období, kdy teplota vzduchu odváděného z klimatizovaných prostorů je vyšší než teplota venkovního vzduchu, je energeticky výhodné využívat teplo z odváděného vzduchu k ohřevu vzduchu venkovního, přiváděného do klimatizovaného prostoru; obdobně lze v létě využívat odváděný vnitřní vzduch o nižší teplotě k ochlazení teplého venkovního větracího vzduchu. K tomu slouží systémy (výměníky) zpětného získávání tepla (ZZT); podle typu výměníku lze využít 50 až 80 % tepelné energie z odváděného vzduchu.
Z hlediska tepelného je úkolem klimatizace v zimě dodávat teplo ke krytí tepelných ztrát (toku tepla stěnami z vnitřního prostoru do venkovního), v létě zajistit odvod tepelné zátěže (venkovní zátěže sluneční radiací i konvekcí z venkovního vzduchu a vnitřní zátěže - produkce tepla od lidí, osvětlení, elektrických a elektronických zařízení aj.) v klimatizovaných místnostech.
Klimatizační systémy můžeme rozdělit v zásadě na dvě skupiny - systémy jednozónové (divadla, kina, sportovní i průmyslové haly aj.), kde se vzduch v klimatizační jednotce upravuje podle požadavků jediného prostoru, a systémy vícezónové (pro budovy s větším počtem místností - hotely, administrativní budovy aj.), kde zdroje tepla, chladu a venkovního větracího vzduchu jsou ústřední a v jednotlivých místnostech se vzduch dohřívá/chladí na požadovanou teplotu ve vnitřních jednotkách. Vícezónové klimatizační systémy se třídí podle způsobu rozvodu tepelné energie (tepla/chladu) do vnitřních jednotek. Vzduchové systémy rozvádí tepelnou energii vzduchem, vzduchovody; vodní systémy - vodou, potrubím pro topnou/chlazenou vodu; kombinované systémy vzduch/voda - vzduchem i vodou; chladivové systémy - chladivem, potrubím pro kapalné/plynné chladivo. Z rozdílných tepelných vlastností přenosových látek pak vyplývá, že pro přenos stejného množství tepelné energie jsou nejmenší rozměry potrubí u systému chladivového, největší u systému vzduchového.
Klimatizační technika v našich podmínkách se rozšiřuje i do rodinných domů a bytů. Uplatňují se zde především chladivové systémy (split, multisplit), které jsou konstruovány jak pro funkci chlazení v létě, tak pro ohřev v zimě, při přepnutí na provoz tepelného čerpadla.
Autor: prof. Ing. František Drkal, CSc. - ČVUT v Praze, Fakulta strojní, Ústav techniky prostředí
Největší realizátor veletrhů a výstav v České republice s více než třicetiletými zkušenostmi v oboru. Hlavními obory činnosti je poskytování obchodních (výstavářských) služeb pro podniky a pronájem vlastních nemovitostí (výstavních ploch a pavilonů). ...
