Nejnavštěvovanější odborný portál pro stavebnictví a technická zařízení budov
Vytápění průmyslových hal a velkých objektů

Přímotopné plynové teplovzdušné jednotky - návrh a výpočet

Vytápění průmyslových a velkoprostorových objektů

Návrh a výpočet teplovzdušného vytápění musí respektovat princip dodávky tepla teplým vzduchem a fyzikální podstatu chování teplého vzduchu. Výhodou přímotopných plynových jednotek je konstantní obraz proudění vzduchu během celé otopné sezony.

1.00 Všeobecně

Vytápění velkoprostorových objektů teplovzdušnými jednotkami je značně rozšířené. Bohužel, některé soustavy nepracují nehospodárně. Kromě velkých spotřeb tepla nedosahují požadované teploty v oblasti pobytu člověka. Je to dáno jednak nevhodnou distribucí vzduchu a jednak také nevhodným použitím v nadměrně vysokých halách. Výsledkem nevhodného návrhu jsou vysoké teploty vzduchu pod střešním pláštěm - až tv = 30°C a nedotápění v oblasti pobytu člověka. Teplovzdušné vytápění může být však hospodárné, avšak musí se dodržovat zásady, které respektují jednak principy dodávky tepla do vytápěného prostoru a jednak fyzikální podstatu chování teplého vzduchu. Přímotopné plynové jednotky mají navíc tu výhodu, že obraz proudění vzduchu je během celé otopné sezony konstantní - regulace dodávky tepla odstavováním jednotek z provozu = přerušované vytápění.

1.01 Výpočtová část

Pro výpočet tepelných ztrát lze použít postup dle ČSN 060210 s následujícími úpravami:

Teplotní gradient

- pro výpočet tepelné ztráty střešního pláště a světlíků se musí uvažovat se stoupáním teploty vzduchu po výšce objektu g = 0,8 ÷ 1 K/m. Při dodržení násobnosti cirkulace dle tabulky č. 1 lze počítat s g = 0,4 ÷ 0,5 K/m. Do násobnosti cirkulace se započítává jak vzduchový výkon teplovzdušných jednotek, tak také "destratifikátorů", které se umísťují do teplé vrstvy vzduchu pod střešním pláštěm.

Zátopová přirážka

- teplovzdušné jednotky dosahují plného výkonu během krátké doby (10 ÷ 20 sec). Po provozních přestávkách dochází i k ochlazení stavebních konstrukcí a strojního zařízení, proto se volí zátopové přirážky ve výši:

1 směnný provoz - 1,2
2 směnný provoz - 1,15

Předpokladem je, že teplota vzduchu ve vytápěném prostrou při provozu "sporo" (provozní přestávka) bude tgsporo = (tgmax - 5 K)

Infiltrace

- pro výpočet infiltrace se uvažuje venkovní výpočtová teplota

tev = (te - 8 K) (°C) (1)

1.02 Navrhování teplovzdušných jednotek

Hospodárné teplovzdušné vytápění pomocí malých teplovzdušných jednotek lze navrhovat maximálně do výšky haly H = 8 ÷ 10 m. Podstatný vliv na ekonomii provozu (výše teploty vzduchu pod střešním pláštěm) má jak již bylo řečeno násobnost cirkulace vzduchu ve vytápěném objektu. Nestačí tudíž pouze stanovit tepelné ztráty a podle nich určit výkon jednotek - z tepelného výkonu jednotky je odvozen i výkon vzduchový. Tento postup většinou znamená vytváření teplého polštáře pod střešním pláštěm a nedotápění v oblasti pobytu člověka.

Podstatou hospodárného návrhu je řešení cirkulace vzduchu ve vytápěné hale. Ovlivňuje ji jednak rozmístění jednotek a jednak druh použitých vyústek. Dalším doplňujícím prvkem pro naplnění požadavku násobnosti cirkulace jsou podstropní "destratifikátory".

VNITŘNÍ OBJEM HALY NÁSOBNOST CIRKULACE
Σ (jednotky + destratifikátory)
m3 x / hod.
1 000 5,0
2 000 4,5
3 000 4,0
4 000 3,5
6 000 3,0
8 000 2,5
10 000 2,0
10 000 1,5

Tabulka č. 1 - Požadované násobnosti cirkulace vzduchu

Různá konstrukce vyústky umožňuje zajistit odpovídající rozvrstvení vzduchu ve vytápěném prostoru. V článku použitým příkladem jsou jednotky GNS (s axiálním ventilátorem). Ty se instalují s vyústkami uvedenými na obr. č. 1. Při instalaci jednotky pod střešní plášť a přívod vzduchu dolů se použijí jednotky s radiálním ventilátorem (GNC), neboť stropní rozdělovač (obr. č. 2) má větší odpor, který axiální ventilátor nezvládne. Rozdílný typ vyústky závisí na výšce zavěšení jednotky, jejím výkonu a koncové rychlosti proudu vypouštěného vzduchu (v = 0,25 m/sec).


Obr. č. 1 - Vyústky pro instalaci na jednotky GNS s axiálním ventilátorem, 1-vyústka s vodorovnými lamelami, 2-vyústka se svislými lamelami, 4H-vyústka 2 x 45° s vodorovnými lamelami, 4V-vyústka 2 x 45° se svislými lamelami, 24-vyústka podstropní 45° bez lamel
 
Obr. č. 2 - Stropní rozdělovač 90° (6) pro instalaci na jednotky GNC s radiálním ventilátorem

Obr. č. 3 ukazuje společně s tabulkou č. 2 dosah proudu jednotek GNS (d1). Jednotky s axiálním ventilátorem a s vyústkami 1; 2; 4H a 4V.


Obr. č. 3 - Dosah proudu jednotek GNS-radiální
ventilátor - s vyústkami 1, 2, 4H, 4V
 
Obr. č. 4 - Dosah proudu jednotek GNS-radiální
ventilátor s vyústkou 24

Obr. č. 4 společně s tabulkou č. 2 ukazuje dosah proudu jednotek GNS (d2) s vyústkou typ 24.

  Vyústky
1; 2; 4H a 4V
Vyústka 24
Typ Výkon Průtok hmax d1 hmax d2
  kW m3/hod. m m m m
GNS 18 20,4 2 190 2,5 10 3,5 10
GNS 21 21,8 2 190 2,5 10 3,5 10
GNS 24 25,1 2 730 2,8 12 4,0 12
GNS 28 27,2 2 730 2,8 12 4,0 12
GNS 33 30,2 3 320 3,0 14 4,5 14
GNS 37 32,7 3 320 3,0 14 4,5 14
GNS 44 40,2 4 425 3,2 22 4,8 22
GNS 49 43,6 4 425 3,2 22 4,8 22
GNS 55 50,2 5 525 3,4 23 4,9 23
GNS 59 54,5 5 525 3,4 23 4,9 23
GNS 66 60,3 6 635 3,6 24 5,0 24
GNS 74 65,3 6 635 3,6 24 5,0 24
GNS 88 80,4 8 845 4,0 27 5,5 27
GNS 98 87,1 8 845 4,0 27 5,5 27

Tabulka č. 2 - Doporučená výška zavěšení a dosah proudu (orientační) jednotek GNS

Vyšší výška zavěšení (než uvádí tabulka) znamená tvorbu teplého polštáře pod střechou a nedotápění v pracovní oblasti. Pro vyšší haly a větší výšky zavěšení je zapotřebí použít jednotky s radiálním ventilátorem (GNC) a jejich umístění pod střešní plášť mezi vazníky.


Obr. č. 5 - Zóna zaplavení-jednotka GNC s radiálním ventilátorem a stropním rozdělovačem 90°
 
Obr. č. 6 - Minimální doporučený dosah proudu vzduchu

Stropní rozdělovač má tři nebo pět vyústek, na nichž záleží jakou plochu zaplaví proud přiváděného vzduchu. Obr. č. 5 a tabulka č. 3 uvádějí příslušné rozměry zaplavené vytápěné plochy v závislosti na výšce zavěšení.

  VÝKON PRŮTOK STROP. ROZDĚLOVAČ 90° (6), 5 ks VÝUSTEK OTEVŘENÝCH STROP. ROZDĚLOVAČ 90° (6), 3 ks VÝUSTEK OTEVŘENÝCH
TYP     h=3m h=4m h=5m h=6m h=7m h=3m h=4m h=5m h=6m h=7m
  kW m3/h l1 x b1 l2 x b2
GNC 18 20,4 2190 10x10         10x6        
GNC 21 21,8 2410 10x10         10x6        
GNC 24 25,1 2730 12x12 10x10       14x7 12x7 11x6 10x6  
GNC 28 27,2 3005 13x13 11x11       16x7 14x7 13x6 12x6  
GNC 33 30,2 3320 15x15 13x13 11x11     19x7 16x7 14x7 12x7 9x7
GNC 37 32,7 3650 16x16 14x14 12x12     26x7 18x7 16x7 14x7 11x7
GNC 44 40,2 4425 15x15 13x13 11x11     20x9 17x9 16x9 14x9 12x9
GNC 49 43,6 4865 16x16 14x14 12x12     24x9 21x9 19x9 17x9 15x9
GNC 55 50,2 5525 17x17 16x16 13x13     25x11 22x11 20x11 18x11 16x11
GNC 59 54,5 6080 17x17 16x16 13x13     26x11 23x11 21x11 19x11 17x11
GNC 66 60,3 6635 18x18 16x16 14x14 12x12   27x12 23x12 22x12 20x12 18x12
GNC 74 65,3 7295 19 x1 9 17x17 15x15 13x13   29x12 27x12 26x12 24x12 22x12
GNC 88 80,4 8845 19x19 17x17 15x15 13x13 12x12 38x15 36x15 34x15 32x15 31x15
GNC 98 87,1 9730 20x20 18x18 16x16 14x14 13x13 40x15 38x15 36x15 34x15 33x15

Tabulka č. 3 - Zóna zaplavení jednotek GNC se stropními rozdělovači vzduchu

Při rozmisťování jednotek hraje roli jednak dosah proudu (viz tab. č. 2 a tab. č. 3) a dále pak rozteče zavěšení. Není vždy možné instalovat takové jednotky, které zajistí úplné "propláchnutí" prostoru. Při teplovzdušném vytápění dochází k proudění vzduchu - sice o menší rychlosti - i ve vzdálenějších částech objektu, než se uvažuje výpočtem (v = 0,25 m/sec.), avšak způsobuje to zvýšení teplotního gradientu. Omezujícím kritériem je úvaha, kdy minimální dosah proudu dosahuje 2/3 šířky objektu (B), což postačuje pro dodávku tepelné energie v celé šířce (obr. č. 6, kde d1 resp. d2 = 2/3 B). Ve většině případů se však nedosáhne dostatečné násobnosti cirkulace, která snižuje teplotní gradient a odstraňuje teplý polštář vzduchu tvořící se pod střechou. Potom se do prostorů nad plochy, které jsou pod minimálním vlivem přívodních proudů teplého vzduchu z jednotek navrhují destratifikátory - obr. č. 7.

Velice důležité je volit vhodné rozteče zavěšení teplovzdušných jednotek. Z hlediska pořizovacích nákladů je výhodné použít menší počet větších jednotek. Tento požadavek však většinou vede k větším roztečím. Proto je zapotřebí volit takové technické řešení a to jak z hlediska samotné jednotky (volba vyústky), tak i jejich rozmístění ve vytápěném prostoru, které zajistí cirkulaci vzduchu v celém prostoru.


Obr. č. 7 - Zvýšení násobnosti cirkulace použitím destratifikátoru. Vhodné pouze při výšce haly h > 4m a bez vývinu škodlivin při výrobě
 
Obr. č. 8 - Doporučené rozteče zavěšení teplovzdušných jednotek

Obr. č. 8 ukazuje doporučené rozteče zavěšení. Spodní hranice (5 resp. 10 m) umožňuje používat vyústky typ 1; 2 a 24. Horní hranice (7 resp. 14 m) vyústky 4H a 4V. Stavební moduly objektů (m = 6 m) dávají možnost zavěšovat jednotky na sloupy. Zde pak dochází k jednotným roztečím (6 m - u okraje) - (12 m - mezi jednotkami). Jsou to rozměry právě uprostřed doporučených roztečí z obr. č. 8. V tomto případě se doporučuje volit vyústky 1; 2; 24 u hal širších a 4Ha a 4V u hal užších. Příklady rozmisťování teplovzdušných jednotek a destratifikátorů (ecoFan) ukazuje obr. č. 9.


Obr. č. 9 - Příklady rozmisťování teplovzdušných jednotek GNS (1) v kombinaci s destratifikátory

Za povšimnutí stojí situování destratifikátorů (ecoFanů). U širších hal, kde dosah proudu jednotky (při vkonc = 0,25 m/sec) je 2/3 B, pak lze tyto prvky umístit proti jednotce nad zónu, kde již je rychlost proudění malá. Vhodné je rovněž situování doprostřed haly mezi dvě protilehlé jednotky. Počet a jejich rozmístění je vždy potřeba volit tak, aby společně se vzduchovým výkonem jednotek zajišťovaly požadovanou násobnost cirkulace (viz tab. č. 1) vzduchu v prostoru. Splněním tohoto požadavku se podstatně snižuje teplotní gradient a tím i teplota vzduchu pod střešním pláštěm - zvyšuje se ekonomie vytápění.

U úzkých (a u nepříliš vysokých) hal a malých dílen s větší tepelnou ztrátou zpravidla není zapotřebí kombinace s restrifikátory, neboť vzduchový výkon jednotek odpovídá i potřebné násobnosti cirkulace - viz obr. č. 10.


Obr. č. 10 - Vytápění malých dílen teplovzdušnými jednotkami

2.00 Sortiment

Přímotopné plynové jednotky dodává na český a slovenský trh několik výrobců. Výkonové a konstrukční řešení se od sebe příliš neliší. Pro získání přehledu s jakými orientačními hodnotami lze při návrzích teplovzdušného vytápění uvažovat byly zvoleny anonymní prameny.

Přímotopné plynové jednotky se v podstatě vyrábějí ve dvou základních provedeních.

GNS - s jedním nebo dvěma (od velikosti 65) axiálními ventilátory. Použití pro teplovzdušné vytápění - nelze připojit vzduchovody na sání ani výtlak.

GNC - s jedním nebo dvěma (od velikosti 65) radiálními ventilátory. Na jednotky lze napojovat vzduchovody s tlakovou ztrátou dle obr. č. 11.


Obr. č. 11 - Provedení GNC - orientační stanovení příkonu motorů radiálních ventilátorů v kW v závislosti
na požadovaném externím statickém tlaku

tabulka č.4 - technické údaje - provedení gns / gnc - typ t; r; o
Tabulka č. 4 - Technické údaje - provedení GNS / GNC - typ T; R; O
(po kliknutí se obrázek zvětší)

K externímu tlaku vzt. rozvodu je nutno připočítat i tlak. ztrátu filtru a klapky v sání a ztráta izolované skříně ventilátoru.

Napětí:

do příkonu 0,75 kW - 230 V, 50 Hz
nad příkon 0,75 kW - 3x230 V, 50 Hz
pro příkon 0,75 kW - lze volit 230 V nebo 3x230 V, 50 Hz

V mezních případech se zaokrouhluje příkon nahoru.

Technické údaje uvádí tab. č. 4

Podle způsobu odvodu spalin a přívodu spalovacího vzduchu se oba druhy jednotek vyrábějí ve třech variantách:


Obr. č. 12 - GNS, GNC - Nucený odvod spalin a přívod spalovacího vzduchu z venkovního prostředí - napojení shora - provedení T.
1-průchodka pro přívod plynu, 2-průchodka pro přívod elektro, 3-úchytky pro zavěšení 4 x M10-rozteč C=560mm


Obr. č. 13 - GNS, GNC - Nucený odvod spalin a přívod spalovacího vzduchu z venkovního prostředí - napojení zezadu - provedení R.
1-průchodka pro přívod plynu, 2-průchodka pro přívod elektro, 3-úchytky pro zavěšení 4 x M10-rozteč C=560mm


Obr. č. 14 - Odvod spalin přirozený - napojení shora. Přívod spalovacího vzduchu z vytápěného prostoru přes mřížku ve spodní části jednotky
- provedení 0. 1-průchodka pro přívod plynu, 2-průchodka pro přívod elektro, 3-úchytky pro zavěšení 4 x M10-rozteč C=560mm

TYP A B C D E V L M G* R
          TYP T,R TYP O   TYP T TYP R TYP T TYP R TYP T,R TYP O
18/21 340 594 365 714 1120 1140 120 72 84 276 240 80 150
24/28 405 659 430 779 1180 1180 120 72 84 276 240 80 150
33/37 470 724 495 844 1180 1180 120 72 84 276 240 80 200
44/49 600 854 625 974 1265 1265 120 72 84 276 240 80 200
55/59 730 984 775 1104 1265 1265 140 72 84 276 220 100 250
66/74 860 1114 885 1289 1180 1180 140 92 90 231 260 100 250
88/98 1120 1374 1145 1549 1265 1265 140 92 90 231 260 100 300

Tabulka č. 5 - Rozměry jednotek

 
 
Reklama