Proč je důležité správně definovat profil zátěže a jak to ovlivňuje návrh VAV systémů v budovách?

Přesný 24hodinový profil zátěže je nezbytný pro úspěšný návrh klimatizačních a topných systémů v budovách. Obecně se nabízejí šablonové profily zátěže pro různé typy budov, které mohou sloužit jako pomoc při dimenzování systémů. Tyto šablonové profily jsou užitečné pro počáteční studie, avšak nikdy by neměly být použity pro finální dimenzování a návrh. I když je vrcholová zátěž vypočítána přesně, použití nesprávného tvaru profilu zátěže může vést k vážnému poddimenzování chladicí kapacity.

Systémy VAV (Variable Air Volume) reagují na změny chladicího a topného zatížení tím, že upravují množství přiváděného vzduchu. Obecně VAV systém udržuje konstantní teplotu přívodního vzduchu a snižuje nebo zvyšuje průtok vzduchu mezi přednastavenými maximálními a minimálními hodnotami, aby odpovídal požadavkům na zátěž prostoru. Teplota přívodního vzduchu je obvykle nastavena na 13°C pro konvenční systémy. V některých případech je také možné nastavit teplotu přívodního vzduchu ve VAV systému tak, aby se předešlo nadměrnému ochlazování prostoru.

VAV systémy obvykle sestávají z hlavního vzduchotechnického zařízení a několika VAV terminálů, z nichž každý má klapku a regulátor, který upravuje průtok vzduchu do příslušné zóny. Existují různé typy VAV systémů, které zahrnují:

• Systémy pouze pro chlazení vnitřních prostor. Tento systém reguluje vzduch v terminálových boxech a moduluje průtok vzduchu pomocí vstupních klapek, frekvenčních měničů nebo jinými prostředky.

• Kombinované systémy pro vnitřní a periferie. V tomto uspořádání jsou chladicí terminály pro vnitřní zóny kombinovány s terminály pro přihřívání na periferii budovy.

• Oddělené systémy pro vnitřní a periferie. Tento typ systému splňuje požadavky na chlazení a ventilaci vnitřních prostor a zároveň zajišťuje topení nebo chlazení na periferii budovy způsobené přenosem tepla přes obvodovou konstrukci.

• Multizónové systémy. Tento systém má jedno centrální vzduchotechnické zařízení s několika klapkami pro horké a studené vzduchové kanály v rozvodu pro různé zóny. Každý kanál je samostatným hlavním kanálem. Různé požadavky na zátěž zóny jsou splněny směšováním horkého a studeného vzduchu prostřednictvím zónových klapek na hlavním vzduchotechnickém zařízení. VAV terminály jsou používány k regulaci objemu vzduchu v jednotlivých zónách.

Příklad z praxe, který může ilustrovat složitost návrhu VAV systémů v reálných podmínkách, představuje projekt Ping An Finance Center v Shenzhen, Čína. Tento projekt, jenž je fyzickým a ikonickým centrem rychle rostoucí obchodní čtvrti, se nachází v budově s více než 100 podlažími. S celkovou podlahovou plochou přes 385 000 m² je komplex definován jako moderní kancelářský prostor, maloobchodní zóny a pozorovací plocha. V takto rozsáhlém objektu je nezbytné zohlednit nejenom optimální distribuci vzduchu, ale také sofistikovaně vyvážit požadavky na chlazení a vytápění, což v kombinaci s návrhem VAV systémů zajišťuje efektivní správu energií a pohodlí uživatelů budovy.

Pro návrh správného VAV systému je nutné pochopit, že i malé odchylky v chápání zátěžových profilů mohou mít zásadní vliv na energetickou efektivitu celého systému. K tomu, aby systém splnil požadavky jak na chlazení, tak na vytápění, je nezbytné důkladně analyzovat jednotlivé zóny v budově a jejich specifické potřeby. Další výzvou, která je spojena s těmito systémy, je optimalizace provozu v závislosti na změnách klimatu, ročních obdobích a specifických nárocích jednotlivých uživatelů budovy. Každý projekt vyžaduje individuální přístup, který zahrnuje nejen technické detaily, ale i predikce možných změn v požadavcích na systém v čase.

Jak navrhnout výtahové systémy pro moderní vysokopodlažní rezidence

Vysokopodlažní obytné budovy představují výzvu nejen z hlediska architektury, ale i z pohledu navrhování vertikální dopravy. Moderní rezidence se stále více zaměřují na kvalitu života, a to nejen v prostoru samotného bytu, ale i v každodenních interakcích s budovou. Výtahové systémy hrají v těchto procesech klíčovou roli. Různé druhy rezidenčních budov – od luxusních apartmánů po obytné jednotky v supervysokých budovách, jako je Burj Khalifa – vyžadují specifické a vysoce funkční řešení pro výtahy, která zohledňují různé potřeby obyvatel.

Výtahové systémy ve výškových budovách nejsou jen nástrojem pro pohyb mezi podlažími, ale také integrálním prvkem, který formuje uživatelský zážitek. V moderních rezidenčních budovách se často setkáváme s vysokými požadavky na plynulost, bezpečnost a rychlost dopravy. Vysokopodlažní budovy, zejména ty s desítkami pater, si žádají výtahy, které nejen že minimalizují čekací doby, ale i optimalizují přechody mezi různými částmi budovy, jako jsou například sky lobbys, místnosti pro obsluhu, garáže a jednotlivé obytné zóny.

Ve velmi vysokých budovách je běžné rozdělení na zóny, které jsou přístupné pouze prostřednictvím výtahů. Tato strategie má za cíl nejen zefektivnit dopravu, ale i zajištění exkluzivity a soukromí pro obyvatele. Příkladem je Burj Khalifa, kde se obyvatelé a návštěvníci přenášejí z expresních výtahů na místní výtahy na úrovni sky lobby, což umožňuje optimální rozdělení prostoru. Tento způsob rozdělení vertikální dopravy je v supervysokých budovách zcela běžný a poskytuje vysoce efektivní řešení pro zajištění soukromí a pohodlí.

Výtahové systémy musí být navrženy tak, aby odpovídaly specifickým potřebám dané nemovitosti. Důležitým faktorem je i estetika – výtah musí být součástí celkového vzhledu a charakteru budovy. Vysoká kvalita výtahů a dalších souvisejících systémů přímo ovlivňuje hodnotu nemovitosti, zejména v exkluzivních rezidencích, kde výtah může vést přímo do samotného bytu. Kromě samotné funkčnosti je nezbytné zaměřit se na detaily, jako je pohodlí pro rezidenty, bezpečnost, a přístup pro osoby s omezenou mobilitou.

Jedním z aspektů, na který je třeba při návrhu výtahových systémů myslet, je zajištění bezpečnosti rezidentů i návštěvníků. Tato bezpečnost se vztahuje na různé oblasti, jako je řízení přístupu do jednotlivých zón budovy, což je obzvláště důležité u luxusních rezidencí. Výtahové systémy jsou navrženy tak, aby umožnily přístup pouze pro oprávněné osoby. To je zajištěno prostřednictvím systému karet, kódů nebo biometrických identifikačních systémů, které zabraňují nežádoucímu přístupu do soukromých oblastí budovy.

Další aspekt, který se musí při návrhu výtahových systémů zohlednit, je přítomnost mechanických prostor a zařízení. Výtahové strojovny a příslušná zařízení musí být navržena tak, aby nedocházelo k přenosu hluku nebo vibrací do obytných prostor. V některých budovách je důležité také zajistit dostatečné chlazení těchto prostor, protože výtahové stroje generují značné množství tepla, zejména v letních měsících. Významné je i správné odvětrávání výtahových šachet, aby bylo dosaženo požadované kvality vzduchu a teplotních podmínek, a tím se zajistil komfort pro obyvatele budovy.

Důležitou součástí navrhování výtahových systémů je i zajištění toho, aby tyto systémy byly účinné nejen z hlediska technického, ale také z hlediska provozních nákladů. Optimalizace výtahů na základě analytických výpočtů očekávané dopravy, tedy počtu výtahových cest v konkrétních denních obdobích, je klíčová pro zajištění toho, že nebude docházet k přetížení systému. Důležité je rovněž přizpůsobení parametrů výtahů typu a kvalitě rezidence – pro luxusní objekty budou požadavky na rychlost a komfort výtahů značně vyšší než pro běžné obytné budovy.

Jak navrhovat systémy HVAC pro vysoké, super-vysoké a megavysoké budovy?

Vysoké budovy, jejichž výška přesahuje 300 stop (91 m), se již dlouho staly charakteristickým znakem moderního městského prostředí. Při jejich výstavbě a návrhu vzniká řada technických problémů, které se liší od těch, jež se vyskytují u nižších budov. S přibývajícím počtem vysokých, super-vysokých a megavysokých budov se začíná projevovat potřeba specifických přístupů a standardizovaných metodik pro jejich projektování, přičemž systém HVAC (vytápění, větrání a klimatizace) hraje klíčovou roli.

V roce 2004, kdy byla publikována původní příručka pro návrh HVAC systémů pro vysoké komerční budovy, existovalo jen několik set budov vyšších než 200 m. Do roku 2012 tento počet vzrostl na 765, přičemž dnes, podle odhadů z roku 2019, existuje již více než 1700 budov přesahujících 100 m, z nichž 163 má výšku alespoň 300 m, a deset z nich přesahuje 600 m. Vzhledem k těmto změnám a rostoucímu počtu těchto budov, je potřeba přehodnotit a aktualizovat přístupy k jejich návrhu, zejména v oblasti HVAC systémů.

Vysoké budovy představují unikátní výzvy, které se neomezují pouze na velikost a strukturu samotného objektu. Každá výška budovy přináší své vlastní klimatické efekty, které se liší nejen v závislosti na ročním období, ale i na nadmořské výšce. Větrání a chladicí systémy musí být navrženy tak, aby dokázaly efektivně reagovat na tyto změny a zároveň minimalizovaly spotřebu energie a snížily dopad na životní prostředí. Zvláštní důraz je kladen na fasádu budovy, která nejen že ovlivňuje tepelnou zátěž, ale také přímo přispívá k využívání denního světla a snižování nákladů na umělé osvětlení.

Důležitým aspektem, na který se v moderním návrhu zaměřujeme, je také propojení inteligentních systémů budov. Jak mohou různé technologie v budově spolupracovat, aby optimalizovaly její provoz a zároveň nabídly uživatelům co největší komfort? Významným trendem je například použití inteligentních zařízení pro monitoring a regulaci teploty a vlhkosti, čímž se zajišťuje efektivní a ekologický provoz. Správně navržené a integrované systémy mohou výrazně zlepšit nejen energetickou účinnost, ale také zvýšit komfort uživatelů.

Dnešní vysoké budovy nejsou již pouze komerčními objekty. Často kombinují různé funkce, jako jsou kanceláře, byty, hotely nebo maloobchodní prostory, což zvyšuje nároky na projektanty a inženýry. Každá funkční zóna vyžaduje specifický přístup k vytápění, chlazení a větrání, což činí návrh HVAC systémů pro takové budovy nesmírně složitým úkolem. Tato komplexnost také znamená, že i mezi jednotlivými odborníky musí existovat úzká spolupráce a koordinace, aby byly zajištěny optimální výsledky.

Pokud jde o samotný návrh HVAC, je třeba zohlednit nejen velikost a specifika budovy, ale i její umístění, místní klimatické podmínky a požadavky na životní prostředí. Tato témata se stávají čím dál více důležitá, když vezmeme v úvahu, že výstavba a provoz vysokých budov jsou energeticky náročné. Je proto nezbytné integrovat do návrhu technologie, které budou co nejvíce šetrné k přírodním zdrojům a budou podporovat udržitelný rozvoj měst.

Kromě technických výzev musí návrháři a inženýři také zohlednit legislativní a bezpečnostní požadavky, které se liší v závislosti na regionu, typu budovy a její výšce. Pro návrh klimatizačních a větracích systémů je také zásadní porozumění tomu, jak různé zóny budovy, jako jsou komerční prostory, obytné jednotky nebo hotely, mohou mít odlišné potřeby v oblasti vzduchotechniky, což vyžaduje použití flexibilních a přizpůsobivých řešení.

Ačkoliv technologie a metodiky pro návrh HVAC systémů pro vysoké budovy stále evolvují, neexistuje jedno univerzální řešení, které by fungovalo pro všechny typy budov. Každý projekt je unikátní a vyžaduje individuální přístup, který bere v úvahu všechny výše uvedené faktory a výzvy. Odborníci se stále více zaměřují na inovace, které mohou přinést efektivnější, bezpečnější a ekologičtější řešení pro vysoké budovy, a to jak pro stávající, tak pro nově plánované projekty.

Jak zajistit účinnou kontrolu kouře v budovách s centrálními a podlažními klimatizačními systémy?

Metody dosažení negativního tlaku na podlaze zóny kouře a pozitivního tlaku na podlahách nad a pod touto zónou se liší v závislosti na typu použitého systému v projektu. Mezi alternativy patří centrální klimatizační systémy nebo klimatizační systémy řešené po jednotlivých podlažích. Tyto alternativy byly podrobně diskutovány v kapitole 8 tohoto průvodce. Provozní principy řízení kouře u těchto dvou přístupů je nutné rozebrat zvlášť, protože řešení se v každém případě liší.

Kontrola kouře v budovách s centrálními klimatizačními systémy

V tomto přístupu je podmíněný vzduch dodáván do obývaných prostor prostřednictvím velkých, centrálních klimatizačních systémů, které zásobují více podlaží a jsou instalovány v centrální strojovně. Jak bylo uvedeno v kapitole 8, doporučuje se instalace dvoupolohových klapek (tj. otevřeno nebo zavřeno) v rozvodech přívodního a návratného vzduchu na každém místě, kde je podmíněný vzduch zaváděn na každém podlaží a na každém bodě, kde je vzduch vracen z podhledu pod stropem. Tyto klapky mohou být dálkově ovládány pomocí systému správy budovy pro regulaci přívodu a návratu vzduchu pro konkrétní podlaží. S těmito specifickými schopnostmi se uplatňuje metoda řízení ventilátorů, kdy ventilátor přívodu vzduchu běží na 100 % venkovního vzduchu (tzn. bez návratného vzduchu), nebo ventilátor návratu vzduchu běží na 100 % vypuštění (tzn. veškerý návratný vzduch je vypuštěn z budovy) a klapky podlaží se upraví tak, aby byla podlaží nad a pod požární zónou stlačena a kouř odstraněn z požárního podlaží. To by znamenalo uzavření klapky v přívodním potrubí do požárního prostoru a otevření klapky v návratném (vypouštěcím) potrubí z tohoto prostoru. V prostorách sousedících s požárním prostorem (tj. podlaží ihned nad a pod požárním podlažím) by přívodní ventilátor pumpoval 100 % čerstvého vzduchu a návratná potrubí by byla uzavřena. Tato opatření by efektivně stlačila prostory nad a pod požárním podlažím stejně jako schodiště a výtahové šachty a odstranila co nejvíce produktů hoření z budovy, aniž by došlo ke kontaminaci sousedních prostor. Frekvenční měnič na ventilátorech přívodu a návratu vzduchu by měl zajistit správnou úroveň pohybu vzduchu, kterou odpovídající ventilátor potřebuje.

Kontrola kouře v budovách s podlažními klimatizačními systémy

Rozložení ventilátorů v klimatizačních systémech nainstalovaných na jednotlivých podlažích je odlišné od centrálního systému přívodu vzduchu. V tomto případě je pro správnou kontrolu kouře na požárním podlaží nutné zajistit kouřový odvodový šachtu pro každý lokální ventilátorový prostor, který ústí do centrálního ventilátorového prostoru, kde je instalován ventilátor pro přívod venkovního vzduchu do místnosti ventilátorů. Tato kouřová odvodová šachta, k níž je připojen odvodový ventilátor, by měla být dimenzována stejně jako samotný ventilátor pro hodnotu mezi 6 a 8 výměn vzduchu za hodinu pro největší podlaží ve vertikální stacku podlaží, ke kterému je připojena. Každé připojení rozvodu k kouřové odvodové šachtě musí obsahovat dvoupolohovou (otevřenou nebo uzavřenou) klapku. Výsledek je podobný kontrolám, jaké lze dosáhnout s centrálním ventilátorovým systémem. V případě požáru na konkrétním podlaží se otevře připojení k kouřové odvodové šachtě na tomto podlaží, zatímco připojení na všech ostatních podlažích zůstane uzavřeno. Spustí se ventilátor pro kouřový odvod, přičemž návratný vzduch z požárního podlaží bude pouze vypuštěn do atmosféry. Přívod vzduchu na podlaží nad a pod požární zónou bude operován s 100 % venkovního vzduchu, což zajišťuje tlakování podlaží a efektivně omezí kouřem zasažený vzduch. Příklad operace jednotky na požárním podlaží je zobrazen na obrázku 15.1. Jednotky na jednom nebo dvou podlažích nad a pod požárním podlažím budou fungovat podle uvedeného schématu, kde (1) venkovní vzduch pro tlakování kouře a venkovní vzduch pro běžný provoz jednotky budou oba otevřeny, (2) klapka pro návrat vzduchu a klapka pro kouřovou odvodovou šachtu budou uzavřeny, a (3) přívodní jednotka bude fungovat s 100 % venkovního vzduchu.

Kontrola kouře v atriích

Součástí mnoha budov je atrium, které zvyšuje estetickou hodnotu budovy, avšak přináší specifické podmínky pro kontrolu kouře. Do nedávna požadavky v některých právních předpisech vyžadovaly výměnu vzduchu na hodinu na základě celkového objemu atria a jakýchkoli otevřených propojených prostor. Novější výzkum však ukázal, že tento přístup není vhodný pro návrh systému kontroly kouře v atriu. Podle Mezinárodního stavebního kódu (ICC 2012) a NFPA 5000 (2018c) je dnes doporučený výkonnostní přístup, jak je uvedeno v NFPA 92, Standard pro systémy kontroly kouře.

Ve výškových komerčních budovách obsahujících atrium je nezbytné mít systém kontroly kouře. Obvykle se to dosahuje použitím mechanických ventilátorů. Přírodní větrání těchto prostor není běžně vhodnou alternativou. Podle Mezinárodního stavebního kódu a NFPA 5000-2015 musí ventilátory v atriu fungovat tak, aby udržovaly výšku vrstvy nahromaděného kouře v horních partiích atria minimálně 3 metry nad podlahami evakuačních cest. Výpočet kapacity ventilátorů pro dosažení tohoto cíle je stanoven ve stavebním kódu.

Tlakování schodišť

Jak automatizované nástroje pro detekci závad (AFDD) mění provoz budov?

Automatizované funkční testování (AFDD) představuje důležitý nástroj, který se čím dál častěji využívá nejen při počátečním uvedení budov do provozu, ale také v průběhu jejich životního cyklu. Tento proces zahrnuje sběr dat v krátkém časovém období, což eliminuje možnost, že by testovaný systém během samotného testu vykazoval změny v chování, například pokles výkonnosti. AFDD metody tedy nacházejí využití jak při samotném testování funkčnosti, tak při ověřování správnosti instalace zařízení, a to bez nutnosti vizuální kontroly. Práce může být výrazně zjednodušena tím, že vizuální inspekce se provádí pouze tehdy, když je automaticky detekována nějaká závada.

AFDD nástroje neprokazují pouze existenci závad, ale rovněž identifikují jejich příčiny. Díky tomu mohou údržbáři zaměřit své úsilí na konkrétní problém, což vede ke snížení nákladů na údržbu a zlepšení efektivity provozu. Tím, že detekují degradaci výkonnosti dříve, než dojde k úplnému selhání komponent, mohou AFDD nástroje zabránit katastrofickým poruchám a umožnit provádění preventivní údržby na základě skutečného stavu systému. Tento přístup zajišťuje flexibilní plánování údržby, minimalizuje prostoje způsobené nečekanými závadami a efektivně využívá pracovní sílu údržby.

I když je dostupnost komerčně dostupných AFDD nástrojů v současnosti stále omezená, jejich popularita roste a ukazuje se, že trh začíná rozpoznávat jejich hodnotu. S rostoucí penetrací a zkušenostmi v praxi bude stále více zdůrazněna potřeba vylepšení. Hlavní technické výzvy, které je třeba ještě plně vyřešit, zahrnují například automatické generování AFDD systémů nebo vývoj nástrojů pro prognózu, které by umožnily přechod od opravné a preventivní údržby na prediktivní a podmínkami řízenou údržbu.

Některé AFDD nástroje vyžadují, aby uživatelé shromažďovali data z automatizačních systémů budovy, což může být pro mnoho koncových uživatelů náročné a nákladné. Mezi možná řešení těchto problémů patří například vývoj AFDD nástrojů s databázemi pokrývajícími mnoho modelů zařízení nebo integrace těchto nástrojů přímo do řídicích balíčků zařízení. Tato integrace může výrazně snížit náklady na implementaci a přinést efektivitu do celkového provozu budovy.

S rozvojem otevřených komunikačních standardů, jako je BACnet® a rozšířeným využíváním internetových a intranetových technologií se výrazně zjednodušuje integrace třetích stran do automatizačních systémů budov, což dále zlevňuje nasazení AFDD nástrojů a zvyšuje jejich přínos. Pro dosažení maximálního efektu je však potřeba, aby správci budov, vlastníci, operátoři a poskytovatelé energetických služeb měli dostatečné kapacity a prostředky pro efektivní správu těchto systémů a informací, čímž mohou zlepšit celkové řízení a provoz budov.

Významným pokrokem v chytrých budovách je i stále větší využívání inteligentních senzorů. Tyto senzory nejen měří tradiční parametry, jako jsou teplota, vlhkost, tlak, energie, nebo hladina CO2, ale dokáží rovněž samostatně provádět základní analýzy a výpočty na místě. Tento trend se uplatňuje především v souvislosti s využíváním nových, komplexnějších senzorů, které mají schopnost identifikovat a opravit chyby ve svém fungování, čímž dochází ke zlepšení spolehlivosti celého systému.

Implementace senzorů s místní inteligencí a síťovou inteligencí do řízení budov poskytuje nové možnosti v oblasti monitorování a řízení výkonnosti budov. Senzory s místní inteligencí jsou schopny zpracovávat data přímo na místě, což šetří čas a zvyšuje efektivitu. Síťová inteligence pak umožňuje obousměrnou komunikaci mezi senzory a řídicími systémy, čímž se zvyšuje robustnost a škálovatelnost celého systému.