Painovoimainen ilmanvaihto nykyaikaisessa kirkkorakennuksessa
Vääräniemi, Jarkko (2018)
Oulun ammattikorkeakoulu
2018
All rights reserved
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-2018122322833
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-2018122322833
Tiivistelmä
Pohjois-Pohjanmaalle sijaitsevaan kaupunkiin ollaan suunnittelemassa nykyaikaista kirkkorakennusta. Rakennuksen suunnittelijat haluaisivat toteuttaa kirkkosalin ilmanvaihdon painovoimaisena ilmanvaihtona. Tässä opinnäytetyössä selvitettiin painovoimaisen ilmanvaihdon toimintaa ja sisäilmasto-olosuhteita, jotka painovoimaisella ilmanvaihdolla voidaan saavuttaa. Työssä laskettiin henkilökuormitukseen perustuvat ilmavirrat, mitoitettiin kanavistot ja laitteet. Ilmanvaihdon toimintaa arvioitiin laskemalla ja simuloimalla ulko- ja poistoilmavirtoja, sisälämpötilaa ja CO2-pitoisuutta vuoden ajanjaksolla IDA ICE -ohjelmistolla.
Opinnäytetyössä esitetään painovoimaisen ilmanvaihdon toimintaperiaate, laskelmissa käytetyt kaavat sekä tekijät, joita voidaan hyödyntää painovoimaisessa ilmanvaihdossa. Lisäksi työssä esitetään esimerkkinä yksi painovoimaisen ilmanvaihdon mahdollinen toteutusratkaisu.
Kirkkosalin on suunniteltu 500 henkilölle ja sen mitoitusilmavirta on 3 m3/s. Painovoimaisen ilmanvaihtojärjestelmän terminen noste laskettiin ulkolämpötilan arvolla +5 °C. Termisen nosteen aiheuttama paine-ero on 17,5 Pa, kun ulko- ja sisäilman lämpötilojen ero on 13 °C ja ulkoilma- ja ulospuhallusaukkojen korkeusero on 22 m. Kirkkosaliin mitoitetun ulko- ja poistoilma kanaviston painehäviöksi laskettiin 9,2 Pa. Kokonaispainehäviöön tulee vielä lisäksi tuloilman ulkoilmakatoksen, lämmityspatterin, ulkoilmalaitteen ja ulospuhalluslaitteen painehäviö, joiden painehäviöksi arvioitiin 80 Pa. Näiden laskelmien tuloksien perusteella termisen nosteen synnyttämä paine-ero mitoitusolosuhteessa on pienempi kuin ilmavirtauksen aiheuttama painehäviö kanavistossa. Tämän vuoksi painovoimaista ilmanvaihtoa on avustettava puhaltimella, kun ulkoilmalämpötila on korkeampi kuin 18 °C.
Vuositason simulointia varten kirkkosali mallinettiin IDA ICE -ohjelmistolla. Simulointi huomioi lämpötilaeron aiheuttaman nosteen lisäksi tuulen vaikutuksen. Kirkkosalin käyttö arvioitiin olevan sunnuntaisin klo 9–12. Simulointi tehtiin 500 henkilön lämpö- ja CO2-kuormalla. Simulointi tulosten perusteella sisäilmalämpötila on kesällä korkeimmillaan 26,9 °C ja CO2-pitoisuus 1440 ppm.
Opinnäytetyössä esitetään painovoimaisen ilmanvaihdon toimintaperiaate, laskelmissa käytetyt kaavat sekä tekijät, joita voidaan hyödyntää painovoimaisessa ilmanvaihdossa. Lisäksi työssä esitetään esimerkkinä yksi painovoimaisen ilmanvaihdon mahdollinen toteutusratkaisu.
Kirkkosalin on suunniteltu 500 henkilölle ja sen mitoitusilmavirta on 3 m3/s. Painovoimaisen ilmanvaihtojärjestelmän terminen noste laskettiin ulkolämpötilan arvolla +5 °C. Termisen nosteen aiheuttama paine-ero on 17,5 Pa, kun ulko- ja sisäilman lämpötilojen ero on 13 °C ja ulkoilma- ja ulospuhallusaukkojen korkeusero on 22 m. Kirkkosaliin mitoitetun ulko- ja poistoilma kanaviston painehäviöksi laskettiin 9,2 Pa. Kokonaispainehäviöön tulee vielä lisäksi tuloilman ulkoilmakatoksen, lämmityspatterin, ulkoilmalaitteen ja ulospuhalluslaitteen painehäviö, joiden painehäviöksi arvioitiin 80 Pa. Näiden laskelmien tuloksien perusteella termisen nosteen synnyttämä paine-ero mitoitusolosuhteessa on pienempi kuin ilmavirtauksen aiheuttama painehäviö kanavistossa. Tämän vuoksi painovoimaista ilmanvaihtoa on avustettava puhaltimella, kun ulkoilmalämpötila on korkeampi kuin 18 °C.
Vuositason simulointia varten kirkkosali mallinettiin IDA ICE -ohjelmistolla. Simulointi huomioi lämpötilaeron aiheuttaman nosteen lisäksi tuulen vaikutuksen. Kirkkosalin käyttö arvioitiin olevan sunnuntaisin klo 9–12. Simulointi tehtiin 500 henkilön lämpö- ja CO2-kuormalla. Simulointi tulosten perusteella sisäilmalämpötila on kesällä korkeimmillaan 26,9 °C ja CO2-pitoisuus 1440 ppm.