Oszczędna wentylacja grawitacyjna (1). Ciąg w kanale

zobacz artykuł w formie pdf   zobacz pdfa  zobacz pdfa 

Wentylacja grawitacyjna jest najczęściej spotykanym sposobem wentylacji domów w Polsce. Przepływ powietrza jest wymuszany przez różnicę gęstości spowodowaną różnicą temperatur. Ciepłe powietrze jest lekkie i ucieka z budynku przez pionowy kanał wentylacyjny – przez komin. Na miejsce ciepłego powietrza przez nawietrzaki umieszczone w ścianach zewnętrznych czy w oknach dostaje się cięższe zimne powietrze. Konstrukcja takiego systemu jest dość prosta.

Prawo budowlane za pośrednictwem norm określa strumień powietrza w zależności od rodzaju pomieszczenia i ilości osób zamieszkujących dany obiekt. Przykładowo w kuchni z oknem zewnętrznym i kotłem gazowym lub węglowym wentylacja powinna działać z wydajnością co najmniej 70 m3/h. W łazience powinno to być 50 m3/h. Na osobę powinno przypadać co najmniej 20 m3/h itd. Jeśli popatrzymy do projektu budowlanego i potem obejrzymy kanały wentylacji grawitacyjnej w wybudowanym obiekcie, to okazuje się, że i ten kanał wentylacyjny w kuchni, i ten w łazience jest praktycznie taki sam. Te same rozmiary, często takie same kratki. Jeśli przykładowa kuchnia i łazienka są na tym samym poziomie, to i długość obydwu kanałów wentylacyjnych jest taka sama. Dlaczego więc jeden kanał ma transportować 70, a drugi 50 m3/h? Sam zapis w przepisach tego nie zapewni.

Przykład
Rozważmy więc problem na przykładzie. Niech będzie to dom jednorodzinny parterowy z użytkowym poddaszem, niepodpiwniczony.
Niech jego powierzchnia wynosi ok. 150 m2, kubatura ok. 350 m3 i niech będzie przewidziany dla pięciu mieszkańców. Istotne do rozważań cechy konstrukcyjne to dwie łazienki i kuchnia gazowa.
Budynek jest ogrzewany gazowym kotłem kondensacyjnym podłączonym do komina powietrzno-spalinowego, więc nie uwzględniamy go w bilansie powietrza.
Obliczmy zatem wymaganą wydajność wentylacji ze względu na pomieszczenia:
kuchnia + 2 łazienki = 70+ 2*50 = 170 m3/h.

Następnie obliczmy wymagany strumień powietrza ze względu na liczbę mieszkańców:
5 mieszkańców = 5*20 m3/h = 100 m3/h.

ciąg w kanale

Zatem do dalszych rozważań przyjmujemy większą wartość, czyli 170 m3/h. Wielkość strumienia powietrza jest kompromisem między zdrową atmosferą w domu a kosztami związanymi z ogrzaniem wymienianego powietrza. Bilans cieplny został sporządzony dla rzeczywistego budynku. Do ogrzania budynku w okresie zimowym od początku października do końca kwietnia potrzebne było ok. 1250 m3 gazu. Rozpatrywany okres to 210 dni, czyli średnio ok. 6 m3 gazu przypada na dobę. Przy założeniu, że ciepło spalania (bo kocioł kondensacyjny) gazu GZ50 to 39 MJ/m3, i przy sprawności pieca 97% – daje to moc ok. 2,6 kW. Przy cenie ok. 2,5 zł/m3 gazu (taryfa W3 z uwzględnieniem kosztów stałych) koszt energii to 0,24 zł/kWh. Wyniki bilansu cieplnego dla rozważanego budynku przedstawia tabela 1.

ciąg w kanale

Wnioski z przykładu
Jak widać z obliczeń, prawidłowo działająca wentylacja grawitacyjna potrzebuje ok. 30% energii, czyli w tym przypadku jest to średnio ok. 0,8 kW dla rozpatrywanego okresu. Z ciekawości sprawdźmy też warunki mroźnej zimy. Wyniki obliczeń przedstawia tabela 2. Widzimy, że udział wentylacji w zużyciu energii nadal utrzymuje się na poziomie 30%, choć z wiadomych względów wartości mocy wzrosły.

ciąg w kanale

Teraz zwróćmy uwagę na inne zjawisko fizyczne, czyli na ciąg kominowy. Jego zależność od temperatury przedstawia wykres 1. Kominiarz powinien sprawdzać wentylację grawitacyjną, gdy na zewnątrz jest temperatura 12°C, a wewnątrz 20°C. W przypadku komina będzie to podciśnienie ok. 4 Pa. Jeśli temperatura na zewnątrz spadnie do -20°C, to komin ten będzie w stanie wytworzyć ciąg ok. 18 Pa, czyli 4,5 razy więcej. Kanały wentylacyjne będą wtedy miały potencjał transportowania trochę ponad dwa razy większej ilości powietrza. Ze względu na wychładzanie przymykamy nawietrzaki, aby zachować przepływ na dotychczasowym poziomie.

ciąg w kanale

Każdy kanał ma wtedy rezerwę, którą usiłuje wykorzystać. Rozpoczyna się „siłowanie” między kanałami. Walkę zwykle przegrywa najkrótszy kanał i staje się „nawietrzakiem”, a pozostałe wyciągają dostarczone powietrze. Następuje nadmierna wentylacja pomieszczeń.
Zwykle najkrótszy kanał jest w łazience na poddaszu, tam więc nawiewa powietrze i wtedy łazienka jest najzimniejszym pomieszczeniem w domu.
Nawet jeśli jest to dom parterowy czy mieszkanie i wszystkie kanały wentylacyjne mają te same wymiary, łącznie z długością, to przez pewien czas będzie utrzymywać się równowaga chwiejna.
Drobny powiew wiatru, otwarcie na chwilę okna lub drzwi, wyższa temperatura w jednym z pomieszczeń itp. spowodują wytrącenie układu z równowagi i wówczas jedne kanały staną się nawiewnymi, a drugie wywiewnymi.
W tym przypadku również dojdzie do niekontrolowanego wychładzania pomieszczenia.

Bilans energii
Sprawdźmy więc bilans energii dla naszego przykładu przedstawiony w tabeli 2, ale przy niekontrolowanej nadmiernej wentylacji. W takim przypadku udział w stratach energii wzrósł do 51% (tabela 3). Bezwzględna ilość mocy potrzebna na wentylację też wzrosła ponad dwa razy. W budownictwie zwykle nie przykłada się dużej uwagi zagadnieniom wentylacji, więc znakomita większość instalacji grawitacyjnych pracuje w sposób niekontrolowany. Efektem tego jest opinia, że wentylacja grawitacyjna generuje duże straty. Inną konsekwencją braku kontroli nad wentylacją grawitacyjną jest próba radzenia sobie z problemem przez zatykanie kratek wentylacyjnych, mogące powodować sytuacje niebezpieczne związane z zatruciem czadem. Jeśli kanałów wentylacyjnych jest więcej albo dom jest nieszczelny (np. przecieki przez uszczelki, regipsy itp.), to niekontrolowany przepływ powietrza może być tak duży, że instalacja grzewcza nie będzie się w stanie nawet nagrzać w budynku do żądanej temperatury, a koszty ogrzewania wzrosną kilkukrotnie.
Tak więc bardzo ważna jest szczelność budynku, która umożliwi nam kontrolę nad przepływem powietrza za pomocą odpowiednich urządzeń. Podciśnienie w kanale wentylacyjnym, potocznie zwane ciągiem kominowym, można wytwarzać na kilka sposobów. Jednym ze sposobów jest już opisane naturalne zjawisko wynikające z różnicy gęstości powietrza ciepłego i zimnego. Wentylacja działa wówczas, gdy istnieje różnica temperatur wewnątrz i na zewnątrz budynku.

Innym źródłem, które może wytworzyć ciąg kominowy, jest wiatr. Wiatr opływający różnego typu nasady kominowe powoduje, że wytwarzają one podciśnienie. Czas pracy wentylacji grawitacyjnej wydłuża się wówczas o okresy, w których jest wietrznie.

Trzecim źródłem mogącym wytworzyć ciąg kominowy jest energia elektryczna, za pośrednictwem obrotowych nasad hybrydowych. Nasady te posiadają obracającą się pod wpływem wiatru turbinę, wytwarzającą podciśnienie, która jest jednocześnie połączona z silnikiem. Przy braku wiatru sterownik silnika wyczuwa, że prędkość obrotowa turbiny ma tendencję do spadku i włącza zasilanie silnika. W pierwszej kolejności wykorzystywana jest różnica temperatur i wiatr, a jeśli tych dwóch czynników zabraknie, wykorzystywana jest energia elektryczna.

W dwóch pierwszych przypadkach podciśnienie w kanale wentylacyjnym zależne jest od czynników zmiennych, bo w czasie zmienia się temperatura, zwłaszcza na zewnątrz budynku, oraz zmienia się prędkość wiatru. Zatem wytwarzane z tych źródeł podciśnienie będzie się zmieniać, czyli wentylacja grawitacyjna będzie chciała pracować ze zmienną wydajnością (wykres), często w nieprawidłowy sposób, jak już wcześniej zostało to opisane.

O tym, jak rozwiązać ten problem, w następnej części artykułu.

Marcin Rokita

Ilustracje z archiwum firmy Darco.

Tabela 1. Wyniki bilansu energetycznego budynku – wartość średnia dla rozpatrywanego okresu.
Tabela 2. Wyniki bilansu energetycznego budynku – okres mrozu.
Tabela 3. Wyniki bilansu energetycznego budynku – nadmierna wentylacja.

Wykres. Wydajność przykładowych nasad.

Prenumerata Magazynu Instalatora

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *

Ta strona korzysta z ciasteczek (cookies) Więcej informacji

Ustawienia plików cookie na tej stronie są włączone na "zezwalaj na pliki cookie", aby umożliwić najlepszy z możliwych sposób przeglądania. Jeśli w dalszym ciągu chcesz korzystać z tej strony, bez zmiany ustawienia plików cookie lub kliknięciu przycisku "Akceptuję", a następnie użytkownik wyraża zgodę na to.

Zamknij