Wentylacja (pomieszczenia) jest to wymiana powietrza w pomieszczeniu lub w jego części mająca na celu usunięcie powietrza zużytego i zanieczyszczonego oraz wprowadzanie powietrza zewnętrznego.

Wentylacja powinna być tak zorganizowana, by powietrze było wywiewane dopiero po całkowitym wyzyskaniu swych możliwości asymilacyjnych, tzn. dopiero wówczas, gdy stężenie substancji szkodliwych (lub temperatura, wilgotność albo entalpia) dojdzie do wartości przyjętych w obliczeniach jako graniczne. Cała strefa przebywania ludzi musi być stale omywana przez powietrze wentylujące. Przy czym prędkość powietrza powinna być tak dobrana, by nie wywoływała uczucia przeciągów.

Mówiąc ogólnie: wymiana powietrza w pomieszczeniach nie może odbywać się w sposób przypadkowy, lecz musi być odpowiednio zorganizowana. Zatem konieczność właściwego zorganizowania obiegu powietrza w pomieszczeniach wymusza stosowanie systemu wentylacji wspieranego wentylatorami wymuszającymi odpowiedni przepływ powietrza specjalnie dobranymi kanałami. Jest to właśnie wentylacja mechaniczna, czyli oparta na działaniu wentylatorów.

Zadanie dla wentylacji mechanicznej

Podstawową rolą wentylacji mechanicznej jest dostarczenie optymalnej ilości świeżego powietrza do pomieszczeń (budynku) i usuwanie z niego powietrza zanieczyszczonego. W odróżnieniu od wentylacji grawitacyjnej (samoczynnej) wentylacja mechaniczna charakteryzuje się możliwością regulacji ilości powietrza dostarczanego do pomieszczeń niezależnie od warunków atmosferycznych, a wpływ na jej intensywność ma użytkownik systemu. Zaletą systemu wentylacji mechanicznej (względem wentylacji grawitacyjnej) jest możliwość zastosowania odzysku ciepła, co istotnie pozwala zmniejszyć koszty ogrzewania. Nowoczesnym rozwiązaniem systemu wentylacyjnego, który stanowi połączenie prostoty wentylacji grawitacyjnej ze stabilnością wentylacji mechanicznej jest wentylacja hybrydowa. Ma ona głównie zastosowanie w budownictwie jedno- i w wielorodzinnym, co znacząco ogranicza koszty eksploatacji, głównie wydatki na energię elektryczną wykorzystywaną do napędu wentylatorów.

Strata wentylacyjna ogrzewanego budynku

Ogrzewanie budynków ma na celu zapewnienie w nich komfortu cieplnego. Ogrzewany budynek traci ciepło na drodze przenikania ciepła przez jego wszystkie zewnętrzne przegrody budowlane, ale także wraz z usuwanym z jego wnętrza powietrzem doprowadzanym tam uprzednio w celach higienicznych i/lub technologicznych.

W tzw. starym budownictwie strata wentylacyjna wynosi zwykle ok. 25÷30% całkowitej straty ciepła budynku. W miarę stawiania coraz wyższych wymagań co do izolacyjności cieplnej zewnętrznych przegród budynku, czyli w miarę ograniczania składowej straty przez przenikanie ciepła, udział straty wentylacyjnej w całkowitej stracie ciepła budynku rośnie, osiągając w tzw. nowym budownictwie wartość nawet ok. 50÷60% całości strat przy tych samych wymaganiach co do komfortu powietrznego.

Stratę przez przenikanie ciepła łatwo ograniczyć, dodając dodatkową warstwę izolacji, natomiast strata wentylacyjna jest stała i musi zapewnić niezbędną ilość powietrza świeżego. Strata wentylacyjna spowodowana jest koniecznością usuwania z budynku tzw. zużytego, ale ogrzanego uprzednio powietrza.

Przykładowo można określić dla budynku jednorodzinnego jej minimalną wartość.

W tym przypadku możliwie najmniejszy strumień powietrza świeżego wynosi 150 m3/h (kuchnia wymaga 70, łazienka 50 i osobna toaleta 30 m3/h). Gdy powietrze w budynku zostaje podgrzane do temperatury 20oC, usuwa się go systemem wentylacyjnym, ponosząc wspomnianą stratę wentylacyjną.

Można ją wyznaczyć, określając kolejno:

  • przy gęstości powietrza 1,2 kg/m3:

– strumień jego masy 1,2 kg/m3 * 150 m3/h = 180 kg/h = 0,05 kg/s,

  • przy cieple właściwym powietrza 1,0 kJ/(kg * K) i nadwyżce temperatury (względem obliczeniowej -16oC) wynoszącej 36 K:

– strumień energii 0,05 kg/s * 1,0 kJ/(kg * K) * 36 K = 1,8 kW.

Ten strumień energii jest niezależny od pozostałej składowej – straty przez przenikanie ciepła przez przegrody zewnętrzne budynku.

Uwaga!

Warto podkreślić, że daleko idące ograniczanie straty wentylacyjnej, choć prowadzi do obniżenia kosztów eksploatacji budynku, nie jest korzystne, bowiem nadmierne uszczelnienie budynku prowadzi do zmniejszenia intensywności jego wentylowania. W efekcie znacznie pogarsza się jakość powietrza w pomieszczeniach, a przede wszystkim nadmiernie wzrasta wilgotność powietrza sprzyjająca rozwojowi grzybów i pleśni. Rozsądne jest więc znalezienie kompromisu pomiędzy oszczędzaniem energii a właściwą wentylacją pomieszczeń. O taki kompromis trudno, gdy budynek jest wentylowany w sposób samoczynny. Możliwości są więc ograniczone, a jedynym rozwiązaniem jest zastosowanie systemu wentylacji nawiewno-wywiewnej i to z rekuperatorem odzyskującym ciepło od strumienia wywiewanego oraz przekazującego go do strumienia pobieranego.

Aktualne wymagania…

Od szeregu lat obserwujemy stałą krajową tendencję co do rosnących wymagań określających izolacyjność przegród zewnętrznych budynków. W dodatku wymagania te nie tylko stale ulegają pogłębieniu, ale i obejmują, poza izolacyjnością, jeszcze wymóg równoczesnego uwzględnienia warunku maksymalnego nakładu energii pierwotnej na utrzymanie komfortu cieplnego budynku. W dodatku od kilku lat obowiązuje warunek odpowiedniej szczelności skorupy zewnętrznej budynku.

Wskazana tendencja zmierza w kierunku wznoszenia budynków niskoenergetycznych, a docelowo zeroenergetycznych. Chociaż w miarę ograniczania strat cieplnych budynków rosną nakłady inwestycyjne, to jednak maleją koszty eksploatacyjne. Wskazaną tendencję z ostatnich lat zilustrowano wymaganiami stawianymi budynkom jednorodzinnym (tabela).

Wentylacja-z-odzyskiem-ciepla-Kubski238tabela

Ograniczono się tylko do dwóch istotnych parametrów: maksymalnej wartości współczynnika izolacyjności cieplnej ścian zewnętrznych oraz współczynnika nakładu energii pierwotnej na ogrzewanie, wentylację i przygotowanie ciepłej wody. Pełny zakres wymagań zawarty jest w stosownym rozporządzeniu Ministra Infrastruktury i Rozwoju z dnia 17 lipca 2015 (tekst jednolity Dz. U. 2015, poz. 1422) wraz ze zmianami zawartymi w rozporządzeniu Ministra Infrastruktury i Budownictwa z dnia 14 listopada 2017 r. (Dz. U. 2017, poz. 2285).

Wartości (cząstkowego) nakładu energii pierwotnej na ogrzewanie, wentylację i przygotowanie ciepłej wody od roku 2017 są możliwe do osiągnięcia tylko przy zastosowaniu wentylacji nawiewno-wywiewnej, zaś od 2021 roku – tejże wentylacji z odzyskiem ciepła. Warto też nadmienić, że to ostatnie rozporządzenie wprowadza dodatkowe ograniczenia określające tzw. moc właściwą wentylatorów w systemie wentylacji nawiewno-wywiewnej. Przez moc właściwą wentylatora [kW/(m3/s)] rozumiemy stosunek wartości mocy elektrycznej wentylatora (kW) do strumienia objętości przetłaczanego powietrza [m3/s].

I tak, maksymalna moc właściwa dla wentylatora nawiewnego i wywiewnego w instalacji nawiewno-wywiewnej z odzyskiem ciepła wynosi odpowiednio 1,6 i 1,0 kW/(m3/s), zaś bez odzysku ciepła odpowiednio 1,25 i 1,0 kW/(m3/s).

System wentylacji nawiewno-wywiewnej

Wśród systemów wentylacji mechanicznej rozróżniamy:

  • wentylację wywiewną, wywołującą powstawanie podciśnienia w pomieszczeniach, przy dogrzewaniu powietrza zewnętrznego naturalnie dopływającego do jego wnętrza,
  • wentylację nawiewną, powodującą powstawanie nadciśnienia w pomieszczeniach, z dogrzewaniem powietrza nawiewanego i naturalnym usuwaniem powietrza zużytego,
  • (zrównoważoną) wentylację nawiewno-wywiewną, zazwyczaj z odzyskiem ciepła (poprzez rekuperator) z powietrza wywiewanego i ewentualnym dogrzaniem powietrza nawiewanego. System wentylacji nawiewno-wywiewnej odróżnia się od systemu wywiewnego tym, że wentylatory nie tylko usuwają powietrze z budynku, ale również dostarczają w jego miejsce świeże powietrze zewnętrzne. Powietrze jest czerpane z zewnątrz i systemem kanałów wentylacyjnych dostarczane do pokoi. Inne kanały – wywiewne – usuwają zanieczyszczone powietrze z kuchni, toalet, łazienki i garderoby, a więc zgodnie z ogólnymi zasadami wentylacji budynku.

System wentylacji mechanicznej nawiewno-wywiewnej daje możliwość nie tylko kontrolowanego napływu i wypływu powietrza, ale i pozwala na odzyskanie znacznej ilości ciepła z powietrza usuwanego z budynku. Głównym elementem systemu jest centrala wentylacyjna. Centrala składa się z dwóch wentylatorów i wymiennika ciepła obrotowego lub krzyżowo-prądowego, filtrów powietrza, układu sterowania i ewentualnie nagrzewnicy powietrza.

Zasilane energią elektryczną centrale pozwalają odzyskać przeciętnie 50-75% ciepła z powietrza usuwanego z budynku. Energię odzyskuje się, ogrzewając chłodne powietrze czerpane z zewnątrz ciepłem z powietrza usuwanego z pomieszczeń. Dzięki temu powietrze doprowadzane do pomieszczeń potrzebuje mniej ciepła na utrzymanie w nich odpowiedniej temperatury.

System wentylacji nawiewno-wywiewnej składa się z następujących głównych elementów: czerpni świeżego powietrza, kanału doprowadzającego pobrane powietrze do centrali wentylacyjnej, samej centrali, filtru powietrza, kanałów rozprowadzających powietrze do poszczególnych pomieszczeń, odpowiednich kształtek wentylacyjnych, kratek, anemostatów, wyrzutni powietrza zużytego. Rozprowadzanie powietrza powinno odbywać się po jak najkrótszej drodze, kanały i ich połączenia powinny być szczelne i izolowane cieplnie.

Wentylacja z odzyskiem ciepła ogrzewa

System wentylacyjny może też spełniać funkcję ogrzewania. A zatem system wentylacji pozwala na kontrolę intensywności wentylacji i uniezależnienie jej od warunków panujących na zewnątrz budynku. Dzięki zastosowaniu wentylatorów w centrali można precyzyjnie sterować ilością powietrza wymienianego w budynku, regulując tempo wymiany, dopasowując je do potrzeb i liczby przebywających osób.

Wentylacja z odzyskiem ciepła z powietrza Stiebel

Jego zaletą jest także to, że praca systemu w lecie w nocy bez rekuperacji służy chłodzeniu wnętrza budynku. Odpowiednio dobrana centrala wentylacyjna powinna zapewniać niezbędny spręż, czyli zdolność pokonania sumarycznych oporów przepływu powietrza przez kanały, a także niezbędny wydatek powietrza, zwykle w granicach 0,6 ÷ 1,5 obliczeniowej wartości. Rekuperatory są konstruowane w taki sposób, że zużyte, usuwane powietrze nie miesza się ze świeżym, zasysanym do budynku. W budynkach jednorodzinnych stosuje się najczęściej tzw. rekuperatory krzyżowe.

Wymienniki

Wymiennik ciepła jest w nich zbudowany z kilku ułożonych równolegle płyt, między którymi przepływają przeciwprądowo dwa strumienie powietrza – ciepły wywiewany i zimny nawiewany do budynku. Płyty wymiennika przewodzą ciepło między strumieniami powietrza. Strumienie powietrza przepływają we wzajemnie prostopadłych kierunkach. W budynku jednorodzinnym centrala wentylacyjna powinna być zlokalizowana z dala od pomieszczeń użytkowych, przykładowo:

  • na poddaszu, zwykle nad holem,
  • w garażu, w kotłowni, ale aby nie było tam kotła na paliwo stałe,
  • w garderobie, spiżarni, w schowku (np. pod schodami), w szafie w przedpokoju; jako kryterium służy maksymalnego ograniczenia odczuwania hałasu jej pracy.

Na hałaśliwość jej pracy mają także wpływ nie właściwie dobrane przekroje kanałów, bo zbyt małym przekrojom odpowiada większa prędkość przepływu powietrza, a także niewłaściwie zastosowane mocowania kanałów i innych elementów systemu wentylacyjnego. Jednocześnie zamknięte okna ograniczają hałas uliczny. Innym mankamentem stosowania systemu wentylacji jest konieczność rozprowadzenia kanałów wentylacyjnych w budynku, przez co może być zajęta przestrzeń w rogach ścian i sufitów w pomieszczeniach. Podczas zimowej eksploatacji systemu może nastąpić oszronienie rekuperatora, co wymaga odpowiedniego przeciwdziałania.

Można go odszronić na kilka sposobów, np. chwilowo ograniczając przepływ powietrza świeżego, ale i odpowiednio dogrzewając wstępnie ten strumień. Możliwością zapobieżenia temu zjawisku jest wzbogacenie systemu wentylacji o gruntowy wymiennik ciepła, który pozwala na pozyskanie przez strumień zaczerpniętego świeżego powietrza darmowej energii z ziemi, energii zgromadzonej na głębokości 1,5-2 m, gdzie bez względu na porę roku panuje stała temperatura. Taki wymiennik ciepła może być tylko rurą, przez którą przepływa powietrze, lub też może stanowić złoże żwiru omywane przez powietrze. W gruntowym wymienniku ciepła wykorzystuje się zatem dużą pojemność cieplną gruntu, dzięki której można zmniejszyć wahania temperatury powietrza dostarczanego do budynku (w stosunku do pobieranego bezpośrednio z atmosfery). Taki wymiennik jest wykorzystywany do wstępnego ogrzewania (w zimie) lub chłodzenia (w lecie) powietrza wprowadzanego do budynku.

Podsumowanie

Coraz wyższe wymagania co do energochłonności występującej przy eksploatacji budynków, stawiane im w obowiązujących przepisach, wymuszają nie tylko stosowanie odpowiedniej izolacji cieplnej przegród zewnętrznych w budynkach, ale i zapewnienie w nich odpowiedniej szczelności skorupy zewnętrznej, a także wymuszają stosowanie odpowiednio zorganizowanych, wysoko efektywnych systemów wentylacji. Wymagania takie spełnia wentylacja z odzyskiem ciepła nawiewno-wywiewna. Co prawda instalowanie takiej wentylacji pociąga za sobą odpowiednio wyższe nakłady inwestycyjne, ale taka inwestycja prowadzi do obniżenia kosztów ogrzewania podczas eksploatacji budynku, ograniczając jego straty cieplne.

dr inż. Piotr Kubski

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