Skuteczna wentylacja mechaniczna

Jakość powietrza w budynku w decydujący sposób wpływa na komfort i zdrowie mieszkańców, a ponadto zabezpiecza konstrukcję domu przed pleśnią i grzybem – skutkami nadmiernej wilgotności powietrza. Nowoczesne budynki energooszczędne i pasywne wymagają kontrolowanej mechanicznie wentylacji z odzyskiem ciepła, która zapewnia odpowiednią jakość powietrza oraz oszczędność energii.

Podstawowym zadaniem systemu wentylacji jest zapewnienie ciągłej wymiany powietrza zużytego, pochodzącego z wnętrza budynku, na powietrze świeże – czerpane z zewnątrz. Istnieją dwa podstawowe rodzaje wentylacji: grawitacyjna (naturalna) i mechaniczna.

Jednostka centralna wentylacji ©NIKOL

Do niedawna w budynkach mieszkalnych stosowana była wyłącznie wentylacja grawitacyjna, której działanie oparte jest na zjawisku naturalnego ruchu powietrza, wywołanego różnicą jego ciśnienia i temperatury (gęstości). Powietrze świeże infiltruje tu do pomieszczeń przez nieszczelności przegród zewnętrznych, może napływać również przez zamontowane w ścianach lub oknach nawiewniki. System taki jest mało efektywny i trudny do sterowania, w związku z czym w nowych budynkach stosuje się wentylację mechaniczną, w której wymiana powietrza napędzana jest działaniem wentylatorów, a przepływ powietrza uporządkowany i łatwy do kontrolowania. Ma to duże znaczenie dla budynków o wysokiej klasie energetycznej, które charakteryzują się bardzo dobrą termoizolacyjnością i szczelnością. Zastosowanie wentylacji mechanicznej pozwala uniknąć szeregu dolegliwości zdrowotnych (takich jak bóle głowy, zmęczenie, osłabienie kondycji, podrażnienie błon śluzowych nosa i gardła, choroby gardła i układu oddechowego, alergie), a także negatywnego oddziaływania na sam budynek (występowania wykraplania wilgoci, a także rozwoju pleśni i grzybów na powierzchniach okien, ścian i stropów).

Poprawa działania wentylacji grawitacyjnej – wentylacja mechaniczna wywiewna

Sposobem na uniezależnienie skuteczności wentylacji od warunków atmosferycznych oraz zapewnienie właściwej wymiany powietrza, bez względu na szczelność budynku, jest zastosowanie urządzeń wymuszających przepływ powietrza, czyli wentylatorów. Najprostszym przypadkiem wentylacji mechanicznej jest wentylacja wywiewna.

System wentylacji wyciągowej wyposażony jest w wentylatory wywiewne, które umożliwiają usunięcie z budynku powietrza zużytego. Instaluje się je w otworach kanałów wentylacyjnych w łazience oraz w kuchni. Powietrze świeże napływa z kolei do pomieszczeń w identyczny sposób jak w wentylacji grawitacyjnej. Tak zorganizowany system wentylacji pozwala na lepsze sterowanie intensywnością wymiany powietrza, zachowując przy tym prostotę budowy. W praktyce instalację taką wykonuje się najczęściej przez modyfikację istniejącego systemu wentylacji grawitacyjnej.

Wentylacja nawiewno-wywiewna

Ułożenie kanałów wentylacyjnych ©ASK

Bardziej rozbudowanym systemem wentylacji mechanicznej jest wentylacja nawiewno-wywiewna, w skład której wchodzą zarówno wentylatory doprowadzające powietrze świeże do pomieszczeń, jak i wentylatory usuwające powietrze zużyte na zewnątrz. w tym przypadku instalacja jest bardziej złożona i wymaga rozbudowanej sieci kanałów oraz zastosowania centrali wentylacyjnej. z drugiej strony zapewnia dokładniejszą kontrolę parametrów wymiany powietrza oraz umożliwia zastosowanie odzysku ciepła. System taki stosuje się z reguły wtedy, gdy został on przewidziany już na etapie projektu budynku.

Wentylacja z odzyskiem ciepła

Zarówno w przypadku wentylacji naturalnej, jak i mechanicznej wyciągowej, ciepło zawarte w powietrzu usuwanym tracone jest zimą bezpowrotnie. Powoduje to spore straty energii, a co za tym idzie – większe koszty ogrzewania. Problem ten wyeliminowany został w wentylacji mechanicznej nawiewno-wywiewnej dzięki zastosowaniu urządzeń do odzysku ciepła. Zasada działania takich urządzeń jest bardzo prosta – przed usunięciem na zewnątrz, powietrze usuwane przepływa przez wymiennik, w którym przekazuje ciepło powietrzu nawiewanemu. Konstrukcja wymiennika może być różna, w praktyce najczęściej stosuje się wymienniki krzyżowe, przeciwprądowe oraz obrotowe. W standardowych centralach wentylacyjnych z wymiennikiem krzyżowym deklarowana przez producenta sprawność odzysku ciepła nie przekracza 60-65 proc. W przypadku wymienników przeciwprądowych oraz obrotowych (tzw. regeneratorów) wartość ta może osiągnąć nawet 90 proc. Oznacza to, że po zastosowaniu odzysku ciepła maksymalnie o tyle procent powinny zmaleć koszty ogrzania powietrza w domu z dobrze działającą wentylacją. W praktyce, po uwzględnieniu strat ciepła, rzeczywista sprawność odzysku jest mniejsza. Warto dodać, że urządzenia do odzysku ciepła znajdują zastosowanie również w okresie letnim – do chłodzenia cieplejszego powietrza zewnętrznego przed nawianiem go do pomieszczeń.

Budowa systemu wentylacji nawiewno-wywiewnej

System wentylacji mechanicznej nawiewno-wywiewnej składa się z następujących elementów: centrali wentylacyjnej (z wentylatorem nawiewnym i wywiewnym, wymiennikiem ciepła oraz filtrami powietrza), a także z kanałów, czerpni i wyrzutni.

Wymiennik freonowy klimatyzacji ©MILLER

• Centrala wentylacyjna, popularnie nazywana rekuperatorem, jest podstawowym elementem całego układu. Łączy się z nią sieć przewodów, przez które przepływa zarówno powietrze usuwane, jak i dostarczane do budynku. Centralę umieszcza się z reguły w pomieszczeniu nieużytkowym, takim jak poddasze, kotłownia (z wyłączeniem kotłowni z kotłem na paliwo stałe), rzadziej w spiżarni, garderobie czy w schowku. Nie ma specjalnych wymagań odnośnie kubatury, oświetlenia i wentylacji takiego pomieszczenia, istotne jest natomiast, by można było bez kłopotu serwisować centralę (np. czyścić filtry). Korzystne jest też zainstalowanie jej w pomieszczeniu izolowanym cieplnie, gdyż straty ciepła będą wtedy mniejsze.
  Do napędu wentylatorów konieczna jest energia elektryczna, dlatego wybierając centralę wentylacyjną, należy zwrócić uwagę nie tylko na sprawność odzysku ciepła, ale i na pobór prądu. Moc silników elektrycznych stosowanych w wentylatorach zależy przede wszystkim od ich wydajności oraz jakości. Przyjmuje się, że dla domu o powierzchni ok. 150 mkw., z trzema sypialniami i dwoma łazienkami, przy wymianie powietrza rzędu ok. 200 m3/h, centrala powinna mieć silniki o mocy regulowanej (w zależności od potrzeb) w zakresie 25-100 W. W przypadku zastosowania gorszej jakości urządzeń, pobierana przez nie moc może wzrosnąć nawet dwukrotnie.
• Kanały wentylacyjne w instalacjach domowych mają najczęściej przekrój prostokątny lub kołowy (rury typu spiro). Powinny być one zaizolowane termicznie (stosuje się do tego celu wełnę mineralną). Zapobiega to stratom ciepła do otoczenia oraz eliminuje ryzyko wykraplania się pary wodnej wewnątrz instalacji.
• Czerpnia to najczęściej duża kratka wentylacyjna, która stanowi zakończenie przewodu zasysającego świeże powietrze z zewnątrz. Mocuje się ją na północnej lub północno-wschodniej ścianie budynku, z dala od źródeł zanieczyszczeń. Można zastosować także czerpnię dachową, jednak jest to mniej popularne rozwiązanie. w przypadku, gdy w instalacji wentylacyjnej stosuje się gruntowy wymiennik ciepła (czyli przestrzeń w postaci rury lub złoża żwirowego umieszczoną na głębokości 1-1,5 m pod powierzchnią ziemi, gdzie panuje stała temperatura 5-8°C), zamiast czerpni ściennej lub dachowej instaluje się czerpnię terenową.
• Wyrzutnia stanowi zakończenie przewodu, którym powietrze z centrali wypływa na zewnątrz. Podobnie jak w przypadku czerpni, jest to z reguły duża kratka wentylacyjna. Jej umiejscowienie musi spełniać wymagania normowe, przede wszystkim powinno znajdować się w odpowiedniej odległości od czerpni, aby usuwane zanieczyszczenia nie przedostawały się z powrotem do instalacji. Również w tym przypadku najczęściej stosuje się wyrzutnie ścienne.

W instalacjach wentylacyjnych, poza opisanymi wyżej urządzeniami, powinny znaleźć się także przepustnice (służące do regulacji natężenia przepływu powietrza) oraz elementy aparatury kontrolno-pomiarowej i regulacyjnej, pozwalające w pełni zautomatyzować działanie całego systemu.

Wentylacja hybrydowa

Rozwinięciem opisanych wyżej systemów jest wentylacja hybrydowa – wykorzystująca zalety wentylacji naturalnej i mechanicznej. Wentylacja tego typu działa naprzemiennie w trybie wentylacji mechanicznej i naturalnej bądź wykorzystuje wzajemne uzupełnianie się obydwu systemów. Jest to możliwe dzięki zastosowaniu odpowiednich elementów sterujących, które monitorują warunki zewnętrzne oraz parametry pracy instalacji wentylacyjnej. Gdy warunki atmosferyczne są sprzyjające, układ wentylacji hybrydowej działa w naturalny sposób, natomiast kiedy są one niewystarczające do sprawnej wymiany powietrza – w sposób mechaniczny. Wyróżnia się trzy podstawowe sposoby współpracy poszczególnych elementów systemu wentylacji hybrydowej:

artykuł pochodzi z kwartalnika
Kreator Projekty wydanie 02/2013
więcej o kwartalniku czytaj na
Kreator Projekty.pl

• system wykorzystuje naprzemiennie ciąg naturalny i mechaniczny (np. z przełączaniem o określonej porze w ciągu doby);
• system działa głównie w sposób naturalny i jest wspomagany wentylatorami w sytuacji, kiedy ciąg naturalny nie jest wystarczający;
• system działa głównie w sposób mechaniczny i jest wspomagany przez naturalny ciąg kominowy, gdy występują ku temu sprzyjające warunki.

Celem stosowania wentylacji hybrydowej jest maksymalne ograniczenie zużycia energii niezbędnej do pracy instalacji, przy jednoczesnym zachowaniu wymaganej intensywności wymiany powietrza, dzięki której można zapewnić właściwą jakość powietrza wewnętrznego.

Projektując system wentylacji, należy kierować się obowiązującymi w Polsce aktami prawnymi (m.in. Prawo budowlane), wymaganiami normowymi oraz względami architektoniczno-użytkowymi. w doborze konkretnych urządzeń bardzo pomocne są katalogi producentów. Jednocześnie należy pamiętać, iż w obliczu rosnących wymagań w kwestii jakości energetycznej budynków, w domach energooszczędnych i pasywnych zastosowanie znajdą wyłącznie systemy wentylacji mechanicznej z wysokosprawnym odzyskiem ciepła.

Krzysztof Sornek
AGH Akademia Górniczo-Hutnicza
Wydział Energetyki i Paliw
Katedra Zrównoważonego Rozwoju Energetycznego