Wentylacja w budynku - oczekiwania a wymagania

Nie każdy jest tego świadomy, ale powietrze wypełniające wnętrze pomieszczeń mieszkalnych i biurowych ulega zużyciu. Dzieje się tak w wyniku oddziaływania różnych czynników związanych z funkcją i wyposażeniem pomieszczeń.

Powietrze zużyte traci właściwości użytkowe. Staje się szkodliwe, a nawet niebezpieczne - zarówno dla mieszkańców, jak i dla budynku, a czasami nawet dla wyposażenia.

Bardzo ważne jest, aby do pomieszczeń dostarczać świeże i czyste powietrze (tlen), a usuwać zużyte - dwutlenek węgla, parę wodną, nieprzyjemne zapachy, gazy powstające w procesach spalania oraz inne szkodliwe, a nawet niepożądane substancje.

Szczelne i niewentylowane budynki są przyczyną wielu chorób dróg oddechowych i alergii. Problem ten zwany w literaturze anglojęzycznej Sick Building Syndrome (Syndrom niezdrowych domów) pojawił się pod koniec lat 70. XX wieku, kiedy starano się ograniczyć zużycie energii przez zmniejszenie intensywności wentylacji.

Widoczne objawy złej wentylacji:

• występowanie grzybów pleśniowych najczęściej na wewnętrznych powierzchniach przegród zewnętrznych, w miejscach osłabienia izolacji termicznej, zjawisko takie może być przyczyną niepoprawnie działającej wentylacji,
• wyczuwalny podwyższony poziom wilgotności powietrza, nieprzyjemny zapach pleśni, zapachy potraw, spalin i dymu,
• rozwój grzybów pleśniowych na wewnętrznych powierzchniach przegród budowlanych.

Inne objawy mogące mieć związek z niepoprawnie działającą wentylacją, a niekojarzone wprost ze źle działającą wentylacją to:

• częste bóle głowy i zmęczenie występujące podczas użytkowania pomieszczeń z niesprawną wentylacją,
• podrażnione błony śluzowe w okresach zimowych,
• choroby układu oddechowego,
• alergie.

Skutki źle działającej wentylacji mogą przynieść znaczne szkody użytkownikom. Warto jest przeanalizować, jakie są wymagania prawne w tym temacie i czy są wystarczające.

Wymagania prawne

Zgodnie z polskim prawem budowlanym wentylacja ma zapewnić użytkownikom odpowiednie warunki użytkowe (higieniczne). Przypomnijmy zatem, jakie są aktualne minimalne wymagania prawne w zakresie wentylacji.

Minimalne wymiany powietrza w budownictwie mieszkaniowym oraz użyteczności publicznej można podzielić na dwie grupy:

• wymagania dla użytkownika
• oraz wymagania dla pomieszczeń brudnych, takich jak WC, kuchnia, łazienka.

W artykule nie będziemy zajmować się minimalnymi wymaganiami wymiany powietrza dla budynków produkcyjnych lub specjalnego przeznaczenia, które zależne są od realizowanych procesów produkcji i mogą mieć podstawowy wpływ na charakterystykę energetyczną budynków. Na przykład drukarnie wymagają 4-6 wym./h, a baseny nawet do 15-20 wym./h. W bilansie w tego typu budynkach straty ciepła przez wentylację stanowią 80–95% całkowitych strat ciepła.

Wpływ wentylacji na charakterystykę energetyczną budynku jest znaczący, jednak nie został prawidłowo uwzględniony w aktualnie obowiązujących wymaganiach prawnych.

W rozporządzeniu w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki, zaproponowano nieprawidłowy podział budynków użyteczności publicznej ze względu na maksymalną dopuszczalną prawnie energochłonność. Ustawodawca dokonał uproszczonego podziału, wyróżniając tylko trzy podgrupy:

• budynki opieki zdrowotnej,
• produkcyjne
• i pozostałe.

Ze względu na wentylację można by wyróżnić co najmniej 8-10 podgrup, które powinny odpowiadać innym wymaganiom w zakresie EP.

Zalecenia minimalnej wentylacji ze względu na obecność ludzi przedstawiają się następująco:

• w pomieszczeniach, w których są okna otwierane i nie wolno palić, minimalna wymiana powietrza powinna wynosić 20 m³/osobę na godzinę,
  - gdy nie ma możliwości otwierania okien wymóg ten wzrasta do 30 m³/h na godzinę;
• w przypadku pomieszczeń, w których dopuszczone jest palenie papierosów wymóg ten wzrasta do 50 m³/osobę na godzinę.

W budownictwie mieszkaniowym wymagania dotyczą generalnie pomieszczeń brudnych, gdzie:

• dla WC minimalna wartość wymiany wynosi 30 m³/h,
• dla łazienki - 50 m³/h,
• dla kuchni z kuchenką elektryczną - 50 m³/h, zaś z kuchenką gazową - 70 m³/h.

Zatem w typowym mieszkaniu o powierzchni 45 m² i kubaturze 121 m³ minimalna wymiana powietrza ze względów higienicznych przy występowaniu łazienki z WC wynosi 100 m², co stanowi 0,83 wym./h, a w przypadku, gdy występuje osobno WC, łazienka i kuchnia, minimalna wymiana wynosi 130 m³/h, co stanowi 1,07 wym./h.

Spełnienie ww. wymagań sprawia, że ilość energii związana z ogrzewaniem i chłodzeniem w nowoczesnych budynkach może stanowić nawet 55-65% całkowitego zapotrzebowania na energię.

Planowane są zmiany w zakresie minimalnych wymagań wentylacyjnych. Dzieje się tak, ponieważ zmieniają się technologie wznoszenia.

Coraz częściej stosowane są sztuczne materiały o innym odziaływaniu na organizm człowieka oraz stale pogarsza się jakość powietrza zewnętrznego, zwłaszcza w miastach.

Połączenie wszystkich zagadnień stwarza wątpliwości, czy obowiązujące minimalne wymagania nie powinny ulec zmianom.

Zdaniem niemal wszystkich specjalistów w zakresie higieny i zdrowia aktualnie obowiązujące normy wentylacyjne powinny ulec zwiększeniu, co będzie miało istotny wpływ na energochłonność budownictwa. Gdyby wzrosły one np. do 30 m³/h/osobę, to zaprojektowanie budynku spełniającego aktualne wymagania prawne wiązałoby się ze znacznym wzrostem kosztów budowy aby zapewnić osiągniecie wymagań w zakresie EP.

Aby spełnić aktualne wymagania prawne w zakresie energochłonności budynków, należy uwzględnić stosowanie systemów OZE lub energooszczędnej wentylacji. Na pewno wentylacja naturalna nie spełnia takich wymagań. Nie spełnia też oczekiwań użytkowników. Pozostaje więc poszukiwanie innych rozwiązań.

Systemy wentylacji

Wentylacja naturalna

Wentylacja naturalna nazywana jest też wentylacją grawitacyjną lub rzadziej konwekcyjną. Związane jest to z naturalnym zachowaniem powietrza w zależności od temperatury:

• powietrze ciepłe jest lżejsze, a więc się unosi;
• masy powietrza dążą do wyrównania ciśnienia, a więc powietrze zawsze przepływa z miejsc o większym ciśnieniu do miejsc o ciśnieniu mniejszym.

Wykorzystanie obu własności pozwala w budynkach na funkcjonowanie wentylacji naturalnej.

System wentylacji grawitacyjnej opiera się więc na dwóch drogach ruchu powietrza:

• nawiew naturalny, przez urządzenia nawiewne oraz nieszczelności budynku,
• oraz wywiew przez kanały wentylacyjne.

Zaletą wentylacji naturalnej jest, jak sama nazwa wskazuje, to, że przepływ odbywa się naturalnie. Nie wymaga więc dodatkowych urządzeń i nakładów finansowych. Jednocześnie może to się okazać wadą - użytkownik jest uzależniony od warunków pogodowych.

W celu uniezależnienie od warunków zewnętrznych stosuje się urządzenia, które pozwalają na poprawienie działania wentylacji. Usprawnienie wentylacji naturalnej doprowadziło do powstania wentylacji hybrydowej.

Wentylacja hybrydowa

Taki rodzaj wentylacji łączy w sobie zalety wentylacji naturalnej oraz mechanicznej.

W systemie tym dla wspomagania wentylacji grawitacyjnej stosuje się urządzenia mechaniczne, które wspomagają system, gdy warunki pogodowe ze względu na działanie wentylacji stają się niekorzystne. Na kominie wentylacyjnym montuje się specjalną nasadę kominową, wytwarzającą wymagane podciśnienie.

Jeżeli w pobliżu nasady powstaną warunki wykluczające pracę wentylacji grawitacyjnej, wówczas poprzez układ sterowania zostaje włączony wentylator nasady.

Wentylacja mechaniczna

W wentylacji mechanicznej wywiewnej nawiew powietrza do pomieszczeń odbywa się tak jak w wentylacji grawitacyjnej - przez urządzenia nawiewne, np. nawiewniki, wywiew zaś następuje przez urządzenia mechaniczne.

Wentylacja działa niezależnie od pogody na zewnątrz budynku oraz w porównaniu z wentylacją naturalną następuje skuteczniejsza wymiana powietrza w pomieszczeniach, a ponadto jej działanie można w pewnym stopniu zautomatyzować.

Systemu takiego nie wolno stosować w pomieszczeniach, gdzie znajdują się urządzenia gazowe z otwartą komorą spalania.

Istnieje również system wentylacji mechanicznej nawiewnej, gdzie świeże powietrze jest wtłaczane do pomieszczeń za pomocą wentylatorów, natomiast odpływ powietrza zużytego odbywa się w sposób naturalny.

Kolejnym wariantem wentylacji mechanicznej jest system wentylacji mechanicznej nawiewno-wywiewnej z odzyskiem ciepła.

Najważniejszym elementem tego systemu jest centrala wentylacyjna, w której znajduje się wymiennik ciepła, wentylatory nawiewny i wyciągowy oraz filtry powietrza.

W urządzeniu tym ciepłe, zużyte powietrze wyrzucane z pomieszczeń ogrzewa w wymienniku zimne powietrze pobierane z zewnątrz budynku.

System wentylacji nawiewno-wywiewnej działa niezależnie od warunków atmosferycznych, powinno charakteryzować się niskim zużyciem energii pomocniczej oraz niskim poziomem hałasu. Powietrze dostarczane do pomieszczeń może być oczyszczone.

System pozwala sterować ilością wymienianego powietrza oraz jego parametrami. Niestety w porównaniu z wcześniej opisanymi rodzajami wentylacji jego montaż wymaga większych środków finansowych.

Dlaczego warto stosować wentylację mechaniczną?

Wentylacja mechaniczna ma szereg zalet. Dobrze uzbrojona pozwala osiągnąć optymalne warunki użytkowania pomieszczeń, co jest celem nadrzędnym. Pozwala też minimalizować zużycie energii przez budynki. Do zalet wentylacji mechanicznej z odzyskiem ciepła zaliczyć można:

• możliwość skutecznej wymiany powietrza zużytego,
• skuteczne usuwanie wilgoci,
• filtracja nawiewanego powietrza z kurzu i pyłków PM10 i PM2,5,
• możliwość regulowania intensywności wentylacji,
• w przypadku zastosowania modułu odzysku ciepła - znaczne obniżenie zużycia energii na ogrzewanie, a co za tym idzie – obniżenie kosztów ogrzewania,
• klimatyzowanie (chłodzenie) powietrza w lecie,
• w bardziej zawansowanych rozwiązaniach oczyszczanie powietrza.

W zakresie wilgoci, ze względu na zmienność warunków zewnętrznych, sprawa nie jest taka prosta.

Realizując wentylację, chcemy zapewnić komfort w zakresie wilgotności i jonizacji powietrza. Usuwanie nadmiaru wilgoci z pomieszczeń, takich jak kuchnia, łazienka czy suszarnia, jest oczywiste. Dla tego typu pomieszczeń należałoby stosować jak największe wymiany powietrza i duże centrale rekuperacyjne.

Poza sezonem grzewczym powinno się wentylować budynki w miarę intensywnie.

W sezonie grzewczym dla zachowania komfortu użytkowania musimy nawilżać powietrze około litrem wody na 1 godz. (24 litry na dobę). Dlatego korzystnym jest połączenie GWC z systemem wentylacji mechanicznej z rekuperacją.

Wentylacja mechaniczna z odzyskiem ciepła ma też wady, o których należy wspomnieć. Do najważniejszych należą:

• do działania wymagany jest prąd elektryczny,
• z działaniem związane jest zużycie energii pomocniczej,
• wymaga stosowania systemów zabezpieczających przez szronieniem wymienników,
• wymaga okresowego czyszczenia instalacji oraz przeglądów serwisowych,
• dla nadwrażliwych użytkowników nocą uciążliwy może być szum (hałas).

Użytkownicy central z rekuperacją powinni unikać stosowania grzałek zabezpieczających wymienniki przed szronieniem.

Używanie grzałek powoduje dodatkowe przesuszenie powietrza, zmniejszenie naturalnej ujemnej jonizacji powietrza.

Oddychanie zbyt suchym powietrzem jest niekorzystne szczególnie podczas snu. Prowadzi to bowiem do przesuszenia śluzówki dróg oddechowych, a w konsekwencji do bólu gardła, nieżytu nosa i stanów zapalnych.

Dla kontroli mikroklimatu zalecamy montaż naściennych wskaźników temperatury i wilgotności. Gdy wilgotność spadnie poniżej 30%, należy stosować dowilżanie. Rozwiązaniem tego problemu są gruntowe wymienniki ciepła GWC.

Jak działa rekuperator?

Nawiewane do domu świeże powietrze przechodzi przez rekuperator i ogrzewane jest powietrzem usuwanym. Świeże powietrze zazwyczaj nie ulega zmieszaniu z powietrzem zużytym. Dla wymienników krzyżowych – jak na RYS. 1 – maksymalny odzysk ciepła (rekuperacja) w normalnych warunkach eksploatacyjnych może wynieść około 55–75%. Wymienniki obrotowe pozwalają uzyskać średnioroczną sprawność rekuperacji nawet ponad 80%.

Większą sprawność rekuperacji można uzyskać przy zastosowaniu central wentylacyjnych dwurekuperatorowych. Prezentowany na RYS. 2-3 układ pozwoli na odzyskanie do 90–92% ciepła traconego w procesie wentylacji. Powietrze nawiewane i usuwane przechodzi przez dwa kolejne wymienniki krzyżowe, w których następuje odzysk ciepła.

Jeśli porównamy powierzchnię wymiany dwóch wymienników krzyżowych do wymiennika przeciwprądowego centrali o tej samej wydajności (RYS. 4-5), to okaże się że w pierwszym przypadku jest ona zdecydowanie większa, zatem i odzysk ciepła jest bardziej skuteczny.

Oszczędność energii oraz kosztów

Wentylacja z odzyskiem ciepła umożliwia spełnienie wymagań higienicznych. Ma również wpływ na obniżenie kosztów oraz zużycia energii.

W TAB. 1 wyliczono, ile potrzeba energii do grzania powietrza wentylacyjnego w domu o kubaturze np. 500 m³. Pręto 0,5 wymiany na godzinę, czyli 250 m³/h. Ciepło potrzebne do ogrzania powietrza wentylacyjnego można obliczyć ze wzoru:

Q = 0,34·V·ΔT·t [Wh]

W TAB. 2 przedstawiono roczne oszczędności eksploatacyjne, które są interesujące, zwłaszcza gdy nośnikiem energii jest olej opałowy, gaz płynny lub energia elektryczna.

Praktyczne wskazówki użytkowe

Na podstawie wieloletnich doświadczeń użytkowych można sformułować praktyczne wskazówki użytkowe:

1. Wentylacja w sezonie letnim może być intensywniejsza. Ułatwia to odprowadzenie wilgoci i zanieczyszczeń.

2. W sezonie grzewczym, szczególnie gdy na zewnątrz jest mróz, należy wentylować pomieszczenia mniej intensywnie (szczególnie sypialnie, aby nie doprowadzić do przesuszenia powietrza), zapewniając odpowiedni komfort użytkowy i spełnienie minimalnych wymagań higienicznych.

3. Zimą centrala powinna pracować w nocy na możliwie małym wydatku (na najniższy biegu).

4. Jeśli podczas przyjęć w pokoju dziennym przebywa więcej osób, włączamy centralę na wyższy bieg, który umożliwia zwiększoną wymianę powietrza. Najlepiej, gdy system jest wyposażony w czujniki np. CO₂, które automatycznie w płynny sposób regulują intensywnością wentylacji.

Aby dwa pierwsze sposoby działania mogły zachodzić w sposób optymalny, należy spełnić kilka warunków:

• Należy zapewnić prawidłowe zbilansowanie wentylacji. Ilość powietrza nawiewanego powinna być równa ilości powietrza wywiewanego.
• Szczelność powietrzna budynku powinna spełniać wymagania n50 < 0,6 wym/h.
• System wentylacyjny w strefach nieogrzewanych (np. strychy, piwnice) powinien być izolowany wełną mineralną lub innym materiałem izolacyjnym grubości min. 50 mm.
• Instalacje wentylacyjne powinny charakteryzować się brakiem uciążliwego hałasu przenoszącego się z pracującej centrali. Można tolerować niewielki poziom dźwięku dla pracy z maksymalną wydajnością, używany sporadycznie.
• W przypadku hałasu wytwarzanego przez wentylację o wartości już 20 dB wentylacja może być dla użytkowników dokuczliwa. Aby temu zaradzić, należy:
  - centralę montować możliwie z dala od sypialni,
  - nie stosować do wykonania instalacji kanałów aluminiowych typu FLEX, za to użyć kanałów dobrze tłumiących dźwięki,
  - na wylocie i nawiewie zamontować dodatkowe tłumiki hałasu,
  - odległość minimalna pomiędzy nawiewnikiem (anemostatem) a centralą powinna być większa niż 4 m; większa odległość powoduje lepsze tłumienie,
  - gdy z projektowych obliczeń wynika, że na anemostatach (z reguły tych najbliżej centrali) ciśnienie statyczne będzie wyższe niż 70–80 Pa, należy zastosować przepustnice dławiące w odległości min. 2 m przed anemostatem (zapobiegnie to szumieniu anemostatu),
  - wyrzutni nie wolno montować bezpośrednio przy oknie sypialni.

Praca letnia

System wentylacji wymuszonej z odzyskiem ciepła (rekuperatory) sprawdza się cały rok z wyjątkiem letnich upałów. Rekuperatory z odzyskiem ciepła mają tą właściwość, że w nocy, gdy temperatura spadnie poniżej 20°C, ich praca spowoduje niepotrzebne podgrzanie powietrza zewnętrznego. Problem ten można rozwiązać w następujący sposób: za pomocą wyłącznika nawiewu zamontowanego w centralach można wyłączyć nawiew na okres upałów, wówczas pracuje tylko instalacja wyciągowa, a właściwe przewietrzanie realizowane jest przez otwieranie okien.

Sposobem zdecydowanie lepszym jest zastąpienie wymiennika ciepła (rekuperatora) wkładem letnim. W sezonie letnim należy wymontować rekuperator z centralki wentylacyjnej, a w jego miejsce umieścić wkład letni, w którym nie zachodzi już wymiana ciepła. Rozwiązanie to daje szereg korzyści: nie trzeba otwierać okien (zwłaszcza nocą), dzięki czemu unikamy problemu komarów, hałasu i pyłków alergennych.

Możemy nie dopuścić do nadmiernego nagrzania się domu poprzez realizację obniżonej wentylację w dzień i intensyfikowanie w nocy co spowoduje intensywniejsze wychłodzenie budynku.

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!