WENTYLACJA MECHANICZNA - ULOTKA INFORMACYJNA

WENTYLACJA MECHANICZNA - ULOTKA INFORMACYJNA

2020

I NFORMACJE PODSTAWOWE

Rolą wentylacji mechanicznej jest dostarczanie optymalnej ilości świeżego powietrza do budynku i usuwanie z niego powietrza zanieczyszczonego niezależnie od warunków atmosferycznych [1]. Zaletą systemu wentylacji mechanicznej jest możliwość zastosowania odzysku ciepła (i opcjonalnie wilgoci), co pozwala zmniejszyć koszty ogrzewania i zdecydowanie poprawić jakość powietrza i komfort życia.

Brak prawidłowo działającej wentylacji może powodować złe samopoczucie, problemy zdrowotne, a także zawilgocenie. W skrajnych przypadkach skutkiem jest zagrzybienie ścian i innych przegród zewnętrznych. Dlatego prawidłowy dobór systemu wentylacji mechanicznej jest kluczowy do utrzymywania właściwych warunków mikroklimatu pomieszczeń.

Z ASADA DZIAŁANIA WENTYLACJI MECHANICZNEJ

Świeże powietrze pobierane jest z zewnątrz budynku za pomocą czerpni i dostarczane przewodem wentylacyjnym do centrali wentylacyjnej [1].

W centrali wentylacyjnej powietrze przechodzi przez wymiennik, gdzie wymienia ciepło z powietrzem wyciąganym z pomieszczeń. Po przejściu przez centralę wentylacyjną powietrze jest dostarczane przez sieć przewodów nawiewnych do pomieszczeń użytkowych, takich jak: salon, sypialnie, pokoje dzienne, gabinety. Przepływ powietrza w instalacji wymuszany jest przez wentylatory centrali wentylacyjnej.

W typowych budynkach jednorodzinnych o małej powierzchni najczęściej stosuje się wyciągi z pomieszczeń sanitarnych i pomocniczych, takich jak łazienka, kuchnia, toaleta, garderoba, spiżarnia, pomieszczenie gospodarcze, itp. [1]

Świeże powietrze do pomieszczeń higieniczno-sanitarnych przepływa między pomieszczeniami przez szczelinę pod drzwiami, kratkę lub otwory w dolnej części drzwi [1]. Z pomieszczeń sanitarnych i pomocniczych zużyte powietrze jest usuwane za pomocą elementów wyciągowych (Rys. 1). Przez wyciągowe przewody wentylacyjne dociera ono do centrali wentylacyjnej, gdzie w wymienniku ciepła oddaje swoją energię cieplną świeżemu, czerpanemu powietrzu. Następnie przez przewody wentylacyjne i wyrzutnię, zużyte powietrze jest usuwane na zewnątrz budynku.

Należy wziąć pod uwagę, że w niektórych rozwiązaniach central wentylacyjnych wyposażonych w regeneracyjny wymiennik ciepła, może dochodzić do kilkuprocentowej recyrkulacji powietrza wywiewanego do powietrza świeżego dostarczanego do pomieszczeń.

Rys. 1. Schemat ideowy instalacji wentylacji nawiewno-wywiewnej z odzyskiem ciepła [1].

P ODSTAWOWE ELEMENTY SYSTEMU WENTYLACJI

CENTRALA WENTYLACYJNA

Urządzenie służące do wymiany powietrza w budynku pełniące dodatkowo funkcję odzysku ciepła i filtracji powietrza [1].

Rys. 2. Centrala wentylacyjna [2].

PRZEWODY WENTYLACYJNE

Wykonane są najczęściej ze stalowych rur zwijanych lub innych sztywnych materiałów [1]. Służą do transportowania powietrza. W instalacji wentylacji mechanicznej wyróżnia się cztery typy kanałów:

 przewód czerpny – łączy czerpnię powietrza z centralą wentylacyjną, transportuje powietrze zewnętrzne do centrali, gdzie jest ono poddawane obróbce termicznej i jakościowej;

 przewody nawiewne – prowadzą od centrali wentylacyjnej do elementów nawiewnych w pomieszczeniach bytowych, transportują powietrze, które zostało już poddane obróbce termicznej i jakościowej;

 przewody wywiewne – prowadzą od elementów wywiewnych zlokalizowanych w pomieszczeniach sanitarnych i pomocniczych do centrali wentylacyjnej, transportują powietrze niosące ze sobą wilgoć i zanieczyszczenia;

 przewód wyrzutowy – zlokalizowany pomiędzy centralą wentylacyjną a wyrzutnią zlokalizowaną w dachu budynku lub na ścianie, transportuje powietrze, które oddało już swoją energię w centrali wentylacyjnej, na zewnątrz budynku.

ELEMENTY NAWIEWNE

Elementy końcowe instalacji wentylacyjnej służące do wprowadzania powietrza świeżego do budynku [1]. Ich konstrukcja powinna umożliwiać regulację lub zawierać elementy dodatkowe, które pozwolą na osiągnięcie założonych wartości przepływów powietrza oraz kształt zapewniający w danych warunkach prawidłowy napływ powietrza do pomieszczenia.

Rys. 3. Elementy nawiewne [3].

ELEMENTY WYWIEWNE

Elementy końcowe instalacji wentylacyjnej służące do wyprowadzania powietrza z pomieszczeń [1]. Ich konstrukcja powinna umożliwiać regulację lub zawierać elementy dodatkowe, które pozwolą na osiągnięcie założonych wartości przepływów powietrza. Powinny być zawsze zlokalizowane w możliwie najwyższym punkcie pomieszczenia.

CZERPNIA

Element początkowy instalacji umieszczony w ścianie, w dachu lub w sąsiedztwie budynku, którego zadaniem jest pobieranie świeżego powietrza o możliwie najwyższej czystości [1]. Musi być właściwie zabezpieczony przed przedostawaniem się do niego jakichkolwiek niepożądanych elementów z zewnątrz.

Rys. 4. Czerpnie i wyrzutnie dachowe [4].

WYRZUTNIA

Element końcowy instalacji w ścianie budynku, na dachu lub na terenie przylegającym (wyrzutnia terenowa), którego zdaniem jest odprowadzenie zużytego powietrza [1]. Musi być właściwie zabezpieczony przed przedostawaniem się do niego jakichkolwiek niepożądanych elementów z zewnątrz.

D ODATKOWE ELEMENTY SYSTEMU WENTYLACJI

GRUNTOWY WYMIENNIK CIEPŁA (GWC)

Instalacja wspomagająca i uzupełniająca instalację wentylacji mechanicznej z odzyskiem ciepła [1]. Świeże powietrze czerpane z zewnątrz, zanim dotrze do instalacji wentylacyjnej wewnątrz budynku, przepływa przez GWC umieszczony na odpowiedniej głębokości w gruncie sąsiadującym z budynkiem. Wymiennik gruntowy wykorzystuje energię cieplną zmagazynowaną w gruncie, którego temperatura na głębokości ok. 1,5 m poniżej rzędnej terenu oscyluje na poziomie ok. +8˚C. Zimą GWC służy do wstępnego podgrzania powietrza (działa jako dodatkowy system antyzamrożeniowy), a latem schładza powietrze nawiewane do pomieszczeń.

Wśród dostępnych na rynku rozwiązań GWC można wymienić wymienniki powietrzne [1]:

 rurowe (transport powietrza odbywa się specjalną rurą);

 płytowe (transport powietrza odbywa się przez strukturę płytową);

 żwirowe (transport powietrza odbywa się przez warstwę żwiru).

Powietrze pełni funkcję medium dla energii cieplnej przekazywanej przez wymiennik [1]. Spotyka się także wymienniki glikolowe, gdzie ciepło z gruntu przekazywane jest najpierw do zamkniętego układu glikolowego, a potem do powietrza.

GWC najlepiej przewidzieć w momencie sporządzania projektu budynku [1].

Wynika to przede wszystkim z konieczności określenia przestrzeni wymaganej do ułożenia GWC w gruncie, wskazania miejsca wejścia wymiennika do budynku oraz usytuowania czerpni powietrza. W projekcie należy określić moc grzewczą i chłodniczą wymiennika.

Rys. 5. Schemat ideowy lokalizacji GWC [5].

ELEMENTY GRZEWCZE

Dodatkowe wtórne nagrzewnice powietrza (wodne lub elektryczne) instalowane najczęściej w przewodzie nawiewnym (poza centralą), służące do podgrzania powietrza dostarczanego do pomieszczeń [1]. Pełnią funkcję poprawiającą warunki komfortu.

ELEMENTY CHŁODZĄCE

Dodatkowe chłodnice powietrza instalowane najczęściej w przewodzie nawiewnym (poza centralą), służące do schłodzenia powietrza wentylacyjnego jako elementy wspomagające wentylację mechaniczną [1].

Z uwagi na wielkość strumieni powietrza nie pełnią one funkcji klimatyzacji budynku, jedynie mogą pełnić funkcję wspomagającą jego chłodzenie.

POMPY CIEPŁA

Pompy ciepła jako element grzewczy lub chłodzący powietrze wentylacyjne pełnią te same funkcje, co wymienione powyżej elementy grzewcze lub chłodzące, przy dużo wyższej efektywności.

S TOSOWANE SPOSOBY ODZYSKU CIEPŁA

RECYRKULACJA

Recyrkulacja polega na skierowaniu określonej ilości powietrza wywiewanego z danego pomieszczenia ponownie do jego instalacji nawiewnej [6] [7].

Mieszanie się obu strumieni powietrza odbywa się w komorze mieszania (Rys. 6). Komorę tę tworzy przestrzeń, do której doprowadzany jest strumień powietrza zewnętrznego i pewna część powietrza usuwanego z pomieszczenia (powietrze recyrkulowane), a wyprowadzane jest z niej powietrze będące wynikiem wymieszania się tych strumieni. Powietrze to jest następnie nawiewane do pomieszczenia. Jego parametry zależą od stanu powietrza zewnętrznego i udziału strumienia powietrza recyrkulowanego w powietrzu nawiewanym. W komorze mieszania zamontowane są przepustnice, za pomocą których można uzyskać stałe parametry powietrza nawiewanego, niezależnie od warunków powietrza zewnętrznego. Zmiana położenia przepustnic wymuszana jest przez siłowniki elektryczne, które wymagają dostarczenia niewielkiej ilości energii.

Rys. 6. Przykład centrali klimatyzacyjnej z recyrkulacją [6].

Przepisy sanitarne określają warunki, w jakich możliwe jest zastosowanie recyrkulacji [6] [7]. Jednak ze względów higienicznych rozwiązanie to nie jest w stanie zapewnić najwyższego komfortu obsługiwanych pomieszczeń. Nie wolno jej stosować w pomieszczeniach szpitalnych, laboratoriach chemicznych, bakteriologicznych, tzn. w miejscach, gdzie może dojść do niekontrolowanego wzrostu stężenia zanieczyszczeń.

Zalety [6] [7]:

 niski koszt;

 prosta konstrukcja i automatyka;

 sposób wymagający dostarczenia niewielkiej ilości energii elektrycznej do napędu siłowników przepustnic;

 nie występuje ryzyko szronienia.

Wady [6] [7]:

 brak rozdziału powietrza nawiewanego i wyciąganego, a zatem niska jakość powietrza nawiewanego (rozcieńczanie zanieczyszczeń), objawiająca się przenikaniem zapachów i zanieczyszczeń do wentylowanego pomieszczenia.

REGENERACYJNY OBROTOWY WYMIENNIK CIEPŁA

Obrotowy wymiennik ciepła jest regeneratorem, w którym wymiana ciepła odbywa się na zasadzie przeciwprądowego przepływu strumieni powietrza nawiewanego i wywiewanego [6] [7]. Ciepło przekazywane jest w wyniku wprawienia wirnika tego wymiennika w ruch obrotowy (Rys. 7). Wypełnienie wirnika odbiera ciepło ze strumienia powietrza wywiewanego i przekazuje je do strumienia powietrza nawiewanego w warunkach zimowych, natomiast w okresie letnim przepływ ciepła odbywa się w kierunku przeciwnym.

W urządzeniu tym możliwy jest zatem odzysk ciepła w okresie zimowym i odzysk „chłodu” w okresie letnim.

Rys. 7. Schemat ideowy obrotowego wymiennika ciepła [8].

Obrotowy wymiennik ciepła składa się z obudowy, wewnątrz której umieszczony jest wirnik wypełniony masą akumulacyjną [6] [7]. Jako wypełnienie wirnika stosuje się płyty miporowe i folię aluminiową, ułożone w taki sposób, aby tworzyły dużą liczbę małych kanalików, przez które przepływa powietrze (Rys. 7). W rekuperatorach są stosowane także wirniki

pokryte masą higroskopijną, dzięki czemu możliwy jest odzysk wilgoci w wyniku zjawiska absorpcji zachodzącej na takiej powierzchni, co pozwala zwiększyć strumień przenoszonego ciepła. Wirnik obracający się z prędkością 10 do 20 obr/min przedzielony jest uszczelnieniem oddzielającym od siebie strefy przepływu powietrza usuwanego i powietrza zewnętrznego. Kierunek jego obrotów jest tak ustalony, aby każdy element był najpierw ogrzany strumieniem powietrza usuwanego, a następnie chłodzony strumieniem powietrza zewnętrznego. Regeneratory są najefektywniejszymi wymiennikami ciepła typu powietrze-powietrze. Przez regulację liczby obrotów wirnika można precyzyjnie dopasować ich wydajność do zapotrzebowań instalacji klimatyzacyjnej.

Zalety [6] [7]:

 uzyskanie najwyższej sprawności przekazywania ciepła przy takich samych parametrach obliczeniowych w porównaniu z innymi typami wymienników odzyskujących ciepło;

 możliwość odzyskiwania w okresie letnim „chłodu” z powietrza wywiewanego oraz odzyskiwania wilgoci w przypadku pokrycia wirnika materiałem higroskopijnym;

 możliwość uzyskania płynnej lub skokowej regulacji wydajności wymiennika w zależności od jego rozwiązania konstrukcyjnego;

 prosta konstrukcja.

Wady [6] [7]:

 konieczność doprowadzenia podczas pracy energii zewnętrznej;

 brak szczelności – istnieje możliwość przecieku powietrza wywiewanego do nawiewanego lub odwrotnie, zależnie od bieżącej różnicy ciśnień, wiąże się to z występowaniem m.in. zjawiska przenikania zapachów;

 możliwość wystąpienia awarii w wyniku obecności części ruchomych.

KRZYŻOWO-PŁYTOWY WYMIENNIK CIEPŁA

Wymiennik krzyżowo-płytowy jest rekuperatorem, w którym wymiana ciepła odbywa się za pośrednictwem przepony oddzielającej powietrze zimne od ciepłego [6] [7]. W tego typu wymiennikach stosuje się przepływ krzyżowy, tzn.

strumień powietrza ciepłego przepływa prostopadle do strumienia powietrza zimnego. Przepony najczęściej wykonane są z blachy stalowej lub aluminiowej. Są one oksydowane w wymiennikach przeznaczonych do pracy w agresywniejszym środowisku.

Rys. 8. Schemat ideowy krzyżowo-płytowego wymiennika ciepła [9].

Wymiennik krzyżowo-płytowy (Rys. 8) zbudowany jest z pakietu niezbyt ciasno ułożonych płyt tworzących odpowiednio zamknięte kanały powietrzne [6] [7]. W przestrzeniach między tymi płytami, stanowiących kanały powietrzne, płyną strumienie powietrza odlotowego i świeżego.

Strumienie te są całkowicie oddzielone, dzięki czemu żadne zanieczyszczenie i obciążenie zapachowe nie może być przenoszone do strumienia powietrza świeżego.

Zalety [6] [7]:

 prosta konstrukcja;

 brak konieczności doprowadzenia dodatkowej energii spoza układu;

 pewność działania związana m.in. z brakiem części ruchomych;

 możliwość regulacji wydajności wymiennika z wykorzystaniem upustu (by-pass).

Wady [6] [7]:

 możliwość występowania szronienia już przy temperaturze ok. -5˚C;

 duże wymiary centrali z wymiennikiem płytowym;

 wymiennik jest szczelny na początku eksploatacji, z upływem czasu może jednak dochodzić do pewnych przecieków powietrza, co jest związane ze zużywaniem się uszczelek;

 niska sprawność przekazywania ciepła w porównaniu z innymi wymiennikami wykorzystywanymi do odzysku ciepła.

UKŁAD Z CIECZĄ POŚREDNIĄ

Wymiana ciepła w tym przypadku odbywa się za pośrednictwem cieczy pośredniej, jaką może być np. woda, glikol lub olej [6] [7]. W skład układu wchodzą dwa wymienniki ciepła (chłodnica i nagrzewnica glikolowa).

Pierwszy wymiennik umieszczony jest w strumieniu powietrza wywiewanego i pełni rolę chłodnicy, drugi natomiast znajduje się w strumieniu powietrza nawiewanego i pełni funkcję nagrzewnicy wstępnej (Rys. 9). Wymienniki są ze sobą połączone systemem rurociągów wypełnionych czynnikiem pośredniczącym, którym najczęściej jest mieszanina 35% glikolu etylowego i 65% wody destylowanej.

Rys. 9. Schemat ideowy układu z cieczą pośrednią [10].

Układy nawiewne i wywiewne są całkowicie rozdzielone, a rurociąg, którym płynie medium, może być prowadzony na znaczne odległości, co pozwala na dowolne usytuowanie centrali nawiewnej i wywiewnej [6] [7].

Zalety [6] [7]:

 regulacja wydajności i odszronienia realizowana przez zawór by-pass;

 szczelność układu (konstrukcyjnie nie ma możliwości mieszania się powietrza nawiewanego z wywiewanym);

 możliwość znacznego oddalenia od siebie kanałów nawiewnego i wywiewnego;

 ryzyko szronienia występuje dopiero przy wartościach temperatury powietrza nawiewanego sięgających od -15 do -18˚C.

Wady [6] [7]:

 konieczność doprowadzenia zewnętrznej energii napędowej;

 niska sprawność przekazywania ciepła;

 duży koszt instalacji;

 w przypadku użycia glikolu jako medium przenoszącego ciepło zagrożenie dla środowiska w sytuacji rozszczelnienia układu (glikol jest substancją trującą).

POMPY CIEPŁA

Pompa ciepła jest kompletnym urządzeniem przeznaczonym do schładzania powietrza nawiewanego, gdy wymagane jest chłodzenie, i do odzyskiwania ciepła z powietrza wywiewanego, kiedy wymagane jest ogrzewanie [6] [7].

Pompy ciepła umożliwiają podniesienie za pomocą energii mechanicznej ciepła niskotemperaturowego na poziom wyższej temperatury, użytecznej do celów grzewczych. Obieg w pompie cieplnej jest identyczny jak w chłodziarce, przy czym odbywa się w zakresie wyższych wartości temperatury od temperatury otoczenia. Ciepło jest pobierane z tzw. dolnego źródła (np.

z gruntu, powietrza lub ze zbiornika wodnego) za pośrednictwem układu wężownic (dodatkowego wymiennika ciepła) lub bezpośrednio (tylko w przypadku płynów).

Rys. 10. Zasada działania centrali z pompą ciepła w trybie grzania [11].

Ciepło z układu dolnego źródła (z powietrza wywiewanego z pomieszczenia) jest przekazywane do wymiennika ciepła zwanego parownikiem [6] [7] – przykład na Rys. 10. W parowniku następuje przekazanie ciepła do obiegu wewnętrznego pompy ciepła. Czynnik znajdujący się w układzie wewnętrznym pod wpływem dostarczonej energii z dolnego źródła wrze i zamienia się w gaz. Sprężarka zasysa czynnik w postaci prawie suchej pary i spręża tę parę do wysokiego ciśnienia. W wyniku podwyższenia ciśnienia następuje zmiana poziomu energetycznego i czynnik uzyskuje wyższą temperaturę. W drugim wewnętrznym wymienniku ciepła – skraplaczu następuje wymiana ciepła z tzw. górnym źródłem (Rys. 10). Czynnik ochładza się i zamienia ponownie w ciecz. Ciecz znajdująca się jeszcze pod wysokim ciśnieniem zostaje rozprężona w zaworze dławiącym i przepływa do parownika, a cały proces rozpoczyna się na nowo.

Zalety [6] [7]:

 szczelność układu;

 uniwersalność urządzenia (chłodzenie w okresie letnim i grzanie w okresie zimowym);

 możliwość regulacji wydajności przez zmianę wydajności sprężarki lub załączenie i wyłączenie poszczególnych sprężarek z ruchu w układach wielosprężarkowych.

Wady [6] [7]:

 pompa ciepła wymaga doprowadzenia energii zewnętrznej;

 bardzo duży koszt urządzenia.

P ROJEKTOWANIE SYSTEMU WENTYLACJI MECHANICZNEJ Z ODZYSKIEM CIEPŁA

PROJEKT

System wentylacji mechanicznej z odzyskiem ciepła powinien zostać wykonany na podstawie projektu budowlanego domu [1]. Projekt instalacji wentylacyjnej powinien zawierać co najmniej: obliczenie bilansu powietrza, sposób prowadzenia i średnice kanałów wentylacyjnych, umiejscowienie centrali wentylacyjnej, czerpni, wyrzutni, elementów nawiewnych i wywiewnych, parametry centrali wentylacyjnej, wskazanie możliwych do usunięcia kanałów wentylacji grawitacyjnej. W opisie technicznym powinien znaleźć się sposób i zasada działania systemu wentylacji mechanicznej, rodzaj i typ projektowanych materiałów, dane techniczne urządzeń.

Brak projektu uniemożliwia zbudowanie dobrze działającej instalacji i zachowanie parametrów takich jak: ilość wymienianego powietrza, prędkość przepływu powietrza, głośność pracy instalacji [1].

ZALECANA INTENSYWNOŚĆ WYMIANY POWIETRZA

Strumienie powietrza wentylacyjnego powinny być zgodne z Dziennikiem Ustaw nr 75 Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r., w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie z późniejszymi zmianami oraz z PN-83/B-03430/Az3 Wentylacja w budynkach mieszkalnych, zamieszkania zbiorowego i użyteczności publicznej. Wymagania [1].

Instalacja wentylacji mechanicznej z odzyskiem ciepła powinna być tak zaprojektowana, by umożliwić osiągnięcie w każdych warunkach i w okresie całego roku przynajmniej wartości, które podane są w wyżej wymienionym dokumencie. Umożliwi to dopasowanie wydajności systemu do bieżących

potrzeb użytkownika. Zalecane wymiany powietrza dla poszczególnych pomieszczeń podaje Tab. 1, która uwzględnia polskie normy i wieloletnie doświadczenie firm instalacyjnych [1].

Z powodu zróżnicowania poczucia komfortu różnych użytkowników zaleca się projektowanie systemów wentylacji wg wartości zamieszczonych według Tab. 1 w kolumnie „WARTOŚCI ZALECANE”.

Tab. 1. Ilości powietrza wentylacyjnego oraz krotności wymian powietrza [1].

Dla wszystkich pomieszczeń kryterium doboru ilości powietrza powinna być wartość większa z kolumny A i B, np. dla kuchni o kubaturze 60 m³ projektowana wydajność wentylacji powinna wynosić 120 m³/h (dwie wymiany na godzinę) [1].

Dla pomieszczeń mieszkalnych (pokoje, salony, sypialnie) minimalna wydajność wentylacji to 20 m³/h/osobę. Np. dla małej sypialni przewidzianej dla dwóch osób o kubaturze 30 m³ wydajność powinna wynosić nie mniej niż 40 m³/h [1].

Kuchnia powinna mieć możliwość okresowego podnoszenia wydajności wentylacji w chwili przygotowania posiłków do 120 m³/h [1]. Wydajność tę można uzyskać przez system wentylacji mechanicznej z odzyskiem ciepła lub system wentylacji mechanicznej z odzyskiem ciepła i pracujący równolegle okap kuchenny.

Aby zapewnić odpowiednią ilość powietrza we wszystkich pomieszczeniach, wielkość centrali wentylacyjnej należy dobierać dla większej sumy nawiewu lub sumy wyciągu przy zachowaniu wartości zbilansowanej (nawiew=wywiew) [1].

Zaprojektowanie systemu wentylacji o zbyt małej wydajności powietrza może powodować uczucie dyskomfortu, szczególnie w okresach podwyższonej wilgotności powietrza [1].