Prawidłowa wentylacja ważnym aspektem zdrowego życia

Przyszłość pokaże, który z systemów wentylacyjnych będzie przeważać na rynku. Na pewno każdy z nich – grawitacyjny, mechaniczny czy hybrydowy będzie miał swoich zwolenników i zaciekłych adwersarzy, sądzić jednak należy, że system wentylacji hybrydowej będzie coraz powszechniejszy a tym samym architekci i projektanci systemów wentylacyjnych, będą możliwość jego zastosowania na obiekcie każdorazowo analizować w pierwszej kolejności.
 

fot.: widok na dachy starych kamienic, typowa zabudowa włoska - Verona

Wyobraźmy sobie pomieszczenie, w którym projektant nie przewidział systemu wymiany powietrza, nie pomyślał o kratkach nawiewnych powietrza świeżego, wywiewnych powietrza zużytego, jak również nie przewidział systemu , który zapewnia utrzymanie jakości powietrza na właściwym dla oddychania poziomie.

Co się stanie gdy w takim pomieszczeniu przebywać będą ludzie?
W pierwszej kolejności zaobserwujemy wilgoć skraplającą się na szybach okien, następnie ta wilgoć pojawi się na ścianach. W wilgotnych miejscach pojawią się czarne punkciki a po niedługim czasie czarne plamy zarodników pleśni i grzybów.

Powietrze stanie się szkodliwe dla przebywających w nim ludzi, pojawią się bóle głowy, zmęczenie, apatia. Zaczniemy odczuwać duszność ze względu na zwiększający się poziom dwutlenku węgla, powietrze stanie się wilgotne. Zwiększenie się wilgotności powietrza powyżej 70% już powoduje problemy dotlenienia organizmu. Początkowo u osób wrażliwych – u których występują alergie na różne czynniki oraz osób z problemami krążeniowymi – nasilą się symptomy chorobowe, po pewnym czasie te objawy zaobserwują również ludzie zdrowi, niejako bardziej odporni, mniej wrażliwi.

W końcowym rezultacie  budynek jako całość i przebywający w nim ludzie będą narażeni na symptomy chorobowe, z którymi trudno będzie się uporać, zadaniem więc architektów jest tworzenie obiektów w taki sposób aby przebywający w nim ludzie nie odczuwali dyskomfortu.
 

fot.: przykład wywietrzników grawitacyjnych na budynku w Hawanie

Pamiętając o właściwym doświetleniu i temperaturze nie zapominajmy o tym co jest równie ważne w naszym zindustrializowanym życiu, mianowicie o jakości powietrza którym oddychamy. Aspekty te są równie ważne w domu, gdzie odpoczywamy po zakończeniu zawodowej części dnia, nie możemy ich też pomijać w pracy w której spędzamy czas niejednokrotnie dłuższy od ustawowych 8 godzin.

Skuteczność wentylacji na przestrzeni rozwoju cywilizacyjnego zapewniano w różny sposób.
W dawnych zamkach i pałacach w pomieszczeniach stały kominki. Kominek taki z otwartą komorą spalania chociaż nieekonomicznie przekazywał ciepło do pomieszczeń, jednak zapewniał bardzo efektywny ruch powietrza, które poprzez nieszczelności w stolarkach okiennych przepływało przez pomieszczenie do paleniska a tam wraz ze spalinami wyrzucane było na zewnątrz. W późniejszych czasach pojawiły się piece kaflowe, te ekonomiczniej oddawały ciepło ze spalanego węgla lub czasami drewna, ale spełniały też w genialny sposób wymianę powietrza w pomieszczeniu. Powietrze przez nieszczelności dopływało do wnętrza i przebywając drogę do paleniska skutecznie zastępowało powietrze zużywane przez mieszkańców. Często w pomieszczeniach takich gdzie zamontowane były piece kaflowe nie istniała kratka wentylacyjna, rolę tą przejmowała kratka spalinowa do której zmontowany był piec.
 

fot.: doskonale wkomponowane w naturę wywietrzniki grawitacyjne na budynkach kamiennych w Andorze

O cieknących oknach wtedy nie słyszano, chyba że pomieszczenie było niedogrzanie, wtedy trzaskająca mrozem zima potrafiła wymalować na szybach abstrakcyjne ilustracje.
Z biegiem lat zaczęto ekonomizować nasze życie, pojawiła się nowoczesna stolarka okienna, okna skrzynkowe zastąpiono oknami z szybami zespolonymi o niskim współczynniku przenikania ciepła a w konsekwencji również na tyle szczelne dla przenikającego powierza, że w efekcie końcowym uzyskaliśmy pomieszczenie takie jak opisane na początku tego artykułu.
 

fot.: wywietrzniki grawitacyjne DUO na sferycznym dachu szkoły w Bielsku-Białej

Istniała wprawdzie kratka wentylacyjna wywiewna i coś na dachu wymuszające ruch powietrza ale jak tu zapewnić jego przepływ, kiedy powietrze nie może się do pomieszczenia dostać. Obserwujemy więc przypadki kiedy następuje odwrócenie się kierunku powietrza i kratki wywiewne stają się nawiewnymi dostarczając do pomieszczenia powietrze zimne w różny sposób modyfikowane aromatycznymi dodatkami w postaci zapachów z kanalizacji, czy obiadu sąsiada nie wspominając o przykrym zapachu odorów z toalet.
 

fot.: przykład wywietrzników grawitacyjnych Zefir-150 na budynku jednorodzinnym w Polsce
 

Przed projektantem wentylacji i architektem stoi więc poważne zadanie. Musi stworzyć system przepływu powietrza tak aby nie stanowił dyskomfortu dla przebywających w nim ludzi jednocześnie pamiętając o zapewnieniu normatywnych ilości higienicznych dla poszczególnych pomieszczeń

Przed projektantem wentylacji i architektem stoi więc poważne zadanie. Musi stworzyć system przepływu powietrza tak aby nie stanowił dyskomfortu dla przebywających w nim ludzi jednocześnie pamiętając o zapewnieniu normatywnych ilości higienicznych dla poszczególnych pomieszczeń.
 

• kuchnia z oknem zewnętrznym wyposażona w kuchenkę gazową lub węglową  70m³/h
• kuchnia z oknem zewnętrznym, wyposażona w kuchenkę elektryczną  
  - w mieszkaniu do 3 osób -30 m³/h ,
  - w mieszkaniu dla więcej niż 3 osoby – 50 m³/h
• kuchnia bez okna zewnętrznego wyposażona w kuchenkę elektryczną - 50 m³/h
• kuchnia bez okna zewnętrznego, wyposażona w kuchenkę gazową, obowiązkowo z mechaniczną wentylacją wywiewną - 70 m³/h
• łazienka z wc lub bez - 50m³/h
• oddzielny wc - 30m³/h
• pomieszczenie bezokienne (garderoba) - 15m³/h
• pokój mieszkalny oddzielony od pomieszczeń kuchni, łazienki i wc więcej niż dwojgiem drzwi lub pokój znajdujący się na wyższym poziomie w wielopoziomowym domu jednorodzinnym lub w wielopoziomowym mieszkaniu domu wielorodzinnego - 30 m³/h. Wymiana powietrza w ciągu godziny powinna być równa co najmniej kubaturze pokoju.
   

System wentylacji naturalnej:

W wielu domach, zarówno jednorodzinnych jak i wielorodzinnych, oraz obiektach biurowych i w halach produkcyjnych szeroko stosowany jest obecnie, system wentylacji naturalnej, zwanej również grawitacyjną. Praktycznie sprowadza się to do: kratki wentylacyjnej nawiewnej, kratki wentylacyjnej wywiewnej w pomieszczeniu wentylowanym, kanału wentylacyjnego wykonanego z różnego materiału takiego jak: cegła, pustak wentylacyjny,  kształtki metalowe, przewody Spiro, bloczki wentylacyjne Schiedel. System taki powinien być zwieńczony nasadą wentylacyjną, która właściwe wykorzystuje siły wiatru w celu zwiększenia podciśnienia roboczego w kanale wentylacyjnym oraz zabezpiecza kanał wentylacyjny przed wdmuchiwaniem powietrza zewnętrznego. Tak zaprojektowany system musi zapewniać normatywy higieniczne dla powietrza w pomieszczeniach w których przebywają ludzie.

 

fot.: wywietrzniki grawitacyjne WLO-160 na 3-piętrowym budynku mieszkalnym

Pytanie jest jednak czy zapewnia?

Oczywiście problem jest łatwy do wykonania na etapie projektowania, kiedy jest jeszcze przestrzeń i można wyobrazić sobie i wykonać system wentylacyjny tak, by powietrze w niczym nie skrępowany sposób mogło swobodnie przepływać przez nasze mieszkania i biura, zapewniając higieniczne normatywy. Projektant w takim przypadku wybiera system w którego zaletą jest niska cena eksploatacyjna i komfort wynikający z bezgłośnej pracy wentylacji. Musi wziąć jednak pod uwagę, że ilości wywiewanego powietrza będą różne na przestrzeni całego roku.

Jest to cecha charakterystyczna wentylacji naturalnej jej efektywność mocno przecież zależy od uwarunkowań atmosferycznych. Mogą nawet występować momenty całkowitego bezruchu powierza w kanale wentylacyjnym  gdy temperatura na zewnątrz będzie zbliżona do wewnętrznej a dzień będzie bezwietrzny.
Widzimy więc, że mimo starań projektowych ten typ wentylacji ma wady.
Co w zamian, pytamy. Przejść na wentylację mechaniczną - tak odpowie dobry projektant.
 

fot.: mechaniczna wentylacja wywiewna przy pomocy wentylatorów Sztil-250
na podstawach tłumiących PTL. Kraków osiedle mieszakniowe Bocianie Gniazdo

Oczywiście ma rację. Ciągła praca wentylatorów stworzy właściwe strumienie powietrza w kanałach wentylacyjnych i jeśli projektant przeliczył dokładnie opory sieci i właściwie dobrał wentylatory, normatywy higieniczne ilości powietrza wywiewanego, będą spełnione w sposób trwały.

Pojawi się jednak problem hałasu i zasilania elektrycznego. Te dwa czynniki zmuszają do stosowania urządzeń nowoczesnych wyposażonych w energooszczędne silniki, a wentylatory nierzadko muszą być wyposażane w tłumiki akustyczne i to zarówno od strony wlotowej jak i wylotowej . To rozwiązanie jest kosztowne a w przypadku awarii wentylatora  następuje zatrzymanie pracy koła wirnikowego i w takich przypadkach do czasu usunięcia usterki pomieszczenia są całkowicie „ zakorkowane”. Wirnik wentylatora, wraz z całą jego konstrukcją, skutecznie blokuje drogę dla ruchu powietrza w kanale wentylacyjnym i wentylacja automatycznie ustaje.  

Postęp techniczny wymusza znalezienie rozwiązań alternatywnych, łączących zalety wentylacji mechanicznej oraz naturalnej. Powstał więc system wentylacji hybrydowej – mieszanej, gdzie nasada wentylacyjna jest wywietrznikiem grawitacyjnym jeśli warunki pogodowe temu sprzyjają, lub niskoszumowym wentylatorem mechanicznym, który przejmuje kontrolę nad ciągiem wentylacyjnym w chwili gdy warunki wymuszające wentylację naturalną są niewystarczające dla uzyskania normatywów higienicznych w pomieszczeniach wentylowanych.

System taki działa wykorzystując siły natury, gdy potrafią być na tyle wydolne by zapewnić poprawną jakość powietrza w budynku lub mechanikę pracy wirnika wentylatora, stwarzającego w tym przypadku warunki podobne do sił natury. Wentylacja hybrydowa, działa więc naprzemiennie w sposób mechaniczny lub naturalny. Pozwala to użytkownikowi wykorzystywać zalety tych dwóch systemów w sposób jednoczesny, minimalizując tym koszty oraz uciążliwości wynikające z mechanicznej pracy wentylatora. Jeśli dodamy do tego układ automatyki sterującej, otrzymamy system, który będzie zwalniał nas niejako z myślenia czy powietrze, którym oddychamy ma właściwe parametry.
 

fot.: układy automatycznej kontroli ciągu wentylacyjnego

Proponowane systemy automatycznej kontroli mogą być różne. Mogą bazować na kierunku powietrza w kanale wentylacyjnym, jak to robi system EOL z automatycznym pomiarem prędkości strumienia powietrza lub mogą być oparte na poziomie wilgotności względnej w pomieszczeniach, jak to zastosowano w czujniku Higster, bądź wywiewnej kratce wentylacyjnej Elan.

Wentylatory hybrydowe są urządzeniami energooszczędnymi, wystarczy powiedzieć, że dwubiegowy silnik wentylatora FENKO zużywa odpowiednio 9.5 [W] lub 6.2 [W] w zależności od wybranego biegu pracy silnika i zapewnia dla jednego pomieszczenia wydajność na poziomie 180 [m3/h] lub odpowiednio na niższym biegu 120 [m3/h]. Proste przeliczenie cen mówi, że nawet w przypadku gdyby wentylator pracował ciągle na wyższym biegu łączny koszt zużytej energii elektrycznej wynosiłby nieco ponad 30 zł rocznie. Niebagatelną zaletą jest również jego cicha praca 41 dBA na 1 biegu lub 33dBA na drugim biegu  bezpośrednio przy nim co oznacza, że w pomieszczeniu jest praktycznie niesłyszalny. Można go również montować na przewodach wentylacyjnych różnej konstrukcji.
 

fot.: wentylatory hybrydowe Schiedel/Fenko

Istnieją warianty montowane na: kanale tradycyjnym z cegły,  pustaku wentylacyjnmy typ P, kanałach okrągłych o średnicy 160 mm, są adaptacje na dachówkę typ Brass, jak również szeroko rozpowszechnione bloczki wentylacyjne typu Schiedel, na które w zależności od konfiguracji budowlanej stworzono kilka odmian wentylatora.
Na pustakach wentylacyjnych Schiedel przeprowadzono badania skuteczności pracy wentylatora hybrydowego Schiedel/Fenko, traktując wentylator jako urządzenie zwieńczające kanały wentylacji indywidualnej. Badania przeprowadzono dla kanału otwartego nieuzbrojonego kratką wentylacyjną oraz kratki wentylacyjnej Elan dla różnych odległości od wentylatora, symulując tym samym piętro budynku wentylowanego. W każdym przypadku widać, że wentylator hybrydowy Schiedel / Fenko pozwala osiągnąć normatyw higieniczny w pomieszczeniu wentylowanym. 
 

Rys. 1  Wykresy pracy mechanicznej wentylatora hybrydowego Schiedel/Fenko - wydajności wentylatora w zestawieniu z różnymi progami norm higienicznych 

fot.: wentylatory hybrydowe Schiedel/FenkoSV w wariancie podwójnym na pustaku wentylacyjnym Schiedel

Ciekawa z punktu widzenia aerodynamiki jest praca urządzeń wentylacyjnych dostosowanych do pustaka wentylacyjnego typu Schiedel.  W celu jej przebadania wybudowano tunel aerodynamiczny, w którym w centralnym punkcie umieszczono obrotowe okno z przyklejoną do niego połówką badanego urządzenia. W przypadku wywietrznika Schiedel/Bryza przebadano urządzenie wzdłużnie i poprzecznie ze względu na eliptyczny kształt nasady. Badania te były podyktowane sprawdzeniem efektywności konstrukcji oraz były użyteczne w wyciąganiu wniosków celem wprowadzania kolejnych modyfikacji konstrukcyjnych. Identyczne badania przeprowadzono dla wentylatora hybrydowego Schiedel/Fenko symulując wiatr padający na urządzenie pod różnym kątem w stosunku do osi montażowej wywietrznika. Napływający na konstrukcję wentylatora wiatr powoduje powstanie podciśnienia statycznego w części wlotowej do wywietrznika. Do tego miejsca przymocowany jest kanał wentylacyjny połączony z komorą dymową. Zdjęcia pokazują wyraźne podsysanie wytwarzanego dymu.

W efekcie końcowym uzyskano konstrukcję Bryzy i Fenko, wolną od niebezpiecznego efektu zawiewania do środka kanału wentylacyjnego. Konstrukcja ta pozwala efektywnie wykorzystywać czynniki atmosferyczne dla zapewnienia poprawnej wentylacji w budynkach.

fot.: wywietrzniki Schiedel/Bryza wraz z pustakami wentylacyjnymi