Energooszczędna wentylacja

Wentylacja odgrywa podstawową rolę w kształtowaniu warunków sanitarno-higienicznych w pomieszczeniach. Z powietrzem zewnętrznym dostarczany jest tlen niezbędny w procesach oddychania oraz spalania paliw w domowych urządzeniach grzewczych i kuchennych. Z powietrzem wywiewanym usuwane są zanieczyszczenia występujące w postaci gazów, par, pyłów i mikroorganizmów.

Intensywność zanieczyszczeń jest zmienna w czasie i jest zależna od liczby osób jednocześnie przebywających w pomieszczeniu oraz ich aktywności. Z wykonywaniem czynności służących zaspokojeniu potrzeb bytowych użytkowników, takich jak przygotowywanie posiłków, pranie odzieży, utrzymywanie higieny osobistej związana jest także emisja pary wodnej, która ma duży wpływ na mikroklimat w pomieszczeniu oraz na prawidłową pracę ścian zewnętrznych. Nadmiar wilgoci w pomieszczeniu zawsze doprowadza do rozwoju grzybów i pleśni odpowiedzialnych za rozwój wielu chorób włącznie z rakiem dróg oddechowych. Pleśnie i grzyby doprowadzają do niszczenia substancji budowlanej. Zdarza się, że koszty odgrzybiania przewyższają koszt budowy nowego budynku. W krajach europy zachodniej można spotkać opuszczone budynki, w których z powodu złego rozwiązania wentylacji rozwinął się grzyb. Koszty jego usunięcia były znacznie wyższe niż budowa nowego budynku.

W Polsce, najbardziej rozpowszechniony jest system wentylacji naturalnej, której działanie odbywa się pod wpływem dwóch czynników : różnicy temperatury, a tym samym różnicy gęstości powietrza wewnątrz pomieszczenia i na zewnątrz (jeżeli pod uwagę bierzemy tylko ten czynnik to wentylację naturalną nazywa się wentylacją grawitacyjną) oraz różnicy ciśnienia wywołanej działaniem wiatru na budynek (nie branej pod uwagę przy projektowaniu).

Taki system wentylacji stosowany jest powszechnie w budynkach mieszkalnych (wg obowiązujących przepisów do 10 kondygnacji włącznie) oraz w większości budynków użyteczności publicznej (biura, szkoły, hotele, częściowo szpitale).

W prawidłowo wentylowanym mieszkaniu napływ powietrza zewnętrznego powinien odbywać się poprzez okna do pokoi mieszkalnych: salonu, jadalni, sypialni oraz kuchni, a usuwanie zużytego powietrza powinno odbywać się z pomieszczeń pomocniczych: kuchni, łazienki, oddzielnego ustępu, pralni i garderoby pionowymi przewodami wentylacyjnymi - indywidualnymi lub zbiorczymi (stosowanymi w budownictwie wielkopłytowym, prefabrykowanym).

Smutna rzeczywistość

Przez wiele lat przyzwyczajono się, że dopływ powietrza zewnętrznego do pomieszczeń na potrzeby wentylacji następował tylko przez nieszczelności stolarki okiennej i był uzależniony od zmiennych warunków pogodowych. W wielu mieszkaniach, w okresach występowania niskiej temperatury powietrza zewnętrznego lub silnych wiatrów, intensywność wentylacji znacznie przekraczała "wartości normatywne", czego konsekwencją było niedogrzewanie mieszkań i nieuniknione przeciągi. W budynkach zasilanych w energię z nieregulowanych sieci ciepłowniczych istniała także grupa mieszkań przegrzewanych, w których nadmierny wzrost temperatury w pomieszczeniach zmuszał użytkowników do otwierania okien i wietrzenia pomieszczeń przez dłuższy czas niż wynikałoby to z potrzeb wentylacyjnych.

Pomimo wielu niedogodności związanych z przyjęciem rozwiązań opartych o wentylacje grawitacyjną powietrze do pomieszczeń dopływało przez okna i niezbędna wymiana powietrza istniała, a warunki higieniczne w mieszkaniach były zadowalające. Jedynie zużycie energii było bardzo duże.

Ze względu na gwałtowny wzrost cen energii i wycofanie się rządu z realizacji dopłat do energii cieplnej pojawiła się konieczność wprowadzanie rozwiązań zmniejszających zużycie energii. Producenci stolarki drewnianej zmienili konstrukcję okien zespolonych wprowadzając szczelne okna. Spowodowało to powtórzenie sytuacji znanej z krajów zachodnioeuropejskich, gdy w latach 70-tych wprowadzenie szczelnych, energooszczędnych okien stało się przyczyną drastycznego ograniczenia intensywności wentylacji i w konsekwencji spowodowało wzrost wilgotności powietrza oraz rozwój grzybów pleśniowych w pomieszczeniach mieszkalnych.

Mimo, że niekorzystne skutki stosowania hermetycznych okien najbardziej odczuwane są w budynkach mieszkalnych, podobne konsekwencje "nowej technologii" wystąpiły również w budynkach zamieszkania zbiorowego i użyteczności publicznej.

Wzrost wilgotności powietrza, wykraplanie się pary wodnej na chłodnych powierzchniach (najczęściej na nadprożach okiennych, ale także na oknach połaciowych) oraz rozwój pleśni nie są jedynymi konsekwencjami błędnie interpretowanych założeń oszczędzania energii. Zbyt niska intensywność wentylacji nie zapewnia zwykle także wymaganych warunków sanitarno-higienicznych w pomieszczeniach mieszkalnych. Z praktyki krajów zachodnioeuropejskich, a w chwili obecnej już także i Polski wynika, że wśród mieszkańców budynków ze szczelnymi oknami częściej występują symptomy złego samopoczucia objawiające się ogólnym zmęczeniem i apatią, bólami głowy, podrażnieniami skóry, gardła, oczu i błon śluzowych nosa. Symptomy te określone są jako "syndrom chorych budynków".

Problemu hermetycznych okien i ich wpływu na wentylację naturalną mieszkań, z reguły nie dostrzegają projektanci architektury. O ile powierzają specjalistom projekty konstrukcji i instalacji wodno-kanalizacyjnych i grzewczych, to nie zlecają nikomu zaprojektowania wentylacji, stając się za nią (a ściślej za jej brak) jednoznacznie odpowiedzialni.

Należy w tym miejscu wyraźnie zaznaczyć, że stosowanie szczelnej stolarki okiennej, bez uwzględnienia potrzeb wentylacji i bez wprowadzenia urządzeń do nawiewu powietrza, narusza postanowienia §148 p. 2 Rozporządzenia Ministra Gospodarki Przestrzennej i Budownictwa: "W sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i usytuowanie".

Podwójne wykorzystanie

W krajach Europy Zachodniej: w Anglii, w Niemczech, a szczególnie we Francji, już od 30 lat stosowany jest system wentylacji naturalnej regulowanej. Ten bardzo prosty system spełnia podstawowe cechy, jakimi powinny charakteryzować się nowoczesne instalacje wentylacyjne: wymianą powietrza na poziomie podstawowym, zachodzącą bez ingerencji człowieka i bez zakłócania jego spokoju oraz ewentualną wzmożoną wymianą powietrza, którą może sterować człowiek. Ponadto stwarza możliwość odpowiedniego zlokalizowania miejsc wprowadzania i usuwania powietrza z mieszkania, co jest warunkiem dobrego funkcjonowania wentylacji naturalnej. Jeżeli dopływ i odpływ powietrza zostaną niewłaściwie umieszczone powstają w pomieszczeniu strefy gorzej wentylowane, w których istnieje wysokie ryzyko powstawania obszarów wykraplania się pary wodnej.

Podobnie jak w klasycznych systemach wentylacji naturalnej świeże powietrze napływa z zewnątrz do pokoi, pomieszczeń relatywnie najmniej zanieczyszczonych w mieszkaniu, stamtąd przepływa do przedpokoju, a następnie do pomieszczeń o dużej emisji zanieczyszczeń takich jak kuchnia, łazienka czy WC. Ten system posiada dwie zalety: powietrze wykorzystywane jest praktycznie podwójnie zmniejszając zużycie energii, kierunek ruchu powietrza powoduje, że pokoje są chronione przed napływem zanieczyszczeń z kuchni, łazienki i WC.

Jeżeli mieszkanie nie jest wyposażone w nawiewniki powietrza, bilans ustala się w warunkach daleko odbiegających od wymaganych, przy czym powietrze napływa przez nieszczelności znajdujące się w różnych miejscach, nie koniecznie w pokojach.

Zastosowanie nawiewników znacznie ogranicza niekontrolowany przepływ powietrza przez nieszczelności i powoduje, że przepływy, które się ustala będą w stanie spełnić wymagania stawiane wentylacji. Zmieniając stopień otwarcia nawiewników w poszczególnych pokojach oraz stopień otwarcia kratki wywiewnej możliwe jest zwiększanie i zmniejszanie całkowitego strumienia powietrza odprowadzanego z mieszkania oraz jego rozdział na poszczególne pokoje. Można stosować nawiewniki ręcznie sterowane. Niestety praktyka dowodzi, że użytkownicy zapominają o regulowaniu przepływu powietrza. Istnieją rozwiązania bezobsługowe.

Wymagana intensywność wymiany powietrza zmienia się w czasie w każdym z pomieszczeń. Niestety mieszkańcy nie są w stanie, ani identyfikować wszystkich wymagań, ani ręcznie regulować wydajności systemów wentylacji przez cały czas. Zautomatyzowanie tego procesu wymaga dokonania wyboru czynnika, według którego byłby on prowadzony.

Bardzo dobre rezultaty daje wykorzystanie wilgotności do regulowania wydajności gdyż zawartość pary wodnej w powietrzu wewnątrz mieszkania jest ściśle związana z czynnościami wykonywanymi przez człowieka, także takimi, które nie powodują zwiększenia zawartości dwutlenku węgla (kąpiel pod prysznicem, pranie, suszenie prania...). Dodatkową zaletą wyboru kontrolowania wilgotności jest zbieżność z wymaganiami ochrony samego budynku przed ryzykiem wykraplania wilgoci i rozwoju pleśni.

Kontrolowanie pary wodnej, w każdym z pomieszczeń, jest obecnie najczęściej stosowaną techniką dla mieszkań; ma za sobą 15 letni okres stosowania we Francji, zarówno w przypadku wentylacji mechanicznej jak i grawitacyjnej. Jej skuteczność udowodniono zarówno w przypadku nowych mieszkań, jak i poddanych modernizacji.

Czujniki wilgotności zbudowane są taśm z poliamidowych, których długość zmienia się w zależności od wilgotności względnej w danym pomieszczeniu. Poprzez prosty system mechanicznych dźwigni wydłużenie taśmy oddziałuje na klapkę, której położenie reguluje przepływem powietrza. W skład układu wentylacji naturalnej sterowanej wilgotnością powietrza wchodzą dwa podstawowe rodzaje elementów: nawiewniki powietrza umieszczane w pokojach i kratki wywiewne instalowane w pomieszczeniach pomocniczych.

Przepływ powietrza przez nawiewnik jest regulowane od 5 do 35 m3/h w zależności od chwilowej wartości wilgotności względnej będącej wskaźnikiem zapotrzebowania na powietrze zewnętrzne. Jeżeli pokój jest pusty powierzchnia otwarcia może wynosić tylko 5 m3/h, jeżeli w pokoju przebywają dwie osoby można otwarcie zwiększyć aż do 35 m3/h. A zatem powietrze będzie przepływać przede wszystkim przez pokoje zajęte w danej chwili, gdyż natężenie przepływu jest proporcjonalne do pola powierzchni otwartej nawiewnika. Efektem tego jest zmienny w czasie rozdział strumieni powietrza doprowadzanego do poszczególnych pokoi. W trakcie dnia większa część powietrza będzie napływać przez pokój dzienny, a w nocy przez pokoje sypialne.

Kratki wywiewne umieszczane w łazience i w kuchni są także wyposażone w czujniki wilgotności. W tych pomieszczeniach wybór pary wodnej jako zanieczyszczenia charakterystycznego jest jeszcze bardziej uzasadniony, gdyż przy braku innych zanieczyszczeń, w trakcie takich czynności jak kąpiel pod prysznicem lub przygotowywanie posiłków, może występować duża emisja wilgoci. Jednocześnie przy stosowaniu wentylacji mechanicznej, w takich pomieszczeniach jak kuchnia czy WC, potrzeba zwiększonej wentylacji może być łatwo identyfikowana przez mieszkańców, umożliwia się zatem ręczne zwiększanie wielkości przepływu powietrza. O określonym czasie wyłącznik czasowy automatycznie przywróci podstawową wartość przepływu, aby przez zapomnienie nie ponosić dodatkowych kosztów energetycznych.

Mogłoby się wydawać, że jeśli nie ma żadnej emisji pary wodnej w kuchni ani w łazience, jak to się dzieje podczas nocy, to strumień powietrza usuwanego przez kratkę zostanie gwałtownie ograniczony i nie będzie wystarczający na pokrycie potrzeb higienicznych w pokojach. W rzeczywistości dzięki działaniu samoczynnie regulujących się nawiewników sterowanych wilgotnością powietrze będzie przepływało przede wszystkim przez pokoje, w których przebywają mieszkańcy i będzie się nasycało wilgocią (śpiące osoby także wydychają parę wodną), a następnie napływało do kuchni czy łazienki, co spowoduje, że kratki wywiewne nie będą dławione.

Warto raz jeszcze podkreślić, że im mniejszy jest całkowity przepływ powietrza przez mieszkanie -tym ważniejszy jest jego odpowiedni podział pomiędzy poszczególne pomieszczenia, zgodnie z chwilowymi potrzebami.

Oszczędności

Zastosowanie nawiewników higrosterowalnych pozwala znacznie zmniejszyć koszty ogrzewania mieszkania. Poniesione koszty na zamontowanie nawiewników zwraca się zazwyczaj w okresie do dwóch sezonów grzewczych. Przy kompleksowym planowaniu oszczędzania energii można uzyskać preferencyjny kredyt termomodernizacyjny umożliwiający sfinansowanie montażu nawiewników. Pomocą służą Ośrodki Doradztwa Energetycznego, w których można otrzymać kompleksową informację o kredycie, zaplanować prawidłowe rozplanowanie nawiewników oraz zamówić okna wyposażone w nawiewniki higrosterowalne.

Podsumowując: należy stwierdzić, że można oczywiście obniżyć zużycie energii zmniejszając wymianę powietrza w mieszkaniu, ale zasadniczą kwestią jest wtedy należyta dystrybucja przepływu powietrza i skierowanie go do pomieszczeń, w których występuje taka konieczność. Sprowadza się to do automatycznej identyfikacji tych potrzeb, ponieważ podlegają one ciągłym zmianom zarówno w czasie jak i w przestrzeni.

Na obecnym poziomie rozwoju techniki wentylacja sterowana poziomem zawartości pary wodnej jest obecnie jedynym wiarygodnym systemem wentylacji naturalnej pozwalającym zmieniać natężenie wymiany powietrza w funkcji potrzeb mieszkania.

Jerzy Żurawski
Ośrodek Oszczędzania Energii
Tel. 071-372-60-89
e- mail: energia@eko.wroc.pl