Wentylacja mechaniczna. Metody określania wartości strumienia powietrza. Urządzenia wentylacyjne

Wentylacja pomieszczeń może być realizowana jako mechaniczna i naturalna. Zgodnie z definicją zamieszczoną w PN-EN 12792:2006 [5] wentylacja mechaniczna jest to „wentylacja ze wspomaganiem zasilanych elektrycznie urządzeń wprawiających powietrze w ruch”. Wentylacja mechaniczna jest niezależna od jakichkolwiek wpływów atmosferycznych, a wymuszony przepływ powietrza uzyskuje się obecnie dzięki zastosowaniu wentylatora.

Zadania wentylacji mechanicznej

Głównym zadaniem wentylacji mechanicznej jest usunięcie powstających w wentylowanych pomieszczeniach zanieczyszczeń w sposób jak najbardziej efektywny. Celem działania jest poprawa komfortu przebywania użytkowników przez poprawę niektórych czynników kształtujących jakość powietrza lub dostosowanie stanu powietrza do wymagań procesu technologicznego. W wentylowanym pomieszczeniu powietrze zużyte jest zastępowane powietrzem zewnętrznym, zwanym świeżym, nie obarczonym zanieczyszczeniami wydzielanymi w danym obszarze, takimi jak szkodliwe substancje gazowe (m.in. związki węgla), cząstki pyłów, nieprzyjemne zapachy, nadwyżki ciepła, wilgoci. Za pomocą wentylacji mechanicznej, rozumianej jako wymiana powietrza, nie będzie zatem możliwa regulacja temperatury i wilgotności względnej powietrza wewnętrznego. Jednak, poza spełnieniem wymagań prawnych, dotyczących rozrzedzenia powietrza i zmniejszenia stężenia zanieczyszczeń oraz wymagań lub oczekiwań użytkowników w zakresie zdrowego i czystego powietrza, właściwa wymiana powietrza nie decyduje o spełnieniu wszystkich wymagań związanych z szeroko rozumianym komfortem środowiskowym.

Zgodnie z informacjami zamieszczonymi w normie PN-EN 15251 [12], na klimat wewnętrzny pomieszczeń składają się:

  • jakość powietrza wewnętrznego,
  • komfort cieplny,
  • komfort akustyczny,
  • komfort wizualny.



OBLICZENIOWE PARAMETRY POWIETRZA

Powietrze zewnętrzne

Obliczeniowe parametry powietrza zewnętrznego dla wentylacji i klimatyzacji zamieszczone są w normie PN-76/B-03420 [7] i przedstawione w zależności od strefy klimatycznej, w której znajduje się rozpatrywana miejscowość (w lecie – dwie strefy, w zimie pięć stref klimatycznych; mapa Polski z podziałem na strefy znajduje się w [7]).

Powietrze wewnętrzne

W pomieszczeniach przeznaczonych na stały pobyt ludzi, wentylowanych w sposób mechaniczny lub klimatyzowanych, wartości temperatury, wilgotności względnej i prędkości ruchu powietrza w pomieszczeniach należy przyjmować do obliczeń zgodnie z Polską Normą dotyczącą parametrów obliczeniowych powietrza wewnętrznego (§149.4 [15]). W stosowanej obecnie normie PN-78/B-03421 [8] zapisane są następujące wartości obliczeniowej temperatury powietrza wewnętrznego dla wentylacji mechanicznej:

  • bez chłodzenia w lecie, w zależności od zysków ciepła jawnego odniesionych do 1 m2 powierzchni podłogi pomieszczenia lub strefy roboczej wynoszących:
  • poniżej 50 W/m2: tz+ 3 K
  • powyżej 50 W/m2: tz+ 5 K

gdzie:

  • tz – temperatura powietrza zewnętrznego,
  • z chłodzeniem w lecie, w zależności od aktywności fizycznej ludzi:
  • małej (wydatek energetyczny do 200 W): 23-26°C
  • średniej (wydatek energetyczny 200-300 W): 20-23°C
  • dużej (wydatek energetyczny powyżej 300 W): 18-21°C
  • z ogrzewaniem w zimie, w zależności od aktywności fizycznej ludzi:
  • małej (wydatek energetyczny do 200 W): 20-22°C
  • średniej (wydatek energetyczny 200-300 W): 18-20°C
  • dużej (wydatek energetyczny powyżej 300 W): 15-18°C
    

Natomiast wartości wilgotności względnej dla wentylacji mechanicznej (bez urządzeń do nawilżania i osuszania powietrza) podane są w [8] jako wartości dopuszczalne i wynoszą, zależnie od okresu obliczeniowego:

  • dla lata: 70%,
  • dla zimy: 30%.



Inną normą, w której podane są parametry powietrza wewnętrznego jest norma PN-EN 15251:2012 [12]. W normie tej podano, jak ustala się wejściowe parametry środowiska wewnętrznego do projektowania systemów w budynku i obliczania charakterystyki energetycznej. Zalecane wartości spełniają warunki komfortu cieplnego opisane wskaźnikami komfortu PMV (przewidywana średnia ocena komfortu cieplnego) i PPD (przewidywany odsetek osób niezadowolonych z warunków cieplnych) [7]. Odniesione są do rodzaju pomieszczenia i wydatku energetycznego ludzi przebywających i pracujących w danym pomieszczeniu oraz w danych warunkach cieplnych (w jednostce met) oraz do rodzaju odzieży, podanej jako współczynnik izolacyjności cieplnej odzieży (w jednostce clo). Przykładowe wielkości temperatury powietrza zamieszczono w tabeli 1. Pozostałe parametry powietrza w analogiczny sposób są zamieszczone w [12]. 

Zamieszczone w tabeli 1 kategorie pomieszczenia oznaczają [12]:

  • I – wysoki poziom oczekiwań, wartości rekomendowane dla pomieszczenia dla osób szczególnie wrażliwych i delikatnych o specjalnych wymaganiach (niepełnosprawni, chorzy, osoby w podeszłym wieku oraz dzieci),
  • II – normalny poziom oczekiwań, wartości rekomendowane dla budynków nowych i modernizowane,
  • III – akceptowany, umiarkowany poziom oczekiwań, wartości mogą być stosowane dla budynków istniejących.



Instalacja wentylacji musi być przygotowana do zapewnienia wymaganych przez użytkownika warunków wewnętrznych w każdych warunkach meteorologicznych. Do zalet wentylacji mechanicznej zalicza się [2]:

  • dostosowanie wybranego systemu wentylacji do danego typu obiektu i do konkretnych potrzeb użytkowników,
  • uniezależnienie pracy wentylacji od zmiennych warunków atmosferycznych (np. różnicy temperatury powietrza, jak to jest w przypadku wentylacji grawitacyjnej),
  • możliwość pełnej kontroli nad przebiegiem procesu wentylacji,
  • przemyślany rozdział powietrza w mieszkaniu/ budynku, zapewniający prawidłowy obieg powietrza, z doprowadzeniem i usunięciem obliczonej, wymaganej ilości powietrza,
  • optymalny rozkład strugi powietrza w poszczególnych pomieszczeniach i taka prędkość powietrza, która z jednej strony nie powoduje dyskomfortu, a z drugiej zapewnia odpowiednią krotność wymiany powietrza dla danego pomieszczenia (przy prawidłowej instalacji),
  • lepsza jakość powietrza nawiewanego do pomieszczeń,
  • stałe, w danym okresie obliczeniowym, parametry powietrza,
  • filtracja powietrza,
  • usuwanie nieprzyjemnych zapachów oraz nadmiaru wilgoci,
  • odzyskiwanie ciepła z powietrza usuwanego zimą na zewnątrz.



Wady wentylacji mechanicznej to m.in.:

  • niezbędne przestrzenie techniczne na prowadzenie przewodów wentylacyjnych i montaż nawiewników i wywiewników,
  • wyższe koszty inwestycyjne i eksploatacyjne,
  • konieczność regularnej konserwacji i czyszczenia instalacji,
  • hałas wywołany pracą wentylatorów w centrali wentylacyjnej,
  • regularna wymiana filtrów powietrza,
  • latem, w prostych centralach wentylacyjnych, bez chłodzenia powietrza, wymiana powietrza bez odprowadzenia ciepła z pomieszczenia i obniżenia jego temperatury.



Skutki stosowania źle działającej wentylacji grawitacyjnej i mechanicznej:

  • wystąpienie problemów zdrowotnych lub pogłębienie się posiadanych przez mieszkańców chorób w pomieszczeniach mieszkalnych może być konsekwencją złej wentylacji: zbyt małej ilości powietrza zewnętrznego (świeżego), niezdolnej do asymilacji emitowanych w pomieszczeniu zanieczyszczeń i ich odprowadzenia poza budynek oraz jego złą jakością;
  • długotrwałe przebywanie w pomieszczeniach źle wietrzonych, o dużej ilości zanieczyszczeń w powietrzu, wywołuje senność, bole i zawroty głowy, mdłości, osłabienie, ogólne wyczerpanie, rozkojarzenie, a w skrajnych przypadkach depresję, arytmię serca oraz podrażnienie oczu i dróg oddechowych;
  • gdy powietrze jest za suche, pękają drewniane meble, kruszeje farba na obrazach oraz tkaniny, zwiększa się ilość ładunków elektrostatycznych na elementach sztucznych, zwiększa się ilość kurzu, a również na skutek tego nasza podatność na infekcje,
  • zbyt duża wilgotność powietrza powoduje odczucie duszności, parowanie szyb, pęcznienie (a nawet gnicie) drewna, pojawienie się grzybów pleśniowych oraz szkodliwych bakterii, co może prowadzić do zachorowań oraz powstawania lub uaktywniania się uciążliwych alergii.





Autor: dr inż. Anna Charkowska, Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Środowiska

Więcej informacji w artykule na stronach 6–11 Polskiego Instalatora 2/2013.