A może wentylacja mechaniczna?
Zrozumienie pojęcia wentylacji mechanicznej należy tak naprawdę rozpocząć od poznania pojęcia wentylacji grawitacyjnej. Pożądany skutek w przypadku obu systemów jest taka sama. Jednak mechanizmy tych procesów są inne. W wentylacji mechanicznej, w przeciwieństwie do grawitacyjnej – naturalnej, ruch powietrza jest wymuszony i niezależny od warunków meteorologicznych. Ruch powietrza jest wymuszony pracą urządzeń mechanicznych.
Zadaniem wentylacji jest utrzymanie właściwego stanu powietrza w pomieszczeniu lub jego części, w której przebywają ludzie. Może być spełnione w różny sposób. Polega na wymianie powietrza zużytego na świeże. Usuwanie odbywa się poprzez wywiewanie z pomieszczenia, a wprowadzanie w to miejsce świeżego. Mowa tu o wentylacji ogólnej. Wymiana powietrza może zachodzić w sposób ciągły lub okresowy. W pomieszczeniach, w których następuje emisja substancji szkodliwych lub wydziela się ciepło (ze względów technologicznych), stosuje się wentylację okresową o zwiększonej intensywności. Jednak w celu utrzymania stabilnego stanu powietrza, niezbędna jest wentylacja ciągła. Niezależnie od trybu pracy instalacji ważne jest kierowanie nawiewu w strefę przebywania ludzi, a wywiewanie powietrza zużytego możliwie blisko miejsc, w których wydzielane są zanieczyszczenia. Zastosowanie bezpośredniego wywiewu, tzw. odciągu, nad miejscem, w którym wydzielane są szkodliwe substancje, nazywa się wentylacją miejscową. Pozwala to na szybkie i skuteczne usunięcie dużej ilości zanieczyszczeń w stosunkowo krótkim czasie. Ilość usuwanego powietrza należy uzupełnić powietrzem świeżym w tej samej ilości lub mniejszej.
Wyróżnia się trzy rodzaje wentylacji mechanicznej:
- Nawiewna – dostarcza powietrze odpowiednio przystosowane do wentylowanego pomieszczenia. Powietrze jest o odpowiedniej temperaturze czy czystości. Wytwarza się w pomieszczeniu nadciśnienie.
- Wywiewna (wyciągowa) – polega na usuwaniu z pomieszczeń powietrza zużytego. Wytwarza podciśnienie, wykorzystywana do wentylacji pomieszczeń, gdzie wydzielane są zanieczyszczenia i nieprzyjemne zapachy (WC, łazienki, kuchnie, laboratoria).
- Nawiewno – wywiewna – polega na równoczesnym działaniu instalacji nawiewnej i wywiewnej w ramach jednego lub kilku pomieszczeń. Może wytwarzać nad– lub podciśnienie albo pozostawić ciśnienie atmosferyczne. Efekt zależy od proporcji powietrza nawiewanego do wywiewanego.
Rzadko kiedy powietrze wentylacyjne może zostać dostarczane bez żadnego przygotowania. Często przed dostarczeniem powietrza do pomieszczeń, należy poddać je obróbce i różnemu stopniowi uzdatniania. W zależności od wymagań obsługiwanego pomieszczenia stosuje się wentylację z ogrzewaniem lub chłodzeniem, co daje możliwość regulacji temperatury powietrza lub wentylację z nawilżaniem lub osuszaniem, co pozwala na kontrolę wilgotności powietrza. Najbardziej zaawansowanym rodzajem wentylacji mechanicznej jest klimatyzacja, tzw. wentylacja komfortu. Podczas tego procesu powietrze poddawane jest pełnej obróbce. Niezależnie od monitorowania temperatury i wilgotności zapewnia się także oczyszczanie powietrza. Skuteczność wentylacji zależy m.in. od zapewnienia wymaganej ilości powietrza o w pomieszczeniu/budynku? Wykorzystuje się do tego powietrze zewnętrzne. Zaczerp powietrza odbywa się przez zewnętrzne kratki, zwane czerpniami. Jest to pierwszy element systemu wentylacji mechanicznej. Zwykle jest to stalowa rama z siatką lub lamelkami. Czerpnie można umieścić w ścianie, na dachu lub nad powierzchnią terenu (tzw. czerpnie terenowe). Czerpnie powinny być zlokalizowane w cieniu, najlepiej od strony północnej, ew. północno – wschodniej, z daleka od ruchliwych ulic czy miejsc, w których wytwarzane są zanieczyszczenia, kurz lub pył. Powietrze czerpne powinno być możliwie czyste i chłodne. Ważne jest zabezpieczenie czerpni przed opadami atmosferycznymi.
Czerpnie powietrza sytuowane na poziomie terenu lub na ścianie dwóch najniższych kondygnacji nadziemnych budynku powinny znajdować się w odległości co najmniej 8 m w rzucie poziomym od ulic i parkingów powyżej 20 stanowisk postojowych, miejsc gromadzenia odpadów stałych, wywiewek kanalizacyjnych oraz innych źródeł zanieczyszczenia powietrza. Odległość dolnej krawędzi otworu wlotowego czerpni od poziomu terenu powinna wynosić co najmniej 2 m. Czerpnie powietrza sytuowane na dachu budynku powinny być tak lokalizowane, aby dolna krawędź otworu wlotowego znajdowała się co najmniej 0,4 m powyżej powierzchni, na której są zamontowane, oraz aby została zachowana odległość co najmniej 6 m od wywiewek kanalizacyjnych.
Kolejnym elementem instalacji wentylacji są przewody wentylacyjne, czyli kanały. Wentylatory transportują powietrze od czerpni do urządzeń uzdatniających (kanały czerpne), dalej do pomieszczeń (kanały nawiewne) oraz odprowadzają powietrze zużyte z pomieszczeń (kanały wywiewne), a następnie usuwają je na zewnątrz (kanały wyrzutowe). Głównym czynnikiem, który wpływa na rodzaj przekroju oraz wielkość kanałów wentylacyjnych jest projektowana ilość powietrza, przepływająca przez przewód, przy zakładanej prędkości. Wyróżnia się kanały o przekroju prostokątnym (typ A)oraz okrągłym (typ B) lub Spiro, a także przewody elastyczne (okrągłe – typu Flex). Kanały produkuje się z blachy ocynkowanej lub nierdzewnej (kwasoodpornej), aluminium i PCV. Wymiary kanałów są znormalizowane. Istnieje jednak możliwość wykonania elementów prostokątnych „na wymiar”. Przewody wentylacyjne przechodzące przez strefy pożarowe wykonuje się ze specjalnych płyt ognioodpornych. Fragmenty lub całość instalacji izoluje się termicznie, zapobiega to powstawaniu strat ciepła oraz wykraplaniu się pary wodnej ma ich powierzchni. Przy przeprowadzaniu kanałów przez pomieszczenia nieogrzewane także należy wykonać izolację cieplną.
Prędkość w kanałach jest różna, w zależności od rodzaju instalacji i jej przeznaczenia, ale powinna być jednakowa w całej długości przewodu. Oznacza to konieczność różnicowania przekrojów. Prędkość powietrza powinna być tak dobrana, aby nie generowała hałasu oraz zbyt dużych oporów przepływu, równocześnie na tyle duża, żeby koszt wykonania instalacji był optymalny, a regulacja ułatwiona. Przy tym samym strumieniu powietrza, im większy jest przekrój kanału, tym prędkość, opory przepływu i hałas jest mniejszy. Jednak przewymiarowanie instalacji skutkuje zwiększeniem kosztów.
Dystrybucja powietrza w budynku nie byłaby możliwa jedynie poprzez odcinki proste. Stosuje się różnego rodzaju kształtki, które łączą kanały oraz końcowe elementy instalacji ze sobą. Do zmiany kierunku, rozdzielenia lub łączenia strumienia powietrza korzysta się z trójników, łuków i kolan. W celu redukcji prędkości przepływu stosuje się dyfuzory i konfuzory. Elementami kończącymi instalacje, są kratki wentylacyjne oraz dysze, anemostaty i różnego rodzaju nawiewniki (szczelinowe, podłogowe, wyporowe).
Kratki wentylacyjne montuje się w ścianach lub bezpośrednio na kanałach. Konieczne jest instalowanie dodatkowego wyposażenia w postaci przepustnic (elementów regulujących strumień i kształt strugi przepływającego powietrza). Anemostaty są montowane w suficie podwieszanym. Najczęściej stosuje się różne anemostaty do nawiewu i wywiewu. Anemostaty zwykle są wyposażane w puszki rozprężne (dzięki nim spada prędkość powietrza i wyrównuje się przepływ), a także przepustnice. Innym elementem regulującym w instalacji wentylacji są regulatory. W większości instalacji zastąpiły standardowe przepustnice jedno– lub wielopłaszczyznowe. Na rynku są dostępne regulatory stałego i zmiennego przepływu. Regulatory zmiennego przepływu muszą być wyposażone w siłowniki.
Powietrze nawiewane do pomieszczeń zawsze wymaga oczyszczenia z pyłów i kurzu. Zwłaszcza zanieczyszczenie powietrza zewnętrznego w centrach dużych miast, szczególnie w czasie niesprzyjających warunków meteorologicznych, uniemożliwia uzyskanie zadawalającej jakości powietrza w pomieszczeniach wentylowanych, bez zastosowania specjalnych systemów uzdatniania powietrza (np. filtrowanie na filtrach włókninowych, tkaninowych, a niekiedy z węgla aktywnego). W zależności od wymagań co do jakości powietrza w wentylowanym pomieszczeniu, stosuje się filtry różnej klasy. Im wyższa klasa, tym filtr jest dokładniejszy, tzn. jest w stanie wyłapać bardzo małe cząstki zanieczyszczeń. Oprócz oczyszczania powietrza pełnią bardzo ważną funkcję w układzie. Chronią urządzenia mechaniczne. Stosuje się je za czerpnią powietrza oraz na wlocie do wentylatora i nagrzewnicy oraz na wlocie do urządzenia odzysku ciepła – rekuperatora.
Układy wentylacji generują wysoki poziom hałasu, który często jest porównywany do zanieczyszczenia środowiska. Emisja hałasu odbywa się do atmosfery, ale przenosi się także poprzez instalację do pomieszczeń wentylowanych. W celu ich ochrony stosuje się tłumiki akustyczne. Montuje się je możliwie blisko źródła hałasu, czyli wentylatorów i central wentylacyjnych. W zależności od budowy tłumika wyróżnia się tłumiki absorbcyjne, refleksyjne (reaktywne) oraz aktywne. Odsyłacz do artykułu? Dodatkowym narzędziem tłumiącym, ale tym razem drgania wywoływane pracą urządzeń. Drgania są przenoszone na konstrukcję. Stanowią poważne zagrożenie dla użytkowania budynku. Ze względu na wielkość urządzeń oraz generowaną częstotliwość drgań stwarzają niebezpieczeństwo naruszenia lub jej uszkodzenie. Dlatego stosuje się różne metody izolacyjne., tzw. wibroizolacje.
Cały układ instalacji, który składa się omówionych wyżej elementów jest napędzany przez urządzenia mechaniczne. Pojedyncze jednostki, czyli wentylatory oraz większe jednostki wentylacyjne, złożone z kilku podzespołów – centrale wentylacyjne. Wentylatory tłoczą powietrze lub je wyciągają. Wyróżnia się wentylatory osiowe, promieniowe. Ze względu na ich umiejscowienie można je podzielić na wentylatory kanałowe, ścienne i dachowe. Odsyłacz do artykułu?
Centrale wentylacyjne składają się z części nawiewnej i wywiewnej oraz w system automatycznej regulacji. Część nawiewna jest wyposażona w filtr powietrza, nagrzewnicę oraz wentylator. Tłumik może być integralną częścią urządzenia, ale nie musi. Może stanowić oddzielną jednostką usytuowaną tuż za centralą. Część wywiewna składa się wentylatora wyciągowego i przepustnicy, a także tłumika. Stosuje się różne konfiguracje elementów połączonych w jedno urządzenie, w zależności od potrzeb. Nie zawsze też musi być to zwarta postać, często wykorzystuje się oddzielne urządzenia, które pełnią te same funkcje jakby były w jednej jednostce, ale są rozdzielone. Powszechne jest też stosowanie central tylko nawiewnych. Wywiew powietrza zużytego jest realizowany przez wentylatory. Wszystkie jednostki użytkowane całorocznie są wyposażane w nagrzewnice i niektóre pełnią funkcję ogrzewania. Wtedy centrala nawiewno – grzewcza staje się urządzeniem ogrzewania powietrznego.
W układach wentylacji stosuje się trzy typy nagrzewnic. Czynnikiem podnoszącym temperaturę powietrza nawiewanego może być woda grzewcza (najczęściej stosowana), prąd, lub rzadziej para wodna. W zależności od wybranej opcji, nagrzewnice różnią się od siebie budową i kosztami eksploatacji. Jeśli zachodzi potrzeba schładzania powietrza, stosuje się chłodnice. Czynnikiem chłodzącym jest woda, woda z domieszką glikolu lub freon.
Im bardziej układ jest rozbudowany, tym droższy. Szacuje się, że koszt kształtek, kanałów i ich izolacji jest mniej więcej porównywalny do kosztów urządzeń. Do tego dochodzi koszt eksploatacji, na który składa się na serwis, czyszczenie instalacji oraz media, głównie energia elektryczna potrzebna do zasilenia urządzeń. Jeśli doliczyć do tego koszt energii w układzie z nagrzewnicą elektryczną, koszty znacznie rosną. Można jednak obniżyć koszty energii i częściowo ją odzyskiwać z powietrza wywiewanego, poprzez zmniejszenie udziału powietrza świeżego w okresie zimowym, ale przede wszystkim dzięki zastosowaniu recyrkulacji lub rekuperacji. Pierwsza metoda jest korzystna zwłaszcza przy bardzo niskiej temperaturze powietrza zewnętrznego, które żeby ogrzać do wymaganej temperatury, należy dostarczyć dużą ilość energii. Jest stosowana łącznie z zastosowaniem układu przepustnic, które wytworzą proces recyrkulacji. Powietrze wywiewane z pomieszczeń, czyli już wcześniej poddane obróbce termicznej, jest częściowo zawracane, oczyszczane i z powrotem nawiewane do pomieszczeń. Jednak obecnie najczęściej stosowaną metodą jest bezpośredni odzysk ciepła z powietrza wywiewanego z pomieszczeń. Ogrzane już wcześniej powietrze przepływając przez rekuperator, wstępnie ogrzeje powietrze świeże, które po kolejnej obróbce zostanie nawiewane do pomieszczeń. Odzysk energii jest różny w zależności od wybranego rodzaju rekuperatora. Najczęściej stosuje się rekuperatory krzyżowe i obrotowe (rotacyjne). W obu przypadkach należy zastosować filtry przed wymiennikiem ciepła.
Można zauważyć, że wentylacja mechaniczna jest bardzo rozległym pojęciem. W skład instalacji wchodzi wiele elementów. Każdy podzespół (element składowy) musi być starannie dobrany, aby układ spełniał swoją funkcję. W porównaniu do wentylacji grawitacyjnej, jest to system dużo droższy. Jednak nie jest zależny od warunków atmosferycznych. Dobrze zaprojektowany jest w stanie zapewnić wymagany komfort dla ludzi i zwierząt przebywających w pomieszczeniu, usunąć wydzielające się zanieczyszczenia oraz dostarczyć świeże powietrze do oddychania, którego udział w powietrzu nawiewanym jest znaczny. Niestety ilość czynników szkodliwych w powietrzu zewnętrznym ciągle rośnie, zanieczyszczenie pyłami, smog, domowe paleniska. We współczesnym budownictwie stosuje się materiały budowlane, które jak pokazują badania, także w pomieszczeniach, przed długi okres wydzielają substancje szkodliwe. Obecność wentylacji, która oczyszcza nawiewane powietrze i dostarcza świeże w dzisiejszym świecie staje niezbędna. Równocześnie rozwój urządzeń odzysku ciepła zmierza w kierunku jak najskuteczniejszej energooszczędności, aż po osiągnięcie parametrów budynków pasywnych. (odsyłacz do artykułu).
Pogłębiaj swoją wiedzę, czytaj poradniki
Opracowanie: (MK) Materiał objęty prawem autorskim. Publikacja w części lub w całości wyłącznie za zgodą redakcji portalu www.klimatyzacja.pl
