Jaka wentylacja najlepszym rozwiązaniem dla budynku?
Wentylacja grawitacyjna, wentylacja mechaniczna, wentylacja z odzyskiem ciepła, a może wentylacja hybrydowa
Jaki system wentylacji najlepiej sprawdzi się w budynku? Obiektywna odpowiedź jest bardzo trudna.
Pytanie, jaki system wentylacji najlepiej sprawdzi się w nowo budowanym budynku, nurtuje wielu inwestorów, którzy myśląc o wentylacji w budynku, muszą znaleźć optymalne dla wszystkich rozwiązania. Należy bowiem uzyskać najwyższą skuteczność i energooszczędność przy jak najniższych kosztach, ustalić optymalne proporcje między kosztami inwestycyjnymi i eksploatacji oraz pogodzić funkcjonalność i ergonomię budynku z koniecznością dostosowania go do wymogów wybranego systemu wentylacji. Rzetelne porównanie poszczególnych rodzajów wentylacji w budynku jest możliwe przy ustaleniu identycznych warunków i wymogów dla wszystkich porównywalnych systemów wentylacji, ze szczególnym uwzględnieniem wysokiej skuteczności podyktowanej potrzebami fizjologicznymi, zdrowotnymi oraz komfortem życia mieszkańców. Oznacza to, że nie można zaniżyć wymogów skutecznej wentylacji w celu dopasowania testu do ograniczonych możliwości jednego z systemów, nie można porównywać energooszczędności systemów wentylacyjnych wyłącznie na podstawie zużycia energii potrzebnej dla prawidłowej wymiany powietrza, pomijając znacznie bardziej energochłonny proces podgrzanie lub chłodzenia powietrza. Nie powinno się też porównywać kosztów wentylacji w odniesieniu do różnej kubatury budynków, wydajności i zakresu dostępnych funkcji. Istotne są także niektóre ukryte koszty i parametry np. ilość zajmowanej powierzchni użytkowej w obiekcie.
Naturalna wentylacja grawitacyjna - niestabilna, nieprzewidywalna i mało skuteczna
Zdaniem specjalistów, naturalna wentylacja grawitacyjna, jest najbardziej przestarzałym, niestabilnym, nieprzewidywalnym oraz najmniej skutecznym i energooszczędnym systemem wentylacji budynków. W przypadku nowoczesnych energooszczędnych budynków, ze szczelnymi przegrodami zewnętrznymi i szczelną stolarką ten system wentylacji praktycznie nie funkcjonuje. Nie działa w ogóle albo - przy zastosowaniu funkcji rozszczelnienia okien lub nawiewników - działa niestabilnie i nieekonomicznie, nie chroniąc mieszkańców przed hałasem i zanieczyszczeniami z zewnątrz. Mitem jest także stwierdzenie, że mimo swych wszystkich wad wentylacja naturalna jest najtańsza.
Porównanie wentylacji grawitacyjnej z wentylacją mechaniczną z odzyskiem ciepła
Zgodnie z założeniem do porównania kosztów poszczególnych systemów wentylacyjnych należy wziąć pod uwagę identyczne warunki. Tak więc założenia w przypadku wentylacji grawitacyjnej będą następujące:
- wentylacja grawitacyjna obsługuje wszystkie pomieszczenia w budynku,
- należy zsumować koszty materiałów i robocizny kominów grawitacyjnych (w ilości oraz przekroju zapewniającym porównywalną wydajność) w każdym pomieszczeniu, koszt zajmowanej przez nie powierzchni użytkowej (wartej zwykle kilka tysięcy złotych za m2),
- należy doliczyć do tego koszty przejść przez stropy i dach oraz koszty rozszczelnień (np. nawiewników okiennych).
Po zsumowaniu powyższych kosztów i porównaniu ich z wydatkami na uproszczoną (ale z odzyskiem) wentylację mechaniczną z prostym sterowaniem, bez nagrzewnic, automatycznych by-pasów, itd., spełniającą identyczne założenia okazuje się, że wentylacja grawitacyjna będzie droższa od wentylacji mechanicznej z rekuperacją. Po dodaniu do tego kosztów eksploatacji można zauważyć, że pomimo braku kosztów wymiany powietrza (o ile w ogóle występuje jakaś wymiana), w sezonie grzewczym z powodu braku odzysku ciepła łączne wydatki związane z użytkowaniem wentylacji grawitacyjnej wielokrotnie przewyższają analogiczne nakłady na wentylację mechaniczną z odzyskiem ciepła. Biorąc pod uwagę fakt, że są na rynku centrale wentylacyjne zbudowane z najnowocześniejszych komponentów (wentylatory EC, wysokosprawne rekuperatory HEATEX), a przy tym dzięki ograniczeniu do niezbędnego minimum liczby funkcji stosunkowo tanie, nie ma dylematu, czy marnować pieniądze na nieskuteczną i drogą wentylacje grawitacyjną, czy zainwestować w uproszczoną lub rozbudowaną wentylację mechaniczną z odzyskiem ciepła.
Centrale wentylacyjne MINI-MAX firmy Ekoklimax-Projekt nie tylko zastąpią wentylację grawitacyjną, eliminując jej wady, lecz umożliwią wysokosprawny odzysk ciepła z powietrza wywiewanego oraz utrzymanie proporcji nawiewu do wywiewu. Oznacza to, że wentylacja mechaniczna zrealizowana w oparciu o nowoczesne centrale wentylacyjne MINI-MAX będzie tańsza (w budowie i eksploatacji) i bardziej funkcjonalna niż wentylacja grawitacyjna.
Wentylacja hybrydowa
Po przyjęciu, że wentylacja hybrydowa to wentylacja naturalna okresowo lub ciągle wspomagana bądź okresowo zastępowana mechaniczną, otrzymuje się albo ulepszoną wentylację naturalną albo naprzemiennie działającą wentylację naturalną i mechaniczną. W pierwszym przypadku chodzi o wentylację grawitacyjną wyposażoną w urządzenia stabilizujące jej wydajność podczas zmiennej, mało sprzyjającej pogody. Należą do nich wentylatory wspomagające wentylację przy niesprzyjającej pogodzie, bądź też system otwierania otworów w przegrodach zewnętrznych, np. oknach, w zależności od pogody i potrzeb; ręczny lub automatyczny. W drugim przypadku mamy do czynienia z czasowym zastępowaniem wentylacji naturalnej wentylacją mechaniczną Porównując wentylację hybrydową z wentylacją grawitacyjną widać przede wszystkim jedną zasadniczą różnicę - wentylacja hybrydowa po prostu działa, a grawitacyjna często nie.
Koszty wentylacji hybrydowej a koszty wentylacji grawitacyjnej
Typowa na polskim rynku wentylacja hybrydowa to po prostu kominy wentylacji grawitacyjnej z nałożonymi na końcach specjalnymi nasadami z wentylatorami wspomagającymi. Nawiew powietrza realizowany jest specjalnymi nawiewnikami z grzałkami elektrycznymi. W takim przypadku należy do kosztów budowy instalacji wentylacji grawitacyjnej doliczyć wydatki na na wentylatory w nasadach kominowych, grzałki w nawiewnikach, sterowniki oraz instalację elektryczną do zasilania i sterowania. Widać z tego wyraźnie, że wentylacja hybrydowa będzie zdecydowanie droższa od - nie taniej - wentylacji grawitacyjnej. Spore są także koszty eksploatacji wentylacji hybrydowej – należy uwzględnić wydatki na energię elektryczną (po kilka watów na każdy wentylator w nasadzie i na każdy sterownik) oraz różnice między kosztami energii elektrycznej, a innymi nośnikami ciepła niezbędnymi do ogrzania powietrza nawiewanego. Oznacza to, że koszty eksploatacji wentylacji hybrydowej będą wyższe od kosztów eksploatacji naturalnej wentylacji grawitacyjnej. Biorąc pod uwagę energię (i jej wpływ na koszty funkcjonowania każdej wentylacji), można sformułować inną definicję wentylacji hybrydowej - to taka wentylacja, której działanie opiera się na wykorzystaniu nieprzetworzonej energii naturalnej (wiatru, słońca, wody, gruntu) oraz energii przetworzonej przez "człowieka" (np. energii elektrycznej).
Należy zauważyć, że w wentylacji nie tylko chodzi o to, aby wymienić w jednostce czasu określoną porcję powietrza wewnętrznego na zewnętrzne dostarczone z otoczenia, ale też odpowiednio je dostosować do potrzeb użytkownika, czyli co najmniej oczyścić i doprowadzić do żądanej temperatury. W większości przypadków to proces doprowadzenia powietrza wentylacyjnego do pożądanej temperatury jest zdecydowanie bardziej energochłonne niż sama wymiana powietrza. W zaawansowanych wentylacjach hybrydowych system wspomaga się specjalną architekturą umożliwiającą podgrzanie powietrza energią słoneczną. Jednak są kraje, w których promieniowania słonecznego jest za dużo i takie jak Polska, gdzie jest go za mało (szczególnie zimą). Architektura słoneczna, optymalnie wykorzystująca energię słoneczną do wentylacji nie jest wcale prosta, ani tania. Ponadto, często narzuca rygory użytkowania obiektu sprzeczne niekiedy z potrzebami inwestora. Jednak nie wyklucza to opłacalności wykorzystywania fragmentów tej technologii do wspomagania wentylacji hybrydowej.
W polskich warunkach klimatycznych stabilnym, prostym i tanim źródłem energii do obróbki (ogrzania, chłodzenia) powietrza wentylacyjnego jest pozyskiwanie energii z gruntu poprzez gruntowe wymienniki ciepła (GWC). W przypadku gruntowego wymiennika ciepła (GWC) żwirowego występuje gwarancja stabilizacji termicznej (czyli podgrzewaniem lub chłodzeniem powietrza z czerpni), wstępnego filtrowania oraz odpowiedniej wilgotności powietrza z naturalną samoregulacją polegającą na samoistnym przechodzeniu pomiędzy nawilżaniem zimą i osuszaniem latem. W tym kontekście, opierając się o definicję energetyczną, można powiedzieć, że każda wentylacja mechaniczna współpracująca z gruntowym wymiennikiem ciepła (GWC) to wentylacja hybrydowa. Podążając dalej w tym kierunku można wzbogacić wentylację mechaniczną o kolejne elementy zaczerpnięte z „techniki hybrydowej”, pozwalające wykorzystać „siły natury” dla zmniejszenia kosztów eksploatacji. Na przykład czerpnię powietrza można umieścić na ścianie nawietrznej lub w przypadku wolno stojącej czerpni gruntowej zaopatrzyć ją w głowicę samoistnie ustawiającą wlot do czerpni pod wiatr. Do wyrzutu powietrza z centrali wentylacyjnej można wykorzystać pionowy komin wywiewny (z naturalnym ciągiem kominowym), zaopatrzony w specjalną nasadę wykorzystującą wiatr wiejący z dowolnego kierunku dla zwiększenia ciągu. A czerpnię ścienną można zaopatrzyć w ścienny powietrzny kolektor słoneczny wstępnie podgrzewający zasysane powietrze lub czerpać powietrze poprzez odpowiednio dostosowany ogród zimowy.
Zużycie energii konwencjonalnej można również zdecydowanie zmniejszyć poprzez wysoki odzysk ciepła, zastosowanie superenergooszczędnych wentylatorów EC, zmniejszenie oporów instalacji (poprzez zwiększenie przekrojów oraz zmniejszenie długości kanałów wentylacyjnych), zastosowanie regulatorów stałego ciśnienia współpracujących z przepustnicami regulującymi intensywność wymiany powietrza w poszczególnych pomieszczeniach oraz regulatorów stałego wydatku pozwalających ekonomicznie wykorzystać naturalny ciąg. Ważne jest, aby sterowanie centrali wentylacyjnej miało funkcje umożliwiające racjonalne skorzystanie z tych wszystkich udoskonaleń. Takie sterowanie mają centrale wentylacyjne EKOZEFIR firmy Ekoklimax-Projekt. Sterowanie EKOZEFIR DIGITAL umożliwia między innymi automatyczne przełączanie czerpni, przydatne w przypadku instalacji GWC lub kolektora powietrznego na czerpni. Wraz z regulatorami stałego ciśnienia i wydatku oraz wentylatorami EC daje gwarancję optymalnego wykorzystania energii naturalnej i elektrycznej do wymiany powietrza. W tym momencie pojawia się końcowa konkluzja będącą odpowiedzią na zadane na początku pytanie - jaki system wentylacji najlepiej sprawdzi się w budynku? Odpowiedź niestety nie jest jednoznaczna i zależy od wielu uwarunkowań.
W szczególnych warunkach, np. gdy ma to być wentylacja magazynu czynnego sezonowo (z pominięciem zimy) lub bez wymogów termicznych, to znakomicie spełni swą rolę wentylacja hybrydowa rozumiana standardowo. Niezłym pomysłem jest też przerobienie istniejącej wentylacji grawitacyjnej na wentylację hybrydową. Szczególnie, gdy nie mamy środków finansowych i/lub istnieją przeszkody techniczne lub logistyczne uniemożliwiające zmianę wentylacji naturalnej na wentylację mechaniczną z odzyskiem ciepła. Koszty budowy przewodów grawitacyjnych już i tak poniesiono, a instalacja elementów hybrydowych spowoduje, że wentylacja grawitacyjna zacznie wreszcie stabilnie działać. Jednak w przypadku wentylacji obiektu nowoprojektowanego, wielopomieszczeniowego, użytkowanego całorocznie, ogrzewanego, o wysokich wymaganiach komfortu, to najlepiej i najtaniej spełni swą rolę wentylacja mechaniczna z odzyskiem ciepła, z energooszczędnymi wentylatorami EC. Wyposażona dodatkowo - w miarę możliwości technicznych i finansowych - w GWC, wyrzutnię kominową z nasadą wspomagającą ciąg oraz ewentualnie inne akcesoria umożliwiające wykorzystanie energii naturalnej. I tu niespodzianka, jeśli posłużymy się definicją energetyczną to taką wentylację również nazwiemy wentylacją hybrydową. Tak, wiec ostatecznie przyszłość należy do wentylacji hybrydowej, w której skład wchodzą elementy energooszczędnej wentylacji mechanicznej z odzyskiem ciepła oraz elementy pozyskujące energię odnawialną.
