envelope redakcja@polskiinstalator.com.pl home ul. Wąski Jar 9
02-786 Warszawa

Advertisement











danielakWentylacja ma obecnie coraz większy udział w zapotrzebowaniu budynków na ciepło, zmniejsza się natomiast zapotrzebowanie ze względu na transmisję energii (straty przez przegrody). Wraz z rozpowszechnianiem się budownictwa niskoenergetycznego, pasywnego i plus energetycznego popularne stają się więc systemy wentylacyjne, które korzystając z sił natury czy OZE, istotnie minimalizują zużycie energii elektrycznej i cieplnej.

Gdy wentylacja mechaniczna i naturalna są ze sobą systemowo powiązane, mówimy o wentylacji hybrydowej. Rozwiązania takie mogą obejmować zarówno hybrydową wentylację okienną, jak i wywietrzaki dachowe z naturalnym i mechanicznym ciągiem. Systemy przełączanej, hybrydowej wentylacji chętnie są wykorzystywane np. w budynkach z wysokimi holami lub atriami. Wysokie pomieszczenie czy połączenie kilku kondygnacji sprzyjają wentylacji naturalnej (aeracji), której siłą napędową jest różnica temperatury (ostatecznie – ciśnienia) oraz działanie wiatru. Gdy siły te ze względów naturalnych są niekorzystne lub niewystarczające, system automatyki załącza wentylację mechaniczną, która zapewnia odpowiedni przepływ powietrza i odprowadzanie zysków ciepła. Sama wentylacja naturalna pozwala na odprowadzanie około 80 W/m2 zysków ciepła z budynku.
Zaletami systemu hybrydowego są zatem:

  • zapewnienie odpowiedniej jakości powietrza i warunków termicznych niezależnie od warunków pogodowych;
  • maksymalne wykorzystanie sił natury, co przekłada się na niski koszt eksploatacji;
  • możliwość montażu w istniejącym budynku

Warto jednakże pamiętać o ograniczeniach: wentylację hybrydową można stosować tam, gdzie jakość powietrza zewnętrznego jest odpowiednia, a hałas panujący na zewnątrz nie powoduje dyskomfortu wewnątrz pomieszczeń.

schemat1   danielak
1. Wentylacja hybrydowa   2. Mechaniczna wentylacja okienna

Obecnie stosowane rozwiązania techniczne

W przeszłości systemy wentylacyjne sterowane były wyłącznie w zależności od czasu lub jakości powietrza wewnętrznego. To się zmieniło, ponieważ obecnie systemy te wykorzystuje się również do chłodzenia pasywnego budynku. Zasadniczo nadal są dwie kategorie systemów wentylacyjnych: wentylacja naturalna i mechaniczna i w obu w ostatnich dekadach wprowadzono sporo ulepszeń.

Mechaniczny system wentylacyjny
Zrównoważony, mechaniczny system wentylacyjny z odzyskiem ciepła jest powszechnie stosowany w wielu budynkach. Ograniczenia czy wady tego rodzaju rozwiązań są dobrze znane, a należą do nich przede wszystkim:

  • duża strata ciśnienia, zarówno po stronie nawiewnej, jak i wywiewnej;
  • duży i stały w trakcie użytkowania strumień powietrza wentylacyjnego – większość systemów jest projektowanych ze stałym wydatkiem (CAV);
  • wysokie zużycie energii elektrycznej;
  • wzrost temperatury zewnętrznej 1-2ºC w systemie nawiewnym, co zmniejsza potencjał „free cooling-u”;
  • problemy z inspekcją i czyszczeniem większości przewodów;
  • hałas od wentylatora i płynącego powietrza.

Innowacje w obszarze wentylacji mechanicznej. W ostatniej dekadzie system wentylacji kontrolowanej uległ wielu ulepszeniom. Do sterowania zaczęto wykorzystywać czujniki jakości powietrza, a system automatyki budynku może realizować różne strategie wentylacyjne. Rozwój techniczny głównie nakierowany był na zmniejszenie zużycia energii elektrycznej, efektem czego są np. instalacje o zmniejszonym spadku ciśnienia z wysokoenergetycznymi wentylatorami. Wymagania coraz wyższego odzysku ciepła spowodowały z kolei coraz częstsze stosowanie rotorów oraz wymienników przeciwprądowych.

Naturalny system wentylacyjny
Typowy system wentylacji naturalnej to grawitacyjny, kominowy system z otworami nawiewnymi na każdej kondygnacji. Charakteryzuje się on dwoma głównymi problemami:

  • strumień powietrza wentylacyjnego zależny jest od warunków atmosferycznych;
  • jest duże ryzyko wystąpienia przeciągu i stref dyskomfortu.
Wentylacja hybrydowa pomijana w przepisach
W Europie nie ma norm czy przepisów zakazujących stosowania systemów wentylacji hybrydowej w budynkach. Tym niemniej w niektórych krajach, np. w Polsce, istniejące przepisy komplikują wdrażanie systemów hybrydowych w porównaniu do tradycyjnych rozwiązań wentylacji mechanicznej. Dzieje się tak głównie dlatego, że nie wspomina się w nich o wentylacji hybrydowej. Nie jest więc łatwo wprowadzić to rozwiązanie do projektu. Większość przepisów i norm w swojej specyfikacji wskazuje na określoną wymianę powietrza czy wielkość strumienia powietrza wentylacyjnego w zależności od rodzaju pomieszczenia, liczby użytkowników, strumieni zanieczyszczeń etc. Wymagania te można spełnić bez większych problemów (i to udowodnić), gdy wykorzystuje się wentylację mechaniczną. Przy wentylacji hybrydowej zazwyczaj monitoruje się jakość powietrza (przeważnie wykorzystując czujnik CO2), a intensywność wentylacji regulowana jest w zależności od stężenia zanieczyszczeń. Konieczne jest udowodnienie, że taka strategia spełnia takie same wymagania jak wentylacja mechaniczna z klasycznym doborem na wymiany powietrza. Kolejnym problemem związanym z zastosowaniem wentylacji hybrydowej są kwestie ochrony przeciwpożarowej – jak każdy inny system wentylacyjny musi ona spełniać wymagania ochrony przeciwpożarowej i wentylacji oddymiającej. Wentylacja hybrydowa zazwyczaj łączy różne strefy pożarowe (dymowe).

 

Innowacje w obszarze wentylacji naturalnej. Przede wszystkim powstają nowe modele nasad kominowych, czyli urządzeń wykorzystujących wiatr do wspomagania ciągu kominowego. Badane i rozwijane są np. systemy wykorzystujące zyski ciepła od nasłonecznienia do wspomagania wentylacji naturalnej w gorące dni. Coraz częściej stosuje się także samoregulujące się urządzenia: jako nawiewne lub wywiewne, aby radzić sobie ze zmiennymi warunkami zewnętrznymi i wewnętrznymi. Urządzenia te m.in. minimalizują ryzyko wystąpienia zbyt dużej prędkości powietrza w pomieszczeniu. Komfort i skuteczność poprawia również automatyka sterująca „pracą” wentylacji naturalnej.

Naturalny system wentylacyjny
Typowy system wentylacji naturalnej to grawitacyjny, kominowy system z otworami nawiewnymi na każdej kondygnacji. Charakteryzuje się on dwoma głównymi problemami:

  • strumień powietrza wentylacyjnego zależny jest od warunków atmosferycznych;
  • jest duże ryzyko wystąpienia przeciągu i stref dyskomfortu.

Innowacje w obszarze wentylacji naturalnej. Przede wszystkim powstają nowe modele nasad kominowych, czyli urządzeń wykorzystujących wiatr do wspomagania ciągu kominowego. Badane i rozwijane są np. systemy wykorzystujące zyski ciepła od nasłonecznienia do wspomagania wentylacji naturalnej w gorące dni. Coraz częściej stosuje się także samoregulujące się urządzenia: jako nawiewne lub wywiewne, aby radzić sobie ze zmiennymi warunkami zewnętrznymi i wewnętrznymi. Urządzenia te m.in. minimalizują ryzyko wystąpienia zbyt dużej prędkości powietrza w pomieszczeniu. Komfort i skuteczność poprawia również automatyka sterująca „pracą” wentylacji naturalnej.

Okienna wentylacja hybrydowa

Gdy wentylacja mechaniczna powiązana jest systemowo z wentylacją okienną, można znacząco ograniczyć straty ciepła lub chłodu. Sterowanie powiązanymi systemami wentylacji naturalnej i mechanicznej zwykle uzależnione jest od potrzeby wentylacji, czyli poprawy jakości powietrza w pomieszczeniu (czujnik CO2, zegar, czujnik obecności). Jeżeli wentylacja naturalna nie jest w stanie w danym momencie spełnić wymagań higienicznych i zapewnić warunków komfortu wewnętrznego, wówczas – dzięki systemowi sterowania – jej rolę automatycznie przejmuje klasyczna wentylacja mechaniczna. Jednak wentylacja okienna może być również powiązana z regulacją temperatury. Latem, w klimacie umiarkowanym, można w ten sposób efektywnie korzystać z potencjału chłodniczego powietrza zewnętrznego. Gdy temperatura powietrza w nocy spada do około 20°C, przy odpowiedniej strategii i zachowaniu zdefiniowanych wartości, powinno to wystarczyć do odprowadzenia zysków ciepła dostarczonych budynkowi za dnia.
Warunki ramowe systemu wentylacji nocnej to:

  • ograniczenie zysków ciepła (suma wewnętrznych i zewnętrznych zysków);
  • masa akumulacyjna wewnątrz budynku;
  • system wentylacyjny dostosowany dla przewietrzania nocnego.
schem2
3. Strumień powietrza wentylacyjnego V dla wentylacji okiennej z wyrównaniem ciśnień w pomieszczeniu zależny jest od kilku powyższych czynników

 

Podczas wentylacji okiennej siłą napędową wymiany mas powietrza jest różnica temperatury. Wentylacja odbywa się zatem bez angażowania energii zewnętrznej, np. elektrycznej. Jej skuteczność jest bardzo wysoka, ale stosowanie powinno być limitowane graniczną temperaturą zewnętrzną, gdy zagrożenie wystąpienia przeciągu staje się zbyt wysokie.

Wentylacja naturalna potrzebuje otworów wlotowych i wylotowych oraz różnicy ciśnień, przy czym położenie otworów nie odgrywa znaczącej roli. W tym kontekście interesujące jest również wykorzystanie konwekcji termicznej przy większej liczbie kondygnacji – ponad atrium lub klatką schodową.

Dzięki wentylacji naturalnej można osiągnąć wysokie wartości wymian powietrza (do 10 1/h). Sprawność wentylacyjna przy oknach uchylnych była wielokrotnie badana. Dla pomieszczenia o wysokości 3 m oraz przy różnicy temperatury 30 K powstaje różnica ciśnień wynosząca prawie 4 Pa, przy czym ciśnienie dynamiczne dla wiatru o prędkości 2,5 m/s jest porównywalnie wysokie. Zależność strumienia powietrza nawiewanego od uchylenia okna o wymiarach 1,3 x 2,0 m została pokazana na rys. 4.

Wentylacja wywiewna grawitacyjna wspomagana mechanicznie

Standardowym systemem wentylacji w budynkach jest wentylacja grawitacyjna, której siłą napędową jest różnica gęstości powietrza, spowodowana różnicą temperatury. W budownictwie jednorodzinnym i wielomieszkaniowym coraz częściej zwraca się jednak uwagę na skuteczną wymianę powietrza przez cały rok, dlatego też wzrasta zainteresowanie systemami hybrydowymi. Wentylacja hybrydowa działa na zasadzie grawitacyjnej, jeżeli siła ciągu w kanałach wentylacyjnych jest wystarczająca, aby usuwać wskazaną ilość powietrza z pomieszczeń. Gdy ciąg grawitacyjny staje się zbyt słaby, zastępuje go układ mechaniczny. Czujniki sprzężone z układem sterowania umożliwiają przełączanie trybu pracy systemów – naturalnego i mechanicznego.
Wentylacja mechaniczna (kontrolowana) – w przeciwieństwie do wentylacji naturalnej – zapewnia zaplanowaną wymianę powietrza, chociaż z powodu wyraźnie rosnących kosztów inwestycyjnych i eksploatacyjnych w tym zakresie szybko osiąga granicę opłacalności (zasadna wymiana powietrza < 4 1/h). W porównaniu do wentylacji naturalnej wyróżniają ją także:

  • lepsza współpraca z innymi systemami chłodniczymi, np. z wymiennikiem gruntowym w zakresie wstępnego kondycjonowania powietrza;
  • możliwość stosowania zimą energooszczędnej wentylacji z odzyskiem ciepła.
schem4   schem5
4. Strumień powietrza nawiewanego dla różnego stopnia uchylenia okna   5. Kombinacja systemu naturalnej i mechanicznej wentylacji przez wymiennik gruntowy – na podstawie

 

Znane są różne koncepcje techniczne współpracy wentylacji naturalnej z wentylatorami, a producenci oferują w tym zakresie wiele urządzeń. Sposoby łączenia elementów systemu wentylacji hybrydowej można jednak sprowadzić do trzech podstawowych rozwiązań, w których system:

  • wykorzystuje naprzemiennie ciąg naturalny i mechaniczny (np. systemy są przełączane o określonych porach w ciągu doby);
  • działa głównie w sposób naturalny i jest wspomagany wentylatorami w warunkach, gdy ciąg naturalny jest niewystarczający;
  • działa głównie w sposób mechaniczny i jest wspomagany wiatrem oraz instalacją kominową o naturalnym ciągu, gdy są sprzyjające warunki.

Wentylacja hybrydowa stosunkowo popularna jest także w obiektach przemysłowych, w których występują zyski cieplne od technologii, ale niska lub średnia wysokość budynku nie gwarantują (szczególnie w lecie) wytworzenia wystarczającego ciągu termicznego do wentylacji naturalnej. Przykładami takich obiektów mogą być sprężarkownie powietrza lub innych gazów technicznych, przepompownie, trafostacje, hale produkcyjne.

 Autor: Maciej Danielak

 


 

pi