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.
|
W oparciu o zapisy zamieszczone głównie w normie [5], poniżej przedstawiono podstawowe definicje dotyczące wentylacji mechanicznej. Wentylacja pomieszczenia [5] – planowy nawiew i usuwanie powietrza z obsługiwanego pomieszczenia. Więcej informacji dotyczących wentylacji dostarcza definicja zapisana w wycofanej normie PN-B-01411:1999 [10], według której wentylacja pomieszczenia to wymiana powietrza w pomieszczeniu lub w jego części, mająca na celu usunięcie powietrza zużytego i zanieczyszczonego i wprowadzanie powietrza zewnętrznego. Termin ten nie dotyczy uzdatniania powietrza w wyniku jego ogrzania, ochłodzenia, nawilżanie czy osuszenia. Jeżeli wraz z wymianą powietrza będzie realizowany któryś z podstawowych procesów uzdatniania powietrza, będziemy mieli do czynienia z np.: – kształtowaniem temperatury powietrza wewnętrznego, czyli wentylacją z chłodzeniem lub ogrzewaniem, – kształtowaniem wilgotności powietrza, czyli wentylacją z nawilżaniem lub osuszaniem, – klimatyzacją, czyli kształtowaniem wszystkich parametrów powietrza.
Klimatyzacja jest formą uzdatniania powietrza charakteryzującą się utrzymywaniem na odpowiednim poziomie temperatury, wilgotności, wymiany powietrza i jego czystości. Jeśli nie kontroluje się dowolnego z tych parametrów (z wyjątkiem wymiany powietrza) to system ten określa się jako klimatyzacja częściowa [5]. Ze względu na cel działania klimatyzacji mamy do czynienia z klimatyzacją komfortu (samopoczucie i zdrowie ludzi), nazywaną też bytową oraz technologiczną (przemysłową). Nawiewnik powietrza według [5] to uzbrojony otwór, przez który powietrze dopływa do obsługiwanego pomieszczenia, a jego konstrukcja ma zapewnić utrzymanie określonych warunków komfortu w zakresie temperatury, prędkości, wilgotności i poziomu dźwięku w strefie przybywania ludzi. Wywiewnik powietrza – urządzenie, przez które powietrze opuszcza obsługiwane pomieszczenie.
Przez rozdział powietrza [5] rozumiane jest rozprowadzenie powietrza w pomieszczeniu w sposób zapewniający określone warunki, takie jak: wielkość wymiany powietrza, ciśnienie, czystość, temperaturę, wilgotność, prędkość powietrza i poziom dźwięku, w określonej strefie tego pomieszczenia, osiągane zazwyczaj za pomocą nawiewników i wywiewników, które tworzą wspólnie granice między obsługiwanym pomieszczeniem i systemem rozprowadzenia powietrza
Uzdatnianie powietrza – proces, podczas którego następuje zmiana stanu powietrza w zakresie takich jego parametrów, jak: temperatura, zawartość wilgoci, stężenie pyłu, liczba bakterii, stężenie gazów i par [5]. |
Klasyfikacja systemów wentylacji
Systemy wentylacji można sklasyfikować biorąc pod uwagę:
– rodzaj energii wprawiającej powietrze w ruch,
– przeznaczenie instalacji (komfortowa, przemysłowa),
– ciągłość pracy instalacji (działanie ciągłe i okresowe),
– sposób organizacji wymiany powietrza w pomieszczeniu,
– zapewnienie różnicy ciśnienia powietrza z otoczeniem,
– udział powietrza zewnętrznego,
– stały lub zmienny strumień powietrza,
– prędkość transportu powietrza,
– stopień uzdatnienia powietrza.
Zasady klasyfikacji systemów wentylacji
Poniżej zostały szerzej omówione niektóre z wymienionych klasyfikacji systemów wentylacji.
Mechanizm wprawiający powietrze w ruch
Mechanizmem sprawczym wywołującym przepływ powietrza z jednego obszaru do drugiego jest występująca między nimi różnica ciśnienia. Przy podziale systemów zależnie od rodzaju energii wprawiającej powietrza w ruch uwzględnia się przyczynę zróżnicowania ciśnienia, zarówno w przestrzeni budynku, jak i między wnętrzem budynku a otoczeniem zewnętrznym. Czynnikami powodującymi to zjawisko są w przypadku:
– wentylacji naturalnej:
- różnica temperatury powietrza (wypór termiczny),
- oddziaływanie wiatru na bryłę budynku
– wentylacji mechanicznej:
- zamierzona konwersja dostarczonej energii elektrycznej realizowana w wentylatorach lub, rzadko już, energii dynamicznej płynu w urządzeniach strumieniowych.
Poza tymi dwoma rodzajami wentylacji projektowana i stosowana jest także wentylacja hybrydowa. Zgodnie z definicją, przedstawioną przez IEA – International Energy Agency, wentylacja hybrydowa jest dwuwariantowym systemem wentylacji (do wywołania przepływu powietrza wykorzystuje się zarówno siły naturalne, jak i siły wytworzone przez konwersję energii elektrycznej w wentylatorach) sterowanym w taki sposób, aby w trakcie utrzymywania akceptowalnego poziomu jakości powietrza oraz właściwego mikroklimatu w pomieszczeniach minimalizować zużycie energii. Wtedy gdy naturalny ciąg kominowy jest wystarczający lub gdy warunki zewnętrzne są dobre i odpowiednia siła wiatru wytwarza odpowiedni ciąg, instalacja hybrydowa działa jako wentylacja naturalna, natomiast gdy warunki dla zaistnienia wentylacji grawitacyjnej są niewystarczające – pracuje jako wentylacja mechaniczna (wymuszona przez wentylator).
W zależności od sposobu wymiany powietrza wentylację mechaniczną możemy podzielić na:
– ogólną, czyli z równomierną wymianą powietrza w całym pomieszczeniu (lub wentylowanym obszarze),
– miejscową, przeciwdziałającą zanieczyszczeniu powietrza w miejscu ich wydzielania.
Do wentylacji miejscowej zaliczają się takie systemy i urządzenia jak:
– odciągi miejscowe – służące do usuwania zanieczyszczeń bezpośrednio w miejscu ich powstawania,
– nawiewy miejscowe – stosowane do wytwarzania w określonym miejscu warunków odmiennych od tych, które panują w całym pomieszczeniu,
– kurtyny powietrzne – do ochrony pomieszczeń przed przenikaniem zimnego powietrza zewnętrznego (w okresie zimy) bądź gorącego (w okresie lata) przez często otwierane bramy i drzwi wejściowe w budynkach przemysłowych lub użyteczności publicznej.
Sposób organizacji wymiany powietrza w pomieszczeniu
Biorąc pod uwagę rozwiązanie doprowadzenia i odprowadzenie powietrza z wentylowanych pomieszczeń, rozróżnia się trzy rodzaje wentylacji mechanicznej [2]:
– wentylacja mechaniczna nawiewana – powietrze jest doprowadzane do pomieszczenia, powstaje w nim nadciśnienie; wypływ powietrza z pomieszczenia na zewnątrz lub do sąsiednich jest realizowany przez nieszczelności, specjalne otwory lub kanały wentylacji grawitacyjnej (system bardzo rzadko stosowany),
– wentylacja mechaniczna wywiewna – mechaniczne usuwanie powietrza z pomieszczenia;, dzięki wytworzonemu w pomieszczeniu podciśnieniu do pomieszczenia przez nieszczelności lub specjalne otwory nawiewne dopływa powietrze z zewnątrz lub z sąsiednich pomieszczeń, można ją stosować w pomieszczeniach o niewielkich wymaganiach dotyczących krotności wymiany powietrza (np. budynki mieszkalne, szatnie, ustępy), zimą zasysanie zimnego powietrza zewnętrznego może powodować nadmierne wychłodzenie pomieszczenia i dodatkowe straty ciepła,
– wentylacja mechaniczna nawiewno-wywiewna – połączenie obu wymienionych powyżej rozwiązań, pozwala kształtować klimat w pomieszczeniu wpływając na rozkład temperatury i kierunek oraz prędkość przepływu powietrza przez pomieszczenie; przy jej pomocy w pomieszczeniu można, zależnie od potrzeb, zrealizować wentylację nadciśnieniową lub podciśnieniową. Powietrze w budynku jest rozprowadzane za pomocą sieci przewodów wentylacyjnych: nawiewnych i wywiewnych. Poprzez nawiewniki (ścienne, sufitowe, podłogowe lub stojące na podłodze) dopływa do wentylowanego pomieszczenia, a za pomocą wywiewników jest z niego odprowadzane.
Wentylację mechaniczną wywiewną lub nawiewno-wywiewną należy stosować w budynkach wysokich i wysokościowych oraz w innych budynkach, w których zapewnienie odpowiedniej jakości środowiska wewnętrznego nie jest możliwe za pomocą wentylacji grawitacyjnej. W pozostałych budynkach może być stosowana wentylacja grawitacyjna (§148. 1 [15]). W pomieszczeniu, w którym jest zastosowana wentylacja mechaniczna lub klimatyzacja, nie można stosować wentylacji grawitacyjnej. Wymaganie to nie dotyczy pomieszczeń z urządzeniami klimatyzacyjnymi niepobierającymi powietrza zewnętrznego (§148. 21 [15]).
Zapewnienie różnicy ciśnienia powietrza z otoczeniem
Ze względu na zdolność do zapewnienia różnicy ciśnienia powietrza z otoczeniem wentylacja może by wykonana jako:
1. Instalacja zbilansowana
Vn = Vw
2. Instalacja nadciśnieniowa
Vn > Vw
3. Instalacja podciśnieniowa
Vn < Vw
gdzie:
Vn – strumień objętości powietrza wentylacyjnego nawiewanego, m3/h
Vw – strumień objętości powietrza wentylacyjnego wywiewanego, m3/h
Wentylacja nadciśnieniowa występuje wtedy, gdy nawiewany strumień powietrza wentylacyjnego jest większy (np. o 10-20%) od strumienia powietrza usuwanego. Jest to ochrona pomieszczenia przed dopływem do pomieszczenia powietrza z otoczenia. Odwrotna sytuacja jest w przypadku wentylacji podciśnieniowej. Podciśnienie wytworzone w pomieszczeniu powoduje „zasysanie” powietrza przez nieszczelności do wnętrza pomieszczenia, co ogranicza rozprzestrzenianie się np. zanieczyszczonego powietrza z zakładów przemysłowych do pomieszczeń sąsiednich lub do środowiska zewnętrznego.
Klasyfikacja ze względu na udział powietrza zewnętrznego
1. Wentylacja z powietrzem zewnętrznym,
2. Wentylacja z powietrzem zewnętrznym i obiegowym (z recyrkulacją).
W pierwszym przypadku całkowity strumień powietrza wentylacyjnego jest dostarczany wyłącznie z zewnątrz, w drugim – jest sumą dwóch strumieni powietrza: zewnętrznego (przynajmniej w ilości higienicznej) i części powietrza usuwanego z pomieszczenia oraz zawracanego do systemu nawiewnego (powietrza obiegowego lub recyrkulacyjnego).
Zasady stosowania recyrkulacji powietrza
Na mocy rozporządzenia [14] wymagane jest stosowanie w instalacjach wentylacji mechanicznej ogólnej nawiewno-wywiewnej lub klimatyzacji komfortowej o wydajności 2000 m3/h i większej, urządzenia do odzyskiwania ciepła z powietrza wywiewanego o skuteczności co najmniej 50% lub recyrkulacji powietrza, wtedy gdy jest ona dopuszczalna (§151.1). Wymagań tych można nie stosować w przypadku instalacji używanych krócej niż przez 1000 godzin w roku.
Stosując recyrkulację powietrza, należy stosować układy regulacji umożliwiające w korzystnych warunkach pogodowych zwiększanie udziału powietrza zewnętrznego do 100% (§151.5). Przepisu z ustępu 5 nie stosuje się w przypadkach, gdy zwiększanie strumienia powietrza wentylacyjnego uniemożliwiałoby dotrzymanie poziomu czystości powietrza wymaganego przez względy technologiczne.
W przypadku zastosowania recyrkulacji strumień powietrza zewnętrznego nie może być mniejszy niż wynika to z wymagań higienicznych, jednocześnie nie może być mniejszy niż 10% powietrza nawiewanego. Dla wentylacji technologicznej zastosowanie odzysku ciepła powinno wynikać z uwarunkowań technologicznych i rachunku ekonomicznego.
Recyrkulację powietrza można stosować wówczas, gdy przeznaczenie wentylowanych pomieszczeń nie wiąże się z występowaniem bakterii chorobotwórczych, z emisją substancji szkodliwych dla zdrowia, uciążliwych zapachów, przy zachowaniu wymagań §149 ust. 1 oraz wymagań dotyczących ochrony przeciwpożarowej. W budynku opieki zdrowotnej recyrkulacja powietrza może być stosowana tylko za zgodą i na warunkach określonych przez właściwego państwowego inspektora sanitarnego (§151 [15]).
Jednakowy lub zmienny w czasie pracy instalacji strumień powietrza wentylacyjnego:
1. Systemy ze stałym strumieniem powietrza CAV (constant air volume),
2. Systemy ze zmiennym strumieniem powietrza VAV (variable air volume).
Prędkość transportu powietrza:
– instalacje z małą prędkością powietrza w przewodach:
- okomfortowe 3-7 (8) m/s,
- oprzemysłowe 10-12 m/s,
– instalacje ze średnią prędkością powietrza w przewodach:
- komfortowe i przemysłowe 10-16 m/s,
– instalacje z dużą prędkością powietrza w przewodach:
- komfortowe i przemysłowe 32-35 m/s (lata 50.).
Można mówić także o instalacjach o małym, średnim i dużym ciśnieniu powietrza w przewodach.
Klasyfikacja ze względu na rodzaj przepływu powietrza przez wentylowane pomieszczenie:
– przepływ mieszający
– przepływ wyporowy
– przepływ laminarny
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 powyżej300 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 powyżej300 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.
Anna Charkowska
Ciąg dalszy artykułu w PI 2/2013
