Poprawność działania wentylacji grawitacyjnej w budynkach mieszkalnych zależy między innymi od sił przyrody (prędkości i kierunku wiatru, temperatury zewnętrznej) i dlatego tez ma ona wiele wad. Idealnym rozwiązaniem z punktu widzenia wentylacji budynku (niestety o wiele droższym) jest stosowanie wentylacji mechanicznej z wentylatorem regulowanym automatycznie.
Prawidłowy dobór wentylatora zastosowanego do mechanicznej wentylacji mieszkań przedstawiono na przykładzie pomiarów usuwanego strumienia objętości powietrza wentylacyjnego dokonanych w budynku mieszkalnym 4-piętrowym usytuowanym na Śląsku.
Zagrożenia występujące na skutek nieprawidłowej wentylacji mieszkań
Ku przestrodze!Gdy temperatura powietrza w pomieszczeniu, w którym przebywamy jest zbyt niska wówczas odczuwamy chłód lub gdy zbyt wysoka wówczas odczuwamy dyskomfort z powodu gorąca. Jeśli w pomieszczeniu przepływ powietrza jest zbyt intensywny to odczuwamy przeciąg, jeśli natomiast mamy do czynienia ze zbyt niską wilgotnością odczuwamy suchość w gardle.
Nie odczuwamy natomiast zagrożeń wynikających z zatrutego powietrza w pomieszczeniu w którym przebywamy, ponieważ większość trucizn jest bezwonna. Jak stwierdzono w małym pomieszczeniu kuchennym przy zamkniętym oknie i bez prawidłowej wentylacji, przy użytkowaniu kuchenki gazowej już po kilku minutach stężenie tlenku węgla (CO) i tlenków azotu (NOx), w pomieszczeniu przekracza wartości dopuszczalne przy niedoborze tlenu. Tlenek węgla w małych stężeniach jest silnie trujący a tlenki azotu (które powstają także przy paleniu papierosów) wpływają przede wszystkim szkodliwie na drogi oddechowe. Ponieważ tlenek węgla i tlenki azotu są bezwonne, dlatego nie można zmysłem powonienia wyczuć grożącego niebezpieczeństwa. Jednym z produktów spalania gazu ziemnego jest para wodna, dlatego podczas używania kuchenki gazowej i spalania gazu ziemnego dodatkowo zwiększamy zawartość wilgoci w pomieszczeniu.
Powietrze w pomieszczeniu, w którym przebywamy może być zanieczyszczone zarówno chemicznie jak i biologicznie. Z reguły jedynym kontrolowanym parametrem w pomieszczeniu jest jego temperatura przy czym zaniedbuje się jego prawidłową wentylację. Człowiek przebywający w pomieszczeniu wydziela między innymi dwutlenek węgla (CO2) i parę wodną poprzez oddychanie i pocenie. Intensywność wydzielania pary wodnej przez człowieka jest uzależniona od wykonywanych przez niego czynności (sen, odpoczynek, praca). W pomieszczeniu wydziela się również para wodna przy myciu, suszeniu, praniu i gotowaniu. Suszenie prania wymaga dużej wymiany powietrza. W pomieszczeniach gdzie przebywa człowiek występują jeszcze inne zanieczyszczenia powietrza wydzielające się z mebli, farb i lakierów, które wpływają na zdrowie człowieka, gdy ich koncentracja jest zbyt wysoka.
Długotrwałe utrzymywanie w pomieszczeniu wysokich wilgotności względnych na skutek braku odpowiedniej wentylacji stwarza korzystne warunki do rozwoju mikroorganizmów a w szczególności pleśni i grzybów. Optymalna wilgotność względna w pomieszczeniu winna wynosić 45-55% przy temperaturze 22oC.
Wielogodzinne przebywanie w pomieszczeniu o niedostatecznej wentylacji prowadzi do złego samopoczucia, zmęczenia, bólu głowy, złego snu itp. Prowadzone badania nad tzw. „Syndromem Chorego Budynku” doprowadziły do wniosku, iż przyczyną powyższych niedomagań ludzi zamieszkujących takie budynki jest zła jakość powietrza w pomieszczeniach.
Wymagania normowe odnośnie ilości wywiewanego powietrza wentylacyjnego
Zalecane przez PN-83/B-03430 ilości usuwanego powietrza wentylacyjnego są następujące:
– dla kuchni z oknem zewnętrznym wyposażoną w kuchenkę gazową lub węglową – 70 m3/h
– dla kuchni z oknem zewnętrznym, wyposażoną w kuchenkę elektryczną:
w mieszkaniu dla 3 osób – 30 m3/h,
w mieszkaniu dla więcej niż 3 osoby – 50 m3/h,
– dla łazienki (z ustępem lub bez) – 50 m3/h,
– dla oddzielnego ustępu – 30 m3/h.
Każdy system wentylacyjny może funkcjonować prawidłowo jedynie wówczas, gdy w wentylowanym pomieszczeniu zapewni się nie tylko odprowadzenie zużytego powietrza (poprzez wentylację grawitacyjną lub mechaniczną), ale jednocześnie zapewni się dostarczenie świeżego powietrza wentylacyjnego. Innymi słowy wywiew i nawiew muszą zawsze występować jednocześnie i się równoważyć. Jeżeli więc uszczelniono lub wymieniono okna na szczelne, to automatycznie następuje ograniczenie częściowe lub prawie całkowite dopływu świeżego powietrza do pomieszczenia, a co za tym idzie następuje proporcjonalnie ograniczenie powietrza wywiewanego z pomieszczenia. Aby uniknąć powyższej sytuacji, a jednocześnie spełnić wymagania przywołanej normy należy zastosować w stolarce okiennej otwory o regulowanym stopniu otwarcia usytuowane w górnej części okna lub pod oknem. Jednocześnie wywiewane powietrze z pomieszczenia (poprzez wentylację grawitacyjną lub mechaniczną) powoduje straty ciepła w pomieszczeniu, dlatego też strumień powietrza wywiewanego zwłaszcza przy wentylacji mechanicznej należy ograniczyć do niezbędnego minimum.
Prawidłowy dobór wentylatora w wentylacji mechanicznej – analiza przypadku
Poprawność działania wentylacji grawitacyjnej w budynkach mieszkalnych zależy między innymi od sił przyrody (prędkości i kierunku wiatru, temperatury zewnętrznej) i dlatego tez ma ona wiele wad. Idealnym rozwiązaniem z punktu widzenia wentylacji budynku (niestety o wiele droższym) jest stosowanie wentylacji mechanicznej z wentylatorem regulowanym automatycznie.
Prawidłowy dobór wentylatora zastosowanego do mechanicznej wentylacji mieszkań przedstawiono na przykładzie pomiarów usuwanego strumienia objętości powietrza wentylacyjnego dokonanych w budynku mieszkalnym 4-piętrowym usytuowanym w jednej ze Wspólnot Mieszkaniowych na Śląsku.
Celem przeprowadzonych pomiarów było określenie ilości usuwanego strumienia objętości powietrza wentylacyjnego za pomocą wentylacji mechanicznej w poszczególnych mieszkaniach (kuchnia, łazienka, ubikacja) budynku Wspólnoty. W tabeli 1 zamieszczono wyniki badań usuwanego strumienia objętości powietrza wentylacyjnego w budynku wspólnoty. Do wentylacji mechanicznej poszczególnych pionów budynku zastosowano wentylatory dachowe typu WDc-25 z silnikami trójfazowymi na prędkość obrotową n=1400 obr/min produkcji P.P.H.U. „Metalplast” – Tarnowskie Góry. Na rys 1. przedstawiono schemat instalacji wentylacyjnej wywiewnej w budynku wspólnoty.
W celu zbilansowania ilości powietrza wentylacyjnego przepływającego przez poszczególne wentylatory zainstalowane na budynku dokonano zsumowania ilości powietrza wentylacyjnego wywiewanego z poszczególnych mieszkań do odpowiednich kanałów zbiorczych (pionów):
Wentylator nr 1 (kanał zbiorczy 1) = M1+M4+M7+M10+M13 = 1219 m3/h
Wentylator nr 2 (kanał zbiorczy 2) = M2+M5+M8+M11+M14 = 1101 m3/h
Wentylator nr 3 (kanał zbiorczy 3)= M3+M6+M9+M12+M15 = 1223 m3/h
Podczas dokonywania pomiarów usuwanego strumienia objętości powietrza wentylacyjnego z poszczególnych mieszkań w budynku wspólnoty stwierdzono:
– zastosowanie w mieszkaniach różnego typu kratek wentylacyjnych (kratki oryginalne, kratki o średnicy 100 lub 110, różnego typu kratek do regulacji (o różnej średnicy) oraz anemostaty,
– zanieczyszczenie kratek wentylacyjnych oraz przewodów wentylacyjnych od kratki wentylacyjnej do przewodu głównego.
Wykonane pomiary ilości usuwanego strumienia objętości powietrza wentylacyjnego z mieszkań w bloku wspólnoty wykazały znaczne przekroczenia ilości usuwanego strumienia objętości powietrza wentylacyjnego w stosunku do PN-83/B-03430: „Wentylacja w budynkach mieszkalnych zamieszkania zbiorowego i użyteczności publicznej”, co oznacza, że nieprawidłowo został dobrany wentylator WDc -25 n=1400 obr/min. Przyczyną złego doboru wentylatora jest niepoprawne obliczenie oporów sieci nr 1 dla projektowej wydajności ~750 m3/h, która uwzględnia wszystkie ilości usuwanego powietrza wentylacyjnego dla wentylowanych pomieszczeń. Opory te są znacznie przekroczone dla projektowanej wydajności, co skutkuje nieprawidłowo dobranym wentylatorem.
Prawidłowo dobranym wentylatorem do instalacji nr 1 (rys 1.) jest wentylator WDc-25 dla n=900 obr/min, co przedstawiono na rys 2.
Skutki nieprawidłowo dobranego wentylatora do instalacji
Prawidłowo dobranym wentylatorem przeznaczonym do wentylacji mieszkań budynku wspólnoty na podstawie przeprowadzonych pomiarów ilości powietrza wentylacyjnego zamieszczonego w tabeli 1 oraz obliczeń oporów instalacji (sieci) jest wentylator WDc -25 z silnikiem SKh 71-6A (n= 900 obr/min).
Skutki nieprawidłowo dobranego wentylatora do instalacji nr 1 są następujące:
1. znaczne przekroczenia ilości usuwanego strumienia objętości powietrza wentylacyjnegow stosunku do normy PN-83/B-03430: „Wentylacja w budynkach mieszkalnych zamieszkania zbiorowego i użyteczności publicznej”;
2. na skutek nieprawidłowego zastosowania wentylatora dachowego WDc25 n=1400 obr/min z silnikiem Skh71-4A (U=400 V,N=0,25 kW) zamiast wentylatora dachowego WDc25 n=900 obr/min z silnikiem Skh71-6A (U=400 V,N=0,18 kW) mamy do czynienia z zwiększeniem zużycia faktycznie pobieranej energii elektrycznej z jednego pionu w ciągu roku o 2000 kWh, co stanowi 1100 PLN/rok dla jednego pionu, a dla całego budynku ~3300 PLN /rok. Przy czym przez pojęcie „faktyczne zużycie” energii elektrycznej rozumie się moc pobieraną przez wentylator, przy zastosowaniu silników Skh71-4A i Skh71-6A. Faktyczne zużycie można określić na podstawie badań wentylatora umieszczonego na stanowisku badawczym;
3. rzeczą niebagatelną, ze względu na ochronę klimatu akustycznego jest fakt , że wentylator WDc -25 n=1450 obr/min emituje poziom dźwięku (do wentylowanych pomieszczeń i otoczenia) o ok. 9 dB(A) większy w stosunku do wentylatora WDc -25 n=900 obr/min;
4. jak już wspomniano zastosowanie wentylatora WDc-25 n=1400 obr/min zamiast wentylatora WDc -25 n=900 obr/min powoduje zwiększenie ilości usuwanego powietrza wentylacyjnego w jednym pionie o ok. 450 m3/h. Powoduje to znaczne zwiększenie strat ciepła z tytułu usuwanego powietrza wentylacyjnego. Z szacunkowych obliczeń strat energii z tego tytułu można oszacować w ciągu sezonu grzewczego na ok. 1600 PLN.
Aby dokonać dalszych oszczędności zużytej energii elektrycznej oraz strat energii z tytułu usuwanego powietrza wentylacyjnego oraz zmniejszenia emitowanego hałasu należy wprowadzić regulację prędkości obrotowej (prawidłowo dobranego wentylatora) w porze nocnej np. o 35%. Spowoduje to zmniejszenie wydajności wentylatora do wartości 585 m3/h.
Regulacji prędkości obrotowej napędowego silnika elektrycznego wentylatora można dokonać:
– dla silników trójfazowych poprzez zastosowanie układu sterowania silnikiem za pomocą przemiennika częstotliwości,
– dla silników jednofazowych (regulowanych napięciowo) poprzez specjalnie zaprojektowany układ regulacji za pomocą autotransformatora sterowanego układem zegarowym.