Zasada działania wentylacji mechanicznej

Elementy systemu wentylacji z odzyskiem ciepła

MGR INŻ.DAWID WDOWIAK

Wentylacja

Wraz ze wzrostem rozwoju społeczeństw oraz poziomu życia zwiększa się intensywność wykorzystania pomieszczeń. Współczesny człowiek, żyjący w mieście spędza w budynkach większość swojego życia. Dlatego obserwujemy dążenie do poprawienia klimatu w budynkach. W warunkach ciągłego wzrostu cen energii rośnie również tendencja do realizacji jej zużycia. (1)

Rola wentylacji mechanicznej z odzyskiem ciepła 

Rolą wentylacji mechanicznej jest dostarczanie optymalnej ilości świeżego powietrza do budynku i usuwanie z niego powietrza zanieczyszczonego. W odróżnieniu od wentylacji grawitacyjnej wentylacja mechaniczna charakteryzuje się możliwością regulacji ilości powietrza dostarczanego do budynku niezależnie od warunków atmosferycznych, a wpływ na jej intensywność ma użytkownik systemu. Zaletą systemu wentylacji mechanicznej jest dodatkowo możliwość zastosowania odzysku ciepła (i opcjonalnie wilgoci), co pozwala zmniejszyć koszty ogrzewania i zdecydowanie poprawić jakość powietrza i komfort życia.

Urządzenia wentylacji mechanicznej powinny pracować w sposób ciągły (również podczas nieobecności użytkownika). Instalacja powinna obsługiwać wszystkie pomieszczenia w budynku, zapewniając optymalną wymianę powietrza ze względu na wymagania higieniczne, usuwanie zanieczyszczeń i wilgoci. Brak prawidłowo działającej wentylacji może powodować złe samopoczucie, problemy zdrowotne, a także zawilgocenie, a w skrajnych przypadkach zagrzybienie ścian i innych przegród zewnętrznych. (2)

Zasada działania wentylacji mechanicznej z odzyskiem ciepła

Świeże powietrze jest pobierane z zewnątrz budynku za pomocą czerpni i dostarczane przez przewód wentylacyjny do centrali wentylacyjnej (rekuperatora). W centrali wentylacyjnej powietrze przechodzi przez wymiennik, gdzie wymienia ciepło z powietrzem wyciąganym z pomieszczeń. Po przejściu przez centralę wentylacyjną powietrze jest dostarczane przez sieć przewodów nawiewnych do pomieszczeń użytkowych takich jak: salon, sypialnie, pokoje dzienne, gabinety.

Przepływ powietrza w instalacji jest wymuszany przez wentylatory centrali wentylacyjnej. W typowych budynkach jednorodzinnych o małej powierzchni najczęściej stosuje się wyciągi z pomieszczeń sanitarnych i pomocniczych, takich jak łazienka, kuchnia, toaleta, garderoba, spiżarnia, pomieszczenie gospodarcze itp. W domach jednorodzinnych o dużej powierzchni stosuje się również wyciągi z pomieszczeń mieszkalnych, nie zapominając o priorytecie zapewnienia usuwania wilgoci i zanieczyszczeń z pomieszczeń higienicznosanitarnych i pomocniczych.

Świeże powietrze przepływa między pomieszczeniami przez szczelinę pod drzwiami, kratkę lub otwory w dolnej części drzwi. Z pomieszczeń sanitarnych i pomocniczych zużyte powietrze jest usuwane za pomocą elementów wyciągowych. Przez wyciągowe przewody wentylacyjne dociera ono do rekuperatora, gdzie w wymienniku ciepła oddaje swoją energię cieplną świeżemu, czerpanemu powietrzu. Następnie przez przewody wentylacyjne i wyrzutnię jest usuwane na zewnątrz budynku. (3)

Podstawowe elementy systemu wentylacji z odzyskiem ciepła (rekuperacji) 

Elementami systemu wentylacji z odzyskiem ciepła są:

  • centrala wentylacyjna z odzyskiem ciepła (potocznie zwana rekuperatorem),
  • przewody wentylacyjne,
  • elementy nawiewne i wywiewne (zawory, anemostaty, kratki, inne),
  • czerpnia,
  • wyrzutnia.

Centrala wentylacyjna z odzyskiem ciepła (rekuperator)

Urządzenie służące do wymiany powietrza w budynku pełniące dodatkowo funkcję odzysku ciepła (w zaawansowanych centralach również odzysku wilgoci) i filtracji powietrza. Elementami centrali wentylacyjnej z odzyskiem ciepła są:

  • wymiennik ciepła,
  • wentylator,
  • by-pass;
  • sterownik;
  • filtry powietrza;

1) Wymiennik ciepła

Wymiennik ciepła - element centrali wentylacyjnej decydujący o efektywności odzysku ciepła. Najczęściej zbudowany z tworzywa lub aluminium. Zasada działania wymiennika polega na przepływie ciepłego i zimnego powietrza wąskimi przylegającymi do siebie kanalikami, dzięki czemu dochodzi do wymiany energii cieplnej pomiędzy obydwoma strumieniami powietrza. Najczęściej stosowane w domowych centralach wentylacyjnych rodzaje wymienników ciepła różnią się od siebie konstrukcją i efektywnością odzysku ciepła (zwaną często sprawnością rekuperatora):

Płytowe wymienniki krzyżowe – zbudowane z naprzemiennie ułożonych kanalików, w których poszczególne strumienie powietrza przepływają prostopadle do siebie, czyli w układzie krzyżowym. Najczęściej spotykany zakres efektywności (zwykle nazywanej sprawnością) odzysku ciepła dla tych konstrukcji to 50-70%. W poprawnie skonstruowanych rekuperatorach konstrukcja ta zapewnia pełne odseparowanie obydwu strumieni powietrza.

Płytowe wymienniki przeciwprądowe – konstrukcja podobna jak w wymiennikach krzyżowych, ale kanaliki ułożone są równolegle do siebie, a powietrze przepływa w nich w przeciwnych kierunkach. Dzięki temu oraz zwiększonej powierzchni wymiany ciepła, wymienniki przeciwprądowe uzyskują wyższą efektywność niż krzyżowe, nawet do wartości około 90%. Występują one również w wersji z odzyskiem wilgoci,

Wymienniki obrotowe (których bardziej poprawna nazwa powinna brzmieć „regeneracyjny wymiennik obrotowy” – wymiana ciepła pomiędzy dwoma strumieniami powietrza polega na tym, że obracający się walec (wirnik), skonstruowany z kanalików utworzonych z cienkiej blachy (lub innego materiału), przez które przepływa powietrze, obraca się z niewielką prędkością obrotową, kontaktując się okresowo z ciepłym i zimnym strumieniem powietrza. W czasie kontaktu ze strumieniem ciepłego powietrza ciepło jest przekazywane i akumulowane w masie materiału regeneratora, aby po pewnym czasie (gdy znajdzie się on w strumieniu zimnego powietrza) oddać je do tego powietrza odpowiednio je podgrzewając. Ze względu na opisaną powyżej konstrukcję wymiennika, niewielka część powietrza wyciąganego miesza się z powietrzem nawiewanym. Najczęściej spotykane wartości efektywności tego rodzaju konstrukcji to 75-90%. Standardową funkcją wymiennika obrotowego jest również odzysk wilgoci. Zastosowanie dodatkowej warstwy higroskopijnej umożliwia zwiększenie odzysku wilgoci.

2) Wentylator

Wentylator - urządzenie służące do wymuszenia ruchu powietrza w instalacji wentylacyjnej. Można wyróżnić dwa typy wentylatorów ze względu na sposób ich zasilania:

  • stałoprądowe – umożliwiają ciągłą regulację wydajności układu wentylacyjnego w zakresie od 15 do 100%, przy jednoczesnym ograniczeniu zużycia energii elektrycznej, szczególnie dla silników elektronicznie komutowanych (EC),
  • zmiennoprądowe –mają fabrycznie ustawione stałe parametry wydajności na poszczególnych biegach (regulacja wielostopniowa). Możliwa jest również regulacja ciągła poprzez zastosowanie dodatkowych regulatorów, co jednak nie wpływa znacząco na ograniczenie zużycia energii elektrycznej. Zaleca się, by w domach jednorodzinnych stosować centrale wentylacyjne z silnikami stałoprądowymi, co pozwala na dopasowanie wydajności systemu do aktualnych potrzeb użytkownika oraz znacząco obniża koszty jego użytkowania.

3) By-pass

By-pass - element centrali wentylacyjnej, stanowiący specjalne obejście powietrza nawiewanego, stosowany w centralach z płytowymi wymiennikami ciepła. Działanie bypassu polega na przepływie powietrza przez centralę z pominięciem wymiennika ciepła.

Stosuje się go w okresie letnim w celu schłodzenia budynku, gdy temperatura zewnętrza jest niższa niż wewnątrz budynku. W takiej sytuacji by-pass otwiera się, powodując przejście powietrza nawiewanego poza wymiennikiem ciepła, co powoduje nawiew chłodniejszego, powietrza z zewnątrz. W okresie zimowym automatyczny by-pass może stanowić zabezpieczenie wymiennika ciepła przed zamarzaniem (szronieniem). Wyróżniamy dwa typy by-passów:

  • automatyczny – otwarcie lub zamknięcie klapy następuje bez ingerencji użytkownika, przy czym ma on możliwość ustawienia parametrów pracy urządzenia,
  • ręczny – regulacja następuje poprzez zdjęcie klapy serwisowej centrali wentylacyjnej I ręczne zastąpienie wymiennika ciepła tzw. kasetą letnią. Największą efektywność i wygodę zapewnia zastosowanie by-passu automatycznego.

4) Sterownik

Sterownik - jego zadaniem jest regulacja strumienia powietrza w zależności od zapotrzebowania budynku. Sterowanie wydajnością systemu centrali wentylacyjnej może się odbywać w sposób:

  • ręczny –sterowniki stopniowe pozwalają ręcznie ustawić wydajność wentylatorów (strumienie powietrza nawiewanego i wywiewanego z pomieszczeń),
  • automatyczny – rozbudowane układy sterowania, które w zależności od wersji, pozwalają na regulację strumieni powietrza zgodnie z programem czasowym lub w wersjach zawansowanych, umożliwiają regulację strumieni powietrza oraz bieżących wartości parametrów powietrza w pomieszczeniach (np. wilgotność powietrza oraz zawartość CO2).

Zaleca się stosowanie sterowania automatycznego. Sterowanie ręczne, wymagające kilkukrotnej zmiany parametrów, jest niepraktyczne i w przypadku braku zmiany ustawień może powodować zbyt intensywną wentylację zimą lub zbyt małą intensywność wymiany powietrza latem.

5) Filtry

Filtry - służą do filtracji powietrza nawiewanego i wywiewanego. Służą one nie tylko do oczyszczania powietrza, lecz także chronią wymiennik ciepła przed zabrudzeniem i zwiększają jego żywotność (okres eksploatacji).

Skuteczność wentylacji mechanicznej

Zwrot środków zainwestowanych w system wentylacji mechanicznej następuje po kilku latach, podczas których instalacja będzie służyć zapewniając oszczędności, komfort oraz świeże powietrze. Skuteczność wentylacji mechanicznej oraz oszczędności wynikające z jej zastosowania zależą od poprawnego doboru urządzeń oraz ich sprawności energetycznej. (4)

Intensywność wentylacji w budownictwie mieszkaniowym - normy i przepisy 

Strumienie powietrza wentylującego pomieszczenia budynków mieszkalnych (PN-83/B03430) (5).

  • kuchnia z oknem zewnętrznym (kuchenka gazowa): 70 m3/h
  • kuchnia z oknem zewnętrznym, wyposażona w kuchenkę elektryczną: 30–50 m3/h w zależności od ilości mieszkańców
  • kuchnia bez okna zewnętrznego wyposażona w kuchenkę elektryczną: 50 m3/h
  • kuchnia bez okna zewnętrznego, wyposażona w kuchenkę gazową, obowiązkowo z mechaniczną wentylacją wywiewną: 70 m3/h
  • łazienka (z WC lub bez): 50 m3/h
  • wydzielone pomieszczenie WC: 30 m3/h
  • pomocnicze pomieszczenie bez okienne: 15 m3/h
  • pokój mieszkalny oddzielony od pomieszczenia kuchni, łazienki i WC więcej niż dwojgiem drzwi: 30 m3/h

LITERATURA:

  1. https://thesslagreen.com/wentylacja-mechaniczna/
  2. https://www.rekuperatory.pl/projekt-wentylacji/
  3. https://www.rekuperatory.pl/projekt-wentylacji/
  4. https://serwisklimy.pl/rekuperacja/
  5. PN-83/B-03430. Wentylacja w budynkach mieszkalnych zamieszkania zbiorowego I użyteczności publicznej

Galeria zdjęć

wstecz