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.

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

V_w – 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:

1. okomfortowe 3-7 (8) m/s,
2. 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: t_z – 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