Wstęp

Wentylacja grawitacyjna (zwana również naturalną) to tradycyjny sposób wentylowania pomieszczeń. Jej założeniem jest, że świeże powietrze zewnętrzne napływa do pomieszczeń, a następnie jest z nich – za pomocą podciśnienia – wyciągane kanałami wentylacyjnymi. Powietrze o wyższej temperaturze, pochodzące z wnętrza domu, ma mniejszą gęstość niż chłodniejsze na zewnątrz, dlatego płynie ku górze. Takiemu ruchowi sprzyjają kominy z pionowymi kanałami wentylacyjnymi: w takich kanałach powstaje tzw. ciąg, który wysysa z domu zanieczyszczone powietrze. Na miejsce usuniętego musi napłynąć świeże powietrze spoza budynku. Dawniej wystarczały do tego nieszczelne okna i drzwi, obecnie – ze względu na to, że stosuje się okna szczelne – w domach z wentylacją grawitacyjną konieczne jest montowanie nawiewników w ramach okiennych lub w ścianach. 

Warunki działania wentylacji grawitacyjnej

Różnica temperatury. Ciąg w kanałach wentylacji naturalnej tworzy się tylko wtedy, gdy temperatura powietrza w domu jest wyższa niż na zewnątrz. Wiosną i latem temperatura na zewnątrz zrównuje się z temperaturą wewnątrz domu, a nawet ją przewyższa, co prowadzi do osłabienia ciągu lub nawet odwrócenia kierunku ruchu powietrza: kanał wywiewny staje się wtedy nawiewnym, a zanieczyszczenia i nieprzyjemne zapachy z kuchni i łazienek, zamiast uchodzić na zewnątrz, trafiają do sąsiednich pomieszczeń.  W cieplejszych porach roku niedostatki wentylacji rekompensujemy sobie, otwierając okna, jednak podczas upałów wpuszczamy w ten sposób do domu gorące powietrze. Zimą, kiedy różnica temperatury między wnętrzem domu a otoczeniem jest duża, wentylacja grawitacyjna może z kolei powodować zbyt intensywną wymianę powietrza. Zwiększa to znacznie straty ciepła, a ponadto powoduje wyraźne przesuszenie powietrza w domu, gdyż to, które napływa z zewnątrz, jest zwykle bardzo suche. 

Kanały. Siła ciągu w kanałach wentylacyjnych zależy od ich wysokości liczonej od kratki w pomieszczeniu do wylotu nad dachem. Ze względu na niewielką wysokość budynków jednorodzinnych długość kanałów wentylacyjnych jest w nich niewielka, co nie sprzyja sprawności wentylacji – zwłaszcza w łazienkach na poddaszu, które są najintensywniej użytkowane, bo sąsiadują z sypialniami. Kanały muszą mieć też wystarczająco duże przekroje. Jednak raczej nie wykonuje się kanałów o średnicy mniejszej niż 15 cm (lub o wymiarach 14 x 14 cm), co w domach jednorodzinnych w zupełności wystarcza. Najlepiej, jeśli kanały mają gładkie ścianki, wówczas opory przepływu są mniejsze. Przepływ jest także lepszy, gdy kanały mają przekrój okrągły, a nie kwadratowy. Kanały wentylacyjne powinny być ocieplone, jeśli przechodzą przez nieogrzewane pomieszczenia (strych), bo w wychłodzonych kanałach ciąg słabnie, a nawet ulega odwróceniu.

Nawiewniki. Na miejsce powietrza usuwanego musi napływać świeże z zewnątrz i w domu z nowoczesnymi, szczelnymi oknami służą do tego nawiewniki umieszczone w ramach okien (ewentualnie w ścianach). Mogą mieć one przepływ stały lub regulowany. Regulacja ręczna teoretycznie umożliwia ograniczenie zbyt intensywnej wymiany powietrza np. w czasie mrozów, jednak w praktyce mało, kto pamięta o zmianie ustawienia nawiewników. 
Dlatego produkuje się także nawiewniki automatyczne, które same zamykają się i otwierają, zależnie od zmian temperatury, ciśnienia lub wilgotności powietrza. Gdy np. wilgotność w pomieszczeniu jest wysoka, nawiewniki uchylają się samoczynnie, dzięki czemu wymiana powietrza się zwiększa, a gdy poziom wilgotności spadnie, przymykają się do ustalonej, minimalnej wartości.

Powyższe zależności nasuwają istotne spostrzeżenia. Zimą, gdy chcemy a nawet powinniśmy ograniczyć wentylację, zachodzi ona w sposób niekontrolowany, gdy okna są rozszczelnione. Szczególnie podczas mrozów i silnych wiatrów następuje ogromna ucieczka ciepła, co powoduje szybkie wychłodzenie mieszkania i co gorsza nadmierne wysuszenie.

Natomiast latem, proces wentylowania mieszkań zachodzi tylko podczas wietrznej pogody. Gdy nie wieje wiatr i jest ciepło, naturalna wentylacja zawodzi zupełnie. Wilgoć, nieprzyjemne zapachy nie są usuwane praktycznie wcale. Konstrukcja i budowa dawnych domów (np. miejskich) była tak przemyślana, aby częściowo niwelowała niekorzystne skutki braku, czy nadmiernej niekontrolowanej wentylacji. Grube, pełne mury, wapienne tynki, drewniane okna, a przede wszystkim bardzo wysokie kondygnacje - wszystko to działała jak swoisty akumulator ciepła, zapewniając korzystny mikroklimat panujący wewnątrz domu. Niestety ogrzewanie takich mieszkań bywa niezwykle kosztowne.

Na sprawność wentylacji wpływa również kształt dachu, budynku i rozmieszczenie pomieszczeń

W budynkach, ktore mają skomplikowane dachy ze względu na osłabiony ciąg kominowy, wentylacja nie działa prawidłowo. Na dachach o zróżnicowanym kształcie występują przestrzenie, w których panuje nadciśnienie powodujące zaburzenia ciągu. Na nadciśnienie narażone są również kominy wyprowadzone nisko nad połać dachową. Pomieszczenia na ostatniej kondygnacji ze względu na ograniczoną wysokość kanałów też mają słaby ciąg wentylacyjny. Kominek, ze względu na duże zapotrzebowanie na powietrze, może zakłócać wentylację. Zachodzi w tym przypadku zjawisko zasysania dymu do pomieszczenia - z wylotu przewodu dymowego przedostaje się on do kanału wentylacyjnego. Aby temu zapobiec, powietrze do paleniska należy doprowadzać osobnym kanałem.

Szczelne budynki nie wpływają pozytywnie na działanie wentylacji naturalnej

Obecnie budowane domy są coraz lepiej zaizolowane. Ogranicza to skutecznie niekontrolowany przepływ powietrza przez ściany i okna. Z punktu widzenia strat ciepła jest to niezbędne, jednak pociąga za sobą ograniczenie intensywności wentylacji w pomieszczeniach. Pogarsza to jakość powietrza wewnętrznego. Prowadzi to do pojawienia się syndromu chorego budynku.

Na skutek złej jakości powietrza zwiększa się również jego względna wilgotność. Para wodna wykraplająca się na wewnętrznej powierzchni szyb i chłodnych powierzchniach ścian stwarza warunki sprzyjające rozwojowi grzybów i pleśni. Przepływ powietrza niezbędnego do wentylacji budynku powinien być przewidziany na etapie projektu. System ten powinien zapewniać również możliwość czasowego zwiększenia wydajności wentylacji.

Prawidłowe projektowanie wentylacji

Aby prawidłowo zaprojektować wentylacje trzeba skorzystać z norm:

PN-83/B-03430 "Wentylacja w budynkach mieszkalnych, zamieszkania zbiorowego 
i użyteczności publicznej. Wymagania - wraz ze zmianą PN-83/B-03430/ Az3:2000",

PN-78/B-03421 "Wentylacja i klimatyzacja. Parametry obliczeniowe powietrza wewnętrznego 
w pomieszczeniach przeznaczonych do stałego przebywania ludzi",

PN-89/B-10425 "Przewody dymowe, spalinowe i wentylacyjne murowane z cegły. Wymagania techniczne i badania przy odbiorze”.

Prawidłowy proces projektowania wentylacji powinien przebiegać następująco:

- określenie parametrów klimatu wewnętrznego według normy PN-78/B-03421 - za klimat wewnętrzny uważa się temperaturę i wilgotność w pomieszczeniach latem oraz zimą,

wyznaczenie ilości powietrza wentylacyjnego na podstawie normy PN-83/B-03430 (co jest później niezbędne również do obliczenia charakterystyki energetycznej budynku i wydania świadectwa energetycznego),

- dobór zgodnych z przepisami urządzeń nawiewnych dla zapewnienia właściwego strumienia powietrza do obsługiwanych pomieszczeń,

- wyznaczenie wymiarów i zaplanowanie rozłożenia kanałów wentylacyjnych zgodnie z normą PN-89/B-10425, włącznie ze sposobem wyprowadzenia przewodów ponad dach,

- wybór urządzeń wspierających naturalny ciąg wentylacyjny na wypadek wystąpienia niesprzyjających warunków, takich, jak np. niekorzystna różnica temperatur powietrza w pomieszczeniu i na zewnątrz.

Zgodnie z normą PN-83/B-03430 podstawą projektowania grawitacyjnego systemu wentylacyjnego są wymagania dotyczące strumieni powietrza usuwanego z pomieszczeń. Dla budynków mieszkalnych wynoszą:

kuchnia z kuchenką gazową - 70 m³ na godzinę,

kuchnia z kuchenką elektryczną - 50 m³ na godzinę,

łazienka - 50 m³ na godzinę,

toaleta - 30 m³ na godzinę,

pokój mieszkalny - 30 m³ na godzinę,

pomieszczenie pomocnicze (bez okna) - 15 m³ na godzinę,

przedsionek - 15 m³ na godzinę.

Zgodnie ze znowelizowanymi przepisami ilość powietrza nawiewanego do pomieszczeń musi być przynajmniej taka sama, jak ilość powietrza usuwanego. Zalecane jest ponadto projektowanie urządzeń wentylacyjnych umożliwiających chwilowe zwiększanie strumienia powietrza do minimum 120 m³ na godzinę. Prawidłowo zaprojektowana wentylacja powinna zapewniać doprowadzenie świeżego powietrza do pokoi oraz kuchni z oknem, a także usuwanie powietrza zużytego z kuchni, łazienki, WC, pomieszczeń pomocniczych bez okien (garderoba, spiżarnia), pokoju oddzielonego od innych pomieszczeń więcej, niż dwojgiem drzwi, pokoju zlokalizowanego na wyższym poziomie w jednorodzinnym domu wielopoziomowym, bądź wielopoziomowym mieszkaniu w budynku wielorodzinnym.

Warunki obliczeniowe

PN-83/B-03430/Az:3 2000

Przekroje przewodów wywiewnych wentylacji grawitacyjnej powinny zapewniać usuwanie wymaganych normą strumieni objętości powietrza w następujących warunkach:

temperatura zewnętrzna +12°C,

temperatura w pomieszczeniu, z którego usuwane jest powietrze, równa temperaturze obliczeniowej wg PN-82/B-02402; dla pomieszczeń nieogrzewanych (np. piwnice) należy przyjmować temperaturę wewnętrzną +16°C,

regulowane otwory doprowadzające powietrze zewnętrzne w położeniu otwartym.

W przypadku zastosowania okien charakteryzujących się współczynnikiem infiltracji powietrza a mniejszym niż 0,3 m3/( m h daPa2/3), napływ powietrza do pomieszczenia powinien przez nawiewniki powietrza o regulowanym stopniu otwarcia usytuowane:

- w górnej części okna (w ościeżnicy, ramie skrzydła, między ramą skrzydła a górna krawędzią szyby zespolonej), lub

- w otworze okiennym (między nadprożem a górna krawędzią ościeżnicy, w obudowie rolety zewnętrznej), albo

- w przegrodzie zewnętrznej ponad oknem.

Wentylacja budynków wielorodzinnych

W mieszkaniach stosuje się model wentylacji ogólnej polegający na traktowaniu mieszkania, jako wydzielonego hydraulicznie obiektu. Traktując w ten sposób mieszkanie należy pamiętać o następujących sprawach:

- Wentylacja pokoi mieszkalnych

Pokoje mieszkalne muszą mieć zapewniony odpływ powietrza poprzez tzw. otwory wyrównawcze. Rolę otworów pełnią szczeliny między krawędzią drzwi a sufitem lub ewentualnie między krawędzią drzwi a podłogą. Przekrój powierzchni wyrównawczych musi wynosić co najmniej 80 cm2. Warunki te nie muszą być spełnione, jeśli w ramie okiennej zainstalowany jest nawiewnik, umożliwiający wymianę powietrza między pomieszczeniem a środowiskiem zewnętrznym.

- Wentylacja łazienki i kuchni

Łazienki, ustępy kuchnie i pomieszczenia pomocnicze bez okien muszą być zaopatrzone w piony wentylacyjne z kratką wywiewną. Pion wentylacyjny musi mieć średnice minimalnie 14 cm i gwarantować odpływ zanieczyszczonego powietrza (jest wyprowadzone ponad dach). Powietrze dopływające dociera do tych pomieszczeń poprzez otwory w dolnych częściach drzwi lub przez szczeliny pomiędzy dolną krawędzią drzwi a podłogą lub progiem. Przekrój netto otworów lub szczelin powinien wynosić 200 cm2. Dodatkowej wentylacji wymaga kanalizacja sanitarna. Każdy pion kanalizacyjny musi być wyprowadzony na dach (0,5 m ponad powierzchnią dachu) i zakończony rurą wywiewną.

- Wentylacja piwnic i pomieszczeń gospodarczych

Pomieszczenia gospodarcze, takie jak pralnie i suszarnie wymagają osobnego pionu wentylacyjnego. Nie można łączyć tych pionów i pionów obsługujących mieszkania.

W piwnicy często znajduje się węzeł cieplny lub kotłownia (na paliwa stale lub gazowe). Kotłownia musi mieć system wentylacji nawiewno-wywiewnej, nie można stosować mechanicznej wentylacji wyciągowej. W praktyce rozwiązanie przedstawione powyżej jest bardzo niedoskonałe. „Projektowanie" instalacji wentylacji ogranicza się do umiejscowienia na rzutach kondygnacji w projekcie architektury przewodów wentylacyjnych o typowych przekrojach takich samych w odniesieniu do pomieszczeń znajdujących się na pierwszej i ostatniej kondygnacji. Dopływ powietrza do pomieszczenia przez okna jest zdecydowanie niewystarczający. Stosowanie prefabrykowanych kanałów wentylacyjnych przyczyniało się do powstawania błędów w momencie ich budowy (mieszanie strumieni kanałów, zamurowywanie). Jednocześnie prace modernizacyjne układu grzewczego polegające na instalowaniu zaworów termostatycznych i urządzeń regulacji pogodowej przyczynia się do znacznego obniżenia intensywności wentylacji.

Podsumowując, intensywność wymiany powietrza w budynku wielorodzinnym jest wielkością przypadkową zależną między innymi od:

- jakości wykonania stolarki budowlanej i przewodów wywiewnych,

- aktualnych warunków atmosferycznych - kierunku i prędkości wiatru oraz temperatury

zewnętrznej,

- położenia budynku względem budynków sąsiednich,

- umiejscowieniu mieszkania w budynku,

- zachowań użytkowników mieszkań - częstotliwość i długości okresów wietrzenia przez

otwieranie okien.

Jakie są skutki źle działającej wentylacji?

Nieprawidłowo działająca wentylacja w budynkach mieszkalnych ma niekorzystny wpływ zarówno na zdrowie osób w nich przebywających jak również na konstrukcję budynku.

Nieprawidłowo działająca wentylacja przyczynia się do:

- Niewystarczającego odprowadzania wilgoci powstałej w wyniku działalności domowników,

operacji w kuchni i w łazience co stwarza sprzyjające warunki do rozwoju niebezpiecznych

grzybów i pleśni oraz ich zarodników i wzrostu pajęczaków, roztoczy itd. Mikroorganizmy te

wpływają w zdecydowanie negatywny sposób na zdrowie i życie mieszkańców.

- Wzrostu stężenia pyłów i zanieczyszczeń stałych.

- Zwiększenia emisja szkodliwych gazów z materiałów zastosowanych podczas budowy.

Sprawna wentylacja pozwoliłaby na zmniejszenie poziomu tych substancji do bezpiecznego

poziomu.

- Zmniejszenia poziom tlenu. Zmniejszenie ilości tlenu do poziomu poniżej 18% jest szkodliwe dla człowieka, zaś poniżej 16% śmiertelne.

- Zwiększenia ilości dwutlenku węgla powyżej 0,15% jest niewskazane. Dyskomfort związany z zwiększoną ilością CO2 powyżej 0,1 % powoduje przygnębienie i spadek wydajności pracy. Normalne stężenie CO2 jest na poziomie 0,04%.

- Podniesienia zawartości CO (powstaje on podczas niezupełnego spalania paliwa).

Maksymalne stężenie CO do 50 ppm (czyli 0.005%), jednak nawet niewielkie stężenie jest

szkodliwe dla zdrowia. Wyniki przeprowadzanych badań w budynkach mieszkalnych potwierdzają, iż wskutek hermetyzacji pomieszczeń zawartość CO2 przekracza 0,5%, a CO przekracza 3-4 razy normy.

Doprowadzenie i odprowadzenie odpowiedniej ilości powietrza nie gwarantuje jeszcze sprawnego usuwania wilgoci z pomieszczenia (co jest jednym z zadań wentylacji). Równie ważny jest odpowiedni ruch, czyli cyrkulacja powietrza w pomieszczaniu. Stosując wentylację grawitacyjną może to być niemożliwe.

Która wentylacja lepsza do domu?

Wszystko zależy od preferencji inwestora – mówią eksperci. Ale także od kosztów. Wentylacja mechaniczna jest dużo droższa, co więcej, podczas użytkowania również generuje koszty. Z kolei grawitacyjna jest bardziej popularna, tania i częściej uwzględniana w projektach. Eksperci z Centrum Handlowo Budowlanego Gaja Wentylacje w Zielonej Górze zdecydowanie polecają wentylację mechaniczną nawiewno-wywiewną z rekuperatorem. W ten sposób można odzyskać nawet do 80 procent ciepła traconego w innych systemach wentylacji. Wentylacja grawitacyjna jest najczęściej stosowanym sposobem wentylacji budowanych dziś domów jednorodzinnych. Niestety, jest to najmniej wydajna z dostępnych metod, a jednocześnie przyczyniająca się do największych strat ciepła.