Wentylacja z odzyskiem ciepła

Wysokie koszty energii mobilizują wszystkich do jej oszczędzania. Dlatego warto wiedzieć, że w przypadku budynków straty ciepła zimą w dużym stopniu są powodowane przez wentylację. Wraz z powietrzem usuwanym z pomieszczeń tracone jest także ciepło. Na wentylację może przypadać od 30 do 60% wszystkich strat.

W każdym prawidłowo wentylowanym budynku następuje wymiana zanieczyszczonego powietrza wewnętrznego na świeże, czerpane z zewnątrz. Należy więc pamiętać, żeby w bilansie cieplnym budynku uwzględnić zapas energii potrzebnej do podgrzania powietrza czerpanego z zewnątrz. Warto także rozważyć możliwości zmniejszenia zużycia energii cieplnej na cele wentylacyjne. Nie może się to jednak odbywać kosztem jakości powietrza w budynku.

Wymagania prawne i normatywne
Intensywność wymiany powietrza w budynku powinna zależeć od stężenia tlenu (malejącego w wyniku oddychania przez osoby przebywające w budynku) oraz od stężenia zanieczyszczeń, powstających zarówno bezpośrednio za sprawą użytkowników, jak i na skutek emisji substancji chemicznych wydzielanych przez materiały budowlane i wykończeniowe oraz przez wyposażenie wnętrz, urządzenia użytkowane w pomieszczeniach (np. drukarki i kopiarki). System wentylacji usuwa zanieczyszczenia gazowe i parę wodną, a także uciążliwe zapachy.

Podstawowe wymagania dotyczące zapewnienia warunków higienicznych i energochłonności systemów wentylacji są narzucone przez ustawę Prawo budowlane, Rozporządzenie Ministra Infrastruktury w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (które odwołuje się także do Polskiej Normy z dziedziny wentylacji) oraz inne szczegółowe dokumenty.

Dla rożnych typów obiektów wymagania podawane są w odmienny sposób, np. w przypadku budynków mieszkalnych podaje się ilość powietrza, którą należy usuwać w ciągu godziny z poszczególnych typów pomieszczeń. Z kolei w obiektach użyteczności publicznej wymagania mogą być określone przez ilość powietrza, jaką należy zapewnić każdej z przebywających osób. Projektanci mogą także korzystać z zaleceń dotyczących tzw. krotności wymian powietrza w wentylowanym pomieszczeniu w ciągu godziny. W niektórych przypadkach projektant wykonuje obliczenia na podstawie znanego poziomu emisji zanieczyszczeń technologicznych.

W pomieszczeniach intensywnie użytkowanych powietrze może być wymieniane nawet kilkakrotnie w ciągu godziny. Niezależnie od intensywności wentylowania pomieszczeń należy pamiętać, że w okresie zimowym duża część energii cieplnej zużywana przez budynek jest przeznaczona na podgrzanie powietrza wentylacyjnego. W obiektach o dobrej izolacyjności cieplnej przegród zewnętrznych (ścian, dachu, okien) udział energii niezbędnej do podgrzania powietrza wentylacyjnego jest tym bardziej znaczący.


Oszczędzanie energii jest nie tylko uzasadnione ekonomicznie z punktu widzenia właściciela lub użytkownika budynku. W niedługim czasie dalsze ograniczenie zużycia energii będzie wynikało z wprowadzenia w życie Dyrektywy UE w sprawie efektywności energetycznej budynków. Już od początku 2009 r. zacznie obowiązywać tzw. certyfikacja energetyczna budynków. Dla większości z nich trzeba więc będzie sporządzić świadectwo energetyczne (dokument określający faktyczne zużycie energii) i wykazać w nim wpływ systemu wentylacji na ogólny bilans energetyczny budynku. Ponadto z dyrektywy wynika konieczność przeprowadzania okresowych kontroli systemów klimatyzacyjnych pod kątem zużycia energii. W związku tym, że są one powiązane z wentylacją budynku, jest to drugi powód do zwrócenia bacznej uwagi na energochłonność systemów wentylacji.

Wentylacja z odzyskiem ciepła
Jak wspomniano, w zależności od typu budynku system wentylacji zużywa średnio 30-60% całkowitej energii dostarczanej w sezonie grzewczym. Straty te można ograniczyć stosując efektywne systemy wentylacyjne, pozwalające odzyskiwać tracone ciepło. Odzysk ciepła z wentylacji, zwany potocznie rekuperacją, jest możliwy dzięki zastosowaniu central wentylacyjnych wyposażonych w wymienniki ciepła. Centrale współpracujące z systemem wentylacji mechanicznej zapewniają nie tylko oszczędności energetyczne, ale także umożliwiają pełną kontrolę ilości powietrza wentylacyjnego, a tym samym jakości powietrza w budynku. Dzięki zastosowaniu rekuperacji można odzyskać 50-90% energii traconej wraz z powietrzem usuwanym z budynku.

System wentylacji mechanicznej z odzyskiem ciepła zalecany jest do stosowania zarówno w budynkach mieszkalnych jedno- i wielorodzinnych, jak i w budynkach biurowych, sklepowych, obiektach użyteczności publicznej, na basenach, w halach sportowych.
W dużych obiektach, gdzie ilość powietrza usuwanego z budynku przekracza 10 000 m3/h, przepisy wręcz nakazują odzyskiwanie ciepła.

Budowa systemu wentylacji z odzyskiem ciepła
Zasadniczymi elementami systemu wentylacji mechanicznej z odzyskiem ciepła są: centrala wentylacyjna z wymiennikiem ciepła i filtrami oraz sieć kanałów doprowadzających powietrze do poszczególnych pomieszczeń w budynku i usuwających powietrze zużyte na zewnątrz. Jest to tzw. system wentylacji nawiewno-wywiewnej. Powietrze jest pobierane przez zewnętrzną czerpnię. Jej umiejscowienie powinno być zgodne z zaleceniami zawartymi w rozporządzeniu ministra infrastruktury. Czerpnia powinna zapewnić pobieranie powietrza mało zanieczyszczonego, a latem możliwie chłodnego. Często czerpnie lokalizuje się w pewnej odległość od budynku, np. w otoczeniu roślin, które zatrzymują część zanieczyszczeń i zacieniają miejsce, skąd jest pobierane powietrze. Kanały wentylacyjne są dobierane do wydajności centrali. Mogą mieć przekrój okrągły, prostokątny lub zbliżony do owalnego. Poziome odcinki łatwo ukryć nad sufitami podwieszonymi.

Centrala wentylacyjna jest wyposażona w wentylatory, filtry i wymiennik ciepła. Zależnie od wielkości, wynikającej z zapotrzebowania na powietrze, może być zamontowana w pomieszczeniu technicznym lub nawet na zewnątrz budynku. Wentylatory zamontowane w centrali zapewniają transport powietrza w ilości odpowiedniej do potrzeb. Filtry wychwytują zanieczyszczenia powietrza pobieranego z zewnątrz, dzięki czemu jest ono wstępnie oczyszczane przed wprowadzeniem do pomieszczeń. Zatrzymują one także zanieczyszczenia z powietrza usuwanego z budynku. W ten sposób zapobiega się zabrudzeniu wymiennika ciepła w centrali.

Wymiennik służy do pozyskiwania ciepła z powietrza usuwanego z budynku. Powietrze zasysane do budynku jest w nim wstępnie ogrzewane przez strumień powietrza usuwanego. Sprawność wymiennika, czyli wielkość oszczędności energetycznych, zależy od jego budowy.

Najczęściej spotykane wymienniki ciepła to: krzyżowe, przeciwprądowe, obrotowe. Stosowane są także wymienniki z rurką ciepła i z pompą ciepła. Wymienniki różnią się szczelnością. Zakłada się wprawdzie, że strumienie powietrza nawiewanego (zewnętrznego) i wywiewanego nie mieszają się, jednak stopień szczelności w poszczególnych typach wymienników jest różny. Wybór rozwiązania zależy od warunków, w jakich zostanie zastosowana centrala. Decyzję podejmuje projektant instalacji.

Wielkość centrali (wydajność) dostosowuje się do potrzeb w obiekcie. Możliwe jest zamontowanie w jednym budynku kilku central wentylacyjnych. Stosuje się je zamiast tzw. recyrkulacji powietrza. Obecne przepisy ograniczyły stosowanie do wentylowania pomieszczeń użytkowych powietrza, które już wcześniej zostało usunięte.

O oszczędności energii w systemie wentylacji może także decydować zastosowanie układu automatyki sterującej pracą systemu, dostosowującej parametry pracy do aktualnych wymagań użytkowników. Sterowanie pracą systemu wentylacji polega na czasowym ograniczaniu wydajności (np. w godzinach nocnych lub gdy pomiesz wykorzystuje się wykop, który trzeba wykonać podczas wznoszenia budynku, a tym samym można zaoszczędzić na kosztach robocizny.

Gruntowy wymiennik można także zbudować w inny sposób. Pod ziemią wykonuje się tak zwane złoże żwirowe. Powietrze czerpane z zewnątrz przechodzi przez warstwę żwiru, gdzie pobiera lub oddaje ciepło. Z takiego wymiennika nie może jednak korzystać w sposób ciągły. Co mniej więcej 12 godzin powietrze należy kierować inną drogą, ponieważ złoże musi wymienić ciepło z otaczającym je gruntem.




Decydując się na jeden z opisanych typów wymiennika gruntowego należy odpowiednio dobrać centralę wentylacyjną. Trzeba bowiem uwzględnić opory przepływu, na jakie dodatkowo natrafia czerpane powietrze. Opory te zależą od długości zastosowanych podziemnych kanałów lub wielkości złoża żwirowego. Rekuperator dostosowany do czerpania powietrza bezpośrednio z otoczenia budynku może się w takiej sytuacji okazać za mało wydajny.

To rozwiązanie jest korzystne zimą i latem. Natomiast wiosną i jesienią należy stosować dodatkową bezpośrednią czerpnię, ponieważ układ temperatury w gruncie oraz w powietrzu jest niekorzystny i wymiennik gruntowy działałby w sposób odwrotny do zamierzonego. Wykonanie dodatkowej czerpni nie jest jednak trudne ani kosztowne.

Koszty wentylacji
Choć koszty inwestycyjne związane z budową systemu wentylacji nawiewno-wywiewnej są dosyć duże, to jednak znaczne oszczędności energetyczne podczas eksploatacji sprawiają, że jest to opłacalne przedsięwzięcie. Realne oszczędności i czas zwrotu inwestycji można określić szacunkowo, gdyż sprawność odzysku ciepła zależy od wielu parametrów układu oraz od parametrów powietrza wewnętrznego i zewnętrznego. Są jednak dostępne programy komputerowe, które w przypadku dużych instalacji można z dobrym skutkiem wykorzystać do kalkulacji kosztów.

Niezależnie od oszczędności finansowych, nie należy zapominać o ogromnej korzyści w postaci właściwego wentylowania budynku, jakie zapewnia wentylacja mechaniczna nawiewno- wywiewna.

Dużą zaletą wentylacji mechanicznej jest możliwość zamontowania instalacji w budynku poddawanym modernizacji. Można w ten sposób zastąpić nieefektywną, niezapewniającą regulacji i energochłonną wentylację naturalną, która występuje w bardzo wielu obiektach. Dzięki temu polepszy się standard obiektu, a tym samym zwiększy jego wartość rynkową.


Tomasz Trusewicz, Tomasz Heppner
Stowarzyszenie Polska Wentylacja
www. wentylacja. org.pl

---