Systemy wentylacji i klimatyzacji

Pozostałymi czynnikami wpływającymi na właściwy mikroklimat pomieszczenia są niskie poziomy zanieczyszczeń takich jak: kurzu, pyłków, dymu tytoniowego, mikroorganizmów, szkodliwych oparów pochodzących od farb, lakierów, klejów itp.

Systemy wentylacji

Wymagania stawiane wentylacji i klimatyzacji

Podstawowym zadaniem wentylacji jest wymiana zanieczyszczonego powietrza w pomieszczeniu na powietrze niezanieczyszczone. Natomiast klimatyzacja ma na celu nadanie powietrzu określonych parametrów (przede wszystkim temperatury i wilgotności), korzystnych dla dobrego samopoczucia ludzi.

Wentylacja jest niezbędna we wszystkich pomieszczeniach, a szczególnie jest ważna w łazienkach (duża wilgotność powietrza) oraz kuchniach (spalanie gazu powodujące niedobory tlenu oraz nadmiar tlenku i dwutlenku węgla w powietrzu).

Minimalny strumień powietrza odprowadzonego z pomieszczenia

Rodzaje wentylacji:

• wentylacja grawitacyjna (inaczej naturalna),
• wentylacja mechaniczna (wymuszona).

Możliwe są też systemy mieszane (na przykład wentylacja grawitacyjna wspomagana okresowo wentylacją mechaniczną).

Wentylacja grawitacyjna

Działanie wentylacji grawitacyjnej opiera się na naturalnym ruchu powietrza wywołanym różnicą ciśnienia powstającą wskutek różnicy temperatury wewnątrz i na zewnątrz budynku. Świeże powietrze dostaje się do wnętrza budynku przez nieszczelności okien i drzwi lub przez specjalne otwory nawiewne (umieszczone w ramach okiennych lub w ścianie).

Zużyte - wydostaje się przez otwory wywiewne połączone z kanałami wentylacyjnymi, w niektórych przypadkach - bezpośrednio przez wywietrzniki ścienne lub dachowe. Kratki wentylacyjne umieszcza się (pod sufitem) w kuchni, łazience i wc.

W budynku z zaprojektowaną wentylacją grawitacyjną kierunki przepływu powietrza są:

• z dołu do góry (działanie różnicy temperatury powodujące różnice gęstości powietrza),
• od strony nawietrznej do zawietrznej (działanie wiatru).

W pomieszczeniach typu spiżarnia lub piwnica gospodarcza bez przewodów wentylacyjnych, stosuje się czasami wentylację przez otwór wykonany w ścianie zewnętrznej, wyposażony od zewnątrz w kratkę wentylacyjną lub siatkę umocowaną na stałe w ścianie.

Sprawność wentylacji grawitacyjnej zależy od:

• ciśnienia powietrza na zewnątrz (siły wiatru),
• różnicy temperatury: zewnętrznej i wewnętrznej,
• wysokości, na której następuje wymiana powietrza,
• oporu kanałów wentylacyjnych.

Ponieważ nie ma możliwości regulowania wentylacji grawitacyjnej zależnie od warunków, często jest ona mało skuteczna. Na przykład zimą może być nadmierna, co powoduje zbyt duże straty ciepła bez możliwości jego odzysku, a w lecie - niedostateczna i wymagająca częstego dodatkowego otwierania okien.

W skrajnych przypadkach przy wysokiej temperaturze zewnętrznej może nastąpić odwrócenie kierunku wentylacji. Wentylacja grawitacyjna wymaga budowy kanałów wentylacyjnych i kominów, co zwiększa koszty inwestycji. Kratki wentylacyjne mogą być usytuowane tylko w ścianach przylegających do przewodów kominowych.

Przepływ powietrza w wentylacji grawitacyjnej

Zasada działania wentylacji grawitacyjnej

Ściany, w których przebiegają przewody wentylacyjne, powinny odpowiadać określonym wymaganiom. Jest to tym bardziej istotne, że naprawa źle wykonanego kanału jest bardzo trudna, a czasami wręcz niemożliwa. Przewody wentylacyjne powinny być wykonane z cegły ceramicznej pełnej lub ze specjalnych pustaków ceramicznych. Odchylenie kanału od pionu nie może przekroczyć kąta 30°.

Jeżeli kanały dymowe i wentylacyjne doprowadzone są do jednego komina, to wyloty boczne kanałów wentylacyjnych należy umieścić około 30 cm poniżej czapki, żeby uniknąć przedostawania się dymu do wentylacji. Wymiary przekroju komina, sposób jego poprowadzenia oraz wysokość powinny zapewniać potrzebny ciąg.

Wentylacja mechaniczna wywiewna

Aby poprawić sprawność działania wentylacji grawitacyjnej i uniezależnić ją od czynników zewnętrznych w kanałach wentylacyjnych mocuje się wentylatory wywiewne, najczęściej włączane okresowo. Mogą to być okapy kuchenne (włączane przyciskiem lub podłączone do włącznika kuchenki elektrycznej), wentylatory wyciągowe w łazienkach (włączane linką, przyciskiem lub podłączone do włącznika oświetlenia).

Przepływ powietrza w wentylacji wywiewnej

Przepływ powietrza w wentylacji nawiewno-wywiewnej

Warunkiem skuteczności wentylacji wywiewnej jest dopływ dostatecznej ilości świeżego powietrza. Aby zwiększyć ciąg można zamontować na kominie wentylator dynamiczny wiatrowy. Dostępne są różne modele, zależne od średnicy przewodu kominowego, wykonane z duraluminium, stopu stali nierdzewnej lub miedzi. Montaż jest łatwy (wentylatory są zaopatrzone w zestaw śrub i uchwytów) i może być wykonany samodzielnie.

Wentylacja mechaniczna nawiewno-wywiewna

Polega na mechanicznym wymuszeniu ruchu powietrza w budynku. Powietrze jest dostarczane przez system nawiewników, rozprowadzane po całym budynku kanałami wentylacyjnymi i odprowadzane na zewnątrz przez wywiewniki - za pośrednictwem kanałów wentylacyjnych lub bez nich.

Ruch powietrza jest wymuszany przez wentylatory, których pracą sterują czujniki, uzależniające wielkość strumienia powietrza od poziomu wilgotności, temperatury lub poziomu zanieczyszczeń. Nawiewniki w postaci kratek, szczelin lub listew montowane są w otworach okiennych i drzwiowych. Kanały wentylacyjne mogą mieć przekroje prostokątne lub kołowe.

Kratki wywiewne znajdują się w łazience, kuchni oraz WC. Wentylacja mechaniczna jest niezależna od warunków na zewnątrz budynku. Zaprojektowana w odpowiedni sposób jest znacznie bardziej skuteczna od wentylacji grawitacyjnej. Umożliwia kontrolę oraz regulację ilości powietrza doprowadzanego oraz odprowadzanego z poszczególnych pomieszczeń budynku - zależnie od potrzeb (poprzez na przykład lokalne usuwanie nieświeżego powietrza).

Umożliwia oszczędność energii cieplnej, szczególnie jeżeli zastosowane jest rozwiązanie z odzyskiem ciepła. Nie jest konieczna budowa kominów. Miejsce napływu powietrza powinno znajdować się jak najdalej od miejsca wylotu (nie mogą być usytuowane na przykład na tej samej ścianie budynku).

W skład systemu wentylacji mechanicznej wchodzą: wentylatory, kanały i kratki wentylacyjne, anemostaty (nasadki na wyloty kanałów wentylacyjnych zapewniające równomierne mieszanie powietrza nawiewanego do pomieszczeń i zapobiegające powstawaniu przeciągów), łączniki, kolanka, trójniki, elementy redukcyjne do połączeń z wentylatorami, okapami, pochłaniaczami, czerpnie powietrza (dachowe, ścienne i wolno stojące), wyrzutnie powietrza (dachowe i ścienne), uchwyty montażowe. Często system wentylacyjny zawiera wyposażenie dodatkowe, takie jak tłumiki hałasu lub filtry.

Rekuperatory

Rekuperator to urządzenie pozwalające odzyskać część ciepła z powietrza usuwanego z pomieszczenia i wykorzystać go ponownie do ogrzania chłodnego powietrza pobieranego z zewnątrz. Odpowiednio wykonany system uniemożliwia mieszanie się poszczególnych strumieni powietrza tj. świeżego wpływającego z zanieczyszczonym wypływającym.

Dzięki temu do domu nie wracają zapachy, kurz i inne zanieczyszczenia powietrza. Rekuperator składa się z: wymiennika ciepła, dwóch wentylatorów (nawiewnego i wywiewnego), filtrów, sterowania i sieci kanałów nawiewnych i wywiewnych. Są one umieszczone w stropie lub pod sufitem i rozchodzą się od centrali rekuperacyjnej znajdującej się na strychu lub w piwnicy do poszczególnych pomieszczeń.

Powietrze nawiewane jest do sypialni, pokoju dziennego, a usuwane z kuchni, łazienek i ubikacji. Wyloty kanałów zakończone są tak ukształtowanymi nasadkami, aby nawiewane powietrze miało małą prędkość, co zapobiega powstawaniu przeciągów. Ponadto, by wyciszyć szum, jaki powstaje podczas przepływu powietrza w kanałach, montuje się w nich specjalne tłumiki. Dzięki temu, praca całego systemu nie przeszkadza domownikom nawet podczas snu.

Na rynku najczęściej spotykany i najprostszy rodzaj wymiennika to wymiennik krzyżowy, w którym ciepło przekazywane jest pośrednio przez równolegle ułożone płyty, między którymi w przeciwnych kierunkach przepływa zużyte i świeże powietrze. Sprawność jego wynosi około 70%.

Znacznie wyższy współczynnik sprawności, bo dochodzący do 90%, osiąga wymiennik przeciwprądowy. Najdroższy, bębnowy wymiennik, rzadko jest stosowany w domach jednorodzinnych, gdyż jest bardzo drogi, a ponadto następuje w nim częściowe mieszanie się strumieni powietrza. Producenci umożliwiają użytkownikom sterowanie ilością wymienianego powietrza za pomocą regulatorów szybkości pracy wentylatorów (zmniejszają lub zwiększają ich wydajność) lub regulatorów czasowych.

Najwięcej problemów z właściwą pracą rekuperatora pojawia się zimą. Może dochodzić wtedy do oszronienia wymiennika. Aby temu przeciwdziałać producenci stosują różne rozwiązania. Jeśli powietrze wlotowe jest zbyt zimne, włączają się grzałki elektryczne, które je podgrzewają do odpowiedniej temperatury. Inny sposób to zatrzymanie pracy wentylatora, który tłoczy zimne powietrze zewnętrzne.

Jednak, najbardziej godną polecenia metodą jest zastosowanie klapy z siłownikiem zamykającej dopływ zimnego powietrza. Przekierunkowuje ona strumień powietrza tak, że następuje recyrkulacja, a nie wymiana powietrza, do czasu odszronienia wymiennika. Instalację z rekuperatorem łatwiej wykonać w budynku nowo budowanym, ponieważ przebieg przewodów można uwzględnić w projekcie budowlanym.

Schemat istalacji wentylacyjnej z odzyskiem ciepła

W budynku jednokondygnacyjnym, rekuperator umieszcza się na nieużytkowanym poddaszu, a przewody rozprowadza nad stropem pomieszczeń mieszkalnych. Centrala musi znajdować się w pomieszczeniu suchym, w którym jest dodatnia temperatura. Przewody w miejscach nieogrzewanych muszą być izolowane.

W domach wielokondygnacyjnych centralę umieszcza się w piwnicy lub na poddaszu. Instalacja rekuperatora w domach istniejących jest trudniejsza, ale można wtedy wykorzystać istniejące, nieużywane przewody wentylacyjne lub spalinowe w kominach - jeśli są szczelne.

Wentylatory

Stosuje się różne rodzaje przewodów wentylacyjnych. Najtańsze i najprostsze do układania są giętkie przewody wykonane z aluminium (tzw. FLEX). Droższe są rury aluminiowe lub z tworzywa sztucznego. Najdroższe, ale i najtrwalsze są przewody z ocynkowanej taśmy stalowej (tzw. SPIRO). Wentylacja odgrywa podstawową rolę w kształtowaniu warunków sanitarno-higienicznych w pomieszczeniach mieszkalnych i gospodarczych.

Wraz ze świeżym powietrzem zewnętrznym dostarczany jest tlen niezbędny do prawidłowego przebiegu różnego rodzaju procesów. Z powietrzem wywiewanym usuwane są zanieczyszczenia występujące w postaci gazów, par, dymów, pyłów i mikroorganizmów. Rolą urządzeń wentylacyjnych jest więc wymiana powietrza w pomieszczeniach celem jego uzdatnienia.

Wymiana powietrza jest dokonywana dla uzyskania określonych warunków środowiskowych, niezbędnych do prawidłowego funkcjonowania organizmu ludzkiego oraz w celu spełnienia wymagań technologicznych procesów przemysłowych. Sprawna wymiana powietrza jest koniecznością w sytuacji, gdy w budynku pracują takie urządzenia grzewcze jak kotły gazowe i węglowe.

Prawidłową wentylację przez cały rok są w stanie zapewnić jedynie instalacje oparte o urządzenia mechaniczne. Wentylator zapewnia wymuszony obieg powietrza i jest stosowany zarówno w wentylacji wywiewnej, nawiewno-wywiewnej, wentylacji z odzyskiem ciepła jak i w systemach ogrzewania powietrznego.

Niezależnie od systemu wentylacji, wentylator tłoczy (lub zasysa) powietrze wytwarzając różnicę ciśnień niezbędną do pokonania oporów przepływu powietrza przez instalację. W zależności od przepływu powietrza przez wirnik, wentylatory dzielą się na promieniowe i osiowe.

W wentylatorach promieniowych powietrze jest zasysane równolegle do osi obrotu wirnika i tłoczone w kierunku prostopadłym do osi obrotu, natomiast w wentylatorach osiowych powietrze przepływa przez wirnik w kierunku zgodnym z jego osią. Zajmują one mało miejsca i są popularnie stosowane jako wentylatory domowego użytku (ścienne, okienne) oraz wentylatory kanałowe w systemach wentylacji z odzyskiem ciepła.

Wentylatory do zastosowań domowych montowane są najczęściej na ścianie zamiast standardowych kratek wentylacyjnych (przy wlotach do kanałów wentylacyjnych) w łazienkach, pralniach, pomieszczeniach WC. Zapewniają prawidłową wymianę powietrza współpracując z nawiewnikami okiennymi lub wykorzystując system rozszczelnienia stolarki okiennej i drzwiowej.

Urządzenia te zasilane są przeważnie prądem jednofazowym o napięciu 230 V. Mogą być wyposażone w czujniki reagujące na nadmierną wilgotność w pomieszczeniu lub np. w tzw. czujkę ruchu (reagującą na obecność osób w pomieszczeniu np. WC) lub wyłącznik czasowy. Istotnymi wielkościami, charakteryzującymi pracę wentylatora jest maksymalny spręż określany w Pa i wydajność określana w m³/h.

Do celów montażowych niezbędne są wymiary otworu wentylacyjnego (średnica lub przekrój), a dla późniejszego komfortu użytkowania warto znać poziom hałasu określany w dB. Względy estetyczne decydują o wyborze wentylatorów w obudowie z tworzywa sztucznego w kolorach białym, szarym, brązowym lub wykonaniu z blachy lakierowanej proszkowo.

W systemach wentylacji z odzyskiem ciepła (coraz bardziej popularnych w rozwiązaniach indywidualnych) znajdują zastosowanie wentylatory w wykonaniu kanałowym lub montowane w komorach jako sekcja wentylatorowa. Doboru wentylatorów dokonuje się na podstawie zapotrzebowania instalacji w zakresie wydatku powietrza, pokonania oporów przepływu (tzw. sprężu) oraz minimalnej głośności.

Wentylatory stosowane w systemie kanałowym montowane są na przewodach powietrznych. Wentylatory o przekroju okrągłym łączone są za pomocą szybkozłącznych klamer montażowych, łączników elastycznych lub opasek zaciskowych. Wentylatory o przekroju prostokątnym łączone są z kanałami za pomocą kołnierzy lub połączeń elastycznych.

Można również stosować tzw. przejściówki z kanałów okrągłych na prostokątne i odwrotnie. W domowych systemach wentylacji z odzyskiem ciepła sprawdzają się wentylatory przeznaczone do montażu w kanałach o średnicy od 100 do 315 mm, co przy odpowiednio dobranej jednostce centralnej zapewni wymianę powietrza od ok. 300 do 2000 m³/h.

Taka wydajność systemu wystarczy nawet z powodzeniem na obsługę przydomowego zakładu produkcyjnego. Silniki wentylatorów kanałowych umożliwiają przeważnie bezstopniową regulację prędkości obrotowej, chociaż w wersji podstawowej stosuje się układy regulacji z funkcją włącz/wyłącz lub kilkustopniowe regulatory napięciowe.

Osuszacze powietrza

Są to urządzenia umożliwiające osuszanie zbyt wilgotnego powietrza w pomieszczeniu. Zasysane przez wentylator wilgotne powietrze jest oziębiane w chłodnicy. Następuje kondensacja pary wodnej. Skroplona para wodna jest gromadzona w zbiorniku, skąd jest usuwana. Wydajność osuszacza mierzy się ilością usuwanej wody na dobę.

Podana przez producenta wydajność dotyczy standardowej temperatury (np. 23°C) i spada gwałtownie, jeśli temperatura w pomieszczeniu jest niższa. Wzrasta natomiast w wyższej temperaturze. Osuszacze mogą pracować jako urządzenia przenośne lub stacjonarne. Instaluje się je w pomieszczeniach odizolowanych od powietrza zewnętrznego.

Klimatyzatory

Głównym zadaniem klimatyzatora jest obniżanie temperatury w pomieszczeniu, ale niektóre rodzaje mogą też ogrzewać, oczyszczać, bądź nawilżać znajdujące się w nim powietrze. Klimatyzator składa się z: parownika, wentylatora powietrza nawiewanego, skraplacza, sprężarki, wentylatora powietrza usuwanego. W sprzedaży oferowane są dwa rodzaje urządzeń: wieloczęściowe typu split oraz jednoczęściowe typu kompakt.

• Klimatyzatory typu split składają się z jednej (monosplit) lub kilku (multisplit) jednostek wewnętrznych, które instaluje się w pomieszczeniach i jednej jednostki zewnętrznej. Jest ona montowana na zewnątrz budynku np. za oknem. Obie części są ze sobą połączone. W przewodach łączących krąży czynnik chłodniczy, który jest najczęściej odmianą freonu. W skład jednostki wewnętrznej wchodzi parownik i wentylator, w skład jednostki zewnętrznej - skraplacz, wentylator, sprężarka. W zależności od miejsca montażu części wewnętrznej można wyróżnić klimatyzatory: kanałowe, kasetonowe, konsolowe, ścienne, sufitowe, podłogowe.
  
  W klimatyzatorach podłogowych jednostka wewnętrzna jest ustawiona na podłodze w sąsiedztwie ściany zewnętrznej. W klimatyzatorach sufitowych jednostka wewnętrzna jest podwieszona do sufitu. W klimatyzatorach ściennych jednostka wewnętrzna jest zawieszona na ścianie pod sufitem. W klimatyzatorach kasetonowych jednostka wewnętrzna jest zamontowana w suficie podwieszonym (jest w nim całkowicie ukryta), a na zewnątrz widoczna jest tylko kratka wentylacyjna.
  
  W klimatyzatorach typu multisplit jedna jednostka zewnętrzna obsługuje kilka jednostek wewnętrznych zainstalowanych w kilku pomieszczeniach. Powietrze jest rozprowadzane do pomieszczeń kanałami. Jednostka zewnętrzna może być zamontowana na dachu lub po zewnętrznej stronie ściany. Zaletą klimatyzatorów typu split jest ich cicha praca (wynika to z faktu, że sprężarka znajduje się na zewnątrz).
  
  Ze względu na różnorodność rozwiązań wzajemnego ustawienia jednostek można go zainstalować w prawie każdym wnętrzu. Możliwości montażu są ograniczone jedynie określoną przez producenta długością przewodów łączących parownik ze skraplaczem. Należy przestrzegać tych zaleceń, gdyż od nich zależy skuteczność działania klimatyzatora. Wadą klimatyzatorów typu split jest brak dopływu powietrza z zewnątrz; powietrze jest pobierane z pomieszczenia i po ochłodzeniu do niego zwracane.
• Klimatyzatory typu kompakt to pojedyncze kompletne urządzenie - w jednej obudowie zawierają część chłodzącą i grzejną. Okienny wystarczy odpowiednio usytuować w otworze ściany lub okna (stąd nazwa), pamiętając o właściwym uszczelnieniu. Klimatyzatory przenośne, w zależności od potrzeb, można łatwo przenosić z pokoju do pokoju. Zainstalowanie sprowadza się do wysunięcia przewodu usuwającego ciepłe powietrze z pomieszczenia przez mały otwór w ścianie lub uchylone okno i podłączenie urządzenia do sieci elektrycznej. Ze względu na prosty montaż polecane są do domów już eksploatowanych.
• Klimatyzatory przenośne są przeznaczone do obsługi jednego pomieszczenia. Mogą to być klimatyzatory typu split, z tą różnicą, że część wewnętrzna, przenośna, jest połączona elastycznym przewodem z jednostką zewnętrzną. W innych cały układ chłodniczy znajduje się w jednej obudowie, którą można przenosić. Ponieważ jednak ciepłe powietrze musi być wyprowadzone na zewnątrz przewodem, w ścianie musi być wykonany otwór, przez który przechodzi rurka klimatyzatora. Główną zaletą klimatyzatorów przenośnych jest możliwość ich dowolnego przenoszenia i ustawiania. Wady to: konieczność wyprowadzenia na zewnątrz przewodu, brak dopływu powietrza zewnętrznego.
• Jak dobrać moc klimatyzatora? Najlepiej, jeśli obliczy to projektant, ale możemy określić ją sami. Ułatwią to specjalne formularze, które opracowały firmy sprzedające klimatyzatory. Moc zależy m.in. od wielkości pomieszczenia lub pomieszczeń, które będą chłodzone, stopnia ich nasłonecznienia, liczby okien i drzwi, rodzaju i grubości izolacji ścian oraz dachu. Istotna jest również liczba osób mieszkająca na stałe w domu. W sposób bardzo przybliżony można obliczyć moc stosując współczynnik 30 W/m³ kubatury pomieszczenia. Niezależnie od sposobu obliczenia mocy właściwie dobrane urządzenie powinno zapewnić co najmniej dwukrotną wymianę powietrza w pomieszczeniu klimatyzowanym w ciągu godziny.

opr.: Redakcja