1. 1 - 12 |
2. 13 - 24 |
3. 25 - 36 |
4. 37 - 48 |
5. 49 - 60 |
6. 61 - 72 |
7. 73 - 84 |
8. 85 - 96 |
9. 97 - 101 |

Wentylacja i Klimatyzacja

1. WSTĘP

Mikroklimat pomieszczenia można opisać jako zbiór parametrów fizycznych i chemicznych, zmiennych w czasie i przestrzeni, wywierających wpływ na każdy żywy organizm. Warunkiem dobrego samopoczucia człowieka, w sensie jego zdolności do pracy i regeneracji a także utrzymania odpowiedniego stanu zdrowia, jest zapewnienie mu właściwego komfortowego mikroklimatu. O znaczeniu warunków mikroklimatu w miejscu pracy i wypoczynku może świadczyć fakt, człowiek współczesny przebywa pomieszczeniach zamkniętych około 70...80% czasu swego życia.

Parametry mikroklimatu można podzielić na dwie grupy:

· warunki cieplno-wilgotnościowe, wywierające wpływ na bilans cieplny i odczucie wrażeń termicznych, związanych z oddziaływaniem środowiska na organizm człowieka;

· warunki higieniczno-zdrowotne, obejmujące jakość powietrza wewnątrz pomieszczeń, oddziaływanie przegród oraz wyposażenia pomieszczenia, oświetlenie, barwa wnętrz, poziom hałasu, natężenie pól elektrostatycznego i elektromagnetycznego itp.

2. CZYNNIKI ZMIENIAJĄCE MIKROKLIMAT POMIESZCZEŃ

Najistotniejsze parametry mikroklimatu są od siebie wzajemnie zależne i ściśle powiązane z bilansem energetycznym pomieszczenia czy budynku. Utrzymanie odpowiednich warunków mikroklimatu w pomieszczeniach wpływa bezpośrednio lub pośrednio na koszty eksploatacyjne obiektu.

Ocena warunków cieplno-wilgotnościowych w pomieszczeniach przeznaczonych do stałego przebywania ludzi podporządkowana jest przede wszystkim kryterium komfortu cieplnego, oznaczającego stan zadowolenia organizmu z warunków otoczenia. Stan taki jest z natury rzeczy odczuciem indywidualnym i subiektywnym, uwarunkowanym wieloma czynnikami fizjologicznymi i psychosomatycznymi. Wynika także z przyzwyczajeń i nawyków danej populacji a czasem nawet jest efektem stanu zamożności. Czynniki te utrudniają sprecyzowanie zaleceń dotyczących wymaganego poziomu parametrów mikroklimatu i z konieczności zmuszają do przyjmowania dość szerokiego ich zakresu. Badania przeprowadzone na różnych populacjach ludzi pozwalają określić “główne” parametry fizyczne powietrza, wpływające na odczucie komfortu pomieszczenia. Są to:

· temperatura powietrza w pomieszczeniu;

· temperatura przegród budowlanych;

· prędkość ruchu powietrza w strefie przebywania ludzi;

· wilgotność względna powietrza.

Dla różnych rodzajów pomieszczeń (biurowe, przemysłowe, szkolne, i td.) istnieją zalecenia lub normy, podające wartości poszczególnych parametrów.

Od czasu wprowadzenia zmian w technologii budowlanej i wyposażenia budynków, jakie miały miejsce w latach siedemdziesiątych i osiemdziesiątych, szczególnego znaczenia nabrał problem jakości powietrza, szczególnie w budynkach mieszkalnych i biurowych. Pojawił się tzw. syndrom chorego budynku, objawiający się odczuciem ogólnego zmęczenia, sennością, bólem głowy, podrażnieniami błony śluzowej nosa, gardła i spojówek. Sytuacja stała się paradoksalna. Nowoczesne budynki, wyposażone według najnowszej mody, mające w założeniu chronić człowieka przed wpływem zagrożeń, wynikających z niekorzystnych zmian środowiska zewnętrznego, stały się same zagrożeniem dla zdrowia.

TABELA 1. ZALECANE PARAMETRY MIKROKLIMATU W MIESZKANIACH

Jako temperaturę komfortu dla ludzi w pozycji siedzącej, normalnie ubranych, przyjmuje się zazwyczaj 22°C w zimie i 22...24°C w lecie. W pomieszczeniach mieszkalnych pionowy rozkład temperatury jest zazwyczaj niewielki, gdyż pomieszczenia te nie są wysokie; pamiętać jednak należy o prawidłowym usytuowaniu grzejników.

Wilgotność powietrza określa się przy użyciu parametru zwanego wilgotnością względną. Jeżeli temperatura powietrza w pomieszczeniu mieści się w granicach komfortu, to człowiek nie odczuwa zmian wilgotności względnej w zakresie 30...70%. Występują tu jednak inne problemy:

1. Przy niskiej wilgotności względnej szybko wysychają odzież, dywany i meble. Powoduje to powstawanie i łatwe unoszenie się pyłu.

2. Niska wilgotność względna powoduje wysuszanie błon śluzowych organizmu człowieka, zmniejszając ich naturalną odporność na infekcję i wpływ czynników alergizujących.

3. W niskiej wilgotności względnej przedmioty z tworzyw sztucznych łatwo się elektryzują statycznie, w związku z czym przyciągają i magazynują na swej powierzchni pył z powietrza.

Te zjawiska najsilniej występują w okresie zimnym. Związane to jest z niską zawartością wilgoci w powietrzu atmosferycznym. Np. powietrze zewnętrzne całkowicie nasycone (o wilgotności względnej 100%), o temperaturze +5°C ogrzane do temperatury +22°C będzie miało wilgotność względną 23%, a o temperaturze początkowej -12°C, ogrzane do temperatury +22°C zaledwie 8%. Wynika stąd konieczność nawilżania zimą powietrza w pomieszczeniach. W pomieszczeniach mieszkalnych jest to mniejszy problem, ponieważ istotnym źródłem wilgoci są ludzie, rośliny doniczkowe i kuchnia. W budynkach użyteczności publicznej, zwłaszcza duże pomieszczenia biurowe wymagają klimatyzacji.

4. Wysoka wilgotność względna, zwłaszcza w zimie, może powodować wykraplanie się wody na powierzchni szyb w oknach i na ścianach zewnętrznych, zwłaszcza w narożnikach, za meblami, gdzie ruch powietrza jest utrudniony. Zjawisko to może powodować pojawianie się grzybów i pleśni na powierzchni i w strukturze ściany oraz na meblach i podłodze. Efektem jest emisja przykrych zapachów i zarodników, powodujących zmiany chorobowe organizmu człowieka.

Problem nadmiernej wilgotności względnej pojawił się wraz z wprowadzeniem nowej generacji bardzo szczelnych okien, bez możliwości kontrolowanego doprowadzania powietrza zewnętrznego.

W poprzednich dziesięcioleciach kiepska jakość budownictwa wielkopłytowego, a zwłaszcza stolarki oraz niedokładny montaż sprzyjały nadmiernej i niekontrolowanej wymianie powietrza.

Radykalny wzrost szczelności przegród budowlanych i absurdalna tendencja do ograniczania - w celach oszczędnościowych - zorganizowanej wymiany powietrza w pomieszczeniach powoduje wyraźne pogorszenie warunków życia w nowych i remontowanych mieszkaniach i obiektach użyteczności publicznej.

Należy zwrócić uwagę na inne czynniki wpływające na jakość środowiska we współczesnych pomieszczeniach mieszkalnych:

· powszechne zastępowanie tradycyjnych materiałów izolacyjnych i wykończeniowych przez ich syntetyczne odpowiedniki powoduje pojawianie się nie branych kiedyś pod uwagę zanieczyszczeń chemicznych (np. formaldehyd) w postaci gazów, aerozoli, pyłów i mikrowłókien;

· szczelna konstrukcja przegród budowlanych sprzyja kumulowaniu się w pomieszczeniach radonu, przenikającego z podłoża i niektórych materiałów budowlanych;

· emisja produktów spalania, występująca podczas przygotowywania potraw, podgrzewania wody lub dogrzewania mieszkań przy użyciu wygodnych i względnie tanich urządzeń opalanych gazem lub naftą;

· ludzie przebywający w pomieszczeniach są źródłem zanieczyszczeń (dwutlenek węgla, para wodna, dym tytoniowy, zapachy);

· powietrze zewnętrzne w dużych aglomeracjach miejskich, a zwłaszcza w centrach miast, dalekie jest od powszechnie przyjętej “świeżości”; wnosi ono szereg zanieczyszczeń emitowanych przez pojazdy i przemysł.

W nowych, projektowanych zgodnie z zasadami ekologii, budynkach, a także w obiektach podlegających termorenowacji nie wolno zapomnieć o konieczności zapewnienia odpowiedniej wymiany powietrza, zapewniającej spełnienie minimalnych norm higienicznych. Zmniejszenie strat ciepła, wynikających z wentylacji pomieszczeń, można uzyskać przez prawidłowe zaprojektowanie i wykonanie systemu wentylacji oraz odzyskiwanie ciepła z powietrza usuwanego na zewnątrz. Możliwe jest to praktycznie wyłącznie wówczas, gdy będzie przewidziana wentylacja mechaniczna, którą należy częściej brać pod uwagę przy projektowaniu budynków, w tym także mieszkalnych.

3. POTRZEBA WENTYLACJI W ŚWIETLE OBOWIĄZUJĄCYCH PRZEPISÓW

Podstawowym aktem prawnym jest “Rozporządzenie Ministra Gospodarki Przestrzennej i Budownictwa z dn. 14.12 1994 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie." (tekst ujednolicony Dz.U. Nr 15 poz. 140 z dn.4 lutego 1999 r.). Bardziej szczegółowo problem wentylacji pomieszczeń omówiony jest w Polskich Normach - PN-83/B-03430 Wentylacja w budynkach mieszkalnych, zamieszkania zbiorowego i użyteczności publicznej. Wymagania i PN-73/B-03431 Wentylacja mechaniczna w budownictwie. Wymagania.

Zagadnienia związane z wentylacją pomieszczeń podane są w rozdziale 6 cytowanego “Rozporządzenia...” Fzałącznik.

§ 148.1 mówi: “W budynku wysokim i wysokościowym oraz w innych budynkach, jeżeli wymaga tego ich przeznaczenie, należy stosować wentylację mechaniczną wywiewną lub nawiewno-wywiewną. W pozostałych budynkach może być zastosowana wentylacja grawitacyjna.

§ 148.2. W wypadku zastosowania okien, drzwi balkonowych i innych zamknięć otworów zewnętrznych o dużej szczelności, uniemożliwiającej infiltrację powietrza zewnętrznego w ilości niezbędnej do potrzeb wentylacyjnych, należy przewidzieć odpowiednie urządzenia zapewniające wystarczający jego napływ do pomieszczenia.”

Polska Norma PN-83/B-03430 Wentylacja w budynkach mieszkalnych, zamieszkania zbiorowego i użyteczności publicznej. Wymagania podaje szczegółowo niezbędne strumienie powietrza wentylującego dla niektórych rodzajów pomieszczeń.

p.2.1.2. “Niezależnie od rodzaju wentylacji w budynkach mieszkalnych niezbędny strumień powietrza wentylującego wynosi:

· dla kuchni z oknem zewnętrznym, wyposażonej w kuchnię gazową lub węglową - 70 m3/h,

· dla kuchni z oknem zewnętrznym, wyposażonej w kuchnię elektryczną - w mieszkaniu dla 3 osób - 30 m3/h, dla więcej niż 3 osób - 50 m3/h,

· dla kuchni bez okna zewnętrznego lub dla wnęki kuchennej wyposażonej w kuchnię elektryczną - 50 m3/h,

· dla łazienki (z ustępem lub bez) - 50 m3/h,

· dla oddzielnego ustępu - 30 m3/h

· dla pomocniczego pomieszczenia bezokiennego - 15 m3/h.

Kuchnie bez okna zewnętrznego, wyposażone w kuchnię gazową powinny mieć mechaniczną wentylację wywiewną; usuwany strumień powietrza powinien wynosić 70 m3/h.”

4. RODZAJE WENTYLACJI

Wymiana powietrza w pomieszczeniach odbywa się dzięki różnicy ciśnień powietrza wywołanej działaniem sił naturalnych lub pracą wentylatora, napędzanego silnikiem elektrycznym. W pierwszym przypadku mamy do czynienia z wentylacją naturalną, w drugim z wentylacją mechaniczną.

4.1. Wentylacja naturalna.

Różnica ciśnień po dwóch stronach przegrody oddzielającej pomieszczenie od otoczenia zewnętrznego może powstać dzięki różnicy gęstości powietrza, wynikającej z różnicy

Rys.1. Rozkład ciśnień na przegrodach budynku wywołany różnicą gęstości powietrza wewnątrz i na zewnątrz.

Wentylacja naturalna może przybierać różne formy.

Infiltracja - jest to zjawisko samoczynnego napływu powietrza przez nieszczelności w drzwiach i oknach oraz pory w strukturze przegród budowlanych. Zjawiskiem odwrotnym jest eksfiltracja czyli wypływ powietrza z pomieszczenia na zewnątrz. Oba te zjawiska występują jednocześnie i mogą mieć dodatni lub ujemny wpływ na mikroklimat pomieszczenia. W niektórych przypadkach staramy się temu zjawisku przeciwdziałać, zwłaszcza gdy powoduje silne wyziębienie pomieszczeń.

Przewietrzanie - wykorzystując różnicę ciśnień po obu stronach przegród zewnętrznych można zwiększyć intensywność wymiany powietrza poprzez otwarcie okien lub innych otworów do tego celu przeznaczonych i wykonanych. Ten sposób wymiany powietrza może być w pewnym stopniu kontrolowany.

Samoczynną wymianę powietrza można zintensyfikować poprzez wyposażenie pomieszczenia (budynku) w pionowe kanały wywiewne, w których przepływ powietrza wywołany jest przez naturalny ciąg - tę wentylację nazywamy wentylacją grawitacyjną. Aby ten rodzaj wentylacji mógł działać, podobnie jak każdy z tutaj wymienionych, niezbędne jest umożliwienie napływu powietrza do pomieszczenia. W tym przypadku również możemy mieć pewien wpływ na wielkość strumienia przepływającego powietrza.

Zorganizowaną wymianę powietrza w pomieszczeniu, odbywającą się przez wykonane specjalnie w tym celu, uzbrojone w urządzenia regulujące przepływ powietrza, otwory nawiewne i wywiewne nazywamy aeracją. Ten sposób wentylowania stosowany jest praktycznie wyłącznie w halach przemysłowych o bardzo dużych zyskach ciepła.

Wentylacja naturalna, w każdym jej przejawie, jest najintensywniejsza wówczas, gdy występują duże różnice temperatury powietrza pomiędzy pomieszczeniem i jego otoczeniem przy jednoczesnym występowaniu silnych wiatrów. Ma to miejsce zazwyczaj w okresie zimnym czyli jesienią, zimą i wiosną, czyli wtedy, gdy staramy się schronić w ogrzewanych pomieszczeniach przed nieprzyjemnym wpływem środowiska zewnętrznego. Intensywna wentylacja pomieszczeń zimnym powietrzem, napływającym wprost z zewnątrz, jest w tym przypadku zjawiskiem niezbyt mile widzianym, ponieważ powoduje konieczność dodatkowego ogrzewania. Z kolei w okresie ciepłym, kiedy chcielibyśmy intensywnie wentylować pomieszczenia, w których mieszkamy czy pracujemy, mechanizm powodujący wymianę powietrza zamiera.

4.2.1. Przepływ powietrza przez pomieszczenie w wyniku różnicy temperatury

Przyjmijmy, że w pomieszczeniu zamkniętym znajduje się powietrze o temperaturze tw wyższej od temperatury powietrza zewnętrznego tz. Na rys. 1 pokazano rozkład ciśnień na przegrodzie zewnętrznej, przy założeniu, że powietrze na zewnątrz i wewnątrz ma wyrównaną temperaturę i jest nieruchome. W ścianach zewnętrznych na pewnej wysokości (płaszczyzna O- O) wykonano niewielkie otwory. W płaszczyźnie tych otworów nastąpi wyrównanie ciśnienia wewnętrznego i zewnętrznego. W dowolnej płaszczyźnie, leżącej w odległości ‘h’ od płaszczyzny O - O, będzie panowało wewnątrz, zgodnie z zasadami hydrostatyki, ciśnienie

Z przedstawionych zależności wynika, że ciśnienia na zewnątrz i w pomieszczeniu zmieniają się liniowo w zależności od wysokości i, ponieważ gęstość na zewnątrz rz jest większa od gęstości wewnątrz pomieszczenia rw, zmiana ciśnienia zewnętrznego jest szybsza (linia ciśnienia bardziej nachylona) niż zmiana ciśnienia wewnątrz. Wskutek tego na przegrody oddzielające pomieszczenie od otoczenia będą działały różne ciśnienia z zewnątrz i od wewnątrz. Różnicę tych ciśnień obliczymy następująco:

Z powyższego zapisu widać, że różnica ciśnień też będzie się zmieniała liniowo w zależności od wysokości h.

Płaszczyznę O - O nazywamy płaszczyzną wyrównania ciśnień albo płaszczyzną ciśnień zerowych lub też płaszczyzną obojętną.

Jeżeli powyżej i poniżej płaszczyzny wyrównania ciśnień, w ścianie zewnętrznej pomieszczenia będą istniały otwory (rys. 2.), to przez otwór położony powyżej tej płaszczyzny powietrze będzie wypływało na zewnątrz dzięki różnicy ciśnień DP1 a przez otwór leżący poniżej (różnica ciśnień DP2) - powietrze będzie napływało do pomieszczenia.

Prędkość przepływu powietrza przez otwory można obliczyć z zależności:

Zakładając, że otwory będą posiadały jednakowe uzbrojenie i kształt (równość współczynników wypływu m), po odpowiednich przekształceniach otrzymamy zależność pozwalającą na obliczenie położenia płaszczyzny wyrównania ciśnień w zależności od powierzchni otworów nawiewnych i wywiewnych oraz temperatury (gęstości rw) powietrza w pomieszczeniu i na zewnątrz (rz):

Znając strumień powietrza jaki ma być usunięty (nawiany) do pomieszczenia, można obliczyć powierzchnię otworów wywiewnych (nawiewnych):

Zaleca się, by powierzchnia otworów leżących poniżej płaszczyzny ciśnień zerowych była o ok. 20% większa od powierzchni otworów leżących w górnej części pomieszczenia.

Powyższe zależności mogą służyć do obliczenia powierzchni otworów nawiewnych i wywiewnych (z uwzględnieniem kształtu i uzbrojenia otworów) w instalacjach bezkanałowych. Nie są tu uwzględnione opory przepływu powietrza przez kanały wentylacji grawitacyjnej. Kanały te wykonywane są z cegły, kształtek ceramicznych, prefabrykatów żelbetowych i innych materiałów, zależnie od konstrukcji budynku i woli projektanta. Szczegółowe informacje na temat projektowania wentylacji grawitacyjnej można znaleźć w [ 5, 6 ].

4.3. Wentylacja mechaniczna

Przy zastosowaniu współczesnych technologii budowlanych, wentylacja naturalna w dotychczasowym wykonaniu staje się mało skuteczna. Bez umożliwienia napływu powietrza do pomieszczeń, kanały wentylacji grawitacyjnej (wywiewnej) nie będą działały. Skuteczność wentylacji naturalnej bardzo zależy od chwilowych warunków pogodowych, a nawet krótkotrwały jej brak może wyraźnie obniżyć jakość powietrza w pomieszczeniu. W przypadku większych od projektowanych przepływów powietrza przez pomieszczenia, wywołanych np. działaniem wiatru, którego przy projektowaniu wentylacji grawitacyjnej się nie uwzględnia, można spodziewać się wychłodzenia pomieszczenia lub zwiększonego zużycia energii na jego ogrzewanie. Jednocześnie należy zwrócić uwagę na fakt, że normatywny przepływ powietrza przez pomieszczenia mieszkalne, wywołany działaniem wentylacji grawitacyjnej, został określony z warunku minimum dla utrzymania niezbędnej, akceptowalnej, świeżości powietrza wewnątrz. Należy się spodziewać, że indywidualne wymagania właścicieli i użytkowników nowoczesnych mieszkań i rezydencji będą wyraźnie odbiegać od takich normatywów.

Z drugiej strony, strumień powietrza wentylującego w okresie ciepłym, przy małej różnicy temperatury powietrza w pomieszczeniach i na zewnątrz, jest zbyt mały, by usunąć nadmiar ciepła pochodzącego od różnych źródeł (słońce, ludzie, urządzenia techniczne gospodarstwa domowego) w pomieszczeniu i innych zanieczyszczeń wydzielanych w wyniku obecności i działania człowieka.

Projekt wentylacji czy klimatyzacji jest integralną częścią projektu budynku i wykonywany jest z wielu powodów; począwszy od konieczności wynikającej z procesu technologicznego, który prowadzony jest w pomieszczeniach do podniesienia prestiżu i atrakcyjności budynku lub jego użytkowników. Całościowe podejście do rozwiązania zagadnień technicznych i estetycznych powinno uwzględniać zastosowanie w projekcie rozwiązań biernych, służących do zminimalizowania wydajności urządzeń wentylacyjnych. Należy również przeanalizować wpływ zastosowanego rozwiązania na środowisko i zużycie energii. Prawidłowo wykonane rozwiązanie systemu wentylacji musi być technicznie poprawne i akceptowalne z punktu widzenia estetyki. Poniżej podano pewne spostrzeżenia, mogące służyć pomocą w wyborze rozwiązania systemu wentylacji:

1. Zyski ciepła od nasłonecznienia w okresie ciepłym mogą być przyczyną nadmiernego wzrostu temperatury wewnątrz pomieszczeń, w których nie przewidziano chłodzenia powietrza.

2. Zyski ciepła wewnątrz budynku, pochodzące od ludzi, oświetlenia i urządzeń elektrycznych, przygotowania potraw i wyposażenia technicznego powodują przekroczenie warunków komfortu cieplnego dla ludzi przebywających w pomieszczeniu.

3. Wentylacja naturalna nie jest w stanie dostarczyć ludziom odpowiedniej ilości świeżego powietrza.

4. W wysokich budynkach nadmierne ciśnienie powietrza, wywołane działaniem wiatru na budynek może uniemożliwić wykorzystanie okien do przewietrzania pomieszczeń.

5. Ruch uliczny i hałas wywołany przez pociągi i samoloty przemieszczające się w pobliżu budynku mogą powodować zakłócenia w normalnej eksploatacji pomieszczeń w czasie gdy okna są otwarte. Budynek odizolowany od wpływów zewnętrznych, w celu wyeliminowania zakłóceń akustycznych, musi posiadać wentylację mechaniczną z pożądanym chodzeniem powietrza.

6. Zanieczyszczenia powietrza atmosferycznego powodują konieczność uszczelniania pomieszczeń.

7. Dokładna kontrola stanu powietrza w pomieszczeniach technologicznych przy produkcji farmaceutyków, elementów elektronicznych, izotopów radioaktywnych, papieru i wyrobów bawełnianych.

8. Wymagania bezpieczeństwa przy pracy z materiałami i procesami radioaktywnymi wymagają wyeliminowania wszelkich nieszczelności, przez które może przenikać zanieczyszczone powietrze i pył.

9. Niezawodna praca większości mikroprocesorów i napędów elektrycznych wymaga ograniczenia temperatury otoczenia do 40°C, w związku z czym pomieszczenia, w których pracują te urządzenia muszą być wentylowane lub klimatyzowane.

10. Sklepy, hotele i domy towarowe powinny być klimatyzowane dla zapewnienia wygody klientów i uzyskania większej atrakcyjności w stosunku do konkurencji.

11. Klimatyzacja budynków użyteczności publicznej, domów mieszkalnych, pojazdów transportu zbiorowego i samochodów w krajach tropikalnych jest koniecznością.

12. Pożądana jest dokładna regulacja parametrów środowiska wewnątrz pomieszczeń do ekspozycji i przechowywania dzieł sztuki, przedmiotów antykwarycznych, mebli, tkanin, obrazów i starodruków.

13. W pomieszczeniach intensywnej opieki medycznej wymagane są warunki sterylne.

Urządzenia wentylacyjne i klimatyzacyjne, ze względu na ich działanie można podzielić następująco:

· urządzenia jednoprzewodowe o zmiennej temperaturze powietrza nawiewanego i 100% powietrza zewnętrznego;

· urządzenia jednoprzewodowe o zmiennej temperaturze powietrza nawiewanego i recyrkulacją powietrza wywiewanego;

· wielostrefowe urządzenia jednoprzewodowe o zmiennej temperaturze nawiewu;

· urządzenia jednoprzewodowe o zmiennym strumieniu powietrza wentylującego;

· urządzenia jednoprzewodowe o zmiennym strumieniu powietrza wentylującego i zmiennej temperaturze powietrza nawiewanego;

· urządzenia jednoprzewodowe o zmiennym strumieniu powietrza wentylującego z oddzielnym systemem ogrzewania pomieszczeń posiadających ściany zewnętrzne;

· urządzenia jednoprzewodowe z klimakonwektorami;

· urządzenia jednoprzewodowe z wentylokonwektorami (ang. fan coil)

· urządzenia jednoprzewodowe z pompą ciepła pracującą w cyklu odwróconym;

· urządzenia dwuprzewodowe o zmiennej temperaturze powietrza nawiewanego;

· urządzenia dwuprzewodowe o zmiennym strumieniu powietrza wentylującego;

· klimatyzatory indywidualne;

· urządzenia chłodzące powietrze w systemie rozdzielonym (split system);

· pompa ciepła pracującą w cyklu odwróconym;

· sufit chłodzący;

· miejski system dystrybucji czynnika ziębniczego.

4.3.1. Budynki mieszkalne

Z tego względu stosowane są różne rozwiązania wentylacji obiektów mieszkalnych, zależnie od wymagań stawianych przez inwestora. W każdym niemal przypadku występuje co najmniej wspomaganie wentylacji grawitacyjnej wentylacją mechaniczną. Spotykane są następujące rozwiązania wentylacji budynków mieszkalnych:

· wentylacja grawitacyjna ze wspomaganiem wywiewu przy użyciu wentylatora (napływ powietrza z zewnątrz przez szczeliny nawiewne i regulowanym przekroju czynnym;

· wentylacja mechaniczna nawiewno-wywiewna bez możliwości chłodzenia powietrza nawiewanego;

· wentylacja mechaniczna nawiewno-wywiewna z możliwością chłodzenia powietrza nawiewanego;

· pełna klimatyzacja - instalacja nawiewno-wywiewna z możliwością regulacji temperatury i wilgotności powietrza nawiewanego;

Przy okazji instalowania wentylacji mechanicznej, inwestorzy często decydują się na przejęcie przez nią dodatkowo funkcji ogrzewania budynku. Czasem jest to decyzja o ogrzewaniu powietrznym i wtórne wykorzystanie istniejącej instalacji do wentylowania pomieszczeń i ewentualnie chłodzenia w okresie ciepłym roku; czasem jest odwrotnie - wykorzystuje się instalację wentylacyjną do ogrzewania.

Rys. 3. System wywiewnej wentylacji mechanicznej w domu jednorodzinnym. 1. napływ powietrza zewnętrznego, 2. kratka wywiewna w kuchni, 3. kratki wywiewne w łazience i WC, 4, 5. tłumiki akustyczne, 6. elastyczne kanały wyciągowe, 7. centralny wentylator wywiewny, 8. wyrzutnia dachowa.

W naszej strefie klimatycznej wentylacji nie można rozpatrywać w oderwaniu od zagadnień ogrzewania. Z tego powodu wybór systemu wentylacji musi opierać się na wcześniejszych decyzjach dotyczących:

· źródła energii,

· sposobu rozdziału energii,

· urządzeń końcowych instalacji (grzejniki, wentylokonwektory, nawiewniki, autonomiczne urządzenia grzewcze i tp.),

· zakresu regulacji parametrów powietrza.

Każda z tych decyzji, a zwłaszcza ostatnia, wynika z zasobności portfela inwestora.

Strefa klimatyczna Polski charakteryzuje się szerokim zakresem zmienności parametrów powietrza, w związku z czym utrzymanie pełnego komfortu wymaga ogrzewania i nawilżania powietrza zimą oraz chłodzenia i osuszania latem. W szczególnych przypadkach, w okresach przejściowych, może się zdarzyć, że w tym samym domu jedne pomieszczenia będą wymagały ogrzewania a inne chodzenia powietrza. Pozornie, w systemach wentylacji z centralnym uzdatnianiem powietrza, spełnienie takich wymagań jest niemożliwe. W takim przypadku inwestor będzie chciał zastosować system złożony z indywidualnych urządzeń klimatyzacyjnych. Jest to jedno z najkosztowniejszych rozwiązań. Zamiast tego, często wystarczy prosta ingerencja użytkownika, który odpowiednio ręcznie zmieniając przepływ powietrza, osiągnie akceptowalne parametry w pomieszczeniu.

W systemach bardziej skomplikowanych (i oczywiście droższych) można zastosować system automatycznej regulacji, który z powodzeniem zastąpi człowieka. Centralne urządzenie klimatyzacyjne dostarcza do instalacji powietrze ogrzane lub ochłodzone, zależnie od potrzeb większości pomieszczeń. W każdym klimatyzowanym pomieszczeniu zainstalowany jest czujnik temperatury, podłączony do regulatora. Regulator porównuje liczbę pomieszczeń wymagających ogrzewania i chłodzenia. W zależności od potrzeb większości, do instalacji nawiewnej dostarczane jest powietrze ciepłe lub ochłodzone. Pomieszczenia, które nie chwilowo nie potrzebują takiego powietrza, są odcięte od jego dopływu. Ponieważ inteligentne regulatory mikroprocesorowe łatwo poddają się programowaniu dobowemu lub tygodniowemu, ten stosunkowo prosty system regulacyjny wyraźnie może wpłynąć na obniżenie poziomu zużycia energii przez budynek.

Prawidłowo działający system klimatyzacji domu mieszkalnego musi spełnić zapotrzebowania wynikające z różnego przeznaczenia pomieszczeń. Jednocześnie należy pamiętać, że znaczne koszty eksploatacji urządzenia klimatyzacyjnego wymuszają takie prowadzenie urządzenia, by obciążenia cieplne poszczególnych pomieszczeń były jak najmniejsze. Wynikają one zarówno z aktualnej sytuacji pogodowej jak i sposobu wykorzystania pomieszczenia oraz jego chwilowej przydatności. W domach jednorodzinnych można zdefiniować dwie strefy wykorzystania:

· dzienną: salon, jadalnia, bawialnia, biblioteka, gabinet (pracownia), kuchnia itd.

· nocną: sypialnie.

Prawidłowo działająca automatyka powinna odpowiednio ustawić pracę urządzenia klimatyzacyjnego i zadbać przy tym o racjonalne zużycie energii w całym budynku. Na przykład może sterować żaluzjami (roletami) przeciwsłonecznymi zależnie od nasłonecznienia fasady w celu ograniczenia zysków ciepła przez okna, przerzucać powietrze wentylujące z pomieszczeń wykorzystywanych w dzień do sypialni i odwrotnie, sterować odzyskiem ciepła. Program czasowy i optymalizator zużycia energii również pozwalają na zmniejszenie energochłonności urządzenia. Sygnalizacja stanów awaryjnych pozwoli uniknąć nieefektywnej pracy urządzenia np. w przypadku silnego zanieczyszczenia filtrów powietrza albo oblodzenia wymiennika ciepła w układzie chłodniczym lub odzysku ciepła.

We współczesnych domach jednorodzinnych występują nie tylko typowe pomieszczenia mieszkalne. Podczas projektowania wentylacji nie można zapomnieć o takich pomieszczeniach jak basen, sauna, sale rekreacyjne, siłownie i tp. Każde z tych pomieszczeń to odrębne zagadnienie projektowe, które komplikuje rozwiązanie problemu prawidłowej wentylacji czy klimatyzacji komfortowego domu jednorodzinnego.

Różnorodność problemów pojawiających się w tego typu obiektach skłania do przyjęcia rozwiązania umożliwiającego indywidualizację parametrów powietrza.

Jednym z możliwych rozwiązań jest zastosowanie indywidualnych urządzeń klimatyzacyjnych. Oferowane są różne wersje rozwiązań tych urządzeń. Podstawowe wersje to:

· urządzenia ścienne;

· urządzenia podsufitowe;

· urządzenia do montażu w przestrzeni międzystropowej (kasetony i urządzenia kanałowe);

· urządzenia podokienne;

· urządzenia do montowania w oknie.

Każda z tych wersji konstrukcyjnych zapewnia inny sposób rozprowadzania powietrza w pomieszczeniu i w ten sposób uzyskuje się różny rozkład temperatury i prędkości przepływu powietrza w strefie przebywania ludzi. Na rys. 5. przedstawiono najczęściej występujące schematy przepływu powietrza, wynikające z różnego usytuowania klimatyzatora w pomieszczeniu.

Rys. 5. Sposoby instalowania klimatyzatorów i wynikające z nich schematy przepływu powietrza przez pomieszczenie. A. klimatyzator naścienny, B. klimatyzator podsufitowy, C. klimatyzator podokienny. D. klimatyzator kasetonowy

Stosunkowo niewielkie rozmiary pomieszczeń mieszkalnych, wyposażonych w indywidualne klimatyzatory sprzyjają w pewnym stopniu możliwości bezpośredniego oddziaływania chłodnych strug powietrza na ludzi w nich przebywających. Nierzadko bowiem temperatura powietrza nawiewanego z takiego urządzenia jest niższa od temperatury powietrza w pomieszczeniu o 10 i więcej stopni. Przy niezbyt wielkiej odległości nawiewnika od strefy przebywania ludzi, możliwość dokładnego wymieszania strugi nawiewanej z ciepłym powietrzem pomieszczenia jest znikoma. Największe ryzyko występuje przy nawiewaniu powietrza bezpośrednio do strefy przebywania ludzi (rys. 5A i 5B); mniejsze przy stosowaniu nawiewu wzdłuż ściany lub sufitu (rys. 5C i 5D).

Klimatyzatory indywidualne, w większości rozwiązań, pracują wyłącznie na powietrzu obiegowym, nie zapewniając dostarczania powietrza zewnętrznego do pomieszczeń klimatyzowanych. Funkcję wymiany powietrza musi spełniać centralna instalacja wentylacyjna, doprowadzająca niezbędny, z punktu widzenia higieny, strumień powietrza zewnętrznego. Zgodnie z PN-83/B-03430, minimalny strumień powietrza zewnętrznego wynosi 20 m3/h i osobę. Według najnowszych zaleceń, przedstawianych w literaturze, ten strumień powinien wynosić 30 do 50 m3/h i osobę lub nawet więcej. Strumień powietrza zewnętrznego, dostarczany przez centralną instalację wentylacyjną może być nawiewany niezależnie od strumienia nawiewanego przez klimatyzator, względnie może być mieszany z powietrzem ochłodzonym w klimatyzatorze i nawiewany przez wspólny nawiewnik.

4.4. Budynki biurowe

Duże budynki biurowo-administracyjne mogą być siedzibami banków, towarzystw ubezpieczeniowych, zarządów dużych przedsiębiorstw a także mogą być wynajmowane w całości lub częściach różnym podnajemcom. Szczególnie w tym ostatnim przypadku, projektowanie wentylacji wymaga dużej wiedzy projektanta, ponieważ ‘otwartość’ ich funkcji narzuca konieczność bardzo elastycznego rozwiązania ich wnętrza. Budynki biurowe cechuje duże nasycenie wszelkiego rodzaju urządzeniami technicznymi, będącymi źródłami zanieczyszczenia powietrza. Poza pomieszczeniami ściśle biurowymi w biurowcach spotyka się pomieszczenia o specyficznych funkcjach, np. sale konferencyjne, halle recepcyjne, kafeterie i bufety, magazyny, skarbce, garaże podziemne, pomieszczenia kserokopiarek i inne. Często są to pomieszczenia o znacznej kubaturze i wysokości co wymaga odmiennego podejścia do rozwiązania wentylacji.

Podobnie jak w przypadku budynków mieszkalnych, można rozróżnić następujące systemy wentylacji i klimatyzacji obiektów wielopomieszczeniowych, jakimi są biurowce:

· wentylacja grawitacyjna ze wspomaganiem mechanicznym (dopływ powietrza przez szczeliny nawiewne o regulowanym stopniu otwarcia;

· wentylacja mechaniczna nawiewno-wywiewna, bez możliwości chłodzenia powietrza nawiewanego w okresie ciepłym;

· klimatyzacja częściowa, tylko z regulacją temperatury w okresie całego roku;

· klimatyzacja niepełna z regulacją wilgotności nawiewanego powietrza zewnętrznego i dwustopniowym uzdatnianiem powietrza;

· klimatyzacja pełna z możliwością regulacji temperatury i wilgotności powietrza w okresie całego roku.

Podstawowym problemem projektowym jest wybór takiego systemu, który będzie w stanie sprostać wymaganiom komfortu jednocześnie we wszystkich pomieszczeniach, niezależnie od ich usytuowania względem stron świata, wyposażenia, aktualnej liczby ludzi w pomieszczeniu, wykorzystywanego wyposażenia technicznego. System taki musi się dostosowywać do zmieniających się obciążeń cieplnych i bieżącego wykorzystania poszczególnych pomieszczeń i budynku jako całości. Pomieszczenia dodatkowe wymagają najczęściej osobnych systemów wentylacyjnych, których rozwiązanie jest ściśle związane z funkcją danego pomieszczenia.

Inwestorzy najczęściej preferują możliwie najwyższy standard wyposażenia budynku. Oznacza to wykonanie klimatyzacji we wszystkich pomieszczeniach z wyjątkiem pomieszczeń technicznych, socjalnych i pomocniczych, w których wystarczy tylko wentylacja.

Znaczne przeszklenie ścian zewnętrznych, nasycenie sprzętem elektronicznym i elektrycznym oraz przestronne, otwarte ciągi komunikacyjne pociągają za sobą znaczne zapotrzebowanie energii ziębniczej, i co za tym idzie, wysokie koszty inwestycyjne i eksploatacyjne. Rozwiązania architektoniczne i konstrukcyjne determinują stopień wrażliwości budynku na zmieniające się warunki zewnętrzne (temperatura i nasłonecznienie) i wewnętrzne (wykorzystanie oświetlenia i wyposażenia technicznego). Nieprzemyślany pod tym względem projekt może mieć istotny wpływ na koszt inwestycyjny i wydatki wynikające z eksploatacji urządzeń klimatyzacyjnych. Już w fazie koncepcyjnego projektu architektonicznego należy przewidzieć środki zmniejszające wpływ chwilowych warunków zewnętrznych na obciążenie instalacji klimatyzacyjnych i grzewczych. Dotyczy to przede wszystkim przeszklenia ścian zewnętrznych (konstrukcja okien, rodzaj szkła, osłony przeciwsłoneczne), zdolności konstrukcji budowlanej do akumulacji energii (ciepła i chłodu), kształtu i orientacji bryły budynku oraz zagospodarowania przestrzeni wewnętrznej. Na podstawie projektu architektonicznego dobierany jest system klimatyzacji.

4.4.1. Systemy ze zmiennym strumieniem powietrza wentylującego (VAV - Variable Air Volume)

Jest to grupa systemów klimatyzacyjnych, najbardziej przystosowana i najczęściej stosowana w budynkach wielopomieszczeniowych. Istotą działania tych systemów jest regulacja temperatury w każdym pomieszczeniu poprzez zmienianie przepływu powietrza zależnie od aktualnego obciążenia cieplnego. Temperatura powietrza nawiewanego może być stała w ciągu całego roku lub zmieniana według zaproponowanego w projekcie programu i korygowanego przez system automatycznej regulacji, w zależności od temperatury powietrza zewnętrznego.

2. VAV + centralne ogrzewanie (rys. 6.)

Nawiewniki � z regulacją strumienia powietrza nawiewanego, zasilane są powietrzem dostarczanym z centrali ‚, wyposażonej w nagrzewnicę, chłodnicę i czasem nawilżacz powietrza. Temperatura w każdym pomieszczeniu regulowana jest przez zmianę strumienia powietrza nawiewanego. Straty ciepła pokrywa centralne ogrzewanie �. System tani i skuteczny. Łatwy do zamaskowania.

Do nawiewników w poszczególnych pomieszczeniach dostarczane są z centrali dwa strumienie powietrza - ciepły i zimny. Powietrze ciepłe nawiewane jest jest w kierunku okien a zimne w stronę ścian wewnętrznych. System pozwala na wybór funkcji grzania lub chłodzenia oddzielnie dla każdego pokoju poprzez zmianę wybranego strumienia roboczego. System wymaga więcej miejsca na przeprowadzenie kanałów.3. VAV z lokalnym dogrzewaniem (rys. 8.) System podobny do pierwszego z opisanych. Zamiast centralnego ogrzewania, w kanałach doprowadzających powietrze do poszczególnych nawiewników zainstalowane są nagrzewnice wodne lub elektryczne„. Centrala nawiewna dostarcza tylko powietrze chłodne. Instalacje te charakteryzują się dużą elastycznością działania. Ze względu na rozbudowaną instalację czynników roboczych wymagają staranniejszej obsługi technicznej i mają krótszą żywotność.4. VAV sprzężone z instalacją centralnego ogrzewania - VAVVT (rys.9.)

W tym urządzeniu centralę klimatyzacyjną zastępuje klimatyzator kanałowy …, pracujący przy stałym przepływie powietrza, regulowanym prze przepustnicę † w kanale spinającym ssanie z tłoczeniem wentylatora. Powietrze zimne doprowadzane jest do nawiewników przez przepustnice sterowane termostatami, które jednocześnie mogą regulować moc grzejników. Zastąpienie centrali urządzeniem autonomicznym likwiduje problem odrębnego zasilania wymienników i obniża koszt inwestycyjny. Wzrastają nieco koszty eksploatacyjne

5. VAV ze skrzynkami mieszającymi (rys. 10).

Jest to system VAV uzupełniony o skrzynki mieszające ‡, umieszczone przed nawiewnikami (lub grupami nawiewników). Skrzynki wyposażone są w wentylatory obiegowe i nagrzewnice. W czasie ogrzewania pracuje wentylator obiegowy, który zasysa powietrze z pomieszczenia, przetłacza przez nagrzewnicę i miesza z powietrzem dostarczanym z centrali. System trudny do regulacji. Wymaga starannego zaprojektowania ze względu na hałas generowany przez wentylatory obiegowe. Wymaga więcej miejsca w przestrzeni ponad stropem podwieszonym.

4.5. Urządzenia z wentylokonwektorami (fan-coil), z dwustopniowym uzdatnianiem powietrza.

Ten system dostarcza tylko tyle powietrza zewnętrznego, ile wymagają względy higieniczne. Temperatura powietrza dostarczanego z centrali zmienia się w zależności od temperatury powietrza na zewnątrz. Pełną regulację temperatury zapewniają wentylokonwektory �, sterowane oddzielnymi regulatorami. Wentylokonwektor, jako urządzenie drugiego stopnia do uzdatniania powietrza, spełnia podobną funkcję jak skrzynka mieszająca w systemie VAV. We wspólnej obudowie umieszczone są filtr powietrza obiegowego, nagrzewnica, chłodnica i wentylator. Powietrze zewnętrzne z centralnej instalacji może być podawane do części wlotowej wentylokonwektora lub bezpośrednio do pomieszczenia (rys. 11). System pozwala na pełną indywidualizację użytkowania. Nie zawsze spełnia wymagania estetyczne i akustyczne. Ze względu na znaczną ilość elementów mechanicznych wymaga specjalistycznej obsługi i konserwacji.

Zamiast wentylokonwektorów mogą być instalowane klimakonwektory indukcyjne. Zasysanie powietrza z pomieszczenia odbywa się w wyniku indukcji - podciśnienia powstającego w komorze mieszania, do której podawane jest powietrze pierwotne (zewnętrzne) z centrali wysokociśnieniowej. Systemy indukcyjne, ze względu na wysokie koszty eksploatacyjne, wynikające głównie z konieczności stosowania dużych prędkości przepływu i znacznego sprężu wentylatora, obecnie wychodzą z użycia.

5. PODSUMOWANIE

Duży, wielopomieszczeniowy budynek, jakim jest przeciętny biurowiec, cechuje się znacznym zapotrzebowaniem energii niezbędnej dla prawidłowego działania klimatyzacji. Zapotrzebowanie to jest zmienne w czasie i zależy od pory roku i dnia oraz chwilowych warunków atmosferycznych. W Polsce zakres zmienności parametrów klimatycznych jest tak duży, że zawsze należy rozpatrzyć możliwości zmniejszenia mocy nominalnych zainstalowanych urządzeń klimatyzacyjnych. Możliwości takie daje zastosowanie urządzeń do odzysku energii z powietrza wywiewanego oraz magazynowanie energii chłodniczej lub cieplnej.

Instalowanie urządzeń do odzysku energii musi być zawsze poparte szczegółową analizą techniczno-ekonomiczną. W większości przypadków, w tego typu budynkach, instalacje powietrza zewnętrznego są relatywnie małe i co za tym idzie strumień energii usuwanej do atmosfery jest niewielki w stosunku do całkowitego zapotrzebowania energii na potrzeby klimatyzacji. Istotną rolę w tej analizie odgrywa również czas eksploatacji urządzenia w ciągu doby. W związku z tym często instalowanie urządzeń do odzysku ciepła może być ekonomicznie nieuzasadnione.

W takich przypadkach należy rozważyć magazynowanie energii chłodniczej, a czasem także cieplnej dla ‘wygładzenia’ zmienności zapotrzebowania energii na klimatyzację. Może to być produkcja lodu w wymienniku agregatu ziębniczego w ciągu nocy lub wychładzanie konstrukcji budynku przez intensywne wentylowanie pomieszczeń w ciągu nocy i zakumulowanie w niej ‘zimna’; daje to w ciągu dnia zmniejszenie zapotrzebowania energii na chłodzenie w ciągu dnia.

LITERATURA:

[ 1 ] GIRDWOYŃ A. Zagadnienia komfortu cieplnego w klimatyzacji indywidualnej. 9-th International Conference of Air Conditioning & District Heating; Wrocław ’98.

[ 2 ] GRZEGORCZYK A., MISIŃSKI J. Klimatyzacja, wentylacja, ogrzewanie. Inteligentny budynek. Integracja systemów. Raport 1997/98. Walter Open System Wrocław 1998 str. 97-112.

[ 3 ] LASKOWSKI L. Dylematy projektantów nowoczesnych budynków mieszkalnych. COW nr 11/97.

[ 4 ] MISIŃSKI J. Odzysk ciepła w instalacjach wentylacyjnych i klimatyzacyjnych. (praca niepublikowana.

[ 5,6 ] NOWAKOWSKI E. Strumienie objętości powietrza w przewodach wentylacji grawitacyjnej cz.1. COW nr 10/97; cz. 2. nr 11/97.

[ 7 ] PRZYDRÓŻNY St. Wentylacja. Skrypt Politechniki Wrocławskiej; Wrocław 1991

[ 8 ] TARGOWSKI L. i in. Działanie wentylacji naturalnej wywiewnej i stan powietrza wewnętrznego w nowych budynkach mieszkalnych, wyposażonych w “szczelną” stolarkę okienną i dwufunkcyjne koty gazowe. 9-th International Conference of Air Conditioning & District Heating; Wrocław ’98.

[ 9 ] Wentylacja indywidualnych domów mieszkalnych. Systemy Aldes. ALDES Aeraulique

[ 10 ] Systemy wentylacyjne w budownictwie wielorodzinnym. Systemy nowoczesnej wentylacji. ALDES Aeraulique