Wentylacja skuteczna/jak dobrać

Właściwa wentylacja - klucz do komfortu i bezpieczeństwa

Temat wentylacji hybrydowej coraz częściej gości na łamach czasopism branżowych, gdyż, z jednej strony - ograniczanie kosztów eksploatacji budynków jest wyraźną i nieodwracalną tendencją, z drugiej potrzeba skutecznie działającej wentylacji jest oczywista.

Koszty ogrzewania i poboru energii muszą być minimalizowane z uwagi na rosnący koszt jej pozyskania oraz chęć ograniczenia negatywnego wpływu na środowisko. Ponadto, najlepiej, gdy zastosowanie instalacji proekologicznych i energooszczędnych nie idzie w parze z pogorszeniem komfortu, czy efektywności ich funkcjonowania. Zagadnienia te dotyczą ogrzewania (nowoczesne, wysokosprawne piece), poboru energii elektrycznej (żarówki energooszczędne, urządzenia domowe wysokiej klasy), izolacji cieplnej, czy zużycia wody. Najnowsze trendy dotyczą także zagadnienia wentylacji, która do niedawna uważana była, zwłaszcza w budownictwie jednorodzinnym, za problem drugorzędny (na pierwszym miejscu zawsze stawiana była kwestia ogrzewania i strat cieplnych). Na szczęście dziś problematyka wentylacji znajduje należne sobie miejsce w oczach projektantów, prawodawców, jak i zwykłych użytkowników... zwłaszcza, gdy w dobie omawianych wcześniej dążeń do uszczelniania mieszkań, izolacji i oszczędności energii, wentylacja grawitacyjna, może po prostu nie działać. Alternatywa dla wentylacji naturalnej - wentylacja wymuszona, choć coraz popularniejsza, bardziej przystępna cenowo, wciąż jednak jest droga w instalacji i eksploatacji, do tego praktycznie niemożliwa do zastosowania w przypadku już istniejących budynków. Dlatego też pojęcie wentylacji hybrydowej coraz częściej pojawia się jako swoisty złoty środek .
Wentylacja hybrydowa stanowi połączenie prostoty wentylacji grawitacyjnej ze stabilnością wentylacji mechanicznej. Ma za zadanie zagwarantować użytkownikowi stałą, pożądaną wydajność wentylacji, przy maksymalnym ograniczeniu kosztów jej użytkowania.

Wprowadzenie
Wentylacja hybrydowa łączy system grawitacyjny z wymuszonym, "przełączając" się na tryb "mechaniczny" dopiero wtedy, gdy warunki do zaistnienia wentylacji naturalnej nie są wystarczające. Wentylacja grawitacyjna to naturalny ruch powietrza spowodowany tzw. wyporem termicznym powietrza, wynikającym z różnic temperatur, ciepłe powietrze wewnątrz budynku ma mniejszą gęstość niż zimne na zewnątrz. Gaz lżejszy unosi się ponad gaz cięższy, co powoduje "uciekanie" ciepłego powietrza przez wentylacyjny przewód kominowy na zewnątrz budynku. Oczywiście, w niektórych okresach w roku, gdy występują znaczne różnice temperatur (w zimie) ten sposób wentylowania jest znacznie skuteczniejszy niż w innych okresach (małe różnice temperatur).

Dla zapewnienia właściwego funkcjonowania wentylacji naturalnej musi być zapewniony właściwy nawiew powietrza, oraz jego odprowadzenie (ciąg kominowy jest wprost proporcjonalny do pola poprzecznego przekroju przewodu i wysokości komina). Częstą przyczyną problemów z właściwym ciągiem kominowym jest zbyt krótki przewód kominowy (lub zbyt mała powierzchnia przekroju poprzecznego), usytuowanie budynku w terenach gdzie występują niekorzystne warunki atmosferyczne (częste wiatry opadające). Kolejną, istotną wadą wentylacji naturalnej, jest fakt, iż właściwie nie można nią sterować. Zdarza się, że w zimie ciąg w kanałach wentylacyjnych jest za duży. Często wtedy przysłania się wylot, ograniczając wymianę powietrza, w lecie natomiast temperatura wewnątrz i na zewnątrz budynku jest taka sama, więc wentylacja grawitacyjna praktycznie nie działa.
Najczęstszą przyczyną problemów z zapewnieniem właściwego nawiewu powietrza do pomieszczeń jest wymiana stolarki zewnętrznej na szczelną. Powodem bardzo pieczołowitego uszczelniania mieszkań i budynków jest chęć zapewnienia jak najlepszej izolacyjności budynków, co samo w sobie jest rzeczą jak najbardziej słuszną. Jednakże izolowanie budynków nie może mieć na celu hermetycznego zamknięcia budynku, nawet, jeśli decydujemy się na wentylację mechaniczną (na przykład z odzyskiem ciepła), gdzie nawiew i wywiew powietrza będzie zapewniony poprzez centralę wentylacyjną. Jeśli nie przewidujemy zastosowania wentylacji mechanicznej, niezbędne jest zapewnienie prawidłowej wielkości napływu powietrza do mieszkania. Kwestia ta często spotyka się z oporem użytkowników, obawiających się nadmiernego wychłodzenia pomieszczeń (co ma jednoznaczne przełożenie na wysokość rachunków za ogrzewanie). Rozwiązanie DARCO - nawietrzak z grzałką elektryczną - jest odpowiedzią na ten problem, gdyż zapewnia właściwy dopływ powietrza z zewnątrz, bez obawy o wychłodzenie domu, dodatkowo, minimalizując zużycie energii.

Grawitacyjną wentylację wywiewną często w skuteczny sposób wspomaga wiatr. Zastosowanie odpowiedniej nasady kominowej na zakończenie przewodu kominowego może (poprzez wytworzenie podciśnienia po zawietrznej stronie nasady, które wywołuje ruch powietrza w przewodzie kominowym) dodatkowo ten efekt wzmocnić. Największą wydajność uzyskamy poprzez zastosowanie nasad obrotowych, współczynnik podciśnienia (określający wykorzystanie siły wiatru dla wytworzenia ciągu kominowego) w kanale wentylacyjnym jest dla nich najwyższy, a dodatkowo ich działanie jest całkowicie niezależne od kierunku natarcia wiatru, co jest bardzo ważne, gdyż silny wiatr opadający (fenowy) może, zamiast pomóc, skutecznie zablokować wentylację naturalną.

Zastosowanie nasad kominowych może być bardzo skutecznym sposobem wspomagania wentylacji naturalnej, nie zawsze jednak jest w stanie zapewnić stabilność i niezawodność takiej instalacji. Gwarancję stabilności daje zastosowanie wentylacji mechanicznej, zapewniającej stałą i pożądaną wydajność. Jest ona powszechna w przypadku budownictwa przemysłowego, gdzie wydajność procesów wentylacyjnych musi być ściśle określona i utrzymywana. Rozwiązanie takie w przypadku budownictwa jednorodzinnego często może wydawać się zbyt kosztowne, droga jest zarówno instalacja wentylatorów, jak i ich eksploatacja (zużycie prądu), a do tego często emitują one nieprzyjemny, monotonny hałas i wibracje.
Najlepszym rozwiązaniem tych dylematów wydaje się być wentylacja hybrydowa, która, gdy są ku temu warunki, pozwala działać naturalnym prawom fizyki, a gdy nie ma sprzyjających warunków dla zaistnienia prawidłowej wentylacji grawitacyjnej, wspomaga ją za pomocą energii elektrycznej.
Hybrydowe nasady kominowe
Propozycją Darco w dziedzinie wentylacji hybrydowej jest nasada Turbowent Hybrydowy. Turbina nasady jest napędzana wiatrem. Jest ona tak skonstruowana, że wiejący wiatr powoduje jej napędzanie. Obracając się, turbina wytwarza podciśnienie w kanale wentylacyjnym. W przypadku braku wiatru sterownik załącza silnik bezszczotkowy prądu stałego, który napędza turbinę, więc ciąg w kanale wentylacyjnym zostaje podtrzymany na właściwym poziomie. Przy zbyt silnym wietrze silnik hamuje turbinę, nie dopuszczając tym samym do zbyt intensywnej wymiany powietrza.
Taki sposób pracy nasady stabilizuje ciąg w kanale wentylacyjnym. Ponadto napęd nasady zarówno przez wiatr, jak i za pomocą silnika powoduje, że urządzenie zużywa bardzo mało energii elektrycznej bo zaledwie ok 3~5W (w przypadku całkowitego braku wiatru). Nasada jest wyposażona w silnik bezszczotkowy, co zdecydowanie wpływa na niezawodność całego napędu - brak elementów zużywających się podczas eksploatacji takich jak np. szczotki w silnikach prądu stałego, podnosi trwałość urządzenia. Zasilanie nasady zostało tak dobrane, żeby pasowało do parametrów typowych instalacji niskonapięciowych montowanych w budynkach (taką instalacją jest na przykład instalacja przeciwpożarowa). Sterowanie podstawową wersją Turbowentu hybrydowego odbywa się za pomocą regulatora, na którym za pomocą pokrętła jest ustawiana prędkość obrotowa.

Turbowent hybrydowy z regulatorem obrotów (wersja najprostsza)

Zespół Turbowentów hybrydowych z wielokrotnym regulatorem obrotów

Dla bardziej zaawansowanych użytkowników nasada może być wyposażona w specjalny sterownik, oparty na module logicznym obsługującym do 5-ciu nasad, w którym można zaprogramować strefy czasowe pozwalające na ustawienie intensywności wentylacji w różnych porach dnia. Możliwość doboru intensywności wentylacji jest bardzo istotna z punktu widzenia oszczędności energii w sezonie grzewczym. Zmniejszenie natężenia wentylacji w czasie, gdy np. domownicy są w pracy, lub śpią w nocy, powoduje zmniejszenie strat ciepła, czyli zmniejszenie kosztów ogrzewania domu.
Turbowent hybrydowy ze sterownikiem obsługującym 5 nasad

Najbardziej zaawansowanym systemem wentylacji hybrydowej, są Turbowenty hybrydowe przystosowane do pracy w sieci. Nasady takie rozmieszcza się na obiekcie i łączy jednym przewodem wielożyłowym, w którym dwie żyły stanowią zasilanie, a kolejne dwie to magistrala danych.

Turbowenty połączone w sieć

Aby ustawić parametry pracy poszczególnych nasad, lub sprawdzić ich działanie, wystarczy do takiej sieci podpiąć standardowy komputer PC, który ma zainstalowany darmowy program (do pobrania ze strony www) służący do obsługi nasad. Siedząc w jednym miejscu przed ekranem komputera można automatycznie dobrać prędkość obrotową, ustawić strefy czasowe dla każdego z Turbowentów hybrydowych oraz można skontrolować, czy wszystkie nasady pracują prawidłowo.
Same nasady hybrydowe można bardzo łatwo zaadoptować do wszystkich zintegrowanych systemów sterowania, ponieważ przy konstruowaniu starano się wykorzystać typowe napięcie zasilania oraz typowe sygnały sterujące, po to, by nasada "pasowała" do wielu systemów nadzorujących "inteligentne" budynki.
Praca silnika jest nadzorowana przez sterownik umieszczony w nasadzie. Zadawanie prędkości obrotowej odbywa się sygnałem napięciowym 0-5V w przypadku Turbowentów hybrydowych o średnicach 150 i 200mm oraz 0-10V w przypadku nasad o średnicach 400 i 500mm. Sygnał 0-10V jest jednym z typowych sygnałów sterujących stosowanych w instalacjach przemysłowych. Sygnał 0-5V jest bardzo zbliżoną formą przekazywania informacji do sygnału 0-10V. Wytworzenie takich sygnałów sterujących jest łatwym zadaniem. Pozwala to na wkomponowanie nasad hybrydowych do dowolnego systemu automatyki nadzorującego budynek.

Rys: Wykres wydajności i podciśnienia nasady Turbowent Hybrydowy 150. Przedział oznaczony kolorem szarym oznacza zakres możliwych do uzyskania i utrzymania wartości.

Wentylacja nawiewna
Nawietrzak z grzałką jest przeznaczony do montażu w ścianie budynku. Składa się z czerpni nachodzącej teleskopowo na rurę z tworzywa sztucznego (polipropylen), na końcu której jest osadzony anemostat. Wewnątrz rury jest umieszczony moduł grzewczy. Moduł grzewczy zawiera ceramiczne elementy grzejne obudowane radiatorem oraz termostat. Ceramiczne elementy grzejne zapewniają dostosowanie mocy chwilowej do parametrów zasysanego powietrza (temperatura i masa). Termostat rozłącza obwód jeśli zasysane powietrze ma wyższą temperaturę. Po zamontowaniu nawietrzaka konstrukcja jego zapewnia dostęp do modułu grzewczego od wewnątrz budynku bez konieczności niszczenia ściany.

Rys: Wykresy temperatury i poboru mocy nawietrzaka z grzałką NG80A.

"Nie chce się palić, bo nie ma ciągu" - rozwiązanie dla kominów spalinowych i dymowych

Prawidłowy ciąg kominowy to kluczowe pojęcie w czasie sezonu grzewczego, właściwe podciśnienie w kominie ma bowiem decydujące znaczenie w prawidłowym i stabilnym procesie spalania w urządzeniach grzewczych (piecach, kominkach). Każde urządzenie grzewcze, czy to piec na węgiel, drewno, pellety, kominek czy inne paliwo - posiada swoje optymalne parametry pracy - przy których pracuje najlepiej i najbardziej wydajnie, jednym z najważniejszych parametrów jest wartość podciśnienia, decyduje ono o tempie spalania paliwa i temperaturze jaka jest uzyskiwana. W związku z tym ostatnim, parametr ten może mieć znaczący wpływ na trwałość samego urządzenia. Brak właściwego ciągu kominowego może także oznaczać utrudnienia w rozpaleniu, czy podtrzymaniu ognia. Z drugiej strony zbyt duży ciąg kominowy to szybkie i nieefektywne spalanie.

Im nowsze konstrukcje pieców, tym większe wymagania odnośnie stabilności podciśnienia w kanale wylotowym. Wiele urządzeń grzewczych charakteryzuje się wysoką sprawnością, co oznacza, iż ich spaliny osiągają niskie temperatury. Z jednej strony to dobrze, paliwo spalane jest bardzo efektywnie, mniej energii zużywane jest na jego spalenie więc więcej ciepła zostaje w domu. Z drugiej strony jednak nadmierne wychłodzenie spalin może być przyczyną zbyt słabego ciągu w kanale kominowym, ponieważ siłą napędową ciągu jest różnica temperatur w kominie i na zewnątrz komina. Im większa różnica, tym większy ciąg kominowy. Wreszcie niemalże powszechne są przypadki kominów, w których zbyt mały ciąg kominowy wynika z najróżniejszych nieprawidłowości przy projektowaniu, budowaniu, lub zastosowaniu innego urządzenia grzewczego niż przewidywane w projekcie budynku. Te dwa problemy powodują, iż sprawa zapewnienia właściwego ciągu kominowego jest dość skomplikowana.
Tenże trend w opracowywaniu coraz bardziej energooszczędnych kotłów oraz wykorzystaniu coraz bardziej wydajnych energetycznie odmian paliw (zwłaszcza węgla), stawia całkiem nowe wymagania przewodom kominowym, zarówno jeśli chodzi o ich konstrukcję, jak i potrzebę zapewnienia odpowiedniego ciągu kominowego. Z drugiej strony wyżej opisany trend w znacznie mniejszym stopniu dotyczy kominków, gdzie tendencja jest raczej odwrotna, dąży się do jak najwyższych wartości mocy nominalnej - specjalnie tak konstruując wkład kominkowy, by możliwie najbardziej się nagrzewał. Wszystko to sprawia, iż coraz wyraźniejsza wydaje się potrzeba stosowania mechanicznych urządzeń regulujących ciąg kominowy, gdyż tylko takie mogą w skuteczny i stabilny sposób zapewnić pożądaną wartość podciśnienia w przewodzie kominowym.

Zapewnienie właściwego ciągu kominowego to zadanie czasem trudne, niekiedy wymagające przeróbek komina(wydłużanie kominów, instalacja nasad kominowych), a dodatkowo obarczone dużym błędem (naturalny ciąg kominowy zależny jest od tak wielu czynników, iż rzadko kiedy udaje się otrzymać jego prawidłową, stabilną wartość).
Często, dodatkowo problemem jest skuteczne i szybkie rozpalanie ognia w kominku, czy piecu na paliwo stałe. Na początku rozpalania nie ma ciągu kominowego lub jest bardzo słaby - czego przyczyną jest nie nagrzany - a więc nie podtrzymujący naturalnego ciągu kominowego - komin. Zdarza się, że zanim rozpalimy np. w kominku, cały dom spowity jest kłębami dymu krążącego pod sufitem.

Rozwiązaniem tychże problemów jest generator ciągu kominowego.
Generator ciągu jest mechaniczną nasadą kominową, która wspomaga ciąg w kanałach spalinowych. Jest montowana na szczycie komina. Konstrukcja generatora ciągu ma dwa bardzo ważne rozwiązania:
W kanale kominowym jest brak jakichkolwiek obstrukcji - zamontowanie odpowiedniego generatora (o odpowiednim rozmiarze dyszy) nie powoduje zmniejszenia przekroju kanału dymowego! W dyszy nie ma jakichkolwiek elementów. Jak widać na rysunku - jest ona przedłużeniem otworu w kominie. Komin z zamontowanym generatorem w dalszym ciągu spełnia wymogi przepisów prawa. W przypadku braku prądu lub awarii urządzenia komin pracuje tak jak bez nasady. Nie ma też problemów z czyszczeniem komina.
W związku z tym powstaje pytanie "Jak to działa?". Wykorzystane jest tutaj prawo Bernoulie'go (zjawisko injekcji), które, w uproszczeniu, mówi, że jeśli zwiększy się prędkość powietrza, to spada jego ciśnienie. Prawo to można prosto sprawdzić - wystarczy wziąć do ręki dwie kartki papieru i ustawić równolegle do siebie, następnie trzeba dmuchnąć w szczelinę pomiędzy nimi. Kartki będą chciały skleić się ze sobą, bo pomiędzy nimi zwiększyliśmy prędkość powietrza, to znaczy, że spadło ciśnienie w porównaniu z ciśnieniem powietrza pozostającego w bezruchu.
Na tej zasadzie jest oparta praca opisywanego generatora ciągu. Wentylator tłoczy powietrze do kolektora. Z kolektora powietrze jest wdmuchiwane przez szczelinę pomiędzy dyszą a obudową do króćca wylotowego w kierunku ku górze (ku wylotowi). W szczelinie nadawana jest mu duża prędkość, przez co w przestrzeni zaraz za szczeliną wytwarza się podciśnienie. Podciśnienie to powoduje wyssanie spalin z dyszy. Spaliny zmieszane z wdmuchiwanym powietrzem wylatują pionowo na zewnątrz przez króciec wylotowy. Ważne jest, aby nie montować na zakończeniu generatora żadnych daszków. Generator nie pracowałby wtedy poprawnie - powietrze odbijające się od daszka mogłoby wracać do kanału dymowego! Dymy są wyrzucane pionowo w górę, co powoduje nie tylko ich "rozcieńczenie" w powietrzu, ale elementy stałe (pyły) są odrzucane daleko od komina i dachu.
Dodatkową zaletą jest wytwarzanie podciśnienia na całej długości kanału kominowego. Jest to o tyle ważne, że w przeciwieństwie do urządzeń grzewczych z palnikami nadmuchowymi w kominie jest zachowane podciśnienie. W przypadku jakichkolwiek nieszczelności kanału kominowego będzie do środka komina zasysane powietrze. W przypadku pieców z nadmuchem (gdzie występuje wysoka wartość nadciśnienia w początkowej fazie odprowadzania spalin, w miejscach gdzie komin przechodzi obok pomieszczeń mieszkalnych) istnieje niebezpieczeństwo wdmuchania spalin przez nieszczelność w kominie do pomieszczeń.
Standardowo generator ciągu dostarczany jest z ręcznym regulatorem pozwalającym na ustalenie żądanej prędkości obrotowej. Rozbudowany system sterowania generatora ciągu może natomiast składać się z czujnika podciśnienia, czujnika temperatury, włącznika "start" i sterownika. Termostat jest montowany zwykle w okolicy wlotu spalin do komina. Podczas rozpalania w piecu lub kominku wciska się przycisk "start". Sterownik uruchamia wówczas generator z pełnym ciągiem. Ułatwia to rozpalenie i przeciwdziała zadymianiu pomieszczenia, w którym znajduje się urządzenie grzewcze. Po rozpaleniu w piecu czujnik temperatury wykrywa ten fakt i przekazuje informację do sterownika. Sterownik, na podstawie informacji z czujnika temperatury i czujnika podciśnienia, zaczyna regulować prędkością generatora tak, by utrzymać w kanale kominowym wymaganą wartość podciśnienia. Wygaśnięcie pieca jest wykrywane przez czujnik temperatury. Wówczas sterownik wyłącza generator. Taki system sterowania generatorem pozwala zmniejszyć pobór prądu przez urządzenie oraz uprościć obsługę. Dodatkową zaletą współpracy generatora i regulatora ciśnienia jest wysuszanie komina. Jest to ważne, bo przy prawidłowym spalaniu paliwa wytwarza się między innymi para wodna i agresywne związki chemiczne. W przypadku występowania punktu rosy w kominie - przy wychłodzonych spalinach - para wodna wykrapla się na ściankach komina i zmieszana z innymi produktami spalania tworzy agresywne kwasy, które powodują erozję ceramiki lub korozję metalowych wkładów kominowych. Wysuszenie komina znacznie wydłuża jego trwałość.

Podsumowując, nasada generator ciągu - to urządzenie, które może pełnić rolę "tratwy ratunkowej" w przypadku, gdy inne metody dla zapewnienia właściwego poziomu ciągu kominowego zawodzą. Może to być także skuteczny sposób na stabilizację i zwiększenie podciśnienia, nawet, jeśli zakłócenia ciągu występują tylko okresowo