Prawidłowo działająca wentylacja i klimatyzacja są jednym z ważniejszych elementów „zdrowego” budynku. Ponieważ zapotrzebowanie energetyczne dla celów wentylacji i klimatyzacji mechanicznej stanowi nawet 50% ogólnego zapotrzebowania na energię budynku, projektanci coraz chętniej sięgają po nowocześniejsze rozwiązania, uwzględniające najtańszy rodzaj wentylacji bazujący na grawitacyjnym przepływie powietrza. W artykule przedstawiono możliwości rozwiązań projektowych wykorzystywanych w wentylacji naturalnej oraz przykłady budynków wyposażonych w wentylację hybrydową bazującą na systemie grawitacyjnego ruchy powietrza wspomaganego działaniem wentylatorów w sezonie letnim i zimowym.


Podstawy wentylacji grawitacyjnej i hybrydowej
Wentylacja naturalna, zwana także grawitacyjną,
jest najczęściej stosowanym rodzajem
wentylacji. Przepływ powietrza w wentylacji grawitacyjnej
oparty jest na wykorzystaniu siły natury,
czyli na ruchu powietrza wywołanym różnicą
gęstości powietrza zewnętrznego – chłodniejszego
i wewnętrznego – cieplejszego. Powietrze do
budynku przedostaje się poprzez nieszczelności
i otwory (okna, drzwi), ogrzewa się w pomieszczeniach,
miesza z powietrzem zanieczyszczonym,
a następnie wypływa na zewnątrz poprzez
kanały wentylacyjne. Prawidłowo działająca
wentylacja budynku zakłada napływ powietrza
do pomieszczeń najmniej zanieczyszczonych
(w przypadku budynków mieszkalnych do pokoi),
a następnie przepływ do kratek wywiewnych
w pomieszczeniach o większym stężeniu zanieczyszczeń
- kuchni, łazienek, toalet i pomieszczeń
bez okien (rys. 1).

Rys. 1. Schemat grawitacyjnego przepływu powietrza
przez budynek mieszkalny
Proces ten jest możliwy jedynie wtedy,
gdy do budynku dostaje się odpowiednia
ilość powietrza, która zapewnia wymaganą
intensywność usuwania zanieczyszczeń
i odpowiedni ciąg kominowy.
W wielu przypadkach spotkać się można
niestety z tzw. ciągiem wstecznym mającym
miejsce wówczas, gdy różnica temperatury na
zewnątrz i wewnątrz budynku jest porównywalna
lub też wyższa temperatura występuje na
zewnątrz. W takim przypadku ciepłe powietrze
dostaje się do pomieszczeń poprzez kanały
wywiewne, a wypływa otworami nawiewnymi.
Ciąg wsteczny może powodować wiele
niebezpieczeństw – łącznie z groźbą zaczadzenia
w wypadku uszkodzenia zabezpieczeń
przed ciągiem wstecznym w urządzeniach
grzewczych.
Na sprawność wentylacji grawitacyjnej
wpływa również kształt dachu i bryły budynku,
a także rozmieszczenie pomieszczeń.
W budynkach, które mają skomplikowaną
budowę dachu, ze względu na osłabiony ciąg
kominowy wentylacja nie działa prawidłowo.
Na takich dachach występują przestrzenie,
w których panuje nadciśnienie powodujące
zaburzenia ciągu. Na nadciśnienie narażone są
również kominy wyprowadzone nisko nad połać
dachową. Słaby ciąg kominowy, ze względu na
ograniczoną wysokość kanałów, mają również
pomieszczenia na ostatniej kondygnacji.
Zaletami stosowania wentylacji grawitacyjnej
są niewątpliwie niskie koszty inwestycyjne
i eksploatacyjne systemu, możliwość stosowania
rozwiązania w różnych obiektach (nawet
o 11 kondygnacjach), oszczędność miejsca
w konstrukcji budynku, gdyż projektuje się
jedynie kanały wywiewne. Największe wady
wentylacji grawitacyjnej to:
• brak kontroli procesów wentylacji,
• uzależnienie poprawnego działania wentylacji
od warunków atmosferycznych,
• brak możliwości filtracji powietrza,
• brak odzysku ciepła z powietrza wywiewanego.
Również budowanie szczelnych obiektów
nie wpływa pozytywnie na działanie wentylacji
naturalnej, gdyż ogranicza tym samym
niekontrolowany przepływ powietrza przez
drzwi i okna. Z punktu widzenia strat ciepła
jest to niezbędne, jednak pociąga za sobą
ograniczenie intensywności wentylacji w
pomieszczeniach, a jednocześnie pogarsza
jakość powietrza wewnętrznego prowadząc
do pojawienia się syndromu chorego budynku.
Na skutek złej jakości powietrza zwiększa się
również jego wilgotność względna. Para wodna
wykraplająca się na wewnętrznej powierzchni
szyb i chłodnych powierzchniach ścian stwarza
warunki sprzyjające rozwojowi grzybów
i pleśni.
W odpowiedzi na wady i zalety wentylacji
naturalnej w ramach światowego ruchu
zmniejszania zużycia energii opracowano
trzeci rodzaj wentylacji - hybrydową, łączącą
zalety wentylacji mechanicznej i naturalnej.
Ponieważ najważniejszym zadaniem wentylacji
jest zapewnienie akceptowalnych warunków
jakości powietrza wewnętrznego oraz komfortu
termicznego, wentylacja hybrydowa może być
opisana jako system, który zapewnia komfortowe
warunki powietrza wewnętrznego
przy wykorzystaniu obu rodzajów wentylacji:
mechanicznej i naturalnej, korzystając z zalet
każdego systemu w odpowiednich porach
roku. Odpowiednio zaprojektowana instalacja
wentylacji hybrydowej dostosowana jest
do zmieniających się w ciągu roku, a nawet
w ciągu dnia, parametrów powietrza zewnętrznego.
Zaawansowane projekty wentylacji
hybrydowej spełniają kryteria dotyczące jakości
środowiska wewnętrznego przy jednoczesnej
oszczędności energii.
Zastosowanie wentylacji naturalnej (w połączeniu
z klimatyzowaniem powietrza) wpływa
również pozytywnie na odczuwanie komfortu
przez użytkowników budynku, gdyż mogą
oni przejąć kontrolę nad regulacją warunków
powietrza wewnętrznego poprzez zamykanie
i otwieranie okien, przystosować swój organizm
do warunków powietrza zewnętrznego
(szybkość ludzkiego metabolizmu dostosowana
jest do temperatury zewnętrznej). Użytkownicy
budynków wentylowanych mechanicznie,
z klimatyzacją, są bardzo wrażliwi na odchylenie
temperatury od warunków komfortu,
gdyż nie odczuwają warunków panujących
na zewnętrz. W budynkach wentylowanych
naturalnie użytkownicy preferują szerszy
zakres temperatury powietrza
wewnętrznego odpowiadający
temperaturom powietrza
zewnętrznego, są także bardziej
tolerancyjni wobec zmian
prędkości przepływającego
powietrza i wolą nawet lokalne
wzrosty prędkości (jak np.
naturalne wietrzyki wpadające
przez otwarte okna).


Rys. 2. Możliwości łączenia
wentylacji naturalnej
z mechaniczną [2]
W wentylacji hybrydowej
stosowane są trzy podstawowe
rozwiązania:
współdziałanie wentylacji
naturalnej i mechanicznej

(rys. 2a) poprzez zaprojektowanie
dwóch w pełni
autonomicznych układów,
w których automatyczna
regulacja odbywa się na
zasadzie przełączania
pomiędzy systemami lub
też wykorzystania jednego
i drugiego systemu
dla określonych zadań
(np: wentylacja naturalna
ustawiona jest dla okresów
przejściowych a system
wentylacji mechanicznej dla zimy i lata);
wentylacja naturalna wspomagana mechanicznie
poprzez zastosowanie wentylatora
nawiewnego lub wywiewnego
(rys. 2b)
podczas okresów, w których różnica ciśnień
pomiędzy środowiskiem na zewnątrz
a wewnątrz budynku nie wystarcza do zapewnienia
odpowiedniego przepływu powietrza;
wentylacja mechaniczna wspomagana działaniem
wyporu cieplnego i wiatru
(rys. 2c),
która pozwala na optymalne wykorzystanie
naturalnych sił, wspomagających przepływ
powietrza w budynku.
Zadaniem wentylacji hybrydowej jest uzyskanie
odpowiedniej równowagi pomiędzy
jakością powietrza wewnętrznego a zużytą
energią. Aby to osiągnąć należy przede
wszystkim:
• zredukować źródła zanieczyszczeń w budynku
(co przekłada się na objętość strumienia
świeżego powietrza doprowadzanego do
budynku),
• ustalić optymalną wartość higienicznej
ilości powietrza przypadającej
na jedną osobę,
• zredukować wymaganą ilość zapotrzebowania
na ciepło/chłód poprzez
zastosowanie urządzeń do odzysku
ciepła oraz wykorzystania pasywnego
chłodzenia/grzania powietrza
wentylacyjnego,
• zmniejszyć ilości energii dostarczanej
do wentylatorów poprzez
zaprojektowanie instalacji generującej
niskie straty ciśnienia na
przewodach i urządzeniach,
• wykorzystać naturalne siły napędowe
wywołane efektem kominowym
lub też oddziaływaniem wiatru.
W okresach przejściowych, gdy nie
ma potrzeby schładzania lub ogrzewania
powietrza zewnętrznego, powietrze
świeże dopływa do pomieszczeń w
budynku w ilości większej niż dla lata
czy zimy. Zwiększenie objętości strumienia
świeżego wpływa pozytywnie
na jakość powietrza w budynku oraz
odczucia użytkowników. Zastosowanie
wentylacji hybrydowej nie powinno
dodatkowo powodować problemów z
komfortem, takich jak: przeciągi, wysoki gradient
temperatury oraz hałas.
Rozwiązania stosowane w budynkach
z wentylacją naturalną i hybrydową

Ponieważ wentylacja budynku jest częścią
całkowitej strategii stworzenia zdrowego i stymulującego
środowiska wewnętrznego przy
zminimalizowaniu zużycia energii ważne jest,
aby projekty architektoniczne i inżynieryjne
powstawały we współpracy. Zastosowanie
wentylacji naturalnej powinno być już przewidziane
w fazie projektowania budynku. Poniżej
przedstawiono krótki przegląd głównych
rozwiązań stosowania wentylacji naturalnej
w systemie hybrydowym:
możliwość otwierania okien przez użytkowników.
Pozwolenie użytkownikom na dowolne
otwieranie okien w mechanicznie chłodzonych
i wentylowanych budynkach możliwe
jest przy zastosowaniu czujników, które
automatycznie wyłączą wentylatory na okres
otwarcia okien. W bardziej zaawansowanym
układzie projektuje się automatycznie
otwierane okna (w okresach o odpowiednich
warunkach zewnętrznych). Należy pamiętać
jednak o kwestii bezpieczeństwa użytkowników
budynku, a także chronić powietrze
wewnętrzne przed przegrzaniem lub przechłodzeniem;
zintegrowanie otworów budynku. Często,
ze względu na projekt architektoniczny
budynku, w części płaszczyzn zewnętrznych
nie można otwierać okien, można jednak
zastosować wloty, które będą integralną
częścią budynku np. żaluzjowe otwory z
mechanicznie działającymi przepustnicami
wprowadzające powietrze zewnętrzne do
pomieszczeń oraz nawiewniki szczelinowe.
Należy jednak zachować odpowiednie
środki bezpieczeństwa zapobiegające przedostaniu
się do budynku owadów oraz filtry
powietrza zatrzymujące zanieczyszczenia
powietrza zewnętrznego;
atrium. Budynki z centralnie położonym
atrium są często wyposażone w wentylację
hybrydową, gdyż efekt wyporu termicznego
występujący w atrium i unoszący strumień
ciepłego powietrza ku górze może także
usuwać znaczące ilości zanieczyszczonego
powietrza na zewnątrz (rys. 3);

Rys. 3. Schemat grawitacyjnego przepływu powietrza
w budynku z atrium
komin słoneczny. W budynkach, w których
nie ma możliwości wykonania centralnie
położonego atrium najlepszym rozwiązaniem
jest zbudowanie komina, w którym
strumień powietrza będzie przepływał pionowo
do góry poprzez cały budynek. Komin
ten powinien być zbudowany z materiałów
przepuszczających promieniowanie słoneczne,
jak szklane ściany, dzięki którym
wewnątrz powstaną dodatkowe zyski ciepła
od nasłonecznienia, co przyspieszy przepływ
usuwanego powietrza (rys. 4);

Rys. 4. Schemat grawitacyjnego przepływu powietrza
w budynku z kominem słonecznym
system podwójnego szklenia. System ten
polega na dodatkowym, zewnętrznym pokryciu
budynku szklaną warstwą. Pomiędzy
tą warstwą a ścianami budynku powstaje
zaizolowana przestrzeń, redukującą niekontrolowaną
infiltrację powietrza. Jednocześnie
w powstałej przestrzeni powietrze
jest ogrzewane przez słońce i unosi się ku
górze. W tym rozwiązaniu okna wbudowane
są w ściany budynku. Dzięki temu użytkownicy
mogą swobodnie otwierać okna
wpuszczając do wnętrza budynku ogrzane
już powietrze, zmniejsza się poziom hałasu
napływającego z otoczenia, a także zwiększa
się stopień zabezpieczenia budynku.
Dodatkowymi rozwiązaniami stosowanymi
w budynkach z wentylacją naturalną oraz
hybrydową, wspomagającymi przepływ powietrza
w pomieszczeniach są:
wykorzystanie materiałów budowlanych o
wysokim stopniu akumulacji,
takich jak beton
i kamień, które akumulują ciepło podczas
dnia i oddają do powietrza wewnętrznego
w budynku w okresie nocnym,
korzystanie z oświetlenia naturalnego, dzięki
czemu zmniejsza się nie tylko bezpośrednia
ilość zużywanej energii elektrycznej, ale
również ilość powietrza doprowadzanego do
odebrania zysków ciepła z pomieszczeń,
zastosowanie żaluzji i innych elementów
zacieniających,
które redukują zyski ciepła od
nasłonecznienia oraz odgrywają ważną rolę
w planowaniu wykorzystania naturalnego
oświetlenia. W rozbudowanych projektach
wykorzystuje się elementy zewnętrzne które
zmieniają swoje położenie w zależności od
pozycji słońca i intensywności zysków ciepła,
maksymalne wykorzystanie wiatru,
poprzez odpowiednie usytuowanie budynku,
uwzględniające prędkość oraz kierunki
lokalnie dominujących wiatrów,
zaprojektowanie odpowiednich stref
w budynku,
powiązanych wartością wytwarzanych
zysków ciepła, które umieszczone
w niedalekiej odległości pozwalają na projektowanie
krótkich przewodów dostarczających
klimatyzowane powietrze, lub też jeżeli
są to strefy o niższych wartościach zysków
ciepła mogą być one wentylowane jedynie
za pomocą wentylacji naturalnej,
kontrolowanie infiltracji zapobiegające
możliwości wystąpienia ciągu wstecznego
przy zbyt niskiej temperaturze powietrza
zewnętrznego,
kontrolowanie poziomu zanieczyszczenia
powietrza zewnętrznego,
pozwalające na
optymalne dostosowywanie rodzaju i stopnia
filtracji zarówno w centrali klimatyzacyjnej,
jak i w otworach w bryle budynku.
Wymagania projektowe
Podczas projektowania wentylacji grawitacyjnej
kierunek wyznaczają wymagania
odnośnie strumieni objętości powietrza, sposobów
dostarczania i usuwania powietrza
z pomieszczeń oraz wysokości budynków
z wentylacją grawitacyjną regulowane normą
PN-B-03430: 1998/Az3:2000 Wentylacja
w budynkach mieszkalnych zamieszkania
zbiorowego i użyteczności publicznej
- wymagania,
ze zmianą A1:2000 oraz Rozporządzeniem
Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia
2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim
powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (Dz.
U. Nr 75/2002, poz. 690). Przy wentylacji naturalnej
niezwykle istotne jest badanie instalacji zarówno
przed oddaniem budynku, jak i w trakcie jego użytkowania.
Kwestię sprawdzania instalacji reguluje
Rozporządzenie Ministra Spraw Wewnętrznych
i Administracji z dnia 16 sierpnia 1999 r.
w sprawie warunków technicznych użytkowania
budynków mieszkalnych (Dz.U. Nr 74/1999, poz.
836). Badania przy odbiorze instalacji wentylacji
grawitacyjnej powinny obejmować sprawdzenie
drożności przewodów, prawidłowości przebiegu,
wielkości przekroju przewodu, grubości ścianek
wypełniania spoin, szczelności przewodów oraz
prawidłowości ciągu.
Wentylacja hybrydowa podlega tym samym
normom, jednakże jej projektowanie jest bardziej
skomplikowane, gdyż budynek musi być
rozpatrywany jako całość i w proces projektowania
wentylacji muszą być zaangażowani
inżynierowie i architekci wspólnie opracowujący
koncepcję dotyczącą zarówno lokalizacji budynku,
konstrukcji, wykorzystanych materiałów
budowlanych i wykończeniowych, jak i sposobów
zorganizowania prawidłowego przepływu
powietrza – jego ogrzania i schłodzenia.
Przy projektowaniu wentylacji hybrydowej
pierwszym krokiem jest określenie wymagań
stawianych przez użytkowników budynku,
a następnie ustalenie priorytetowych zadań, jakie
będzie musiała spełnić wentylacja tj.: zachowanie
odpowiedniej jakości powietrza wewnętrznego
lub zachowanie komfortu termicznego (szczególnie
w okresie letnim). Przy wentylacji, której
głównym celem jest zachowanie odpowiedniej
jakości powietrza wewnętrznego (IAQ) należy
na początku dokładnie określić, znając np. rodzaj
wykonywanej pracy oraz czas jej trwania, jakie
wartości podstawowych parametrów powietrza
będą akceptowalne dla użytkowników. Następnym
etapem jest ustalenie niezbędnej ilości powietrza
zapewniającego powyższe warunki przy
jednoczesnym dążeniu do minimalizacji zużycia
energii poprzez: redukcję ilości wytwarzanego
ciepła (odzysk ciepła, bierne grzanie i chłodzenia
powietrza – otwieranie okien, wykorzystanie
nasłonecznienia itp.), zastosowanie przewodów
o niskich stratach ciśnienia, wykorzystanie sił naturalnych
(np. wiatru). Wentylację, w której głównym
celem jest zachowanie komfortu cieplnego
w sezonie letnim, stosuje się w klimatach gorących
i suchych, gdzie występują duże spadki temperatur
w godzinach nocnych przez co można tam wykorzystać
nocne chłodzenie budynku. Największą
zaletą nocnego chłodzenia budynku są zarówno
niskie koszty inwestycyjne oraz eksploatacyjne,
ale również pozytywne odczucia użytkowników
pomieszczeń, którzy rozpoczynają dzień w przyjemnie
chłodnym i odświeżonym pomieszczeniu,
co przekłada się na efektywność ich pracy.
W dobrze zaprojektowanym budynku, nocne
chłodzenie odbywa się za pomocą naturalnego
przepływu powietrza, natomiast w okresach niesprzyjających
warunków zewnętrznych włączane
są wentylatory.
Do problemów jakie mogą pojawić się
w tym rozwiązaniu zalicza się:
• spełnienie wymogów dotyczących zabezpieczenia
przeciwpożarowego (otwarte
przestrzenie sprzyjają rozprzestrzenianiu
się dymu i ognia na kondygnacjach),
• zabezpieczenie budynku przed włamaniami
(nocne chłodzenie wymaga otwarcia większości
okien i innych otworów wentylacyjnych)
• możliwość pojawiania się przeciągów,
• zwiększenie napływu kurzu i innych zanieczyszczeń
oraz nieprzyjemnych zapachów,
• przenoszenie hałasu z zewnątrz,
• brak prywatności użytkowników, zmuszonych
do pracy w większych grupach, bez
wydzielonych osobno pomieszczeń,
• brak indywidualnej kontroli i regulacji parametrów
powietrza.
Ważniejszym problemem może być również
występowanie zbyt niskich temperatur w początkowych
godzinach pracy w dniach, w których
nagle zmieniają się warunki pogodowe.
Budynki z wentylacją hybrydową
Jednym z pierwszych obiektów modernizowanych
dla potrzeb wentylacji hybrydowej jest
PROBE - belgijski budynek biurowy, znajdujący
się w miejscowości Limette w Belgii. Na parterze
tego budynku znajdują się biura, na piętrze
- archiwa. W budynku działają naprzemiennie
dwa systemy wentylacji: wentylacja higieniczna
(strumień powietrza w wielkości 25 m³/h dla
każdego pomieszczenia) oraz chłodzenie nocne
w okresie letnim. Wentylacja higieniczna uruchamiana
jest przez czujniki poczerwieni umieszczone
w każdym pomieszczeniu, reagujące na
obecność użytkowników. Chłodzenie nocne odbywa
się poprzez ręczne otwieranie trójdzielnych
okien, zbudowanych z trzech części (jak widać
na rys. 5): dwóch uchylnych (zewnętrznych) oraz
części środkowej przytwierdzonej na sztywno.
W uchylnych częściach zamocowane są również
białe rolety zabezpieczające pomieszczenia przed
owadami, deszczem oraz włamaniami, jednocześnie
pozwalające na kontrolowanie ilości światła
słonecznego napływającego do pomieszczenia.

Rys. 5. Widok okien zainstalowanych w budynku
PROBE [1]

Rys. 6. „Fujita Technology Center” w Atsugi [1]
Innym ciekawym obiektem jest budynek Fujita
Technology Center w Atsugi w Japonii, składający
się z części biurowej, atrium oraz pomieszczeń
laboratoryjnych. W budynku zastosowano: instalację
klimatyzacyjną VAV oraz nocne chłodzenie.
Przy wznoszeniu obiektu zastosowano lekką
konstrukcję przegród oraz niskoemisyjne szkło.
Użytkownicy korzystają z systemu BEMS, który
jednocześnie umożliwia dostosowanie warunków
w pomieszczeniach do indywidualnych upodobań
oraz automatycznie zamyka i otwiera żaluzje,
dbając o utrzymanie
nasłonecznienia na
odpowiednim dla danych
stref poziomie. Jedynie
część biurowa wyposażona
jest zarówno
w system ogrzewania,
jak i chłodzenia poprzez
klimakonwektory wentylatorowe
lub klimatyzatory
z rewersyjnymi pompami
ciepła (których działanie ustaje w momencie
uruchomienia wentylacji naturalnej).
Schemat ideowy przepływu powietrza przy
wentylacji naturalnej przestawiony został na
rysunku 7.

Rys. 7. Schemat przepływu powietrza w „Fujita Technolohy Center” [1]
Świeże powietrze zewnętrzne napływa
do pomieszczeń poprzez otwory w ścianach
zewnętrznych budynku. Następnie przepływa
przez atrium i wypływa z budynku otworami
wywiewnymi znajdującymi się w górnej części
atrium oraz w laboratorium. Stopień otwarcia
okien regulowany jest za pomocą sygnałów
dostarczanych przez przenośne bezprzewodowe
czujniki temperatury znajdujące się na
każdym piętrze oraz czujniki monitorujące
warunki atmosferyczne, znajdujące się na
dachu budynku.


Rys. 8. "Liberty Tower of Meiji University"
w
Tokio [1]

Rys. 9. Schemat przepływu powietrza
w "Liberty
Tower of Meiji University"[1]
Kolejnym nowopowstałym budynkiem z
zaprojektowaną wentylacją hybrydową jest
"Liberty Tower of Meiji University". Jest to
gmach uniwersytecki z 23 piętrami usytuowany
na silnie zurbanizowanym obszarze
Tokio. Koncepcja wentylacji dla tego obiektu
oparta jest na zastosowaniu wentylacji naturalnej
wspomaganej działaniem wentylatorów.
Wentylacja naturalna stosowana jest w okresach
przejściowych oraz w czasie nocnego
chłodzenia budynku latem. Wentylacja mechaniczna
włączana jest latem w ciągu dnia do
usunięcia nadmiernych zysków ciepła oraz
zimą, ogrzewając powietrze za pomocą rewersyjnych
pomp ciepła. Na 18 piętrze budynku
zaprojektowano tzw. "kondygnację wiatrową",
przez którą swobodnie przepływa wiatr tworząc
podciśnienie, które, wraz z centralny rdzeniem
wywiewnym, pobudza efekt grawitacyjnego
przepływu powietrza przez pomieszczenia
znajdujące się w niższych kondygnacjach.
Przepływ powierza w trybie wentylacji
naturalnej przestawiony jest schematycznie
na rys. 9. Powietrze zewnętrzne napływa
do pomieszczeń poprzez otwory, znajdujące
się pod oknami na każdej kondygnacji,
z regulowanym stopniem otwarcia w zależności
od temperatury powietrza oraz stężenia
CO2 w pomieszczeniach. Z pomieszczeń
powietrze wypływa przez kratki wywiewne
zamontowane w sufitach i przewodami wentylacyjnymi
dopływa do centralnego rdzenia
wywiewnego, którym jest klatka schodowa
prowadząca od parteru do 18 piętra. Na tej
kondygnacji powietrze jest usuwane wraz
z przepływającym wiatrem. Powyżej 18 piętra
znajdują się dwa mniejsze rdzenie wywiewne
doprowadzające powietrze do wyrzutni usytuowanych
na dachu. W czasie pracy wentylacji
mechanicznej realizowany jest system VAV
z higieniczną ilością powietrza dostarczanego
do pomieszczeń.

Rys. 10. Szkoła w Tånga [1]
Szkołę w Tånga w Szwecji, zbudowano
w 1968 roku. W 1989 rozpoczęto jej modernizację,
w wyniku której jeden z czterech budynków
wyposażono w wentylacją hybrydową
łączącą wentylację grawitacyjną z wentylatorami
wspomagającymi.

Rys. 11. Komin słoneczny [1]
Powietrze (w ilości higienicznej) wpływa
do pomieszczeń poprzez przewód rozprowadzający
zakończony otworami nawiewnymi
umieszczonymi pod oknami. Wszystkie otwory
nawiewne wyposażone są w przepustnice
regulacyjne. W każdej klasie zainstalowano
grzejniki radiacyjne i konwekcyjne, wyposażone
w zawory termostatyczne, ogrzewające
powietrze zimą. W lecie chłodzenie odbywa
się za pomocą nocnego przewietrzania
budynku. Dodatkowo w oknach zainstalowano
elementy zacieniające zmniejszające
ilość zysków ciepła od nasłonecznienia.
Zanieczyszczone powietrze wypływa z klas
przez otwory wywiewne umieszczone na
przeciwnej, w stosunku do nawiewu, ścianie
pomieszczenia, skąd transportowane jest
siecią przewodów do kominów słonecznych
umieszczonych na dachu (rys. 11) wyposażonych
w wentylatory wywiewne i przepustnice.
Kominy zbudowane są z przezroczystych
materiałów przepuszczających promienie
słoneczne i jednocześnie podgrzewających
powietrze wewnątrz, a tym samym potęgujących
działanie sił wyporu cieplnego. Układem
wentylacji steruje komputer nadzorujący zużycie
energii cieplnej i elektrycznej w rozbiciu
na poszczególne składniki: c.o., przygotowanie
c.w.u., wentylację, elektryczność (w tym
na oświetlenie i wentylację). Wielkościami
monitorowanymi są: temperatura powietrza
wewnątrz i na zewnątrz pomieszczeń, temperatura
w kominie słonecznym, wilgotność
względna i stężenie CO2.

Rys. 12. Watrland w Leidschenveen [1]
Jednym z najnowszych obiektów jest również
szkoła Waterland w Leidschenveen
w Holandii, wyróżniająca się
oryginalnym kształtem dachu.
W budynku zastosowano wentylację
naturalną wspomaganą
wentylacją mechaniczną. Każda z
klas budynku wyposażona została
w odrębny układ wentylacji składający
się z: elektronicznie sterowanych
kratek wlotowych umieszczonych w ścianie
zewnętrznej, wentylatora współpracującego
z "kominem wywiewnym" oraz czujników
temperatury i stężenia CO2 zlokalizowanych
w każdym pomieszczeniu. Wywiew odbywa
się poprzez kratki wywiewne połączone siecią
przewodów z wentylatorami. Przy budowie
szkoły szczególny nacisk położony został na
izolacyjność cieplną i szczelność pomieszczeń,
co doprowadziło do zmniejszenia zapotrzebowania
na ciepło.
Rozwiązania proponowane przez polskich
Producentów

W Polsce, w ramach wentylacji hybrydowej,
zazwyczaj oferowane są odpowiednie
wentylatory wywiewne, które stabilizują
ilość powietrza usuwanego i dostarczanego
do pomieszczeń. Firma DARCO proponuje
system opierający się na zastosowaniu
nawietrznika z grzałką oraz turbowentu hybrydowego.

Rys. 13. "Dobra wentylacja" wg firmy DARCO [4]
Nawietrzak, montowany na ścianie, ogrzewa
powietrze, gdy temperatura na zewnątrz
spada poniżej 8°C. Turbowent hybrydowy to
nasada kominowa, w której podczas wiejącego
wiatru (gdy warunki naturalne umożliwiają
uzyskanie żądanej wydajności) wentylator jest
wyłączany, a w okresach o niewystarczającej
różnicy ciśnienia pomiędzy powietrzem
na zewnątrz i wewnątrz budynku włącza się
silnik i napędza turbinę do zadanej prędkości,
zapewniając tym samym pożądaną
wydajność. W przypadku, gdy wiatr wieje ze
zbyt dużą prędkością, silnik nasady hamuje
turbinę do zadanej prędkości obrotowej.
W układzie zastosowany jest również sterownik
mikroprocesorowy, pozwalający na płynną
lub skokową regulację żądanej prędkości
obrotowej turbiny.

Rys. 14 Nasada dachowa VBP firmy Aereco [3]
Firma Aereco proponuje natomiast niskociśnieniową
nasadę dachową VBP, która
usuwa powietrze z maksymalną wydajnością
około 200 m³/h. Wartości podciśnienia
wytwarzanego przez urządzenie bliskie są
wartościom charakterystycznym dla wentylacji
naturalnej, dzięki czemu układ pracuje bardzo
cicho. Nasada dachowa może być instalowana
zarówno w nowych, jak i istniejących już
obiektach wykorzystując kanały wentylacji
grawitacyjnej (jeżeli spełniają one kryteria
szczelności dla instalacji mechanicznej).
Podsumowanie
Jak wynika z badań w budynkach,
w których zastosowano wentylację naturalną
w układzie hybrydowym, zaoszczędzono
od 20 do 30% całkowitego zużycia energii,
a w przypadku zastosowania wentylatorów
osiągnięto nawet obniżenie zużycia energii
o 50%. Ponieważ wentylacja naturalna
i hybrydowa nie jest w stanie zapewnić tak
satysfakcjonujących warunków jak pełna klimatyzacja,
zaleca się stosowanie tych układów
w obiektach biurowych i edukacyjnych,
pomijając laboratoria, pomieszczenia szpitalne
czy przemysłowe, w których wymagana jest
szczególna czystość powietrza lub dokładne
zachowanie parametrów powietrza wewnętrznego.
Wentylacja naturalna i hybrydowa może
być również stosowana jedynie w klimacie
umiarkowanym, w miejscach o niskim stopniu
zanieczyszczenia powietrza i budynkach,
w których jest możliwość zbudowania urządzeń
przeciwsłonecznych, ograniczających
ilość zysków ciepła w pomieszczeniach. Mimo
tych ograniczeń wentylacja naturalna jest
nadal chętnie stosowana, nie mniej jednak
wentylacja hybrydowa staje się powoli coraz
bardziej popularna.
Autor: Mgr inż. Anna CHOJNACKA – Instytut Ogrzewnictwa i Wentylacji,
Wydział Inżynierii Środowiska, Politechnika Warszawska

LITERATURA
[1] Angelo DELSANTE, Tor ARVID VIK.
Hybrid Ventilation, state-of-the-artreview.
[2] Per HEISELBERG. Principles of hybrid
ventilation.
[3] Materiały firmy Aereco.
[4] Materiały firmy DARCO.
Źródło: