Zainteresowanie problemem jakości powietrza w budownictwie spowodowało, iż zaczęto dostrzegać niską efektywność powszechnie spotykanej wentylacji naturalnej.

Najważniejsze zarzuty dotyczyły uzależnienia tego systemu od warunków atmosferycznych, którą mogą wpływać na niską skuteczność działania systemu. Wentylacja naturalna wykorzystuje energię potencjalną mas powietrza o różnych temperaturach, czyli tzw. siłę wyporu. Okresowo ruch ten może być wspomagany działaniem wiatru. Uzyskiwana różnica ciśnienia w kanale wentylacyjnym jest mała i zmienna. Taki stan uniemożliwia jakąkolwiek regulację liczby wymian powietrza w pomieszczeniu.
Krokiem gwarantującym skuteczną wentylację wydawało się zastosowanie wentylatorów wymuszających cyrkulację powietrza w pomieszczeniach. System określany jako wentylacja mechaniczna gwarantował ciągłą i podatną na regulacje wymianę powietrza.
Niestety zastosowanie tego rodzaju wentylacji znaczne zwiększyło całkowite zużycie energii elektrycznej.
Szacunkowe dane wskazują, iż 10% całkowitego zużycia energii w państwach Unii Europejskiej, to energia wykorzystywana na podgrzanie powietrza wentylacyjnego, a także zużyta do napędów wentylatorów i innych urządzeń wentylacyjnych.
Jeżeli przyjrzeć się realnym możliwościom oszczędności okazuje się, że w długoterminowym okresie w obrębie Unii Europejskiej można zaoszczędzić do 64 PJ/rocznie, co jednocześnie przyczynia się do ogromnego zmniejszenia emisji CO2 do atmosfery.
W poszukiwaniu oszczędności w grupie państw Unii Europejskiej powstał projekt RESHYVENT. Zakładał on stworzenie czterech różnych rozwiązań łączących zalety wentylacji grawitacyjnej, takie jak niskie koszty inwestycyjne i eksploatacyjne oraz cicha praca, ze skutecznością i niezawodnością wentylacji mechanicznej. Projektowany system określony został mianem wentylacji hybrydowej.
Obok stworzenia nowego rozwiązania technicznego, program zakładał wykonanie opracowań naukowych wszystkich zjawisk mogących towarzyszyć nowym typom instalacji.
Uczestnikami projektu były cztery grupy przemysłowe i współpracująca z nimi grupa naukowa. W skład grupy przemysłowej wchodzili producenci ze Szwecji, Holandii, Francji, Belgii i Norwegii. Grupa naukowa jest reprezentowana przez ośrodki naukowo-badawcze z Holandii, Belgii, Szwajcarii, Szwecji, Francji, Danii, Portugalii, Norwegii, Grecji i Czech.
Strukturę projektu RESHYVENT przedstawiono w tabeli.

Jednym z uczestników programu RESHYVENT jest firma aereco - producent powszechnie stosowanych elementów higrosterowanych.
W wyniku prac, aereco opracowała i opatentowała specjalny typ niskociśnieniowej nasady dachowej VBP (rys. 1).
Nasada VBP jest urządzeniem wyciągającym powietrze o maksymalnej wydajność ok. 200 m3/h przy podciśnieniu 10 Pa. Wartości te pozwalają na skuteczne usuwanie powietrza z pięciu pomieszczeń. Parametry nasady sprawiają, że uzyskane wartości podciśnienia są charakterystyczne dla wentylacji naturalnej. Dzięki temu układ pracuje w sposób bardzo cichy. Możliwość zapewnienia stałego ciśnienia na takim poziomie przez cały rok (a nie tylko w zimie jak przy tradycyjnej instalacji wentylacji grawitacyjnej) jest ogromną zaletą.

Rys. 1. Nasada dachowa VBP
Dążąc do jak najniższego zużycia energii zaprojektowano silnik, którego zapotrzebowanie na energię elektryczną wynosi ok. 9 W. O skali uzyskanej dzięki temu oszczędności, może świadczyć prosty przykład: wentylator o konstrukcji tradycyjnej wentylujący pięć pomieszczeń zużył by ok. 260 kWh rocznie, podczas gdy nasada VBP tylko 18 kWh czyli 14 razy mniej (wg danych francuskich).
Wyzwaniem dla projektantów nowego urządzenia okazało się, prócz poszukiwania odpowiedniego silnika, stworzenie specjalnego kształtu korpusu i łopatek wentylatora zapewniającego jak najmniejsze opory przepływu. Zastosowano proste łopatki wirnika natomiast kierownice ułatwiające przepływ powietrza znajdują się w obudowie urządzenia (rys. 2). Dzięki temu udało się ograniczyć współczynnik oporu przepływu do wartości ξ= 0,93.
Badania przeprowadzone na budynkach mieszkalnych w jednym z paryskich osiedli oraz w laboratoriach, a następnie analiza wyników, wykazały ogromną przewagę nasady VBP nad tradycyjnym wentylatorami.

Rys. 2. Nasada dachowa VBP - przekrój
Na wykresach przedstawiono procesy zachodzące przy wentylacji pomieszczeń na czterech kondygnacjach w sposób grawitacyjny oraz z użyciem nasad VBP.
Gdy kanał wentylacyjny nie jest wyposażony w nasadę (lub jest ona wyłączona), praktycznie przez cały badany okres powietrze dostawało się do pomieszczeń przez komin (zjawisko odwrotnego ciągu kominowego). Obrazem tego efektu na wykresie są ujemne wartości przepływu. Dodatkowo układ pracuje w sposób bardzo niestabilny i nieprzewidywalny. W efekcie, przy zastosowaniu tradycyjnej wentylacji naturalnej, w okresie letnim, z pomieszczeń nie ma możliwości usunięcia zanieczyszczonego powietrza.
Po podłączeniu nasady zaobserwowano znaczną poprawę. Kanały wentylacyjne zaczęły skutecznie usuwać powietrze ze wszystkich pomieszczeń. Dodatkowo zmniejszyły się wahania wydajności kanałów, co wskazuje, iż zastosowanie nasady VBP stabilizuje pracę układu.

Rys. 3. Praca instalacji wentylacyjnej w lipcu przy włączonej nasadzie

Rys. 4. Praca instalacji wentylacyjnej w lipcu przy wyłączonej nasadzie
Jak wykazała analiza przeprowadzonych pomiarów, zastosowanie niskociśnieniowych nasad VBP znacznie poprawia skuteczność działania systemu wentylacji. Dodatkowym atutem jest bardzo niskie zużycie energii elektrycznej oraz cicha praca.
Doskonały efekt przynosi zastosowanie nasady VBP z elementami wentylacji higrosterowanej (nawiewniki, kratki), co pozwala skutecznie wentylować pomieszczenia, dostosowując ilość powietrza do aktualnych potrzeb.
W system wentylacji hybrydowej mogą być wyposażone zarówno nowe jak i remontowane budynki. W związku z tym, iż układ może wykorzystywać istniejące kanały grawitacyjne (pod warunkiem, że spełniają kryteria szczelności dla instalacji mechanicznej), niskociśnieniowe nasady kominowe doskonale sprawdzają się w przypadku modernizacji instalacji wentylacyjnych.

inż. Marcin Gasiński, inż. Paweł Kuleta
Doradcy techniczni aereco wentylacja sp. z o.o.


Opis do wykresu:
Oś pozioma – poszczególne dni lipca
Oś pionowa – przepływ powietrza [m3/h]

Krzywa niebieska – parter

Krzywa fioletowa – pierwsze piętro

Krzywa czerwona – drugie piętro

Krzywa Żółta – trzecie piętro