Wentylacja grawitacyjna w mieszkaniach z gazowymi urządzeniami grzewczymi

Najbardziej popularnym rodzajem wentylacji budynków mieszkalnych w Polsce, stosowanym od kilkudziesięciu lat, jest wentylacja naturalna grawitacyjna, w której nawiew powietrza świeżego odbywa się przez stolarkę okienną lub inne otwory w przegrodach zewnętrznych, a wywiew powietrza zużytego pionowymi przewodami wentylacyjnymi o odpowiednim przekroju poprzecznym. Przy tym systemie wykorzystuje się siłę wyporu czyli energię potencjalną mas powietrza o różnych temperaturach, okresowo wspomaganą energią kinetyczną wiatru.

Na efekty działania wentylacji grawitacyjnej mają wpływ również rozwiązania konstrukcyjne budynków, wymagania urbanistyki oraz warunki użytkowania pomieszczeń. Stolarka okienna stosowana w latach 60-tych nie posiadała szczelin nawiewnych, a co najwyżej uchylane lufciki, które w praktyce zapewniały dopływ powietrza do pomieszczeń. Budynki realizowane w ramach oszczędnościowego budownictwa lat 70-tych wyposażono w okna bez uszczelek i lufcików, ale jakość stolarki okiennej gwarantowała infiltrację powietrza, często nawet w admiarze.
Problemy z wentylacją grawitacyjną w budownictwie mieszkaniowym pojawiły się na przełomie lat 80 i 90-tych wraz z wprowadzeniem do powszechnego stosowania gotowych okien lub profili okiennych z wbudowanymi uszczelkami, które wyeliminowały infiltrację powietrza zewnętrznego, likwidując tym samym wymianę powietrza w pomieszczeniach.
Bezpośrednimi objawami braku wentylacji w mieszkaniach jest wzrost wilgotności względnej w powietrzu wewnętrznym, wykraplanie się pary wodnej z powietrza na chłodniejszych powierzchniach szyb okiennych i ścian, rozwój pleśni na nadprożach, ościeżach okien oraz narożach i w efekcie wyraźnie pogarszające złe samopoczucie domowników. Aktualnie stan zaniku wentylacji obejmuje większość mieszkań noworealizowanych oraz poddawanych modernizacji w ramach której wymieniono okna dotychczasowe na okna szczelne, a w których przed modernizacją ta sama wentylacja była wydolna [1].
Sytuacja w takich mieszkaniach staje się jeszcze bardziej tragiczna gdy mamy do czynienia z zamontowanymi gazowymi urządzeniami grzewczymi (gazowe podgrzewacze wody, piecyki dwufunkcyjne), które z jednej strony ze względu na zminimalizowane straty przesyłania ciepła są, z punktu widzenia ekonomicznego, najlepszym rozwiązaniem, z drugiej, przy braku dopływu świeżego powietrza i tym samym odpływu powietrza zużytego, niosą bardzo duże zagrożenie dla zdrowia i życia mieszkańców.
Sama obecność człowieka w pomieszczeniu prowadzi do wyczerpania tlenu i wzrostu stężenia dwutlenku węgla (proces oddychania). Uruchomienie urządzenia gazowego prowadzi do przyspieszenia ubytku tlenu i wzrostu stężenia produktów spalania (np. CO). Obecność tych związków w powietrzu wdychanym przez człowieka może doprowadzić do silnego zatrucia oraz w wielu przypadkach do śmierci.
Określenie ilości powietrza nawiewanego do pomieszczeń
Określając ilość powietrza wentylującego, jaką ze względów higienicznych należy doprowadzić do lokalu mieszkalnego, powinniśmy brać pod uwagę następujące akty prawne [1]:
• ustawa z dnia 7 lipca 1994 r. Prawo budowlane [2], oraz
• Rozporządzenie Ministra gospodarki Przestrzennej i Budownictwa z dnia 14 grudnia 1994 r.
w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie [3].
Obydwa akty prawne podlegały nowelizacji. Wymagania szczegółowe odnoszące się do zagadnień związanych z zapewnieniem mikroklimatu pomieszczeń zawarte są w następujących punktach rozporządzenia:
• Dział III. Budynki i pomieszczenia
rozdz.1. Wymagania ogólne, §50 i 51 rozdz. 6. Pomieszczenia higieniczno-sanitarne, §80 rozdz. 7. Szczególne wymagania dotyczące mieszkań w budynkach wielorodzinnych, §91 i 93
• Dział IV. Wyposażenie techniczne budynków
rozdz. 5. Przewody kominowe, § 140, 141, 142 i 143 rozdz. 6. Wentylacja i klimatyzacja, § 147, 148, 149, 150 i 155
• Dział VIII. Higiena i zdrowie
rozdz. 2. Ochrona czystości powietrza, § 310 rozdz. 4. Ochrona przed zawilgoceniem i zagrzybieniem, § 321 i 322.
Wymagania obligatoryjne w zakresie wentylacji zawarte są w następujących normach:
• PN-91/B-02020. Ochrona cieplna budynków. Wymagania i obliczenia. [4]
W p. 2.3.3 normy określa się przepuszczalność powietrza przez przegrody zewnętrzne dla budynków nowo wznoszonych. W myśl tego zapisu wartość współczynnika przepuszczania (infiltracji) powietrza otwieranych okien i drzwi balkonowych w budynkach mieszkalnych i użyteczności publicznej powinna się mieścić w przedziale od 0,5 do 1,0 m3/(m·h·daPa2/3).
• PN-93/B-03406. Obliczanie zapotrzebowania na ciepło pomieszczeń o kubaturze do 600m3. [5]
W p. 2.3.2 przyjęto objętość strumienia powietrza wentylującego w warunkach obliczeniowych zapotrzebowania na ciepło na równą jednej wymianie powietrza na godzinę.
• PN-83/B-03430. Wentylacja w budynkach mieszkalnych, zamieszkania zbiorowego i użyteczności publicznej. Wymagania. [6]
W p. 2.1.2 określono strumień objętości powietrza wentylującego dla mieszkań jako sumę strumieni powietrza usuwanego z pomieszczeń kuchni, łazienki, oddzielnego ustępu i ewentualnie garderoby, w temperaturze wewnętrznej zgodnie z PN-82/B-02402, bez uwzględnienia różnicy ciśnień spowodowanej działaniem wiatru.
W takich warunkach wymagany normatywny strumień powietrza wywiewanego (niezależnie od wielkości mieszkania) wynosi:
• kuchnia z oknem zewnętrznym wyposażona w kuchnię gazową lub węglową - 70m3/h
• łazienka z wc lub bez - 50m3/h
• oddzielny wc - 30m3/h
• pomieszczenie bezokienne (garderoba) - 15m3/h
Łączny strumień objętości powietrza wentylującego w zależności od układu mieszkania może wynosić:
• dla mieszkania typu A - 120m3/h
• dla mieszkania typu B - 150m3/h
• dla mieszkania typu C - 165m3/h
Do rozważań przyjęto trzy typy mieszkań.
Typ A oznacza lokal gdzie łazienka i WC to jedno pomieszczenie, typ B - łazienka oraz WC to oddzielne pomieszczenia, typ C - łazienka i WC jako oddzielne pomieszczenia oraz dodatkowo w tym mieszkaniu znajduje się pomieszczenie bezokienne. W okresie nocy strumień objętości powietrza wentylującego może być zredukowany do 20 3/h·osobę. Ilość powietrza jaką należy doprowadzić do pomieszczenia w którym zainstalowano kocioł (kuchnia) można określić następująco:
VP = VLmin × VGZ × l [m³/h] (1)
gdzie:
VP - ilość powietrza potrzebna dla prawidłowego przebiegu procesu spalania
VLmin - minimalna ilość powietrza potrzebna do spalenia 1 m3 gazu, by jako produkty spalania powstały tylko CO2, H2O, SO2 i N2. Dla gazu ziemnego VLmin = 9,91 m3/ m3
l - współczynnik nadmiaru powietrza.
W praktyce nie można osiągnąć całkowitego spalenia, dostarczając teoretycznie potrzebną ilość powietrza, gdyż taka obróbka paliwa, by wszystkie jego cząsteczki otrzymały niezbędną ilość powietrza jest prawie niemożliwa. Z tego względu w praktyce procesu spalania pracuje się z nadmiarem powietrza. Jednak wraz ze wzrostem ilości powietrza dostarczanego do procesu spalania spada temperatura płomieni. Rośnie zatem temperatura spalin, a tym samym wzrastają straty odlotowe. Dlatego też współczynnik nadmiaru powietrza należy utrzymywać na możliwie niskim poziomie. Przyjęto l = 1,2.
VGZ - maksymalne zużycie gazu.
Do obliczeń przyjęto, że maksymalne zużycie gazu wynosi 2,50 m3/h. Jest to wartość najczęściej spotykana dla obecnie stosowanych kotłów gazowych o mocy 25 kW. Jeżeli zużycie gazu będzie różnić się od przyjętej do obliczeń należy odpowiednio przeliczyć zapotrzebowanie powietrza do spalania. Uwzględniając powyższe otrzymujemy: VP = 9,91 × 2,50 × 1,2 = 29,73 m3/h. Przyjęto ilość powietrza niezbędną do prawidłowego przebiegu procesu spalania jako 30 m3/h. W świetle powyższych wymagań, strumień powietrza jaki należy doprowadzić do poszczególnych typów mieszkań w budynku przedstawia się następująco:

Sposób rozwiązania nawiewu powietrza wentylującego do pomieszczeń
W podanym poniżej sposobie organizacji napływu powietrza wentylującego do mieszkań przewiduje się zastosowanie systemu wentylacji higrosterowanej aereco (aprobata techniczna AT/98-02-0486 wydana przez COBRTI "Instal").
System ten składa się z trzech podstawowych elementów: nawiewników umożliwiających doprowadzenie strumienia powietrza niezbędnego dla celów higienicznych, proporcjonalnego do wilgotności względnej w pomieszczeniu, kratek wywiewnych działających na identycznej zasadzie oraz nawiewników o stałym przepływie zapewniających stały strumień powietrza niezbędny dla prawidłowego przebiegu procesu spalania w urządzeniach gazowych. Konstrukcja nawiewników jest bardzo prosta. W estetycznej obudowie z tworzywa sztucznego znajduje się czujnik wilgotności składający się z wiązki taśm poliamidowych zmieniających swą długość pod wpływem zmian wilgotności względnej w pomieszczeniu, który uruchamia (otwiera bądź zamyka) przepustnicę powietrza. Czujnik sterujący ilością napływającego powietrza reaguje na zmiany wilgotności względnej w pomieszczeniu w granicach 30 - 70%. Zapewnia to optymalny komfort i dopływ takiej ilości powietrza jaka jest wymagana w danej chwili. Sterowanie uzależnione od wilgotności zapewnia oszczędność; gdy nikt nie przebywa w pomieszczeniu, nawiewniki są przymknięte i do pomieszczenia jest doprowadzany minimalny strumień powietrza. Budowa nawiewników o stałym przepływie różni się od budowy nawiewników higrosterowanych tym, że zamiast sterowania automatycznego są one wyposażone w dźwignię sterowania ręcznego, umożliwiającą otwarcie bądź zamkniecie urządzenia. Podczas rozmieszczania urządzeń w mieszkaniu należy kierować się zasadą, że nawiew powietrza powinien znajdować się w pomieszczeniach o mniejszym zanieczyszczeniu (pokoje) natomiast wywiew w pomieszczeniach w których zanieczyszczenie powietrza jest większe (tzw. pomieszczenia techniczne). Wyjątkiem jest kuchnia z zainstalowanymi urządzeniami grzewczymi gazowymi gdzie bezwzględnie musi się znaleźć nawiewnik zapewniający stały dopływ powietrza niezbędnego dla procesu spalania.
Podsumowanie
Przyjęcie schematu proponowanego przez firmę aereco zapewni możliwość doprowadzenia wymaganej ilości powietrza do pomieszczeń, odpowiednią wentylację całego mieszkania oraz uchroni użytkowników przed skutkami złej wentylacji (powstawanie pleśni, gromadzenie się w pomieszczeniach produktów niepełnego spalania gazu), które w efekcie mogą prowadzić do licznych chorób a nawet śmierci.
Trzeba jednak pamiętać, że system proponowany przez aereco podobnie jak i inne systemy wymaga dobrego stanu technicznego kanałów wentylacyjnych.
mgr inż. Tomasz Kulnianin
Literatura:
1. Taźbirek M., Problemy wentylacji naturalnej we współczesnym budownictwie mieszkaniowym. Seminarium AERECO Wentylacja Sp. z o.o., Lublin, 2000.
2. Ustawa z dnia 7 lipca 1994 r. Prawo budowlane.
3. Rozporządzenie Ministra gospodarki Przestrzennej i Budownictwa z dnia 14 grudnia 1994 r.
w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie.
4. PN-91/B-02020. Ochrona cieplna budynków. Wymagania i obliczenia.
5. PN-93/B-03406. Obliczanie zapotrzebowania na ciepło pomieszczeń o kubaturze do 600 m3.
6. PN-83/B-03430. Wentylacja w budynkach mieszkalnych, zamieszkania zbiorowego i użyteczności publicznej. Wymagania.