Stosowanie odzysku ciepła, OZE oraz zdecentralizowanych systemów wentylacyjnych w kontekście wymagań WT 2021

W poprzednim artykule („Rynek Instalacyjny” 6/2021, s. 46–52 [8]) omówiono zalecenia odnośnie do projektowania energooszczędnych systemów wentylacji w kontekście zużycia energii pierwotnej i spełnienia wymagań warunków technicznych (WT) dotyczących charakterystyki energetycznej budynku. Zwrócono uwagę na konieczność stosowania wentylacji kontrolowanej oraz zalety wynikające z dopasowania intensywności przewietrzania do chwilowych potrzeb użytkowników (sterowanie obciążeniem, DCV). Na przykładzie obliczeniowym (charakterystyka energetyczna połowy „bliźniaka”) wykazano istotne znaczenie szczelności powietrznej budynku dla spełnienia wymagań WT w zakresie wskaźnika nieodnawialnej energii pierwotnej EP. Zwrócono również uwagę, że szczelność powietrzna ma znaczenie dla poprawnej współpracy budynku z systemem wentylacji mechanicznej z odzyskiem ciepła.

W publikacji tej omówiono także zagadnienie braku jasnych wytycznych odnośnie do przyjmowania wartości strumienia powietrza wentylacyjnego podczas obliczeń charakterystyki energetycznej, podkreślając, że nie zawsze powinno się przyjmować wartości wynikające z projektu systemu wentylacji. Krótko podsumowano również zalety systemów wentylacji zdecentralizowanej.

W niniejszym artykule omówione zostaną zalecenia dla systemów wentylacji budynków w kontekście obniżania ich energochłonności oraz wpływu na charakterystykę energetyczną (stosowanie odzysku ciepła z powietrza usuwanego z pomieszczenia), a co za tym idzie, na możliwość spełnienia obowiązujących wymagań WT, szczególnie w kontekście odzyskiwania ciepła oraz stosowania zdecentralizowanych systemów wentylacyjnych z rekuperatorami ściennymi.

Wymagania Komisji UE dotyczące systemów wentylacji

1 stycznia 2016 r. weszło w życie rozporządzenie Komisji UE nr 1253/2014 z dnia 7 lipca 2014 r. w sprawie wykonania dyrektywy Parlamentu Europejskiego i Rady 2009/125/WE w odniesieniu do wymogów dotyczących ekoprojektu dla systemów wentylacyjnych. Zawiera ono szereg wymagań dotyczących central wentylacyjnych o mocy elektrycznej powyżej 30 W (czyli w praktyce wszystkich). Zostały one podzielone na centrale przeznaczone dla budynków mieszkalnych i niemieszkalnych. Wszystkie centrale o wydajności mniejszej niż 250 m3/h są traktowane jako centralne przeznaczone do budynków mieszkalnych, a centrale o większej wydajności są automatycznie klasyfikowane jako przeznaczone do budynków niemieszkalnych. Wyjątek stanowią urządzenia o wydajności 250–1000 m³/h, które w karcie katalogowej mają wskazane zastosowanie: „tylko do budynków mieszkalnych”. Wymagania stawiane przez rozporządzenie sprzyjają energooszczędności. Wprowadzono w nim zapis dotyczący konieczności stosowania napędu wielobiegowego albo bezstopniowej regulacji prędkości obrotowej wentylatora, a także konieczności stosowania odzysku ciepła w tzw. systemach dwukierunkowych (nawiewno-wywiewnych).

Od 1 stycznia 2018 filtry muszą mieć sygnalizację zabrudzenia (przekroczenia zadanych oporów przepływu), aby energia nie musiała być tracona na wytworzenie przez wentylatory zwiększonego ciśnienia. Sprawność temperaturowa systemu odzysku ciepła określona dla warunków suchych (bez kondensacji) i równych strumieni powietrza przy ∆T = 20 K wg EN 13053 oraz EN 308 nie może być mniejsza niż 73% w układach bezpośrednich i 68% w pośrednich (np. wymienniki glikolowe). Centrale wentylacyjne przeznaczone do stosowania w budynkach mieszkalnych nie mogą przekraczać pewnej wartości „jednostkowej maksymalnej wewnętrznej mocy wentylatora” – JMWint, natomiast centrale wentylacyjne przeznaczone do stosowania w budynkach niemieszkalnych pewnej wartości „jednostkowego zużycia energii” – JZE. Metoda obliczania poszczególnych wskaźników sprawia, że preferowane są rozwiązania energooszczędne, umożliwiające dostosowanie wydajności do chwilowych potrzeb, stosowanie gruntowych powietrznych wymienników ciepła i in. Więcej szczegółów odnośnie do wymagań rozporządzenia można znaleźć w przeglądowym artykule [12]. Z kolei w artykule [5] zaprezentowano analizę czynników wpływających na wartość JZE dla budynków mieszkalnych, wskazując na decydującą rolę systemu sterowania, umożliwiającego dopasowanie wydajności wentylacji do aktualnych potrzeb, co w znaczący sposób poprawia energooszczędność.

Odzysk ciepła

Skierowanie strumieni powietrza nawiewanego i wywiewanego z pomieszczeń do jednego urządzenia (centrali wentylacyjnej) umożliwia zastosowanie jednej z wielu metod odzyskiwania ciepła z powietrza usuwanego. Świeże powietrze wentylacyjne jest podgrzewane (zimą) lub schładzane (latem) dzięki wymianie ciepła pomiędzy nim a powietrzem usuwanym z pomieszczenia. W systemach wentylacji grawitacyjnej byłoby ono wyrzucane wprost do atmosfery pomimo jego potencjału energetycznego (powietrze wywiewane z pomieszczenia zimą ma ok. 20–23°C). Najbardziej obszerną pozycją literaturową, w której przedstawione zostały różne sposoby realizacji odzysku ciepła z powietrza usuwanego, jest książka pt. Odzyskiwanie ciepła w wybranych technologiach inżynierii środowiska [17]. W książce tej szczegółowo opisana została zasada działania oraz procedura bilansowania cieplnego następujących metod odzysku ciepła: płytowy wymiennik ciepła, obrotowy wymiennik ciepła, obrotowy entalpiczny wymiennik ciepła, rurka ciepła, glikolowe wymienniki ciepła oraz pompa ciepła.

Koszt zakupu i eksploatacji modułu do odzysku ciepła w systemach wentylacji nawiewno-wywiewnej jest niski w porównaniu do zysku. Z tego powodu WT narzucają, żeby takie systemy o wydajności większej niż 500 m3/h były wyposażone w wymiennik do odzyskiwania ciepła o skuteczności przynajmniej 50%. Biorąc pod uwagę wcześniej opisane wymagania ekoprojektu, można zauważyć, że wymogi WT są obecnie spełniane automatycznie przez wszystkie urządzenia wentylacyjne, które są dopuszczone do obrotu. Stosowanie odzysku ciepła z powietrza usuwanego w systemach wentylacji mechanicznej wydaje się uzasadnione zarówno ekologicznie, jak i ekonomicznie, dlatego zdaniem autorów zalecenie to nie wymaga dodatkowego komentarza, ponieważ jest korzystne dla wszystkich – i inwestorów, i użytkowników.

Zastosowanie systemu wentylacji mechanicznej z odzyskiem ciepła w oczywisty sposób pomaga w osiągnięciu mniejszego zapotrzebowania na energię użytkową, a co za tym idzie, spełnieniu wymagań WT odnośnie do maksymalnej wartości wskaźnika EP. Należy jednak zwrócić uwagę, że samo ograniczenie zapotrzebowania na energię użytkową może nie być wystarczające, aby osiągnąć odpowiednio niską wartość wskaźnika EP. W różnych sytuacjach niezbędne może być zastosowanie dla budynku źródła ciepła charaktertyzującego się mniejszą wartością współczynnika nakładu nieodnawialnej energii pierwotnej wi, co wykazano w analizach przeprowadzonych np. w artykułach [11,14].

W artykule [14] znaleźć można wyniki obliczeń charakterystyki energetycznej dla budynku wielorodzinnego, z których wynika, że zastosowanie wentylacji mechanicznej nawiewno-wywiewnej z odzyskiem ciepła ze sprawnością na poziomie 50% spowodowało obniżenie wskaźnika zapotrzebowania na nieodnawialną energię pierwotną na cele grzewcze EPH o 13–31% w porównaniu do budynku z wentylacją grawitacyjną, a o 29–47% w przypadku zastosowania wymiennika odzysku ciepła o sprawności 70%. Co prawda wymagania ekoprojektu mówią o minimalnej skuteczności odzysku ciepła na poziomie 73%, jednak to nie tę wartość powinno się uwzględniać w obliczeniach charakterystyki energetycznej. Powinna to być średnioroczna sprawność odzysku ciepła, która w obliczeniach umożliwia lepsze odzwierciedlenie rzeczywistego zapotrzebowania na energię i jest zazwyczaj o od kilku do kilkunastu procent niższa niż wartość nominalna, do której odnoszą się wymogi ekoprojektu. W artykule [14] można również przeczytać, że wartość wskaźnika zapotrzebowania na nieodnawialną energię pierwotną na cele ogrzewania i przygotowania ciepłej wody EPH+W spełniającą wymagania WT 2021 uzyskano dla wariantu budynku z wentylacją mechaniczną z odzyskiem ciepła o sprawności 70% oraz źródłem ciepła w postaci kotła gazowego kondensacyjnego współpracującego z kolektorami słonecznymi wykorzystywanymi na cele przygotowania ciepłej wody użytkowej. Nie jest to zaskakujące, jeśli uświadomimy sobie, że w budynku bardzo dobrze zaizolowanym cieplnie, którego przegrody spełniają zalecenia WT 2021, a także z wentylacją mechaniczną z wysokosprawnym wymiennikiem do odzyskiwania ciepła z powietrza usuwanego największy udział w całkowitym bilansie energii przypada zapotrzebowaniu na ciepło na cele przygotowania c.w.u. Przy okazji warto wspomnieć, że analizy rzeczywistego zużycia ciepłej wody w kontekście obliczeń charakterystyki energetycznej wykazały, iż wartości sugerowane przez metodologię są zawyżone, co może prowadzić do zafałszowania wniosków na temat znaczenia c.w.u. dla rzeczywistego zużycia energii przez budynek [22].

Wnioski te potwierdza również analiza charakterystyki energetycznej budynków użyteczności publicznej przeprowadzona w artykule [16]. Autorka pracy wykazała, że w budynkach tego typu, użytkowanych okresowo i o znikomym zapotrzebowaniu na energię na cele podgrzewania ciepłej wody użytkowej, o wiele więcej wariantów systemów ogrzewania i wentylacji oraz źródeł ciepła jest w stanie spełnić najnowsze wymagania odnośnie do wskaźnika EP.

Wykorzystanie odnawialnych źródeł energii i GWC

Wysoka sprawność odzysku ciepła, zgodna z wymaganiami ekoprojektu, może zostać osiągnięta w centralach wentylacyjnych z płytowymi wymiennikami ciepła poprzez zmniejszenie rozstawu płyt, a co za tym idzie, wzrost oporów przepływu oraz wzrost temperatury, przy której powierzchnia płyt wymiennika ulega szronieniu zimą. Oznacza to, że wymienniki takie muszą być odszraniane częściej. W praktyce stosuje się wówczas nagrzewnice wstępne. Są one najczęściej elektryczne, dzięki czemu eliminowane jest ryzyko zamarzania czynnika grzewczego, można też zrezygnować z cieczowego (wodnego lub glikolowego) obiegu instalacji grzewczej do nagrzewnicy wstępnej. Biorąc pod uwagę współczynnik nakładu energii pierwotnej dla energii z sieci elektroenergetycznej równy w Polsce 3, rozwiązanie to powoduje zwiększenie współczynnika EP. Korzystniejszym rozwiązaniem z punktu widzenia zapotrzebowania na energię pierwotną jest zastosowanie powietrznego gruntowego wymiennika ciepła (GWC).

Gruntowe wymienniki ciepła najogólniej dzielą się na przeponowe (rurowe) i bezprzeponowe (żwirowe, płytowe, modułowe itp.). Zasada ich działania polega na wykorzystaniu akumulacyjności cieplnej gruntu, którego temperatura na głębokości ok. 2 m jest względnie stała w ciągu roku i zimą wynosi ok. 2–6°C, a latem 8–12°C. Powietrze przepływające przez GWC zimą ulega podgrzaniu, a latem ochłodzeniu. Więcej na temat zasady działania, konstrukcji oraz efektywności rurowych wymienników ciepła można przeczytać w artykułach [1, 6, 7,] a przegląd bezprzeponowych GWC znaleźć w artykule [10]. Przykładowe konstrukcje powietrznych gruntowych wymienników przedstawiono na rys. 1.

Szczegółową instrukcję, jak prawidłowo przeprowadzić obliczenia GWC w charakterystyce energetycznej przy wyznaczaniu zapotrzebowania na energię pierwotną, podano w artykule [13]. Zwrócono w nim uwagę na fakt, że rzetelne uwzględnienie GWC w charakterystyce energetycznej jest trudne, szczególnie w przypadku stosowania zmiennego strumienia powietrza wentylacyjnego (zalecanego dla uzyskania energo­oszczęd­ności), oraz na duży wpływ systemu sterowania na efektywność układu. Po raz kolejny warto podkreślić, że obliczenia wykonane zgodnie z metodologią sporządzania charakterystyki energetycznej budynku nie oddają w pełni potencjału GWC do zmniejszania energochłonności budynku, podobnie jak w przypadku zastosowania różnego typu sterowania czy zastosowania wentylacji DCV (kontrolowanej chwilowym zapotrzebowaniem), ponieważ uproszczony algorytm obliczeń nie przewiduje takiej możliwości. Pewnym rozwiązaniem tego problemu może być wprowadzenie tzw. ekwiwalentów, tzn. wartości strumienia powietrza i/lub wartości skuteczności odzysku ciepła, które będą lepiej odzwierciedlać rzeczywiste zapotrzebowanie na energię dla budynku. Rzetelne wyznaczenie wartości ekwiwalentnych jest jednak bardzo trudne i wymaga niestandardowego podejścia do obliczeń charakterystyki energetycznej. Nie jest zatem polecane i może być źle postrzegane, jako próba dopasowywania danych wejściowych do oczekiwań względem wyników.

Innym sposobem na wykorzystanie odnawialnych źródeł energii jest zastosowanie tzw. ciepłej czerpni lub komina solarnego. Są to rzadko spotykane elementy systemu wentylacyjnego, które umożliwiają wykorzystanie energii promieniowania słonecznego. Powietrze wentylacyjne przed skierowaniem do centrali wentylacyjnej może np. przepływać przez przezroczystą komorę z wypełnieniem akumulacyjnym (żwirowym, kamiennym), ulegając zimą wstępnemu podgrzaniu. Z kolei kominy słoneczne wykorzystują różnicę gęstości wywołaną podgrzewaniem się warstw powietrza, prowadzącą do powstania ciągu kominowego wymuszającego przepływ (np. przez GWC) bez konieczności wykorzystywania do tego celu energii elektrycznej do napędu wentylatorów. Dokładne projektowanie i bilansowanie energetyczne tego typu systemów jest skomplikowane, dlatego w praktyce stosuje się intuicyjne inżynierskie rozwiązania ciepłych czerpni (bez wykonywania obliczeń i doboru), a kominy solarne są raczej rzadkością. Uwzględnienie wpływu tego typu systemów na charakterystykę energetyczną nie jest zalgorytmizowanie i wymaga indywidualnego podejścia, dlatego w większości przypadków jest milcząco pomijane. Jest to kolejny przykład systemów, które przynoszą zyski energetyczne i ekonomiczne w trakcie eksploatacji, jednak ich wpływ nie jest ujmowany w obliczeniach charakterystyki energetycznej. Między innymi z tego powodu rozwiązania te nie są popularne, ponieważ ich zastosowanie nie powoduje znaczącego obniżenia obliczeniowej wartości EP, co przekłada się na małe zainteresowanie projektantów oraz inwestorów tymi systemami.

Wentylacja zdecentralizowana w kontekście wymagań WT

Rozwiązaniem, które może zapewnić właściwą jakość powietrza w budynkach istniejących, szczególnie poddawanych termomodernizacji, jest wentylacja zdecentralizowana. Dostępnych jest wiele urządzeń, dzięki którym do pomieszczeń można doprowadzić w sposób kontrolowany wymaganą ilość powietrza zewnętrznego, zapewniającą właściwą jakość powietrza.

Urządzenia przeznaczone do wentylacji zdecentralizowanej to np. systemy jednorurowe wyposażone w wentylatory rewersyjne pracujące naprzemiennie w różnych konfiguracjach oraz wymienniki ciepła lub minicentrale wentylacyjne o małej wydajności. Urządzenia takie montowane są zwykle w ścianach zewnętrznych budynku (rys. 3). Jeżeli tylko w pomieszczeniu jest miejsce na wykonanie otworu, możliwe jest wstawienie tam wentylatorów ściennych uzupełnionych o wymienniki do odzysku ciepła lub kanału nawiewnego i wywiewnego do lokalnych centralek wentylacyjnych o małych wydajnościach.

Urządzenia przeznaczone do wentylacji zdecentralizowanej charakteryzują się małym zużyciem prądu przez wentylatory, ponieważ ich spręż jest niewielki z uwagi na brak oporów miejscowych instalacji kanałowej. Stosowane obecnie wymienniki ceramiczne do odzysku ciepła są wysokosprawne, dzięki czemu do pomieszczeń nawiewane jest powietrze wstępnie ogrzane, co ma istotne znaczenie w okresie zimowym. Dużą zaletą takich urządzeń jest również możliwość zainstalowania w nich filtru wysokiej klasy, dzięki czemu redukuje się narażenie ich na zanieczyszczenia obecne w powietrzu zewnętrznym, takie jak m.in. pyły. Urządzenia wentylacji zdecentralizowanej są kompaktowe, ponieważ mają one mieć zastosowanie również w budynkach istniejących, w których kłopotliwe może być znalezienie miejsca na dużą centralę wentylacyjną oraz prowadzenie kanałów wentylacyjnych, które w zależności od rozległości instalacji mogą wymagać dużej ilości przestrzeni pod sufitem. Kompaktowe są również czerpnia i wyrzutnia.

Urządzenia wentylacji zdecentralizowanej nie są pozbawione wad. Należą do nich z pewnością: określony wąski zakres wydajności, niedostateczne doprowadzenie powietrza w każde miejsce wentylowanego pomieszczenia, szczególnie w przypadku nieprzemyślanego projektu takiego systemu, oraz wysokie koszty inwestycyjne.

W Polsce problem stanowi konstrukcja czerpnio-wyrzutni w tych urządzeniach. W przypadku małych central wentylacyjnych z wymiennikami ciepła otwory czerpni i wyrzutni są na stałe od siebie oddzielone, jednak z uwagi na łatwość i techniczną wykonalność montażu tych elementów są one lokalizowane blisko siebie (zwykle w odległości mniejszej niż 1,5 m). Z kolei w przypadku systemów jednorurowych z wentylatorami rewersyjnymi w ścianie lokalizuje się jeden otwór, będący w zależności od trybu pracy raz czerpnią, a innym razem wyrzutnią.

Wymagania stawiane czerpniom i wyrzutniom w § 152 WT mają na celu zapewnienie właściwej jakości powietrza dostarczanego do pomieszczeń, w których przebywają ludzie. Szczegółowa analiza przepisów WT w zakresie lokalizacji czerpni i wyrzutni została omówiona w artykule [4]. Wśród najważniejszych wymagań, które wydają się być niespełnione w przypadku urządzeń wentylacji zdecentralizowanej, jest wzajemna lokalizacja czerpni i wyrzutni, która przy ich ulokowaniu na ścianie musi wynosić co najmniej 1,5 m. Taka odległość ma zapewnić niemieszanie się strumienia nawiewanego z powietrzem usuwanym z pomieszczenia. W przypadku kompaktowych urządzeń wentylacji zdecentralizowanej czy wentylatorów rewersyjnych nie ma możliwości oddalenia od siebie czerpni i wyrzutni na tę odległość. W celu sprawdzenia, czy w urządzeniach wentylacji zdecentralizowanej niespełnienie warunku o oddaleniu od siebie czerpni i wyrzutni na 1,5 m powoduje, że strumienie powietrza wywiewanego i nawiewanego się mieszają, przeprowadzono badania na stanowisku laboratoryjnym [6, 7]. Wyniki pokazują, że do mieszania się strumieni powietrza nie dochodziło.

Podobnie trudne do spełnienia jest wymaganie dotyczące odległości wyrzutni od okien (§ 152 WT), które wydaje się adekwatne dla dużych systemów wentylacyjnych, ale nie dla pojedynczych mieszkań czy pomieszczeń. Według tego zapisu odległość między wyrzutnią a oknem w pionie powinna wynosić min. 2 m od dolnej krawędzi wyrzutni i min. 2 m od górnej, co oznacza, że w tej sytuacji odległość między oknami powinna wynieść ponad 4 m. W praktyce nie stosuje się jednak w budynkach tak wysokich kondygnacji, a więc systemy wentylacji ściennej w typowym budynku wielorodzinnym nie są w stanie spełnić wymagań WT (pod warunkiem, że są traktowane jak system wentylacji mechanicznej z odzyskiem ciepła, a nie jak rodzaj nawiewnika/nawietrzaka). Odległość między oknem a wyrzutnią w poziomie powinna wynosić min. 3 m.

Osobną kwestią jest, czy istnieje potrzeba otwierania okna, podczas gdy działa system wentylacyjny. Stosowanie odpowiednich odległości między oknem a czerpnią czy wyrzutnią powinno mieć zastosowanie w przypadku, gdy urządzenie wentylacyjne działa i usuwa powietrze wewnętrzne, a w tym samym czasie otwarte będzie okno. Jeżeli wietrzenie nie będzie się odbywało podczas pracy systemu wentylacji mechanicznej, to odległość urządzenia od okna nie powinna mieć znaczenia. Otwarcie okna jest bardzo niekorzystne w przypadku działania systemu wentylacji mechanicznej. Zamiast przepisu dotyczącego odległości należałoby raczej wprowadzić zakaz otwierania okien po załączeniu się systemu wentylacyjnego.

Warto wspomnieć, że w przypadku zblokowanych urządzeń wentylacyjnych dopuszczalne jest stosowanie mniejszej odległości między czerpnią a wyrzutnią, jednak WT podają, że może to mieć miejsce jedynie w odniesieniu do urządzenia wentylacyjnego zlokalizowanego na dachu budynku. Tym zapisem znowelizowano przestarzałe wymogi WT, które narzucały minimalną odległość czerpni od wyrzutni na dachu 10 m (przy wyrzucie poziomym) oraz 6 m (przy wyrzucie pionowym), co przez lata skutkowało prowadzeniem na dachu zbędnych, jak się okazuje dzisiaj, kanałów tylko po to, aby spełnić wymagania, i pomimo że zblokowane konstrukcje były już na rynku dostępne. To jeden z przykładów pokazujących, że prawo nie nadąża za zmianami w technice i często odnosi się do przestarzałych technologii lub stawia takie same wymagania odpowiedzialnym, dużym systemom i małym, przeznaczonym do wentylacji bytowej mieszkań. Wydaje się zatem zasadne, aby kolejna aktualizacja WT umożliwiała stosowanie systemów z czerpnio-wyrzutniami ściennymi.

Badania doświadczalne czerpnio-wyrzutni ściennych

Wspomniane badania dotyczące możliwości mieszania się strumieni powietrza nawiewanego i wywiewanego w zintegrowanych czerpnio-wyrzutniach urządzeń do wentylacji zdecentralizowanej przeprowadzone zostały na stanowisku laboratoryjnym. Szczegóły konstrukcji tego stanowiska oraz wyniki badań wraz z ich interpretacją opisano w artykułach [2,3]. Komorę badawczą imitującą pomieszczenie wypełniano gazem znacznikowym oraz dymem. W komorze testowej montowano urządzenia wentylacyjne: wentylatory rewersyjne lub centrale wentylacyjne o małej wydajności ze zintegrowanymi czerpnio-wyrzutniami. Mierzono stężenie gazu znacznikowego (dwutlenku węgla) w komorze testowej, na czerpni i wyrzutni oraz w niewielkiej odległości od czerpnio-wyrzutni. Komorę testową również wypełniano dymem i oceniano wizualnie, czy dochodzi do zawracania usuwanego strumienia powietrza wentylacyjnego z powrotem do pomieszczenia (fot. 2).

W trakcie badań wykazano, że spadek stężenia CO₂ w komorze testowej odpowiada obliczeniowemu spadkowi wyznaczonemu z równania zaniku zanieczyszczeń. Wskazuje to, że do zawracania powietrza usuwanego z pomieszczenia nie dochodzi. Wizualizacja z użyciem dymu potwierdziła wyniki pomiarów. W przypadku centrali wentylacyjnej o małej wydajności pomimo zlokalizowania czerpni i wyrzutni w odległości 55 cm od siebie konstrukcja zintegrowanej czerpnio-wyrzutni zapewniła dostateczne rozdzielenie strumieni powietrza.

W przypadku wentylatorów rewersyjnych, w których ten sam otwór pełni funkcję czerpni w jednym trybie pracy, po czym po krótkiej przerwie (około 10 s) pełni funkcję wyrzutni, istniało podejrzenie, że część powietrza usuwanego może być nawiewana do pomieszczenia. Badania potwierdziły, że przerwa pomiędzy kolejnymi trybami pracy wentylatora rewersyjnego pozwala na dostateczną dyspersję strumienia powietrza usuwanego przed rozpoczęciem trybu nawiewu. Wyniki badań pokazały, że jeżeli urządzenie wentylacyjne wyposażone jest w zintegrowaną czerpnio-wyrzutnię, która jest elementem fabrycznym i powtarzalnym w procesie produkcji, ryzyko mieszania się strumieni powietrza właściwie nie występuje. Takie urządzenia powinny być zwolnione z obowiązku spełnienia wymagania dotyczącego lokalizowania czerpni i wyrzutni w odległości minimum 1,5 m, tak jak ma to miejsce w przypadku zblokowanych urządzeń wentylacyjnych lokalizowanych na dachu. Urządzenia te mogą być dobrym rozwiązaniem problemu jakości powietrza w budynkach istniejących [9], szczególnie przy braku możliwości montażu tradycyjnej, kanałowej, centralnej wentylacji mechanicznej nawiewno-wywiewnej.

Wnioski

Podsumowując informacje przedstawione w artykule wcześniejszym [8] i niniejszym, można sformułować następujące wnioski:

1. Duże znaczenie dla energochłonności współczesnych budynków ma szczelność powietrzna; powinna ona wynosić ok. 1–1,5 h^-1 w przypadku budynków energooszczędnych oraz ok. 0,6 h^-1 dla budynków prawie zeroenergetycznych (nZEB).
2. Powinno się stosować wentylację kontrolowaną, najlepiej zdecentralizowaną lub strefowaną, która umożliwia dopasowanie wydajności do aktualnych potrzeb użytkowników danego pomieszczenia.
3. Wartość strumienia powietrza wentylacyjnego nie powinna być zwiększana ponad wartość wynikającą z kryterium higienicznego, co miałoby na celu odebranie obciążeń chłodniczych lub cieplnych; na cele grzania i chłodzenia powinno się wykorzystywać inne systemy, np. wodne.
4. Powinno się stosować odzyskiwanie ciepła z powietrza usuwanego, najlepiej równolegle z odnawialnymi źródłami energii, dzięki wykorzystaniu powietrznych gruntowych wymienników ciepła, ciepłych i zimnych czerpni, kominów solarnych, pomp ciepła.
5. W przypadku termomodernizacji istniejących budynków warto rozważyć oprócz docieplenia ścian i wymiany stolarki okiennej również zastosowanie systemu wentylacji ściennej, umożliwiającego odzyskiwanie ciepła z powietrza usuwanego.
6. Wartości strumieni powietrza wentylacyjnego w projekcie systemu wentylacji zwykle nie powinny być zakładane do obliczeń charakterystyki energetycznej, ponieważ mogą skutkować uzyskaniem zawyżonych wartości zapotrzebowania na nieodnawialną energię pierwotną.
7. W budynkach mieszkalnych o dobrej izolacyjności cieplnej przegród budowlanych, zgodnej z wymaganiami WT 2021, oraz o szczelnej obudowie, z zainstalowanym systemem wentylacji mechanicznej z odzyskiem ciepła największy procentowy udział, a zatem i wpływ na wartość wskaźnika EP ma zapotrzebowanie na ciepło na cele podgrzewu ciepłej wody użytkowej.
8. Analiza literatury w kontekście możliwości spełnienia wymagań WT 2021 odnośnie do projektowej charakterystyki energetycznej budynku pokazuje, że decydującą rolę odgrywa wybór źródła ciepła o odpowiednio niskiej wartości współczynnika nakładu energii pierwotnej. Pozostałe elementy budynku, takie jak np. systemy wentylacji, są w tym kontekście mniej znaczące, z uwagi na brak odpowiednich zależności umożliwiających ocenę ich rzeczywistego wpływu na charakterystykę energetyczną w algorytmie metodologii obliczeń.

Literatura

1. Amanowicz Ł., Influence of geometrical parameters on the flow characteristics of multi-pipe earth-to-air heat exchangers – experimental and CFD investigations, „Applied Energy” 226, 2018, p. 849–861
2. Amanowicz Ł., Ratajczak K., Szczechowiak E., Badania jednorurowych systemów wentylacyjnych pod kątem oceny mieszania się strumieni powietrza w czerpni i wyrzutni, „Ciepłownictwo Ogrzewnictwo Wentylacja” 6(52)/2019, s. 231–238
3. Amanowicz Ł., Ratajczak K., Szczechowiak E., Analiza możliwości stosowania systemu wentylacji zdecentralizowanej w budynkach edukacyjnych, „Instal” 10/2019, s. 20–26
4. Amanowicz Ł., Ratajczak K., Szczechowiak E., Stosowanie rekuperatorów ściennych w budynkach nowych i modernizowanych cieplnie w świetle aktualnych wymagań prawnych, „Rynek Instalacyjny” 11/2019, s. 58–62
5. Amanowicz Ł., Szczechowiak E., Zasady projektowania systemów wentylacji budynków energooszczędnych, „Ciepłownictwo Ogrzewnictwo Wentylacja” 2(48)/2017, s. 72–78
6. Amanowicz Ł., Wojtkowiak K., Badania eksperymentalne wpływu zmian sposobu zasilania powietrznego gruntowego wymiennika ciepła typu rurowego na jego charakterystykę przepływową. Cz. 1. Równomierność rozpływu, „Ciepłownictwo Ogrzewnictwo Wentylacja” 6(41)/2010, s. 208–212
7. Amanowicz Ł., Wojtkowiak J., Badania eksperymentalne wpływu zmian sposobu zasilania powietrznego gruntowego wymiennika ciepła typu rurowego na jego charakterystykę przepływową. Cz. 2. Straty ciśnienia, „Ciepłownictwo Ogrzewnictwo Wentylacja” 7–8(41)/2010, s. 263–266, 282
8. Amanowicz Ł., Ratajczak K., Praktyczne aspekty projektowania energooszczędnych systemów wentylacyjnych, „Rynek Instalacyjny” 6/2021, s. 46–52
9. Basińska M., Michałkiewicz, M., Ratajczak K., Impact of physical and microbiological parameters on proper indoor air quality in nursery, „Environment International” 132, 2019, 105098
10. Chmielewski K., Amanowicz Ł., Bezprzeponowe powietrzne gruntowe wymienniki ciepła w układach wentylacji mechanicznej, „Rynek Instalacyjny” 5/2017, s. 76–80
11. Jadwiszczak P., Trząski A., Wentylacja i ogrzewanie w nowych przepisach. Warunki techniczne, jakim powinny odpowiadać budynki – stan na 2017 i 2021, Grupa MEDIUM, Warszawa 2016
12. Kostka M., Wymagania ekoprojektu dla systemów wentylacyjnych, „Rynek Instalacyjny” 5/2016, s. 47–52
13. Kostka M., Szulgowska-Zgrzywa M., Obliczenia energetyczne gruntowych rurowych wymienników ciepła, „Rynek Instalacyjny” 6/2015, s. 64–68
14. Zaborowska E., Charakterystyka energetyczna budynków mieszkalnych wielorodzinnych w perspektywie wymagań 2017–2021, „Rynek Instalacyjny” 1–2/2017
15. Zaborowska E., Charakterystyka energetyczna budynków zamieszkania zbiorowego w perspektywie wymagań 2017–2021, „Rynek Instalacyjny” 3/2017
16. Zaborowska E., Charakterystyka energetyczna budynków użyteczności publicznej w perspektywie wymagań 2017–2021, „Rynek Instalacyjny” 4/2017
17. Rosiński M., Odzyskiwanie ciepła w wybranych technologiach inżynierii środowiska, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa 2008
18. Jak spełnić wymagania, jakim powinny odpowiadać budynki od 2021 roku? Ogrzewanie i wentylacja w warunkach technicznych, POBE, 2020
19. Rozporządzenie Komisji (UE) nr 1253/2014 z dnia 7 lipca 2014 r. w sprawie wykonania dyrektywy Parlamentu Europejskiego i Rady 2009/125/WE w odniesieniu do wymogów dotyczących ekoprojektu dla systemów wentylacyjnych (Dz.Urz. UE L 337/8 z 25.11.2014)
20. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury i Rozwoju z dnia 3 czerwca 2014 r. w sprawie metodologii obliczania charakterystyki energetycznej budynku i lokalu mieszkalnego lub części budynku stanowiącej samodzielną całość techniczno-użytkową oraz sposobu sporządzania i wzorów świadectw charakterystyki energetycznej (DzU 2014, poz. 888)
21. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (DzU 2002, nr 75, poz. 690, z późn. zm.)
22. Artykuł niepublikowany, w trakcie recenzji czasopisma „Energies”

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!