Ile kosztuje wentylacja w budynku pasywnym?

W celu zapewnienia odpowiedniej jakości powietrza w budynkach, w których przebywają ludzie, konieczne jest wentylowanie pomieszczeń. Z drugiej strony zobligowani jesteśmy do oszczędzania energii i aspekt ten staje się obecnie dominujący podczas budowy i eksploatacji obiektów.

Świadomość użytkowników na temat znaczenia jakości powietrza i jego wpływu na zdrowie i samopoczucie człowieka jest niska. Efektem takiego podejścia jest niewentylowanie pomieszczeń lub zbyt mała wymiana powietrza (jeśli istnieje wentylacja – jej przymykanie lub całkowite zamykanie). Ma to szczególne znaczenie w budynkach pasywnych, w których izolacyjność i szczelność stanowią priorytet.

Jednak w odczuciu wielu użytkowników zastosowanie systemu wentylacji mechanicznej wiąże się z problemami inwestycyjnymi i kosztami eksploatacyjnymi. Inwestorzy i użytkownicy napotykają wiele utrudnień, które w praktyce prowadzą do niestosowania żadnej lub jedynie „szczątkowej” wentylacji, co wiązać się może ze znacznym pogorszeniem jakości powietrza, wywołującym negatywne skutki dla zdrowia i kondycji fizycznej i psychicznej człowieka, a także negatywne skutki dla samego budynku.

Zanieczyszczenia

Do najbardziej szkodliwych zanieczyszczeń obecnych w powietrzu zalicza się:

• zanieczyszczenia antropogeniczne, czyli wynikające z procesów działalności człowieka (spalanie gazu, palenie tytoniu, sprzątanie, gotowanie, prace remontowe itp.),
• zanieczyszczenia mikrobiologiczne (kurz, grzyby, drożdżaki, pleśnie, bakterie, odpady zwierzęce),
• zanieczyszczenia emitowane z materiałów budowlanych oraz wykończeniowych zastosowanych w danym środowisku przebywania człowieka.

Odczuwalna jakość powietrza

Intensywność wydzielania się zanieczyszczeń wewnętrznych w większości przypadków wyrazić można „równoważnikiem osobowym”, to znaczy liczbą standardowych osób (olf), które spowodują zanieczyszczenie powietrza równie uciążliwe jak analizowane źródło zanieczyszczeń [5].

Odczuwalna jakość powietrza może być wyrażona w decypolach, gdzie 1 dp to stężenie zanieczyszczeń powietrza w pomieszczeniu wywołane obecnością standardowej osoby (emisja zanieczyszczeń 1 olf) przy przepływie przez pomieszczenie 36 m³/h (10 l/s) powietrza zewnętrznego w warunkach idealnego mieszania się strumienia.

Skutki zanieczyszczeń

Jakość powietrza w pomieszczeniach, w których spędzamy znaczną część dnia, ma istotny wpływ na nasze zdrowie i samopoczucie. Projektanci i użytkownicy często nie zdają sobie sprawy, jak bardzo zła wentylacja i tzw. przeszczelnienie pomieszczeń mogą obniżyć jakość powietrza wewnętrznego i stać się niespodziewanym źródłem różnego rodzaju schorzeń.

Skutkiem przeszczelnienia pomieszczeń jest brak w nich świeżego powietrza powodujący zagrożenie dla naszego zdrowia i życia oraz kondensacja pary wodnej w ścianach zmniejszająca ich izolację termiczną i powodująca powstawanie grzybów i pleśni. Z kolei skutki przebywania ludzi w szkodliwych warunkach opisane zostały w dwóch podstawowych zespołach objawowych: syndromie chorego budynku i wieloczynnościowej nadwrażliwości chemicznej.

W budynkach pasywnych pomimo spełnionych warunków i wymagań czystości pojawiają się skargi użytkowników na występujące w danym miejscu duszne i nieświeże powietrze, powodujące bóle i zawroty głowy, nadmierne zmęczenie, nudności, wysypkę, zaburzenia pamięci i koncentracji, zaburzenia w oddychaniu, podrażnienie błon śluzowych gardła, nosa i krtani, w skrajnych przypadkach omdlenia. Takie objawy i dolegliwości określa się jako syndrom chorego budynku – SBS (ang. Sick Building Syndrome).

Wystąpienie przykrych dolegliwości związane jest głównie ze zbyt małą ilością świeżego powietrza w pomieszczeniu i jego złą jakością (jest to prawdopodobnie wynikiem obecności związków chemicznych w pomieszczeniu, a dokładnie mieszanin tych związków o bardzo niskich stężeniach).

Źródłami zanieczyszczeń powietrza w pomieszczeniu mogą być

• organizmy żywe (np. produkty uboczne oddychania i pocenia się, grzyby, pleśnie),
• materiały budowlane i elementy wyposażenia wnętrz (np. rozpuszczalniki, impregnaty do drewna, związki emitowane przez farby malarskie, azbest),
• systemy wentylacji i klimatyzacji (np. mikroorganizmy żyjące w nieczyszczonych przewodach wentylacyjnych),
• powietrze zewnętrzne (np. zanieczyszczenia chemiczne powietrza w dużych aglomeracjach miejskich),
• samo użytkowanie pomieszczeń (np. palenie tytoniu).

Jak się szacuje, na syndrom chorego budynku zapada 20–30% pracowników biurowych, a w 1984 r. Światowa Organizacja Zdrowia (WHO) poinformowała, że SBS występuje aż w 30% nowych i odnawianych budynków na świecie. Po usunięciu przyczyn (uzyskaniu dostępu do świeżego powietrza lub opuszczeniu zbyt szczelnego budynku) objawy te mijają, choć niestety często mogą przejść w trwałe stany chorobowe, zanim użytkownicy zdiagnozują przyczyny złego samopoczucia.

Natomiast wieloczynnikowa nadwrażliwość chemiczna (Multiple Chemical Sensitivity) to zespół objawów wywołany ekspozycją na powszechnie występujące zanieczyszczenia środowiska przy niskich poziomach narażenia, niepowodujących niekorzystnych skutków zdrowotnych w populacji generalnej. Objawy dotyczą wielu narządów i układów, a mogą wystąpić w różnych niezwiązanych ze sobą środowiskach.

Symptomy MCS to między innymi:

• nadmierna podatność na zmęczenie,
• bóle i zawroty głowy,
• dezorientacja, depresja, drażliwość,
• zaburzenia pamięci świeżej,
• zaburzenia emocjonalne i zaburzenia koordynacji ruchowej,
• nadwrażliwość na przykre zapachy,
• zaburzenia widzenia (mroczki, okresowe zaczerwienienie pola widzenia),
• osłabienie mięśni i stawów,
• bóle i skurcze mięśni,
• objawy astmy lub inne zaburzenia ze strony układu oddechowego,
• zaburzenia rytmu serca,
• zaburzenia żołądkowo-jelitowe.

Rodzaje wentylacji

W celu kształtowania jakości powietrza (jego parametrów) tworzącego środowisko człowieka stosuje się odpowiednie technologie, w tym instalacje wentylacyjne (względnie klimatyzacyjne).

Wentylacja ma na celu wymianę powietrza w pomieszczeniu na tzw. „świeże” (z otoczenia zewnętrznego) i usunięcie zanieczyszczeń zarówno stałych (np. pyły), ciekłych, jak i gazowych.

Zanieczyszczeniem do usunięcia są również strumienie ciepła i wilgoci nadmiernie wydzielane w pomieszczeniu. Wentylację dzieli się na naturalną (przewietrzanie), grawitacyjną (przez odpowiednie wyposażenie lub ukształtowanie ciągów powietrza), mechaniczną (z zastosowaniem specjalnych instalacji i wentylatorów) oraz hybrydową (będącą połączeniem grawitacyjnej z mechaniczną) [1].

W budownictwie pasywnym jedynym rozwiązaniem jest wentylacja mechaniczna nawiewno-wywiewna – zastosowanie innego typu wentylacji jest praktycznie niemożliwe.

Przykładowo dla wentylacji hybrydowej, aby wykorzystać przepływ powietrza przez szczeliny w typowych nowych oknach o nieszczelności 0,1 m³/(m×h×daPa^2/3), w warunkach typowych [3], dla strumienia powietrza 250 m³/h, wymagana długość szczelin powinna wynosić 9708 m, a liczba nawietrzaków (o charakterystyce 50 m³/h dla 10 Pa) – 15 szt. Są to wielkości praktycznie niemożliwe do uzyskania, dlatego konieczne jest zastosowanie wentylacji mechanicznej.

Roczny koszt ogrzania powietrza wentylacyjnego – przykład dla domu jednorodzinnego

W strefie klimatycznej, w której znajduje się południowa Polska (Kraków), średnia temperatura powietrza zewnętrznego dla sezonu grzewczego (T_zśr) wynosi 3°C. Czas trwania sezonu grzewczego (t) to 5328 godzin.

Niezbędna ilość energii potrzebnej do podgrzania jednostkowego strumienia powietrza świeżego wynosi 31,0 kWh/(rok×m³/h). Koszt 1 kWh energii cieplnej (K_ec) to 0,176 zł/kWh. Koszt ogrzania 1 m³ powietrza w kotle na gaz GZ50 o sprawności 90% wynosi 5,44 zł/(rok×m³/h).

Przy zapewnieniu (dla przeciętnego domu jednorodzinnego: 5 osób, kuchnia, dwie toalety, dwie łazienki) strumienia powietrza wielkości 250 m³/h orientacyjny koszt ponoszony na ogrzanie powietrza wentylacyjnego wyniesie:

Powyższą wartość można zredukować, stosując na przykład wymiennik gruntowy, którego ciągła eksploatacja może przynieść oszczędności rzędu 0,90 zł×250 = 225 zł/rok. Kolejną oszczędność można uzyskać, stosując odzysk ciepła w wymienniku o średniorocznej sprawności 50%. Zatem roczny koszt ogrzewania powietrza wentylacyjnego wyniesie:

Do tego należy doliczyć koszt energii elektrycznej potrzebnej do napędu wentyla­torów:

[1]

Orientacyjne roczne koszty poniesione na wentylację wyniosą wówczas ok. 760 zł.

Problemy instalacyjne

Kłopoty związane z instalacją wentylacji mechanicznej zaczynają się od znalezienia odpowiedniego miejsca na lokalizację centrali. W domach jednorodzinnych trudno o miejsce o odpowiednich rozmiarach, oddalone od pomieszczeń przeznaczonych na wypoczynek (salony, sypialnie), a jednocześnie mające dogodne połączenie z zewnątrz (kanały do czerpni i wyrzutni).

Najczęściej wybierane jest poddasze, ale w takim wypadku trzeba pamiętać o częściowej choćby wibroizolacji, żeby praca urządzenia nie była uciążliwa (szczególnie w nocy). Właściwe umieszczenie czerpni i wyrzutni powietrza gwarantować będzie jego dobrą jakość. Pomocne będą tu przepisy [8] i normy [6, 7].

[1])       Współczynnik redukcyjny uwzględniający wietrzenie pomieszczeń poprzez otwarcie okien.

Kolejnym problemem jest odpowiednie rozprowadzenie powietrza kanałami. Aby organizacja przepływu powietrza w poszczególnych pomieszczeniach była prawidłowa i następowało właściwe przewietrzanie, kanały muszą być często poprowadzone nie tylko w korytarzach, ale również w innych pomieszczeniach, co zaburza estetykę tych ostatnich.

Jednak głównym problemem staje się „etapowanie”, sprowadzające się do odłożenia inwestycji w wentylację „na później”. Praktyka pokazuje, że dopóki nie wystąpią poważne problemy z wykraplającą się wilgocią albo zdrowiem mieszkańców (jednoznacznie kojarzone z jakością powietrza), problem właściwej wentylacji pomieszczeń jest całkowicie pomijany.

Podsumowanie – optymalizacja, a nie maksimum oszczędności

Wentylacja pomieszczeń powinna być jednym z priorytetów zarówno dla projektanta, jak i użytkownika budynku. Koncepcja budynków pasywnych jest jak najbardziej słuszna, a nacisk na redukcję kosztów ogrzewania jest w naszym społeczeństwie bardzo dobrze znany. Niestety, razem z edukacją w tym kierunku nie pojawiła się zakrojona na szeroką skalę akcja edukacyjna dotycząca jakości powietrza i konieczności zapewnienia właściwej wentylacji pomieszczeń. 

Wykresy obrazujące koszty związane ze stratami ciepła i wentylacją, które znaleźć można w programach wspomagających projektowanie instalacji grzewczych, wyraźnie pokazują, że koszty wentylacji w stosunku do strat na przenikanie rosną. Należy się z nimi niestety pogodzić, a jedyne oszczędności uzyskać można dzięki zastosowaniu wymienników gruntowych i rekuperatorów ciepła. 

Dalsza redukcja kosztów sprowadza się do zmniejszenia strumienia powietrza, co jest najgorszym z możliwych rozwiązań.

Literatura

1. Maczek K., Schnotale J., Skrzyniowska D., Sikorska-Bączek R., Uzdatnianie powietrza w inżynierii środowiska dla celów wentylacji i klimatyzacji, Politechnika Krakowska, Kraków 2010.
2. Charkowska A., Zanieczyszczenia w instalacjach klimatyzacyjnych i metody ich usuwania, IPPU Masta, 2003.
3. Sowa J., Jak poprawić jakość powietrza w pomieszczeniach, obniżając jednocześnie zużycie energii?, Swegon Air Academy.
4. Pełech A., Wentylacja i klimatyzacja – podstawy, Politechnika Wrocławska, Wrocław 2008.
5. CEN, CR 1752:1998: Ventilation for Buildings. Design Criteria for the Indoor Environment.
6. PN-EN 13779 Wentylacja budynków niemieszkalnych. Wymagane właściwości systemów wentylacji i klimatyzacji.
7. PN-EN 15251 Kryteria środowiska wewnętrznego, obejmujące warunki cieplne, jakość powietrza wewnętrznego, oświetlenie i hałas.
8. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (DzU nr 75/2002, poz. 690, ze zm.).
9. Yua B.F., Hu Z.B., Liu M., Yang H.L., Kong Q.X., Liu Y.H., Review of research on air-conditioning systems and indoor air quality control for human health, „International Journal of Refrigeration“ Vol. 32/2009.
10. Fanger P.O., Popiołek Z., Wargocki P., Środowisko wewnętrzne. Wpływ na zdrowie, komfort i wydajność pracy, Politechnika Śląska, Gliwice 2003.
11. PN-EN ISO 7730 Ergonomia środowiska termicznego. Analityczne wyznaczanie i interpretacja komfortu termicznego z zastosowaniem obliczania wskaźników PMV i PPD oraz kryteriów lokalnego komfortu termicznego.

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!