Wentylacja grawitacyjna mieszkań a użytkowanie urządzeń gazowych

Szczegółowe wymagania dotyczące wentylacji pomieszczeń reguluje norma PN-B-03430 [1]. Na łamach Rynku Instalacyjnego już niejednokrotnie podejmowaliśmy ten temat, dlatego obecnie zostanie zwrócona uwaga na te kwestie, które dotychczas opisywano w formie bardziej ogólnej.

Całkowity strumień objętości powietrza V_c, jaki należy doprowadzić do mieszkania wyposażonego w urządzenia gazowe jest sumą powietrza doprowadzanego do palników V_s (tab. 1.) i powietrza wentylacyjnego V_w (tab. 2.):

W tabeli 1. podano wskaźniki zużycia gazu i zapotrzebowanie powietrza do spalania w urządzeniach gazowych zasilanych gazem ziemnym – wysokometanowym GZ–50. Teoretyczna objętość powietrza niezbędna do spalenia 1 m³ tego gazu wynosi 9,52 m³/m³. Przy założeniu przeciętnego współczynnika nadmiaru powietrza 1,15 otrzymamy wartość niezbędnej ilości powietrza potrzebnego do spalenia 1 m³ gazu: 10,948 (~11 m³/m³). Stąd dla poszczególnych typów wyposażenia mieszkania (tab. 2.) całkowity strumień powietrza V_c będzie wynosił:

• 13,2 + 150 = 163,2 m³/h,
• 13,2 + 150 + 23,1 = 186,3 m³/h,
• 13,2 + 165 + 27,5 = 205,7 m³/h.

Wentylacja grawitacyjna

W budynkach mieszkalnych wyposażonych w ramach modernizacji w nowoczesne szczelne okna dopływ powietrza potrzebnego do wentylacji i spalania gazu jest niewystarczający. Optymalne warunki w mieszkaniu (w sezonie grzewczym) występują przy temperaturze 20÷22°C i wilgotności względnej 40÷60%. Zwiększona wilgotność powietrza w mieszkaniach w czasie dnia następuje w wyniku wydzielania pary wodnej w procesach oddychania, suszenia odzieży spalania gazu, prania gotowania i kąpieli. W okresie nocnym w związku z ograniczeniem aktywności mieszkańców zmniejsza się zapotrzebowanie powietrza wentylacyjnego.

Zawartość wilgoci w pomieszczeniu jest ważnym wskaźnikiem prawidłowości wymiany powietrza. Przy wentylacji grawitacyjnej przyjmuje się założenie, że budynek wykonuje się jako szczelny, a dopływ powietrza niezbędnego do celów higienicznych realizowany jest przez nawiewniki np. higrosterowane, a dopływ powietrza potrzebnego do spalania gazu w urządzeniach gazowych – przez nawiewniki nieregulowane.

Nawiewniki i kratki wywiewne są wyposażone w wiązkę taśm wykonanych z modyfikowanego poliamidu reagującą nawet na niewielkie zmiany wilgotności względnej. Zmiana długości taśm przenoszona jest na ruchy zamykające lub otwierające przepustnice, co powoduje powiększenie lub przydławienie strumienia napływającego powietrza.

Dodatkowe nawiewniki w pomieszczeniach z zainstalowanymi urządzeniami gazowymi (o stałym strumieniu powietrza) powinny być usytuowane w górnej części okna, ponad oknem lub w górnej części ściany zewnętrznej. Dzięki zastosowaniu nawiewników powietrza wyeliminowane jest otwieranie okien w okresie sezonu grzewczego, co umożliwia uzyskanie znacznych oszczędności energii cieplnej.

Odpływ powietrza z kuchni, łazienek, ustępów oraz pomocniczych pomieszczeń bezokiennych powinien być zapewniony przez otwory wywiewne zaopatrzone w kratki wywiewne usytuowane w górnej części ściany i przyłączone do pionowych przewodów wentylacji grawitacyjnej. Kratki montowane w pomieszczeniach kuchennych, łazienkach i ubikacjach regulują automatycznie natężenie wywiewanego powietrza stosownie do wilgotności względnej otoczenia i poprzez kanały wentylacji grawitacyjnej powodują wymianę powietrza w mieszkaniu, poprzez nawiew powietrza do pokoi dziennych, sypialni, pomieszczeń dla dzieci.

Odprowadzanie spalin z domowych urządzeń gazowych

Siła ciągu w kanałach spalinowych zależy od ich wysokości i proporcji temperatury spalin w stosunku do temperatury powietrza zewnętrznego. Wartość siły ciągu jest ściśle związana z miejscem pomiaru. Największe siły ciągu występują w dolnej części kanału kominowego, najmniejsze w palenisku urządzenia gazowego. W przypadku niedostatecznego ciągu w palenisku, oderwania się płomienia od palnika lub nieszczelności organów odcinających dopływ gazu może dojść do powstania mieszaniny wybuchowej.

Nadmierna siła ciągu nie jest wskazana, gdyż obniża sprawność paleniska przez zasysanie zbyt dużych ilości powietrza, a ponadto może być przyczyną odrywania płomieni od nasady palnika. Ciąg powinien być możliwie najmniejszy, jednakże zapewniający dostarczenie do paleniska urządzenia gazowego dostatecznej ilości powietrza. Podstawowe wymagania związane z odprowadzeniem spalin z urządzeń gazowych podane są w § 174., 175. oraz § 140., 150. i 266. rozporządzenia w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki [2].

Wpływ przerywaczy ciągu na wentylację pomieszczenia

Ważnym elementem wspomagającym wentylację pomieszczenia z zainstalowanym grzejnikiem wody lub kotłem przepływowym z otwartą komorą spalania są tzw. przerywacze ciągu. Zasadę działania przerywacza ciągu usytuowanego wewnątrz grzejnika wody przepływowej ilustruje rys. 1. Spaliny wydostające się z wymiennika ciepła (1) omijają płytkę oporową (3) i odprowadzane są przewodem (4) do kanału kominowego.

Ponieważ ciąg kominowy jest zwykle wyższy od wymaganego do odprowadzenia spalin, do wnętrza grzejnika zasysane jest dodatkowe powietrze z pomieszczenia, a w konsekwencji występuje dopływ dodatkowego powietrza z zewnątrz (przy prawidłowo działającej wentylacji nawiewnej). Spaliny rozrzedzone zassanym powietrzem mają mniejszą wilgotność, co wpływa na ograniczenie zjawiska wykraplania się pary wodnej na ściankach komina. W przypadku wystąpienia wstecznego ciągu w kominie płytka oporowa przerywacza ciągu zabezpiecza palnik przed zgaśnięciem lub niecałkowitym spalaniem gazu.

W przypadku instalowania grzejnika wody przepływowej lub kotła c.o. w pomieszczeniu kuchennym niedopuszczalne jest instalowanie nad kuchnią okapu wentylacji mechanicznej. Powoduje to powstanie ciągu wstecznego w kierunku od przerywacza ciągu grzejnika wody przepływowej do wentylatora nad kuchnia (rys. 2.) i powstanie zagrożeń bezpieczeństwa użytkowania.

Wentylacja nawiewna

W nowoczesnym budownictwie występują tendencje funkcjonalnego łączenia kuchni z salonem oraz budowy łazienek o dużej kubaturze. W ciągu mebli kuchennych, a także w pomieszczeniach rekreacyjnych i pomocniczych instaluje się kotły przepływowe (wiszące) zwykle o mocy nominalnej 10÷25 kW. Kotły gazowe przepływowe typu B (pobierające powietrze z pomieszczenia) instaluje się możliwie najbliżej kanału kominowego. W praktyce nie zawsze jest możliwe i celowe wydzielenie specjalnego pomieszczenia dla zainstalowania kotła, wyposażonego w kanał spalinowy, nawiewnik i kanał wentylacji wywiewnej.

Według przepisów obowiązujących w Niemczech (DVGW-TRGI-86/96 [5]) o sposobie doprowadzenia powietrza do pomieszczeń w budynkach mieszkalnych z zainstalowanymi kotłami gazowymi o mocy < 50 kW rozstrzyga kubatura pomieszczenia, w którym ma być zainstalowany kocioł. Na ww. przepisach oparte są zalecenia instalacyjne czołowych producentów kotłów gazowych.

Rozróżniamy następujące warianty wentylacji nawiewnej:

• infiltracja przez szczeliny w oknach i drzwiach zewnętrznych przy założeniu, że na każdy 1 kW znamionowej mocy grzewczej kotła przypada 4 m³ kubatury pomieszczenia,
• dopływ powietrza przez szczeliny w zamkniętych oknach i przez otwór nawiewny zapewniający dopływ co najmniej 0,8 m³ na 1 kW znamionowej mocy grzewczej przy minimalnym wskaźniku kubatury 2 m³/kW,
• dopływ powietrza przez nawiewnik o powierzchni 150 cm², przy minimalnym wskaźniku kubatury 1 m³ na 1 kW mocy grzewczej,
• doprowadzenie powietrza przez kanał wentylacyjny poziomy, przy minimalnym wskaźniku kubatury 1 m³ na 1 kW mocy grzewczej (przekrój równoważny kanału należy dobrać z wykresu (rys. 3.) – jeżeli w ciągu wentylacyjnym zastosowano kolana, należy do jego długości geometrycznej dodać długości równoważne wynoszące dla kolana 90° – 3 m i dla kolana 45° – 1,5 m, doprowadzenie powietrza przez kanał wentylacyjny pionowy znad dachu o długości do 4 m, przy minimalnym wskaźniku kubatury 1 m³ na 1 kW mocy grzewczej (przekrój równoważny kanału należy dobrać z wykresu (rys. 4.) – czerpnia powietrza powinna być zlokalizowana poniżej wylotu komina,
• doprowadzenie powietrza z przyległego pomieszczenia przez:
  - dwa otwory wentylacyjne (u góry i u dołu) o powierzchni czynnej 150 cm2 każdy, przy minimalnym wskaźniku kubatury 1 m³ na 1 kW mocy grzewczej,
  - drzwi wewnętrzne z uszczelnieniem na obwodzie skrócone o 1 cm lub drzwi wewnętrzne bez uszczelnienia, jeżeli kubatura przyległego pomieszczenia odpowiada wartości odczytanej z wykresu (rys. 4. krzywa b),
  - drzwi wewnętrzne z uszczelnieniem na obwodzie skrócone o 1 cm lub drzwi wewnętrzne bez uszczelnienia skrócone o 1 cm, jeżeli kubatura przyległego pomieszczenia odpowiada wartości odczytanej z wykresu (rys. 4. krzywa c),
  - drzwi wewnętrzne z otworem wentylacyjnym o powierzchni czynnej 150 cm², jeżeli kubatura przyległego pomieszczenia odpowiada wartości odczytanej z wykresu (rys. 4. krzywa d).

Obliczanie zapotrzebowania na gaz

Podawana we wzorach objętość gazu w m³ dotyczy warunków normalnych ciśnienia i temperatury (101,325 kPa i 0°C).

Moc cieplna dla pokrycia potrzeb ogrzewania pomieszczeń:

gdzie:

A – ogrzewana powierzchnia [m²],

q – jednostkowe zapotrzebowanie mocy cieplnej [W/m²].

Dla warunków klimatycznych środkowoeuropejskich można przyjąć następujące wartości q:

• budynek jednorodzinny (wolno stojący):
  - słabo izolowany (k > 1,0 [W(m²K]): 150÷180 [W/m²],
  - średnio izolowany (k = 0,5÷0,8 W(m²K): 100÷130 [W/m²],
  - dobrze izolowany (k < 0,5 W/m²K): 70÷100 [W/m²],
  - bardzo dobrze izolowany: 40÷60 [W/m²];
• budynek w zabudowie szeregowej (segment środkowy):
  - słabo izolowany: 130÷160 [W/m²],
  - średnio izolowany: 100÷120 [W/m²],
  - dobrze izolowany: 60÷90 [W/m²],
  - bardzo dobrze izolowany: 30÷40 [W/m²];
• budynek wielorodzinny:
  - słabo izolowany: 100÷130 [W/m²],
  - średnio izolowany: 70÷90 [W/m²],
  - dobrze izolowany: 50÷65 [W/m²],
  - bardzo dobrze izolowany: 20÷30 [W/m²].

Energia cieplna zawarta w określonej objętości gazu V_n:

lub

gdzie:

H_s – wartość opałowa gazu [MJ/m³],

0,277778 – współczynnik przeliczeniowy z MJ na kWh.

Dla obliczeń porównawczych tradycyjnej techniki cieplnej w której nie wykorzystuje się ciepła parowania wody i techniki kondensacyjnej posługujemy się wartością opałową gazu Hi. W przypadku gazu ziemnego GZ 50 jest ona mniejsza od ciepła spalania H_s o 11%.

Maksymalne godzinne zapotrzebowanie na gaz do ogrzewania pomieszczeń V_h:

gdzie:

Q_co – zapotrzebowanie na moc cieplną [kW],

H_i – wartość opałowa gazu [kW] (np. dla gazu ziemnego GZ 50 można przyjąć 33,12 MJ/m³, co odpowiada 9,2 kW/m³),

η_k – sprawność kotła (np. 0,9).

Znając wartość ogrzewanej powierzchni w budynku można również określić w sposób przybliżony potrzebną moc cieplną korzystając z rys. 3. i 4. Dla utrzymania zużycia energii cieplnej do ogrzewania budynku na racjonalnym poziomie konieczne jest wykonanie dobrej lub jeszcze lepiej bardzo dobrej izolacji cieplnej.

Godzinowe zużycie gazu V_h przez kotłownię oblicza się wg wzoru:

gdzie:

Q_co – zapotrzebowanie na moc cieplną [kW] (uproszczony wskaźnik na cele ogrzewania i wentylacji wynosi 43,8 W/m³ kubatury),

H_i – wartość opałowa gazu [kW] (np. dla gazu ziemnego GZ 50 powinna wynosić niemniej niż 31 MJ/m³, co odpowiada 8,6 kW/m³),

η_k – sprawność kotła.

Strumień powietrza V_r podawanego do palników gazowych można obliczyć przy pomocy wzoru:

gdzie:

B – objętość gazu spalanego w urządzeniach gazowych [m³/h],

V_o – teoretyczna objętość powietrza niezbędna do spalenia 1 m³ gazu (np. dla gazu ziemnego wysokometanowego 9,52 m³/m³),

α – współczynnik nadmiaru powietrza właściwy dla danego typu kotłów (1,05÷1,15),

t_p – temp. powietrza podawanego do komory paleniskowej np. 20°C,b – ciśnienie barometryczne [hPa].

Strumień powietrza wentylacyjnego V_w na 1 kW zainstalowanej mocy cieplnej powinien wynosić:

• 0,75 m³/h dla kotłów z zamkniętą komorą spalania, do których powietrze doprowadzane jest z zewnątrz pomieszczenia za pomocą szczelnego przewodu.
• 0,5 m³/h dla kotłów pobierających powietrze z pomieszczenia,

Całkowite zapotrzebowanie powietrza: V_c = V_s + V_w

Potrzebną czynną powierzchnię otworów nawiewnych lub wywiewnych F_w można obliczyć przy pomocy wzoru:

gdzie:

V_w – niezbędny strumień powietrza wentylacyjnego [m³/h],

w – zalecana prędkość przepływu powietrza (zwykle 1÷1,8 m/s).

W praktyce przyjmuje się, że niezbędna czynna powierzchnia otworów nawiewnych dla kotłów małych i średnich powinna wynosić 4,3 cm² na 1 kW zainstalowanej mocy, lecz nie mniej niż:

• dla kotłów o mocy do 15 kW: 150 cm²,
• dla kotłów o mocy do 30 kW: 300 cm²,
• dla kotłów o mocy do 50 kW: 400 cm².

Literatura

1.  Bąkowski K., Sieci i instalacje gazowe. Poradnik, wyd. 3. zmienione i rozszerzone, WNT, Warszawa 2007.
2. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (DzU Nr 75, poz. 690 z późn. zm.).
3. PN-B-03430:1983/Az3:2000 Wentylacja w budynkach mieszkalnych zamieszkania zbiorowego i użyteczności publicznej – Wymagania. 
4. PN-EN 13465:2006 Wentylacja budynków – metody obliczeniowe do wyznaczania wartości strumienia objętości powietrza w mieszkaniach.
5. DVGW-TRGI-86/96 Technische Regeln für Gas-Instalationen.
6. Materiały informacyjne Aereco wentylacja, www.aereco.com.pl.
7. Katalog firmy Helios Ventilatoren, www.istpol.pl.

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!