Systemy rozprowadzania powietrza – nowe rozwiązania wentylacyjne

Polskie prawodawstwo nie stawia zbyt wielu wymogów systemom przewodów rozprowadzających powietrze wentylacyjne. Według Warunków Technicznych przewody wentylacyjne powinny być wykonane z materiałów niepalnych, a palne izolacje cieplne i akustyczne oraz inne palne okładziny przewodów wentylacyjnych mogą być stosowane tylko na zewnętrznej ich powierzchni w sposób zapewniający nierozprzestrzenianie ognia. Przepisy doprecyzowują kwestię wyłączeń dla budynków mieszkalnych wielorodzinnych i jednorodzinnych – przy spełnieniu określonych warunków można w nich zastosować przewody palne lub w klasie reakcji na ogień E (palne, samogasnące) [1].

Warunki Techniczne przywołują także normę PN-B-02151-02:1987/Ap1:2015-05 [2], określającą maksymalny dopuszczalny poziom dźwięku przenikającego do pomieszczenia przeznaczonego do przebywania ludzi od wyposażenia technicznego budynku oraz innych urządzeń w budynku i poza nim [1]. Choć została ona wycofana i zastąpiona przez ­PN-B-02151-2:2018-01, jej zapisy należy traktować jako zgodne z WT (por. tabela 1).

Przewody wentylacyjne powinny spełniać wymagania norm, w tym w zakresie szczelności na przenikanie powietrza. W Europie istnieją dwa sposoby klasyfikacji szczelności powietrznej (air tightness) przewodów wentylacyjnych. Pierwszy oparty jest na normach wyrobów dla przewodów okrągłych, prostokątnych i niemetalowych – odpowiednio PN-EN 12237 [3], PN-EN 1507 [4] i PN-EN 17192 [5]. We wszystkich tych dokumentach wskazane są klasy szczelności przewodów od A do D, przy czym klasa A dotyczy przewodów o szczelności najniższej. Przewody dostępne na rynku mają w większości klasę szczelności co najmniej C, nie brakuje także rozwiązań o najwyższej klasie D.

Czytaj również: Gdzie najlepiej zamontować klimatyzator domowy? >>

Od 2017 r. do normalizacji europejskiej wprowadzone zostały także nowe klasy szczelności, oparte na wymaganiach dyrektywy EPBD i zawarte w normie PN-EN 16798-3 [6], a badane i nadawane według normy PN-EN 12599 [7]. System przewodów może mieć klasę szczelności ATC (Air Tightness Class) – od ATC 7 (klasa najniższa) do ATC 1. Dotychczasowe klasy szczelności C i D odpowiadają klasom ATC3 i ATC 2. Klasa ATC 1 nie ma odpowiednika we wcześniejszej klasyfikacji (por. tabela 2). Dotychczasowe klasy będą wygaszane na rzecz klasyfikacji ATC [8].

Budynki komercyjne i użyteczności publicznej – przewody metalowe

Wymagania dotyczące niepalności kanałów wentylacyjnych zawarte w Warunkach Technicznych spełniają kanały wykonane z blachy stalowej – prostokątne o różnych przekrojach oraz okrągłe. Kanały okrągłe spiralnie zwijane, dostępne w średnicach od 80 do 1600 mm i grubościach ścianek od 0,4 do 1,8 mm, to jedno z najpopularniejszych rozwiązań instalacji wentylacyjnej. W standardzie wykonywane są jako rury ocynkowane (dostępne także jako rozwiązania kwasoodporne). Są trwałe i odporne na uszkodzenia mechaniczne – kanały o większych średnicach, zwykle te powyżej 250 mm, mają dodatkowe karbowania zwiększające sztywność i wytrzymałość na podciśnienie. Gładka i trwała powierzchnia wewnętrzna pozwala zachować odpowiednio niskie opory przepływu, a także umożliwia skuteczne czyszczenie mechaniczne bez zmiany własności użytkowych kanałów. W przypadku metalowych kanałów wentylacyjnych trzeba nie tylko prawidłowo dobrać przekroje odpowiednie dla danego odcinka instalacji, ale też zaplanować odejścia pod punkty nawiewne i wywiewne, określić długość puszek rozprężnych oraz wskazać sposób łączenia i mocowania kanałów, zapewniający ich szczelność, stabilność i cichą pracę. Konieczne jest także odpowiednie rozplanowanie otworów rewizyjnych umożliwiających skuteczną inspekcję kanałów. Szczególnie ważne jest poprawne zaizolowanie kanałów metalowych na całej długości, z uwzględnieniem połączeń i kształtek.

Budynki bez ograniczeń – przewody z tworzyw

W instalacjach wentylacyjnych wykonywanych w mniejszych obiektach – głównie domach jednorodzinnych, gdzie współpracują z centralą rekuperacyjną – stosuje się kanały o mniejszych średnicach lub elastyczne (np. ze względu na brak miejsca). Jednym z kontrowersyjnych rozwiązań przewodów domowej rekuperacji w początkach tej technologii były kanały elastyczne, tzw. flexy. Za ich stosowaniem przemawiała m.in. łatwość montażu i prowadzenia przewodów oraz niska cena. Ale łatwo ulegały one uszkodzeniu podczas montażu i nie można ich było wyczyścić – były praktycznie jednorazowe. Z kolei metalowe kanały typu spiro są trwałe i niepalne, ale wymagają stosunkowo dużych średnic jak na warunki domów jednorodzinnych oraz profesjonalnego, starannego montażu. Nawet nieduże błędy powodują tu nadmierne opory przepływu powietrza i hałas. Ponadto kanały spiro wymagają izolacji, a jej prawidłowe wykonanie także wymaga dużego doświadczenia od instalatora.

Rynek jak zwykle nie pozostał na te problemy obojętny i w ostatnich latach coraz bardziej powszechnym rozwiązaniem stają się elastyczne przewody wykonane z wytrzymałych tworzyw sztucznych, najczęściej polietylenu o wysokiej gęstości (HDPE).

Składają się one z dwóch warstw – gładkiej wewnętrznej i karbowanej (falowanej) zewnętrznej. Nie powodują dzięki temu znacznych oporów przepływu, a jednocześnie cechują się wysoką elastycznością i są łatwe w montażu. Średnice kanałów wynoszą najczęściej 63, 75 i 90 mm, dostępne są też kanały płaskie (oznaczane przez producentów np. jako flat), które mają obniżony profil o odpowiednio zaprojektowanym pod kątem hydraulicznym przekroju, np. zbliżonym do połączenia trapezu i owalu. Elastyczność i małe przekroje przewodów znacznie upraszczają montaż – można je poprowadzić niemal pod każdym kątem oraz łatwo ukryć pod sufitem podwieszanym z płyt kartonowo-gipsowych lub w przegrodach budowlanych (np. układając bezpośrednio na stropie konstrukcyjnym, przy zachowaniu odpowiednich zasad prawidłowego wykonawstwa), co daje szerokie możliwości aranżacji pomieszczeń.

Najbardziej cenione przez wykonawców są innowacje w zakresie technik łączenia oraz oferty skrzynek rozdzielczych, które pozwalają na bardzo szybkie i łatwe połączenie wszystkich elementów systemu bez użycia narzędzi. Dużą konfigurowalność zapewnia np. tylko sześć podstawowych elementów, a skrzynki rozdzielcze można łączyć poziomo lub pionowo, zwiększając odpowiednio liczbę przyłączy kanałów. Co więcej, w razie konieczności dokonania zmian podczas montażu poszczególne części można w łatwy sposób rozłączyć bez ryzyka uszkodzenia. Nowe systemy nie wymagają użycia kolanek, a poszczególne elementy łączone są ze sobą metodą „na jeden klik”.

Takie kanały z HDPE mają bardzo wysoką szczelność – niektórzy producenci oferują je w klasie ATC1 – oraz wysoką izolacyjność cieplną i akustyczną. Nie mogą być jednak uznawane za niepalne, zatem zgodnie z Warunkami Technicznymi mogą być stosowane w budynkach mieszkalnych jednorodzinnych stanowiących jeden lokal mieszkalny, natomiast w budynkach jednorodzinnych stanowiących dwa lokale mieszkalne lub z wydzieloną częścią usługową, a także w budynkach wielorodzinnych konieczne jest zainstalowanie w miejscu przejścia przewodów wentylacyjnych przez przegrody wydzielające lokale zabezpieczenia ogniochronnego o odpowiedniej klasie odporności ogniowej (np. dla budynków niskich co najmniej EI 30) [1]. Na rynku dostępne są także kanały higieniczne (antybakteryjne). Mogą one mieć natryskową powłokę z jonami srebra lub specjalistyczną domieszkę zapobiegającą rozwojowi bakterii i grzybów pleśniowych (np. Ultra-Fresh®).

Ciekawym uzupełnieniem tworzywowych systemów przewodów elastycznych do rekuperacji są elementy instalacji wykonane z polipropylenu spienionego (EPP). Tworzywo to, bardzo chętnie wykorzystywane w technice wentylacyjnej, cechują: niska waga, elastyczność, odporność na korozję oraz wytrzymałość mechaniczna, a także dobre własności akustyczne i cieplne. Znajduje ono zastosowanie w produkcji puszek i skrzynek rozprężnych (takie innowacyjne na skalę euro­pejską rozwiązanie proponuje polski producent), króćców podłączeniowych do centrali rekuperacyjnej, a także (choć jest to rzadko spotykane) sztywnych przewodów wentylacyjnych. Przewody z EPP są konkurencyjne wobec stalowych przewodów spiro w zastosowaniach niewymagających rozwiązań niepalnych – są podobnie szczelne, ale mają kilkukrotnie mniejszą masę i lepsze własności izolacyjności cieplnej. Przykładowy przewód wykonany z EPP ma współczynnik przewodzenia ciepła λ = 0,029 W/(mK), co odpowiada rurze spiro z izolacją z wełny mineralnej o grubości ok. 30 mm. Tego rodzaju rozwiązanie oferowane jest w średnicach stosowanych w rekuperacji (125, 160 i 200 mm), dostępne są także odpowiednie łączniki z uszczelką i kształtki – np. kolana 45°, trójniki czy redukcje.

Wentylacja obiektów kubaturowych i tymczasowych

Istnieje cała gama obiektów, w których wydajna, dobrze działająca wentylacja, ogrzewanie lub chłodzenie powietrzne są niezbędne, ale zastosowanie przewodów wentylacyjnych stalowych lub z tworzywa sztucznego może się okazać ekonomicznie nieopłacalne, znacznie utrudnione czy wręcz niemożliwe ze względów technicznych. Są to m.in. zakłady produkcyjne (np. przetwórstwa żywności), hale logistyczne, magazynowe i magazynowo-produkcyjne, kubaturowe obiekty sportowe czy targowo-ekspozycyjne, budynki sakralne oraz obiekty tymczasowe (takie jak hale namiotowe, np. zbudowane podczas konferencji ONZ w sprawie zmian klimatu w 2013 roku). W tego rodzaju budynkach – także w przypadku modernizacji lub stosunkowo częstej zmiany aranżacji i przeznaczenia (np. w halach magazynowo-logistycznych na wynajem) – bardzo dobrze sprawdzą się kanały tekstylne.

Kanały tekstylne wykonuje się z tkaniny technicznej – poliestru modyfikowanego. Są dzięki temu lekkie (ich masa może być nawet dwudziestokrotnie mniejsza niż porównywalnych stalowych kanałów zwijanych spiralnie), co oznacza wygodę, szybkość montażu i demontażu oraz możliwość podwieszenia kanału do niemal każdej konstrukcji. Przy małej przestrzeni montażowej można zastosować nie tylko typowe i najczęściej spotykane kanały o przekroju okrągłym (o średnicy od DN 100 do DN 800), ale też stanowiącym wycinki (segmenty) koła. Instalacja jest nie tylko lżejsza niż jej odpowiednik z rur stalowych z zakończeniami wentylacyjnymi, ale też wyraźnie tańsza (nawet 2–3 razy). Dzięki tym cechom kanały tekstylne dobrze sprawdzają się przy modernizacjach – nie obciążają stropu, a czas potrzebny na rozruch obiektu po remoncie lub zmianie sposobu użytkowania (np. po wynajęciu obiektu magazynowego przez kolejnego najemcę) jest znacznie skrócony. Inwestorzy wybierający kanały tekstylne docenią także małe opory przepływu, higieniczny charakter pracy (m.in. przez brak kondensacji pary wodnej na powierzchni kanału) oraz łatwość konserwacji – kanały można zdjąć, wyprać i ponownie zawiesić bez negatywnego wpływu na ich funkcjonowanie. W przypadku obiektów tymczasowych można zastosować również tzw. kanały lekkie (masa ok. 100 g/m²), o mniejszej żywotności niż te przeznaczone do stałego montażu.

Co ważne, kanały tekstylne w świetle Warunków Technicznych [1] nie stanowią przewodów wentylacyjnych – należy je traktować jako nawiewniki liniowe, ponieważ ich bazową funkcją jest zapewnienie nawiewu powietrza na całej długości kanału. Takie rozwiązanie umożliwia uzyskanie rów­nomiernego wydatku powietrza, stabilnego rozkładu temperatury powietrza oraz małej prędkości powietrza w strefie przebywania ludzi (brak przeciągów). Nawiew może się odbywać na dwa sposoby, bazując zarówno na przepływie wyporowym (dyfuzyjnym) przez pory materiału (cała powierzchnia kanału), jak i przez odpowiednio przygotowane szczeliny, perforacje czy elementy nawiewne (cała długość kanału w części nad wentylowanym obiektem):

• mikroperforacja (otwory 200–400 µm), zapewniająca wypływ o najmniejszych prędkościach (pomieszczenia do 3 m wysokości, np. laboratoria, zaplecza biurowe hal);
• perforacja (otwory o kształcie koła lub jego wycinków o średnicy 4–12 mm), dająca możliwość indywidualnego zróżnicowania wielkości i rozmieszczenia otworów także w obrębie jednego odcinka kanału (obiekty o wysokości 2,5–9 m – wiele budynków kubaturowych);
• szczeliny nacinane laserowo (obiekty o wysokości 4–7 m);
• dysze, w tym dalekiego zasięgu, zwykle stosowane na kanałach nieprzepuszczalnych, by wyeliminować dyfuzję powietrza przez górną część kanału (obiekty o wysokości 5–12 m, szczególnie przy zastosowaniu kanału w funkcji grzania).

Zróżnicowanie rozwiązań pozwala dobrać kanał o odpowiednim wykonaniu praktycznie do każdego rodzaju budynku. Na rynku dostępne są także rozwiązania łączące zalety różnych sposobów realizacji nawiewu i w ten sposób zwiększające funkcjonalność kanału – np. kanały dwufunkcyjne. W rozwiązaniu tym górna połowa kanału wyposażona jest w perforację, a dolna w dysze nawiewne. Dodatkowym wyposażeniem jest membrana wewnętrzna, która zapewnia oddzielenie dwóch strumieni powietrza. Umożliwia to różne rozwiązania nawiewu powietrza w trybie grzania i chłodzenia w obrębie jednego kanału, a także proste przełączanie za pomocą przepustnicy (uchwytem ręcznym lub przez siłownik) pomiędzy trybami.

Ze względu na równomierny wydatek powietrza na całej długości kanału wraz z odległością od wlotu do kanału maleje przepływ, spada zatem ciśnienie dynamiczne Pd, a ciśnienie statyczne Ps rośnie. Konieczny jest taki dobór kanałów, by utrzymać zarówno stałe ciśnienie całkowite, jak i równowagę między ciśnieniem statycznym a dynamicznym (Pd < 0,4 Ps). Maksymalna prędkość wlotowa powietrza powinna wynosić 4–8 m/s (optimum: 6/ms), a sam kanał – szczególnie przy większych długościach – może być stopniowany (tj. wykonany z odcinków o stopniowo malejących średnicach), co pozwala utrzymać stałą prędkość powietrza przy malejącym przepływie.

Literatura

1. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (t.j. DzU 2022, poz. 1225)

2. PN-B-02151-02:1987/Ap1:2015-05 Akustyka budowlana. Ochrona przed hałasem w budynkach. Część 2: Wymagania dotyczące dopuszczalnego poziomu dźwięku w pomieszczeniach

3. PN-EN 12237:2005 Wentylacja budynków. Sieć przewodów. Wytrzymałość i szczelność przewodów z blachy o przekroju kołowym

4. PN-EN 1507:2007 Wentylacja budynków. Przewody wentylacyjne z blachy o przekroju prostokątnym. Wymagania dotyczące wytrzymałości i szczelności

5. PN-EN 17192 Wentylacja budynków. Sieć przewodów. Przewody niemetalowe. Wymagania i metody badań

6. PN-EN 16798-3:2017 Charakterystyka energetyczna budynków. Wentylacja budynków. Część 3: Wentylacja budynków niemieszkalnych. Wymagania dotyczące właściwości systemów wentylacji i klimatyzacji pomieszczeń (Moduł M5-1, M5-4).

7. PN-EN 12599:2013-04 Wentylacja budynków. Procedury badań i metody pomiarowe stosowane podczas odbioru instalacji wentylacji i klimatyzacji

8. How is the ductwork airtightness quantified?, https://tightvent.eu/faqs/how-is-the-ductwork-airtightness-quantified (dostęp: 7.04.2023)

9. Materiały techniczne firm: Alnor, Atol, FabricAir, Flop System, Frapol, Heatpex, Lindab, Smart Flex, Ventermo, Wavin