Kaprysy działania wentylacji naturalnej pomieszczeń

W sezonie ogrzewczym niebezpieczne dla użytkowników mieszkań są szczególnie dwa okresy:

• okres początkowy sezonu, kiedy przewody wentylacyjne i spalinowe są zimne i zawilgocone,
• dłużej trwający okres większych mrozów, w którym nie dopuszcza się napływu zimnego powietrza zewnętrznego do pomieszczeń, aby ich nie wychładzać.

Powszechnie zapomina się o zasadzie, że nie można zapewnić dobrej wentylacji, jeżeli nie doprowadza się do pomieszczeń wymaganego normą ogrzanego powietrza zewnętrznego. Ta sama zasada dotyczy pracy kotła grzewczego, w który wyposażone zostało mieszkanie.

Wentylacja naturalna pomieszczeń

Wentylacja naturalna pomieszczeń powstaje na skutek różnic ciśnień między powietrzem wewnętrznym w pomieszczeniach i powietrzem zewnętrznym. Gdy różnica ciśnień wywołana jest gęstością powietrza (zależną od jego temperatury) oraz wysokością czynną przewodu wentylacyjnego, wentylację taką nazywamy grawitacyjną. Natomiast jeżeli różnica ciśnień wywołana jest działaniem wiatru na przegrody zewnętrzne pomieszczenia, wentylację taką nazywamy aeracją (przewietrzaniem). W pomieszczeniach budynków obydwa rodzaje wentylacji występują jednocześnie.

Wentylacja wywołana wiatrem

Aerację stosuje się przede wszystkim w obiektach przemysłowych. Mimo że występuje ona również w budynkach mieszkalnych, nie jesteśmy w stanie określić jej wpływu na wentylację grawitacyjną pomieszczeń. Najważniejsze przeszkody w wyznaczaniu działania aeracji:

• dynamika i kierunek napływu wiatru na przegrody zewnętrzne pomieszczeń są zmienne w czasie,
• przegrody budowlane usytuowane względem odpowiedniego kierunku stron świata mają aerację pochodzącą głównie z tego kierunku działania wiatru,
• nie znamy róży wiatrów odniesionej do sezonu ogrzewczego na terenie Polski,
• duży jest udział okresu ciszy w sezonie grzewczym (7–15%) itp.

W budynkach mieszkalnych siła wiatru wykorzystywana jest w urządzeniach pomocniczych – wywietrznikach, które stosuje się do wspomagania działania wentylacji grawitacyjnej pomieszczeń, przeważnie lokalizowanych na najwyższych kondygnacjach budynku. Zasady doboru wywietrzników dachowych (niepodłączonych do przewodów wentylacyjnych) podano w publikacji [1]. Natomiast dobór wywietrzników zainstalowanych na przewodach wentylacji grawitacyjnej i współpracujących z nimi opisano w artykule [2].

Znane jest również negatywne oddziaływanie wiatru na otwory wylotowe przewodów wentylacji grawitacyjnej budynków. Występujące w praktyce błędy wyprowadzenia ponad dach przewodów wentylacyjnych i spalinowych omówiono w publikacji [3].

Wentylacja grawitacyjna

O niedostatecznym działaniu wentylacji grawitacyjnej pomieszczeń, również w budynkach mieszkalnych, napisano wiele. Natomiast znacznie mniej informacji dotyczyło przyczyn tego zjawiska.

Od lat w swoich publikacjach zwracam uwagę na trzy podstawowe warunki, bez spełnienia których nie można liczyć na dobre działanie wentylacji grawitacyjnej pomieszczeń:

• należy prawidłowo określić przekroje przewodów (kanałów) wentylacji wywiewnej z pomieszczeń, zgodnie z wymaganiami podanymi w polskich normach,
• trzeba doprowadzić do pomieszczeń strumienie objętości powietrza zewnętrznego (nawiewanego) równe strumieniom objętości powietrza wywiewanego z pomieszczeń,
• doprowadzane do pomieszczenia powietrze zewnętrzne wymaga ogrzania do temperatury powietrza panującej w pomieszczeniu.
• Powyższe warunki należy uwzględnić w fazie projektowania budynku, gdyż podczas eksploatacji pomieszczeń większość ich użytkowników nie wpuści do mieszkań zimnego, nieogrzanego powietrza.

Wydawać by się mogło, że nie ma nic prostszego niż przestrzeganie podanych powyżej zasad na etapie projektowania. W praktyce jest jednak inaczej – architekt nanosi na rzuty i przekroje wymiary kanałów (przewodów) wentylacji grawitacyjnej (przeważnie o minimalnych dopuszczonych wymiarach), a instalator projektuje instalację c.o., dobierając do pomieszczeń grzejniki zgodnie z wymaganiami normy. Z publikacji [4] wynika, że normy ogrzewnicze zaniżają zapotrzebowanie na ciepło do celów wentylacyjnych pomieszczeń.

Bez korekty normy dotyczącej zapotrzebowania na ciepło na cele wentylacyjne mieszkań niewiele pomoże zapis zwiększający rangę wentylacji grawitacyjnej w rozporządzeniu dotyczącym zakresu i formy projektu budowlanego [5], gdzie w art. 11 ust. 2 pkt 7 zrównano wentylację grawitacyjną i wentylację ze wspomaganiem z innymi rodzajami instalacji sanitarnych w budynkach.

Do niedawna nie różnicowano wentylacji grawitacyjnej w budynkach mieszkalnych wielorodzinnych, a przecież budynki te mogą mieć instalację ogrzewczą centralną lub indywidualne ogrzewanie mieszkaniowe. Szczególnie w tym drugim przypadku układ grzewczy mieszkań wywiera niekorzystny wpływ na działanie wentylacji grawitacyjnej pomieszczeń. Wpływ ten jest mniejszy, kiedy mieszkanie ogrzewamy kotłem na paliwo stałe, a zwiększy się znacznie, gdy zastosowany zostanie kocioł gazowy z palnikiem o powierzchniowym spalaniu gazu.

Aby złagodzić skutki wpływu kotła gazowego na działanie wentylacji grawitacyjnej w pomieszczeniach, zaproponowałem [9] zastosowanie w mieszkaniach dwóch niezależnych układów: wentylacji grawitacyjnej ogólnej oraz układu spalinowo-nawiewnego przeznaczonego do obsługi kotła grzewczego.

Wentylację grawitacyjną w budynkach mieszkalnych wyposażonych w instalację centralnego ogrzewania omówiłem w publikacjach [6, 7]. Jeżeli zastosuje się podane w nich zalecenia, z prawidłowym działaniem wentylacji grawitacyjnej nie powinno być problemów. Są oczywiście okresy w sezonie grzewczym (przy dodatnich temperaturach powietrza zewnętrznego), gdy „siła ciągu” przewodów wywiewnych jest mała, ale są też takie, gdy temperatura powietrza zewnętrznego jest wyższa od obliczeniowej, czyli od 12°C.

Wentylacja grawitacyjna w budynkach mieszkalnych z miejscowym źródłem ciepła (kotłem jedno- lub wielofunkcyjnym) jest zależna nie tylko od ciśnienia czynnego grawitacji, ale również od zainstalowanego w mieszkaniu układu spalinowo-nawiewnego przeznaczonego do obsługi urządzenia gazowego. W takich właśnie budynkach, gdy nie uwzględni się wzajemnego oddziaływania układu wentylacyjnego i spalinowego, występują najczęściej zatrucia tlenkiem węgla użytkowników mieszkania.

Do rozpowszechnienia miejscowych źródeł ciepła w budynkach mieszkalnych przyczyniły się przepisy prawne (lata 80.) dotyczące zużycia gazu na cele ogrzewcze. Okręgowe Inspektoraty Gospodarki Paliwowo-Energetycznej nie zezwalały na używanie gazu do ogrzewania budynków mieszkalnych, wydawały natomiast zgodę na ogrzewanie gazem mieszkań. 

Rozwiązania z ogrzewaniem indywidualnym mieszkań chętnie stosowano w spółdzielczych budynkach mieszkalnych. Okazały się one bardzo niekorzystne zarówno dla zarządów spółdzielni, jak i lokatorów mieszkań. W swoich publikacjach zadałem nawet pytanie: czy warto indywidualnie ogrzewać? [8, 9].

Do indywidualnego ogrzewania mieszkań stosuje się kotły gazowe, których moc określa się dla celów ciepłej wody (napełnianie wanny ciepłą wodą – 150 dm³ – w czasie 15 minut). Moc ta mieści się w zakresie 20–25 kW. Obliczeniowe zapotrzebowanie na ciepło w mieszkaniach dla warunków obliczeniowych wynosi od 500 do 4500 W.

Kotły o tej samej budowie i mocy cieplnej stosuje się zarówno w przypadku urządzeń dwufunkcyjnych (ogrzewanie i ciepła woda), jak i jednofunkcyjnych (tylko ogrzewanie). Fabrycznie uzbrajany jest jedynie człon grzewczy kotła. Z powyższego wynika, że działanie kotła do celów ogrzewczych mieszkania ma charakter cykliczny. Zapotrzebowanie na ciepło na cele grzewcze i podgrzanie wody użytkowej jest znacznie zróżnicowane. Nawet w warunkach obliczeniowych (Warszawa, –20°C) kocioł ogrzewa mieszkanie cyklicznie, przy czasie pracy krótszym od czasu postoju, ale przy pełnej wydajności cieplnej.

Dynamiczny charakter pracy kotła wywiera niekorzystny wpływ na działanie wentylacji grawitacyjnej i pomieszczeń. Było to głównym powodem propozycji, aby dla kotłów mieszkaniowych, niezależnie od wymaganego układu wentylacyjnego mieszkań, projektować dodatkowy układ spalinowo-nawiewny. Problemy powyższe omówiłem w publikacjach [9, 10], gdzie zamieściłem wykaz literatury, na podstawie którego można dobrać wymagane wielkości urządzeń i elementów układów.

Zalecenia te stosować należy w istniejących budynkach mieszkalnych przy remontach i modernizacji mieszkań. W projektowanych budynkach indywidualnych ogrzewań mieszkaniowych nie zalecam, gdyż: 

• nie ma przeszkód, by dla budynków stosować kotłownie opalane gazem. Przy obecnych systemach sterowania pracą kotłów nie wymagają one stałej obsługi;
• koszt eksploatacji mieszkaniowych kotłów grzewczych jest większy od kosztu eksploatacji kotłów przeznaczonych dla całego budynku. Jeżeli zarządy budynków chcą mieć możliwość odłączania mieszkań od instalacji ogrzewczej budynku, zapewnią ją odpowiednie układy instalacyjne;
• w mieszkaniach wyposażonych w indywidualne urządzenia grzewcze nie jesteśmy w stanie zagwarantować dobrego działania wentylacji grawitacyjnej pomieszczeń.

Ponadto zwracam uwagę na lokalizację kotłów grzewczych. Ze względu na konieczność umieszczania konwektora nawiewnego kocioł lokalizować można tylko w pomieszczeniu wyposażonym w okno oświetlenia dziennego.

W praktyce występują również zjawiska wymuszania przez lokatorów mieszkań na zarządcach zgody na odłączanie się od instalacji ogrzewczej budynków i zakładanie indywidualnych ogrzewań mieszkaniowych. Należy przestrzegać mieszkańców przed negatywnymi skutkami takich rozwiązań.

Wnioski

Prawidłowe działanie wentylacji grawitacyjnej pomieszczeń w budynkach mieszkalnych z centralną instalacją grzewczą uzyskać można dzięki prawidłowemu wyznaczeniu elementów składowych układu wentylacyjnego. Ich dobór omówiono w publikacjach [6, 7]. 

W budynkach mieszkalnych z indywidualnymi źródłami ciepła występują dwa niezależne od siebie układy: wentylacji grawitacyjnej i spalinowo-nawiewny. W takich przypadkach układ wentylacyjny dobierać należy zgodnie z zasadami stosowanymi w budynkach z centralną instalacją grzewczą. Zasady doboru układu spalinowo-nawiewnego podano w publikacjach [9, 10].

W projektowanych budynkach mieszkalnych nie zaleca się stosowania indywidualnych ogrzewań mieszkań.

Literatura

1. Nowakowski E., Wywietrzniki dachowe, „Ciepłownictwo Ogrzewnictwo Wentylacja” nr 9/1999.
2. Nowakowski E., Współpraca wywietrzników z kanałami wentylacji grawitacyjnej, „COW” nr 2/2000.
3. Nowakowski E., Kominy wentylacyjne w budownictwie, „BIT” nr 5/2000.
4. Nowakowski E., Zapotrzebowanie ciepła na cele wentylacyjne mieszkań, „Rynek Instalacyjny” nr 1–2/2002.
5. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 6 listopada 2008 r. zmieniające rozporządzenie w sprawie szczegółowego zakresu i form projektu budowlanego (DzU nr 201, poz. 1239)
6. Nowakowski E., Wentylacja naturalna pomieszczeń z centralnym ogrzewaniem, „Technika Chłodnicza i Klimatyzacyjna” nr 10/2006.
7. Nowakowski E., Wentylacja grawitacyjna mieszkań z centralnym ogrzewaniem, „TChiK” nr 10–11/2011.
8. Nowakowski E., Czy warto indywidualnie ogrzewać? Współzależność działania grawitacyjnych przewodów spalinowych i wentylacyjnych, „Rynek Instalacyjny” nr 12/2002.
9. Nowakowski E., Wentylacja naturalna w mieszkaniach z ogrzewaniem indywidualnym, „Rynek Instalacyjny” nr 11/2008.
10. Nowakowski E., Wentylacja grawitacyjna mieszkań z miejscowymi źródłami ciepła, „TChiK” nr 10–11/2011.