Projektowanie wentylacji w praktyce –  metoda tradycyjna a BIM

Początkowa faza projektu – koncepcja

Pierwszym krokiem, jaki wykonuje projektant w tradycyjnej metodzie projektowania, jest przeanalizowanie podkładu budowlanego otrzymanego od architekta pod kątem przeznaczenia poszczególnych pomieszczeń.

Strefy budynku spełniające podobne funkcje najlepiej od razu wydzielić w dokumentacji przygotowanej przez architekta, np. różnymi kolorami, ułatwi to późniejsze projektowanie poszczególnych systemów wentylacyjnych.

W typowym budynku biurowym można wydzielić przestrzenie biurowe, np. open space czy sale konferencyjne, komunikacyjne, pomieszczenia wspólne, np. socjalne, oraz tzw. pomieszczenia brudne, czyli szatnie i toalety.

Wiedząc, w jaki sposób będzie wykorzystywana dana strefa, można przyjąć wstępne założenia dla parametrów wewnętrznych powietrza oraz sposobu doprowadzania powietrza świeżego. Dla pomieszczeń biurowych najczęściej przyjmuje się zimą 20ºC, a latem 24ºC, wilgotność względna powinna się mieścić w przedziale 40–60%.

Bardzo ważnym elementem projektu wentylacji jest bilans powietrza. Najlepiej wykonać go na samym początku, mając już podział na strefy i systemy.

W praktyce od momentu otrzymania pierwszych podkładów do wydania projektu wykonawczego bilans może się zmienić kilkanaście razy. Jednak znając przeznaczenie poszczególnych pomieszczeń, możemy przyjąć liczbę wymian lub osób i na tej podstawie wstępnie obliczyć strumień powietrza. Krotność wymian to stosunek ilości powietrza wentylacyjnego do kubatury pomieszczenia.

Strumień powietrza lub liczbę wymian przyjmuje się w pierwszej kolejności w oparciu o wymagania wynikające z przepisów, np. rozporządzenia Ministra Pracy i Polityki Socjalnej w sprawie ogólnych przepisów bezpieczeństwa i higieny pracy (t.j. DzU nr 169/2003, poz. 1650) – dotyczy ono budynków niemieszkalnych, np. biurowych.

Zgodnie z tym rozporządzeniem przyjmuje się 50 m³/h powietrza wywiewanego na miskę ustępową i 25 m³/h na pisuar.

W pomieszczeniach z natryskami należy zachować pięć wymian w ciągu godziny, a w umywalniach dwie.

W pomieszczeniach biurowych do obliczania strumieni powietrza można przyjąć dane dotyczące liczby osób, zapewniając minimum higieniczne 30 m³/h na osobę.

W przypadku przestrzeni typu open space lepiej uzależnić obliczenia od powierzchni podłogi. Dodatkowo warto się posiłkować polskimi normami lub dostępną literaturą techniczną (tab. 1).

W odniesieniu do budynków nietypowych, w których stosowane są specjalistyczne technologie, projektant wentylacji powinien zaczekać na założenia od technologa. Przykładem są obiekty gastronomiczne, a szczególnie kuchnie, w przypadku których bez informacji o urządzeniach, jakie się w nich znajdą, trudno przyjąć ilość powietrza do wentylacji.

Jednak informacja od technologa często dociera do projektanta wentylacji zbyt późno i aby sprostać terminom, musi on sobie radzić sam i w oparciu o dostępną literaturę [1] i własne doświadczenie móc wstępnie określić gabaryty central wentylacyjnych i kanałów.

Technolog może także podać liczbę wymian przewidywanych w poszczególnych pomieszczeniach, jednak ostatecznie decyduje w tej kwestii projektant wentylacji.

Wstępne ustalenia dotyczące architektury

Dysponując obliczonymi strumieniami powietrza dla wszystkich systemów wentylacyjnych, można przystąpić do pierwszego doboru central oraz wielkości kanałów. Pomimo że obliczenia, którymi się posiłkujemy, zmienią się prawdopodobnie jeszcze kilka razy, wszelkie ustalenia dotyczące architektury należy podejmować jak najszybciej. Dlatego dla obliczonych strumieni przyjmuje się zwykle odpowiedni współczynnik zwiększający (tzw. margines bezpieczeństwa) – na tym etapie zawsze lepiej przewymiarować instalację.

Po wstępnym określeniu gabarytów central lokujemy je w pomieszczeniach technicznych.

Na wentylatornie należy wybierać pomieszczenia znajdujące się jak najbliżej szachtów i o jak największej powierzchni. W praktyce jednak różnie bywa i najważniejsza jest na tym etapie komunikacja z architektem.

Należy zawsze szukać rozwiązań, które będą korzystne dla obu stron – architekta i projektanta. Dlatego już na wstępnym etapie projektu trzeba wiedzieć, ile przestrzeni będzie potrzebowała instalacja wentylacji, bo wtedy można jeszcze dokonać sporych roszad w projekcie architektonicznym. Rozplanowując miejsce na kanały w szachcie, należy uwzględnić izolację oraz możliwość montażu.

Choć wydawać się to może oczywiste, ze względu na presję czasu właśnie o takich drobiazgach często zapominamy, a problemy pojawiają się dopiero na budowie. W kanałach prowadzonych w szachtach można stosować nieco większe prędkości powietrza niż w suficie podwieszanym na poszczególnych kondygnacjach. Niemniej jednak na etapie koncepcji lepiej nie przekraczać 4–4,5 m/s, tak aby zachować margines bezpieczeństwa, na wypadek gdyby strumienie powietrza zwiększyły się w późniejszej fazie projektu.

Centrale wentylacyjne lokalizuje się w pomieszczeniach technicznych lub na dachach. Wygodniejsze dla projektanta jest ta druga lokalizacja, pozwalająca praktycznie rozwiązać kwestię czerpni i kanałów wyrzutowych.

Architekci i inwestorzy jednak niechętnie patrzą na umieszczanie jakichkolwiek wielkogabarytowych w tym miejscu – często jednym z głównych wymagań dotyczących projektu jest tzw. czysty dach.

Poza estetyką nie bez znaczenia jest w tym przypadku emisja hałasu – przy dużych urządzeniach może być trudno sprostać wymaganiom akustycznym budynku i otoczenia.

Innym rozwiązaniem jest wentylatornia. Najlepiej, gdyby znajdowała się na najwyższej kondygnacji, blisko wyjścia na dach.

Nie zawsze jednak jest to możliwe i projektant zmuszony jest lokalizować wszystkie urządzenia w piwnicy i szukać dodatkowego miejsca w szachtach na kanały czerpne i wyrzutowe.

Czasem może też być tak, że budynek nie jest w całości podpiwniczony i z poziomu –1 nie ma dostępu do wszystkich szachtów w budynku. Wtedy doprowadzenie kanałów trzeba przewidzieć w przestrzeniach komunikacji wewnętrznej kondygnacji nadziemnych, gdzie dysponujemy ograniczoną przestrzenią w suficie podwieszanym.

Rozmieszczając urządzenia w pomieszczeniach technicznych, trzeba pamiętać, że wentylatornia musi pomieścić nie tylko centralę, ale i wszystkie dodatkowe urządzenia. Nie można zapominać o tłumikach, nawilżaczach, nagrzewnicach lub chłodnicach kanałowych oraz o odcinkach prostych kanałów, które należy zachować ze względu na efektywną pracę urządzeń.

Rozplanowując przestrzeń wentylatorni, warto spojrzeć na nią z punktu widzenia przyszłego eksploatatora: czy ma on możliwość swobodnego dostępu do centrali i jej otworzenia bez potykania się przy tym czy zaczepiania głową o kanały.

Od razu też warto poszukać miejsca na szafę sterowniczą dla central, którą najlepiej zlokalizować jak najbliżej drzwi.

Projekt budowlany

O ile koncepcja zawierała wstępne ustalenia i podstawowe schematy rozwiązań, w projekcie musi się już znaleźć więcej szczegółów.

Zgodnie z polskim prawem to projekt budowlany trafia do urzędu i to z niego w trakcie odbiorów rozliczany jest projektant. Wprawdzie urzędnicy, odbierając projekt, nie sprawdzają go pod kątem merytorycznym, jednak powinien on być jak najbardziej zgodny z tym, co pojawi się w projekcie wykonawczym. Może być znacznie mniej szczegółowy, ale przemyślany, ponieważ na jego podstawie wydane zostanie pozwolenie na budowę.

Z punktu widzenia prawa najważniejszy jest projekt budowlany, a projekt wykonawczy stanowi uszczegółowienie rozwiązań. Trzeba o tym pamiętać, żeby uniknąć problemów związanych z tzw. zmianami istotnymi na etapie wykonawczym.

W projekcie powinny się na pewno znaleźć dane techniczne urządzeń w budynku oraz bilanse, m.in. powietrza. Dobierając urządzenia, np. centrale czy wentylatory, można posłużyć się katalogami czy programami doborowymi dostępnymi na stronach internetowych producentów.

Lepiej jednak skorzystać z fachowej pomocy i doświadczenia doradców technicznych i pozostawić im dobór. Producent najlepiej zna swoje urządzenia i wie, jak będą pracować w różnych warunkach. Koniecznie jednak później należy sprawdzić, co otrzymujemy od doradcy.

Procesy zachodzące w dobranej centrali można na postawie danych doborowych rozrysować na wykresie i-x. Będzie to bardziej przejrzyste dla projektanta i ułatwi decyzję, czy właśnie w ten sposób ma pracować centrala wentylacyjna.

Producenci oferują różne typy central wentylacyjnych – z wymiennikiem obrotowym, krzyżowym, przeciwprądowym czy glikolowym.

Nowością jest wykorzystywanie pompy ciepła wbudowanej w centralę, dzięki czemu można znacznie zmniejszyć moc nagrzewnicy wtórnej i chłodnicy w stosunku do centrali w wersji bez pompy. To ważne, bo jeśli inwestor jest zarazem użytkownikiem budynku, rozlicza projektanta z każdej kilowatogodziny zużytej energii i kW mocy.

Jeśli mamy do czynienia z dużą inwestycją, zastosowanie pomp ciepła może znacznie obniżyć koszty eksploatacji.

Nawiewniki projektant może łatwo dobrać sam, korzystając z nomogramów lub programów i pamiętając o podstawowych kryteriach – są to parametry powietrza na wejściu do strefy przebywania ludzi oraz hałas.

W pomieszczeniach biurowych nie należy przekraczać 30–35 dB(A).

Rozmieszczenie nawiewników należy konsultować z architektem. To on tworzy widok sufitu – są to zwykle kasety o wymiarach 60×60 cm i w nich możliwie symetrycznie ustawia się nawiewniki, koordynując rozmieszczenie z instalacją oświetleniową.

Na tym etapie należy zwrócić szczególną uwagę na kierunek przepływu powietrza pomiędzy pomieszczeniami o różnych wymaganiach sanitarno-higienicznych.

Pomieszczenia tzw. brudne, w których pojawiają się przykre zapachy czy emitowane są zanieczyszczenia, powinny mieć niewielkie podciśnienie.

Jeśli pomieszczenia te mają małą kubaturę, wystarczy tylko wywiew i transfer powietrza świeżego z pomieszczenia sąsiadującego – czystszego.

W sanitariatach obowiązkowy jest wywiew powietrza, a elementy wywiewne rozmieszcza się nad ustępem lub natryskiem. Kompensacja powietrza z pomieszczenia sąsiadującego realizowana jest przez kratkę w drzwiach. Rzeczoznawca ds. sanitarno-higienicznych zwraca uwagę na liczbę wymian powietrza w pomieszczeniach oraz rozdzielanie systemów różniących się stopniem czystości.

Projektowanie to nie tylko rysowanie instalacji, ale przede wszystkim współpraca z innymi.

Na etapie projektu budowlanego koniecznie trzeba ustalić, którą przestrzeń w suficie podwieszanym lub podniesionej podłodze będą zajmowały poszczególne instalacje.

Jeśli osoba projektująca wentylację zajmuje się całą branżą sanitarną, koordynuje prace praktycznie tylko z architektem i elektrykiem.

Podstawową zasadą jest prowadzenie swoich instalacji w taki sposób, by jak najmniej się krzyżowały. Zmniejszy to liczbę kolizji dla późniejszego rozwiązania, a przestrzeń sufitu podwieszanego jest czasem tak niewielka, że mijanie się instalacji w taki sposób, żeby uniknąć kolizji, jest niemożliwe.

Obecnie rzeczywistość projektowa wygląda tak, że architekt co jakiś czas przesyła zaktualizowany projekt architektoniczny konstruktorowi, elektrykowi i projektantowi sanitarnemu. W międzyczasie architekt również konsultuje projekt i wprowadza w nim zmiany, tym samym do momentu wydania projektu do urzędu projekt architektoniczny może się zmienić kilka razy. Projektant sanitarny, w tym przypadku wentylacji, powinien być na to przygotowany.

W trakcie dopracowywania projektu w stosunku do pierwotnej koncepcji może się zmienić wiele elementów – poczynając od przeznaczenia pomieszczeń, przez liczbę osób, po kubaturę. Zmieniać się będzie zatem bilans powietrza, podobnie jak dobór urządzeń.

Czasem zmiany mało istotne dla architekta dla projektanta wentylacji mają duże znaczenie. Wystarczy zmiana nazwy pomieszczenia, która pociąga za sobą inne wymagania sanitarno-higieniczne, w tym liczbę wymian powietrza. Dlatego trzeba zachować czujność i być gotowym na to, że na kilka dni przed wydaniem projektu będzie trzeba go w dużym stopniu przerobić.

Ostatnia faza – projekt wykonawczy

Po otrzymaniu pozwolenia na budowę można przystąpić do ostatniej fazy projektowej. Etap wykonawczy powinien polegać w praktyce na dopracowaniu i uszczegółowieniu projektu budowlanego. Trasy przewodów są już rysowane dwiema liniami, podawane są również rzędne wysokości kanałów.

Na tym etapie projektant sanitarny musi najpierw podać rozmiary i rzędne otworów w ścianach żelbetowych, a konstruktor na tej podstawie obliczyć przeciążenia budynku.

Idealnie byłoby, gdyby projektant sanitarny najpierw narysował całą instalację, określił rzędne wysokości kanałów i dopiero wrysował otwory w przegrodach. W rzeczywistości konstruktor pracuje nad projektem równocześnie z pozostałymi branżami i do swoich obliczeń potrzebuje danych dotyczących otworowania. Rodzi to pewne problemy, szczególnie dla projektanta wentylacji, który ma do określenia najwięcej przebić o sporych gabarytach.

Tak wygląda rzeczywistość projektowania – trzeba systematycznie dosyłać konstruktorowi lub architektowi otworowanie w miarę rozwoju projektu wentylacji.

Na koniec warto poprosić architekta o plik z naniesionymi otworami, aby sprawdzić, czy zgadzają się one z naszymi przebiciami. W interesie projektanta jest sprawdzenie tego wcześniej, aby na budowie nie pojawiły się problemy.

Koordynacja

Przed wydaniem projektu wykonawcy wszystkie instalacje sanitarne muszą zostać skoordynowane – zarówno ze sobą, jak i z projektami elektrycznymi oraz architektonicznym, w tym z konstrukcją.

Najbardziej problematyczne są zazwyczaj garaże, w których prowadzone są wszystkie instalacje, oraz korytarze.

Koordynując projekty, trzeba uważnie sprawdzać rzędne stropów. Architekci nie zawsze informują o zmianach, jakie zachodzą w projekcie, i może się okazać, że na ostatecznych podkładach pojawiają się dodatkowe słupy i podciągi.

Projektowanie BIM

Większości wymienionych powyżej trudności można uniknąć, projektując w BIM-ie.

Najbardziej rozbudowane programy, takie jak np. Revit MEP, dają bardzo szerokie możliwości, szczególnie w zakresie koordynacji międzybranżowych. Dodatkowo jeśli przygotujemy odpowiednio szablon projektu, program sam może wykonać automatycznie pewne obliczenia. Doświadczeni projektanci podchodzą jednak do tej funkcji z rezerwą, ponieważ główną funkcją programu nie jest liczenie, ale modelowanie. Ich zdaniem obliczenia na tym etapie lepiej wykonać samodzielnie lub przy wsparciu przeznaczonych do tego programów.

Programy BIM znacznie ułatwiają modelowanie instalacji, dobór średnic czy uzyskiwanie informacji o zmianach w projekcie.

Wspomniane sytuacje, kiedy architekt np. przesuwa ścianę lub zmienia rzędne sufitu, nie powinny już umknąć uwadze projektantów, lecz w przypadku dużej inwestycji i szerokiego zespołu oraz dużej liczby zmian cały czas trzeba mieć na uwadze, żeby nie utracić kontroli nad projektem.

Program informuje także o kolizjach, więc łatwiej je zidentyfikować na etapie tworzenia modelu i usunąć.

Przydatną funkcją jest dostosowywanie wielkości kanałów do zadanej prędkości powietrza – program robi to sam, trzeba jednak zawsze sprawdzić, czy rzeczywiście wszystkie dane zostały prawidłowo przyjęte.

Dużym ułatwieniem jest także możliwość stworzenia wielu pomocniczych przekrojów w dowolnym miejscu w budynku. Przy projektowaniu 2D architekt wysyła jeden lub dwa główne przekroje, a dla projektanta sanitarnego to często za mało.

Kiedy mamy do dyspozycji dobrze i szczegółowo przygotowany szablon projektu, na którym będzie powstawała instalacja, samo rysowanie wentylacji jest już łatwe. Trzeba jednak poświęcić czas na opracowanie szablonu, z którego będzie można korzystać także przy kolejnych projektach. Jest to innymi słowy standard projektowania, w którego skład wchodzą m.in. wielkości kanałów i rodzaje złączek czy typy elementów wentylacyjnych, z których program ma korzystać.

Podobnie jak przy projektowaniu 2D ustalamy sposób, w jaki instalacja ma być opisana na rysunku.

W programach BIM przyjęte są pewne sztywne formy opisów, dzięki czemu projekt ma określony standard. Jedną z największych zalet jest tworzenie dokumentacji i zestawienia materiałów – to czynność bardzo czasochłonna w tradycyjnym procesie projektowania.

Zalety BIM najbardziej powinni zatem docenić wykonawcy. Projekt przygotowany za pomocą takiego programu jest obarczony niskim ryzykiem błędu. Do tego przy obecnym zaawansowaniu techniki wykonawca na tablecie ogląda na budowie projekt w 3D i może szczegółowo sprawdzić każde miejsce instalacji.

Z technologią modelowania zmieniają się też oczekiwania inwestorów. BIM daje im możliwość wglądu w proces tworzenia projektu. Mogą oni np. zażądać dostępu online do modelu w trakcie projektowania i wówczas mają wgląd w stan zaawansowania prac (platforma 360). Widzą m.in. liczbę osób zalogowanych, pełną historię czasu pracy itp. dane.

Zdarza się, że te narzędzia są przez inwestorów wykorzystywane do wywierania presji i nacisków oraz kontroli projektantów. Są to nowe czynniki, które wpływać będą na procesy projektowania i w tym zakresie potrzebne są  zrozumienie, dobra wola i zaufanie stron.

Wprawdzie inwestorzy coraz częściej oczekują, że projekt zostanie wykonany w technologii BIM, jednak główną przeszkodą przy projektowaniu tego typu są finanse. Wykorzystanie oprogramowania BIM oznacza wyższe koszty po stronie projektanta, dlatego i cena samego projektu powinna wzrosnąć. W praktyce jednak nie zawsze jest to możliwe.

Literatura

1. Hendiger J., Chludzińska M., Ziętek P., Wentylacja i klimatyzacja – materiały pomocnicze do projektowania, Warszawa 2014.