Koszty budowy wentylacji kanałowej oraz strumieniowej w garażu budynku wielorodzinnego

W artykule zawarto analizy dwóch technologii wentylacji garażu podziemnego dla zespołu budynków wielorodzinnych w Warszawie z dwupoziomowym garażem zlokalizowanym na kondygnacjach podziemnych –1 i –2, o łącznej powierzchni 12 060 m2, podzielonym na sześć stref pożarowych i osiem stref dymowych. Na poziomie –2 wydzielono dwie strefy pożarowe: SP-5 i SP-6. Strefa SP-5 została dodatkowo podzielona na dwie strefy dymowe – SD-7 i SD-8, natomiast SP-6 stanowi jedną strefę dymową SD-9. Na poziomie –1 garaż podzielono na cztery strefy pożarowe: SP-1, SP-2, SP-3 i SP-4. Strefa SP-1 ma bezpośredni wjazd z zewnątrz, a jej powierzchnia nie przekracza 1500 m², dzięki czemu nie wymaga systemu oddymiania. Strefa SP-2 została podzielona na dwie strefy dymowe: SD-2 i SD-3. Podobnie SP-3 składa się z SD-4 i SD-5, natomiast SP-4 obejmuje jedną strefę dymową SD-6.

Przy porównywaniu skupiono się na praktycznych aspektach obu systemów, ich efektywności i korzyściach oraz ograniczeniach, a także na kosztach inwestycyjnych i eksploatacyjnych. Kluczowym elementem analizy ekonomicznej przy wyborze technologii wentylacji są całkowite koszty systemu wentylacyjnego ponoszone przez cały okres jego użytkowania, wliczając w to koszty początkowe, operacyjne oraz ewentualne modernizacje. System wentylacji może stanowić znaczący składnik budżetu inwestycyjnego i eksploatacyjnego budynków wielorodzinnych i komercyjnych.

Instalacje wentylacji kanałowej

Systemy wentylacji i oddymiania kanałowego są projektowane tak, aby umożliwiały również ewakuację ludzi i działania służb ratowniczych oraz minimalizowały szkody materialne poprzez kontrolowane usuwanie dymu i gorących gazów z przestrzeni budynku w razie pożaru. Systemy oddymiania kanałowego składają się z kilku podstawowych komponentów, jakimi są: kanały wentylacyjne odporne na wysokie temperatury i korozję, umożliwiające bezpieczny transport dymu na zewnątrz budynku, wentylatory oddymiające usuwające dym i gorące gazy, klapy dymowe otwierane automatyczne w celu umożliwienia przepływu do kanałów wentylacyjnych, czujniki dymu i ciepła automatycznie uruchamiające system oddymiania w przypadku wykrycia pożaru, a także szafa sterownicza i panel kontrolny do zarządzania pracą elementów systemu oddymiania. Technologia ta umożliwia dokładne utrzymywanie parametrów jakości powietrza wewnętrznego i wymaga odpowiednich przestrzeni do prowadzenia przewodów oraz poniesienia większych kosztów inwestycyjnych – m.in. z tych powodów wybierana jest częściej w budynkach niemieszkalnych.

Wybór materiałów i wymiarów kanałów wentylacyjnych jest uzależniony od wielu czynników. Przede wszystkim należy uwzględnić miejsce montażu, dostępność miejsca oraz wymagania dotyczące izolacji akustycznej i pożarowej. Kanały wykonuje się najczęściej ze stali ocynkowanej, ale mogą być też wykonane z płyt silikatowo-cementowych. Ta technologia wymaga szczegółowej analizy i oceny przestrzeni przeznaczonej dla montażu instalacji oraz zaplanowania trasy przewodów, tak aby uzyskać efektywny przepływ oraz uniknąć kolizji z innymi instalacjami. Montaż musi gwarantować szczelność i stabilność połączeń oraz skuteczną izolację termiczną z materiałów wysokiej jakości, zabezpieczoną przed zjawiskiem kondensacji wilgoci. Montaż kanałów to proces wymagający precyzji, doświadczenia oraz zastosowania odpowiednich materiałów i technik.

W procesie doboru wentylatorów oprócz ich parametrów pracy ważny jest wybór odpowiedniego miejsca na ich umieszczenie, tak aby umożliwić optymalne prowadzenie kanałów wentylacyjnych oraz łatwy dostęp w celu konserwacji i serwisu urządzeń. Należy też rozważyć potrzebę zastosowania rozwiązań tłumiących hałas od wentylatorów.

Ważnym etapem jest też uruchomienie i testowanie prawidłowości działania całego systemu oraz jego zgodności z założeniami projektowymi. Odbiór instalacji wentylacji kanałowej jest końcowym etapem procesu instalacyjnego, który potwierdza, że system został wykonany zgodnie z projektem, spełnia wszelkie wymagania techniczne i jest gotowy do eksploatacji. Po zakończeniu wszystkich kontroli i testów sporządza się szczegółowy protokół odbioru instalacji wentylacyjnej. Protokół jest formalnym potwierdzeniem, że instalacja została wykonana prawidłowo i jest gotowa do użytkowania. Ostatnim etapem odbioru jest oficjalne przekazanie instalacji wentylacyjnej do eksploatacji.

Koszty budowy instalacji kanałowej i jej eksploatacji 

Wydatki obejmują zarówno koszty początkowe, związane projektem, zakupem i montażem sprzętu, jak i koszty operacyjne obejmujące konserwację, naprawy oraz zużycie energii. Koszty analiz potrzeb budynku, opracowania projektu technicznego oraz wyboru odpowiednich komponentów i konsultacje mogą stanowić znaczną część wydatków, są jednak absolutnie niezbędne do stworzenia efektywnego systemu. Do tego dochodzą koszty zakupu m.in. kanałów, kształtek, izolacji, wsporników, mocowań, wentylatorów, tłumików oraz systemów sterowania.

Kolejnym kosztem są wydatki na montaż. Precyzja i doświadczenie wykonawców przekładają się na wyższe koszty pracy, ale są kluczowe dla prawidłowego funkcjonowania systemu. Prace montażowe mogą generować dodatkowe wydatki (np. przebudowa, wzmocnienie elementów stropów, montaż dodatkowych konstrukcji wsporczych). Po montażu dochodzą koszty testów funkcjonalnych oraz wyregulowania instalacji.

Zgodnie z założeniami do projektu budowlanego dla opisywanego kompleksu budynków wielorodzinnych przyjęto, że oddymianiu będzie podlegał garaż podziemny na poziomach –1 i –2. Zaprojektowano system wentylacji mechanicznej kanałowej wspomaganej wentylatorami strumieniowymi bezklasowymi. System wentylacji ma za zadnie zapewnić przewietrzanie garażu oraz usuwanie powietrza zanieczyszczonego. Powietrze jest usuwane spod sufitu oraz rozrzedzane i przepychane przez wentylatory strumieniowe, skutecznie wymuszające jego ruchy w całym przekroju i wysokości garażu, nawet nad posadzką. W trybie pracy bytowej wentylatory wyciągowe sterowane są dwustopniowo z zegarem czasowym. Wyciąg powietrza z garaży będzie wyprowadzony ponad dach budynku szachtami zlokalizowanymi w rejonie trzonu wind i klatek schodowych. Dla garażu przewidziano wyciąg powietrza realizowany przez wentylatory osiowe zainstalowane na dachu budynku. Powietrze usuwane kompensowane będzie przez otwory kompensacyjne. Wentylatory bytowe na dachu będą miały tłumiki akustyczne.

Zalety tego systemu to: stała i równomierna wymiana powietrza w całym budynku, wysoka jakość powietrza i elastyczność w regulacji parametrów stężenia CO i LPG. Po stronie wad są: wysokie koszty instalacji i konserwacji, konieczność regularnej konserwacji i czyszczenia kanałów oraz brak elastyczności w przypadku zmian w układzie budynku.

W tabeli 1 zestawiono koszty wykonania wentylacji kanałowej w garażu podziemnym w opisywanym budynku wielorodzinnym na podstawie projektu. Łączny koszt budowy i uruchomienia tego systemu wyniósł 6 079 736 zł. Jak wspomniano wcześniej, koszty eksploatacyjne wentylacji kanałowej obejmują koszty energii, regularnej konserwacji oraz serwisu, a także czyszczenia i ewentualnych napraw. Mogą również obejmować przyszłe inwestycje w modernizację systemu, konieczne w miarę rozwoju technologii oraz zmieniających się wymagań, a także zmian powodowanych wprowadzaniem na rynek nowych napędów pojazdów. W tabeli 2 zawarto obliczenia rocznego zużycia energii elektrycznej na potrzeby wentylacji kanałowej w opisywanym budynku, które wynosi 222 399 kWh. Do tego należy dodać koszt rocznych serwisów systemu wentylacji kanałowej w kwocie 12 000 zł. Przyjmując cenę 1 kWh w wysokości 1 zł, łączny koszt eksploatacji tego systemu wentylacji w analizowanym obiekcie wyniósłby 234 399 zł.

Przeczytaj także: Ocena skuteczności działania wentylacji strumieniowej garaży zamkniętych przy wykorzystaniu symulacji CFD | RynekInstalacyjny.pl

Instalacja wentylacji strumieniowej

Oddymianie strumieniowe preferowane jest zwykle w dużych przestrzeniach, takich jak garaże podziemne czy tunele. Zapewnia szybkie i skuteczne usuwanie dymu, co znacząco zwiększa bezpieczeństwo oraz ułatwia działania służb ratunkowych. Systemy te są elastyczne i łatwe do adaptacji w różnych typach budynków, jednak wymagają bardzo precyzyjnego projektowania oraz instalacji, aby zapewnić ich wysoką skuteczność. Wykorzystują technologię wentylatorów strumieniowych typu JET oraz wentylatorów osiowych kompensacyjnych. Powietrze jest dostarczane w przestrzeni pomieszczenia do określonych stref w celu wymiany powietrza wentylacyjnego oraz w funkcji oddymiania. Głównym założeniem systemu jest wykorzystanie wentylatorów strumieniowych w funkcji oddymiania do kierowania strumienia powietrza w określone szachty oddymiające, co eliminuje potrzebę stosowania rozległych sieci kanałów wentylacyjnych.

Kluczowym elementem tego systemu są wentylatory strumieniowe montowane pod sufitem, o kompaktowej budowie i dużej wydajności, co pozwala na generowanie silnych strumieni powietrza przy stosunkowo niskim zużyciu energii. Są one często wyposażone w zaawansowane mechanizmy regulacji, które umożliwiają precyzyjne dostosowanie intensywności i kierunku przepływu powietrza do potrzeb. Kolejnym elementem systemu są wentylatory nawiewne i wyciągowe, a także systemy sterowania, które umożliwiają monitorowanie i regulację pracy wentylatorów oraz obsługują czujniki jakości powietrza i wycieku paliw gazowych, automatycznie dostosowujące parametry pracy systemu w odpowiedzi na zmieniające się warunki w garażu. Wentylacja strumieniowa działa w sposób ciągły i ze zmienną wydajnością, minimalizując zużycie energii i zapewniając optymalne warunki powietrza wewnętrznego.

Wloty i wyloty powietrza odgrywają kluczową rolę w systemie wentylacji strumieniowej. Projektowanie i rozmieszczenie tych elementów ma bezpośredni wpływ na efektywność systemu oraz jakość powietrza wewnętrznego. Wloty powinny być umieszczone w miejscach, gdzie powietrze jest najmniej zanieczyszczone (elewacje, dachy), a wyloty powinny być usytuowane tak, aby skutecznie usuwać powietrze z miejsc, gdzie jest ono najbardziej zanieczyszczone, i jednocześnie zapobiegać jego recyrkulacji.

Regulacja i sterowanie w systemach wentylacji strumieniowej to kluczowe aspekty, które zapewniają optymalne funkcjonowanie systemu oraz utrzymanie wysokiej jakości powietrza wewnętrznego. Systemy te są zazwyczaj wyposażone w zaawansowane mechanizmy kontroli, które umożliwiają dynamiczne dostosowywanie przepływu powietrza do aktualnych potrzeb. Centralnym elementem jest jednostka sterująca, która zbiera dane z różnych czujników rozmieszczonych w garażu. Systemy sterowania wentylacji strumieniowej mogą być programowane według różnych scenariuszy działania, dostosowanych do specyficznych potrzeb obiektu i jego użytkowników.

Projektowanie instalacji wentylacji strumieniowej to proces, który wymaga odpowiedniego planowania i analizy, aby zapewnić skuteczną cyrkulację powietrza oraz spełnienie wymagań dotyczących liczby wymian powietrza. Technologia ta wymaga także doświadczenia ekip montujących system. Ostatnim etapem prac jest przygotowanie szczegółowej dokumentacji technicznej, która obejmuje wszystkie aspekty projektowania, montażu oraz testowania systemu wentylacji strumieniowej. Dokumentacja ta jest niezbędna do późniejszej eksploatacji i konserwacji systemu. Należy też przeprowadzić instruktaż personelu odpowiedzialnego za obsługę systemu.

Koszty budowy instalacji strumieniowej i jej eksploatacji 

Zgodnie z założeniami do projektu budowlanego przyjęto, że garaż obejmuje dwie kondygnacje podziemne. W projekcie budowlanym przewidziano rozwiązania architektoniczno-instalacyjne stanowiące podstawę do określenia zasad funkcjonowania systemu zabezpieczenia przed zadymieniem, takie jak: a) w garażu podziemnym znajdować się będzie strumieniowa instalacja wentylacji oddymiającej; b) garaż będzie stanowił sześć stref pożarowych podzielonych na dziewięć stref dymowych; c) strefa pożarowa SP-1 nie jest wyposażona w system oddymiania mechanicznego; d) w garażu nie projektuje się instalacji tryskaczowej; e) pomieszczenia techniczne i klatki schodowe zostały wydzielone pożarowo od części garażu przeznaczonej na parkowanie samochodów; f) z garaży możliwa jest ewakuacja łącznie do dziewięciu obudowanych klatek schodowych na poziomie –1 oraz do pięciu na poziomie –2; g) do garażu prowadzi jeden wjazd; h) budynek będzie objęty całodobową ochroną.

Łączny koszt wykonania systemu wentylacji strumieniowej  garażu podziemnym opisywanego kompleksu budynków wielorodzinnych wyniósł 2 008 319 zł. System będzie zużywał rocznie energię elektryczną w ilości 204 517 kWh. Jego coroczny serwis kosztować będzie 6000 zł. Przyjmując koszt 1 kWh jako 1 zł, łączny roczny koszt eksploatacji systemu wentylacji strumieniowej w garażu analizowanego budynku wyniesie 210 517 zł.

Analizy CFD i nowe wytyczne dot. weryfikacji wentylacji strumieniowej

Ważnym narzędziem w procesie projektowania instalacji wentylacyjnych jest analiza Computational Fluid Dynamics (CFD). Jest to zaawansowane narzędzie stosowane w projektowaniu i ocenie systemów wentylacji, szczególnie w kontekście bezpieczeństwa pożarowego. Pozwala na szczegółowe modelowanie przepływu powietrza, rozprzestrzeniania się dymu oraz dystrybucji temperatury w pomieszczeniach i budynkach, co jest kluczowe dla optymalizacji systemów wentylacyjnych oraz skutecznej ewakuacji i ochrony ppoż. Analiza CFD umożliwia symulację dynamicznych warunków pożarowych, uwzględniając takie zmienne, jak prędkość przepływu powietrza, ciśnienie, temperatura oraz stężenie dymu. Pozwala na tworzenie scenariuszy pożarowych i ocenę skuteczności systemów oddymiania. Umożliwia optymalizację rozmieszczenia czerpni, wyrzutni, kanałów wentylacyjnych, wentylatorów oraz klap dymowych, aby zapewnić równomierne rozprowadzanie powietrza i efektywne usuwanie dymu. Jest narzędziem, które pomaga w weryfikacji zgodności projektów wentylacyjnych z obowiązującymi normami i przepisami dotyczącymi bezpieczeństwa pożarowego. Symulacje pozwalają udowodnić, że system spełnia wymagania dotyczące ewakuacji, kontroli dymu i ochrony konstrukcji budynku.

Analiza CFD dla systemów wentylacji strumieniowej rozpoczyna się od stworzenia cyfrowego modelu budynku i jego systemu wentylacyjnego. Model ten uwzględnia wszystkie istotne elementy, takie jak układ pomieszczeń, przeszkody, a także źródła ciepła i dymu. Następnie na podstawie danych wejściowych, takich jak właściwości powietrza, charakterystyki dymu oraz warunki początkowe i brzegowe, przeprowadzane są symulacje komputerowe.

Wyniki analizy CFD są prezentowane w formie wizualizacji i danych liczbowych, które umożliwiają dokładną ocenę zachowania się systemu wentylacyjnego. Wizualizacje przedstawiające przepływy powietrza, rozkład temperatury i koncentrację dymu pozwalają na intuicyjne zrozumienie dynamiki tych procesów. Na ich podstawie można zidentyfikować potencjalne problemy, takie jak strefy zastoju dymu czy niewystarczająca wentylacja w niektórych obszarach. Analiza wyników umożliwia również przeprowadzenie optymalizacji systemu wentylacyjnego. Na podstawie uzyskanych danych inżynierowie mogą wprowadzać zmiany w projekcie, takie jak modyfikacja rozmieszczenia wentylatorów, zmiana parametrów pracy urządzeń czy dostosowanie wlotów i wylotów powietrza. 

Opracowane w 2024 roku przez grupę naukowców i ekspertów Akademii Pożarniczej Wytyczne weryfikacji instalacji strumieniowej garaży zamkniętych za pomocą symulacji CFD [7] ujednolicają i unifikują tworzenie symulacji CFD dla systemów strumieniowej wentylacji oddymiającej. Zakres wytycznych jest kompleksowy i obejmuje definicję parametrów wejściowych, konfigurację oprogramowania, przeprowadzanie analiz oraz raportowanie wyników. Ich celem jest usystematyzowanie definicji scenariuszy projektowych oraz miar oceny wyników, tak aby analitycy mogli dokonywać prawidłowych doborów założeń i parametrów wejściowych dla analiz oraz kryteriów akceptacji uzyskanych wyników. Poruszono w nich kluczowe kwestie, które generowały różne nieporozumienia na etapie projektowania oraz odbiorów budynków i instalacji. Zdefiniowano wskaźniki oceny poprawności projektu wentylacji oddymiającej w kontekście bezpieczeństwa użytkowników i ekip ratowniczych oraz ochrony mienia. Stanowią one aktualny przewodnik po analizie skuteczności wentylacji strumieniowej w garażach zamkniętych.

Podsumowanie

W przypadku analizowanego garażu koszty inwestycyjne systemu wentylacji kanałowej wyniosłyby 6 079 736 zł, a roczna eksploatacja 234 399 zł. Z kolei koszty inwestycyjne wentylacji strumieniowej wyniosłyby 2 008 319 zł, a roczna eksploatacja 210 517 zł.

Wybór rozwiązania często zależy od tego, czy na początkowym etapie projektowania budynku i znajdującego się w nim garażu podejmowano decyzje, jaka wentylacja zostanie w nim zainstalowana, m.in. po to, aby przyjąć odpowiednią ilość miejsca na kanały, czerpnie, wyrzutnie oraz aranżację kubatury i przewidywanych w niej instalacji.

Oba systemy wymagają serwisowania i konserwacji, a ich trwałość zależy w dużej mierze od jakości zaprojektowania, doboru urządzeń oraz wykonania, a także serwisu. Wentylacja kanałowa zapewnia bardziej precyzyjną wymianę powietrza, ale wiąże się to z wyższymi kosztami budowy instalacji i jej konserwacji. Z kolei wentylacja strumieniowa jest bardziej elastyczna i łatwiej dostosowuje się do zmieniających się potrzeb, ale może nie oferować tak precyzyjnej wymiany powietrza, niemniej zapewnia wysokie bezpieczeństwo dla użytkowników. Wybór odpowiedniego systemu zależy od indywidualnych potrzeb i budżetu inwestora oraz warunków pozwolenia na budowę.

Artykuł powstał na podstawie pracy dyplomowej pt. Porównanie wentylacji kanałowej i wentylacji strumieniowej w budynku wielorodzinnym, pod względem kosztów instalacji oraz eksploatacji opracowanej przez mgr. inż. Mikołaja Olszewskiego, pod kierunkiem dr hab. inż. Katarzyny Gładyszewskiej-Fiedoruk w Instytucie Inżynierii Środowiska Szkoły Głównej Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie.

Literatura

1. Olszewski Mikołaj, Porównanie wentylacji kanałowej i wentylacji strumieniowej w budynku wielorodzinnym, pod względem kosztów instalacji oraz eksploatacji, praca dyplomowa magisterska wykonana pod kierunkiem dr hab. inż. Katarzyny Gładyszewskiej-Fiedoruk, w Katedrze Hydrauliki i Inżynierii Sanitarnej Instytut Inżynierii Środowiska Szkoły Głównej Gospodarstwa Wiejskiego, Warszawa 2024

2. Węgrzyński Wojciech, Krajewski Grzegorz, Systemy wentylacji pożarowej garaży. Projektowanie, ocena, odbiór, Instrukcja ITB nr 493/2015, ITB, Warszawa 2015

3. Kubicki Grzegorz, Wentylatory w systemach oddymiania, „Rynek Instalacyjny” 11/2010, https://www.rynekinstalacyjny.pl/artykul/systemy-ppoz/9603,wentylatory-w-systemach-oddymiania 

4. Mizieliński Bogdan, Wentylacja pożarowa: oddymianie, Wydawnictwo Naukowe PWN, 2017

5. Pełech Aleksander, Wentylacja i klimatyzacja: podstawy, Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, 2013

6. Wytyczne projektowe dla wentylacji strumieniowej garaży zamkniętych, „Rynek Instalacyjny” 1-2/2022, https://www.rynekinstalacyjny.pl/artykul/projektowanie-went-klima/132730,wytyczne-projektowe-dla-wentylacji-strumieniowej-garazy-zamknietych 

7. Krasuski Adam (red.), Wytyczne weryfikacji instalacji wentylacji strumieniowej garaży zamkniętych za pomocą symulacji CFD, Akademia Pożarnicza, Warszawa 2024, DOI: 10.70402/apoz.2024.wytycznecfd, https://www.ksiegarniatechniczna.com.pl/wytyczne-weryfikacji-instalacji-wentylacji-strumieniowej-garazy.html 

8. Burdzy Tomasz i in., Wentylacja strumieniowa garaży. Przewodnik Safety Carpark, https://wentylacja.com.pl/att/article/smay_wentylacja_strumieniowa_przewodnikpdf-6471.pdf (dostęp: 24.02.2025)

9. Pykacz Sławomir, Warunki techniczne wykonania i odbioru instalacji wentylacyjnych: zalecane do stosowania przez Ministerstwo Infrastruktury, Centralny Ośrodek Badawczo-Rozwojowy Techniki Instalacyjnej INSTAL, 2002