Wentylacja grawitacyjna. Jak działa, ile kosztuje sprawna wentylacja grawitacyjna?

Wentylacja grawitacyjna jest nadal najczęściej stosowanym sposobem zapewnienia wymiany powietrza w pomieszczeniach. Prawidłowe funkcjonowanie wentylacji grawitacyjnej jest niezbędne dla zapewnienia odpowiedniej jakości powietrza wewnętrznego. Jak jednak rozwiązać problem wentylacji grawitacyjnej, która nie działa prawidłowo?

W artykule:

• Wentylacja grawitacyjna - projekt i wykonanie
• Jak działa wentylacja grawitacyjna?
• Ile kosztuje sprawna wentylacja grawitacyjna?
• Gdy wentylacja grawitacyjna nie działa prawidłowo
• Jak rozwiązać problem braku kontroli nad wentylacją grawitacyjną?

Wentylacja grawitacyjna - projekt i wykonanie

Prawidłowo zaprojektowana i wykonana wentylacja grawitacyjna powinna uwzględniać wiele czynników, które wciąż jeszcze stanowią prawdziwe wyzwanie nie tylko dla projektanta i wykonawcy, ale również dla użytkownika. Jeśli użytkownik chce zapewnić sobie komfort cieplny i jednocześnie właściwą wentylację powinien się liczyć nie tylko ze sporymi nakładami inwestycyjnymi, ale również eksploatacyjnymi, czyli pewnymi stratami ciepła w okresie zimowym.

Zgodnie z polskimi przepisami budowlanymi wyloty do kanałów wentylacji wywiewnej muszą być zainstalowane w kuchni, łazience lub WC, w pomieszczeniach bezokiennych, czasem także w innych pomieszczeniach. Minimum higieniczne w pomieszczeniach - czyli minimalna ilość powietrza wentylacyjnego przypadającego na jedną osobę w ciągu godziny, zapewniające optymalne warunki do przebywania w pomieszczeniu określa Polska Norma PN-83/B-03430/Az3:2000.

Minimalne strumienie powietrza wentylacyjnego wg PN-83/B-03430/Az3:2000

Zgodnie z normą PN-83/B-03430/Az3:2000 strumień objętości powietrza wentylacyjnego określony jest przez sumę strumieni powietrza usuwanego z pomieszczeń. Strumienie te, niezależnie od rodzaju wentylacji powinny wynosić co najmniej:

• dla kuchni z oknem zewnętrznym, wyposażonej w kuchnię gazową lub węglową – 70m³/h;
• dla kuchni z oknem zewnętrznym, wyposażonej w kuchnią elektryczną: w mieszkaniu do 3 osób – 30m³/h; w mieszkaniu dla więcej niż 3 osób – 50m³/h;
• dla kuchni bez okna zewnętrznego lub dla wnęki kuchennej, wyposażonej w kuchnię elektryczną – 50m³/h;
• dla łazienki (z ustępem lub bez) – 50m³/h;
• dla oddzielnego ustępu – 30m³/h;
• dla pomocniczego pomieszczenia bezokiennego – 15m³/h.

Projekt i wykonanie wentylacji grawitacyjnej sprowadza się do:

• odpowiedniego rozmieszczenia elementów nawiewu i wywiewu powietrza w stosunku do strefy przebywania ludzi i źródeł zanieczyszczeń;
• doboru rodzaju i ilości elementów nawiewu i wywiewu powietrza, aby w sposób odpowiedni omywać niezbędną ilością powietrza strefę przebywania ludzi, tzn. tak aby nie powodować uczucia dyskomfortu, a wskaźniki skuteczności wentylacji i sprawności wymiany powietrza osiągnęły maksymalne wartości.

Strumień powietrza wentylującego można również obliczyć na podstawie wskaźnika określanego jako krotność wymiany powietrza. Jest to liczba, wskazująca ile razy w ciągu godziny zostanie usunięta cała objętość powietrza z pomieszczenia i zastąpiona takim samym strumieniem powietrza zewnętrznego.

Wzór na strumień powietrza wentylacyjnego ze względu na krotność wymian:

VN = k · V,

gdzie: VN – strumień powietrza nawiewanego, m³/h; k – krotność wymian, 1/h; V – kubatura wentylowanego pomieszczenia, m³.

Jak działa wentylacja grawitacyjna?

Według Rozporządzenia Infrastruktury w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie, przepływ powietrza między pomieszczeniami lub strefami powinien zapewnić kierunek przepływu od pomieszczenia lub strefy o mniejszym zanieczyszczeniu do pomieszczenia o większym zanieczyszczeniu powietrza. Przepływ powietrza powinien odbywać się z pokoi do pomieszczenia kuchennego lub wnęki kuchennej i do pomieszczeń higieniczno-sanitarnych. Zanieczyszczenia powietrza należy usuwać możliwie najbliżej miejsca ich powstania.

Ile kosztuje sprawna wentylacja grawitacyjna?

Do obliczenia kosztów wentylacji przyjmijmy typowy dom jednorodzinny o powierzchni 150 m² dla 5-osobowej rodziny (kuchnia gazowa, dwie łazienki), ogrzewany gazowym kotłem kondensacyjnym podłączonym do komina powietrzno-spalinowego. Do ogrzania budynku w okresie zimowym od 1 października do 30 kwietnia potrzebne jest ok 1362 m³ gazu. Rozpatrywany okres to 213 dni, czyli na dobę przypada średnio zużycie ok 6,4 m³ gazu. Przy założeniu, że ciepło spalania gazu wynosi 38 MJ/m³, przy sprawności kotła na poziomie 97% daje to moc ok. 2,7 kW. Przy cenie gazu 2,2 zł/m³, koszt energii wynosi 0,21 zł/kWh. Prawidłowo działająca wentylacja grawitacyjna wymaga ok. 30% całości energii, czyli w tym przypadku (dla rozpatrywanego okresu) jest to średnio ok. 0,8 kW.

Gdy wentylacja grawitacyjna nie działa prawidłowo

Różnica gęstości powietrza wewnątrz budynku i w otaczającej go atmosferze jest główną przyczyną powstawania zjawiska ciągu kominowego. Gęstość powietrza zależy w największym stopniu od temperatury. W przypadku, gdy gęstość powietrza wewnątrz budynku jest mniejsza niż na zewnątrz (w budynku jest cieplej niż na zewnątrz), wtedy ciąg powietrza jest prawidłowy. Niewłaściwy ciąg powietrza w kominach jest najbardziej uciążliwy, gdy temperatura na zewnątrz maleje. Jedne (zwykle krótsze) kanały wentylacyjne stają się nawiewnymi, zaś inne, dłuższe - wyciągają powietrze. Mroźne powietrze wpadające przez kanały wentylacyjne wyziębia pomieszczenia. Następuje nadmierna, niekontrolowana wentylacja pomieszczeń.

Przy niekontrolowanej wentylacji grawitacyjnej jej udział w stratach energii wzrasta do ponad 50%. Bezwzględna ilość mocy grzewczej potrzebna na wentylację wzrasta więc prawie 2 razy. Znakomita większość instalacji wentylacyjnych pracuje w sposób niekontrolowany, czego efektem jest opinia, że wentylacja grawitacyjna generuje duże straty. Dlatego częstą konsekwencją braku kontroli nad wentylacją grawitacyjną jest próba radzenia sobie z problemem przez zatykanie kratek wentylacyjnych, co może z kolei powodować sytuacje wręcz niebezpieczne (np. związane z zatruciem dwutlenkiem węgla - czadem). Jeśli kanałów wentylacyjnych jest więcej, to niekontrolowany przepływ powietrza może być tak duży, że instalacja ogrzewania nie będzie w stanie nawet nagrzać pomieszczeń budynku do żądanej temperatury, a koszty ogrzewania wzrosną kilkukrotnie. Tak więc bardzo ważna jest szczelność budynku, która umożliwi nam za pomocą odpowiednich urządzeń kontrolę nad przepływem powietrza (zarówno nawiewem, jak i wywiewem).

Jak rozwiązać problem braku kontroli nad wentylacją grawitacyjną?

Problem braku kontroli nad wentylacją grawitacyjną może np. urządzenie, które ogranicza nadmierny wypływ powierza przez kanał wentylacyjny. Takie urządzenie ma konstrukcyjnie określoną wartość graniczną przepływu powietrza. Mniejszy przepływ powietrza odbywa się przy bardzo małych oporach. Próba zwiększenia przepływu powyżej wartości granicznej powoduje stopniowe zamykanie się przepustnicy i tym samym ograniczenie strumienia wypływającego powietrza na określonym poziomie. Wartości graniczne przepływu w stabilizatorze są tak dobrane, aby były zgodne z zaleceniami polskich norm dotyczących wentylacji. Pozwala to na łatwy dobór urządzenia w zależności od pomieszczenia, w którym jest kanał wentylacyjny. Dzięki zastosowaniu stabilizatora jesteśmy w stanie uzyskać kontrolę przepływu powietrza zbliżoną do wentylacji mechanicznej, która z ekonomicznego punktu widzenia jest droższa w utrzymaniu niż wentylacja grawitacyjna.

Dla zilustrowania problemu zamieszczamy film dotyczący montażu urządzenia firmy Darco: