Co to jest wentylacja mechaniczna z odzyskiem ciepła?

Czego dowiesz się z artykułu?

• Dlaczego wentylacja jest taka ważna?
• Czy prawo reguluje ile powietrza należy usunąć z poszczególnych pomieszczeń?
• Jak działa wentylacja tradycyjna?
• Jak działa wentylacja mechaniczna?
• Po co nam odzysk ciepła?
• Jak zbudowana jest centrala wentylacyjna?
• Co jest ważniejsze - centrala czy kanały?
• Co trzeba wiedzieć o wymiennikach ciepła?
• Za jakie parametry odpowiadają wentylatory?
• Jakie wybrać filtry do centrali wentylacyjnej?
• W jaki osprzęt dodatkowy centrali wentylacyjnej warto zainwestować?
• Co to jest gruntowy wymiennik ciepła (GWC)?

Do niedawna w polskich domach stosowano prawie wyłącznie wentylację grawitacyjną. Ale wszystko się zmienia - w budynkach nowych, dobrze izolowanych ta tradycyjna instalacja odpowiada za 30-50% strat ciepła! Energię zużywaną do ogrzania powietrza, kanałami wentylacyjnymi niefrasobliwie wyrzucamy przez komin. A przecież trzeba za nią zapłacić! Sposobem na to marnotrawstwo jest właśnie wentylacja mechaniczna z odzyskiem ciepła, i stąd zwrot inwestorów w jej kierunku.

Dlaczego wentylacja jest taka ważna?

Wentylacja, bez względu na rodzaj, ma jedno zadanie - zapewnić wymianę powietrza w pomieszczeniach. Zużyte musi zostać usunięte, a na jego miejsce trzeba doprowadzić z zewnątrz świeże. W powietrzu wewnątrz budynku gromadzą się bowiem rozmaite zanieczyszczenia, np. wydychany przez ludzi dwutlenek węgla, kurz, roztocza, zarodniki pleśni. Także szkodliwe związki chemiczne z niektórych mebli czy wykładzin, zaś w domach palaczy dym papierosowy. A im więcej zanieczyszczeń, tym gorzej dla mieszkańców.

Brak wymiany powietrza skutkuje również wzrostem jego wilgotności - bo ludzie oddychają, pocą się, kąpią, gotują... Wilgotność powyżej 60% i temperatura 20-30°C to idealne warunki rozwoju grzybów pleśniowych. Ich zarodniki mogą powodować problemy z oddychaniem, senność, bóle głowy, nudności, astmę, dolegliwości płucne, nawet zwiększać ryzyko zachorowania na nowotwory. Grzyby szkodzą zresztą nie tylko ludziom - niszcząco wpływają także na budynek.

Co na to prawo?

Według Rozporządzenia Ministra Infrastruktury z 12.04.2002 r., wentylacja ma zagwarantować "odpowiednią jakość środowiska wewnętrznego, w tym wielkość wymiany powietrza, jego czystość, temperaturę, wilgotność względną, prędkość ruchu w pomieszczeniu (...) Wentylację mechaniczną lub grawitacyjną należy zapewnić w pomieszczeniach przeznaczonych na pobyt ludzi, w pomieszczeniach bez otwieranych okien, a także w innych, w których ze względów zdrowotnych, technologicznych lub bezpieczeństwa konieczne jest zapewnienie wymiany powietrza". Przepisy określają, ile powietrza należy usunąć z tzw. pomieszczeń brudnych (kuchni, łazienki, toalety).

I tak:

• z łazienki minimum 50 m3/h;
• z wydzielonego WC 30 m3/h;
• z kuchni z kuchenką elektryczną 30 m3/h (jeśli w pomieszczeniu jest okno i gdy w lokalu mieszka do 3 osób), 50 m3/h (kuchnia bez okna lub mieszkanie dla więcej niż 3 osób);
• z kuchni z kuchenką gazową albo węglową 70 m3/h;
• z pomocniczego pomieszczenia bez okna (spiżarnia, garderoba) 15 m3/h;
• z pokoju oddzielonego od wymienionych wcześniej pomieszczeń więcej niż dwojgiem drzwi lub znajdującego się na wyższej kondygnacji 30 m3/h.

Dopływ powietrza ma być zapewniony do pokojów mieszkalnych i kuchni z oknem, przez nawiewniki w górnej części okna, w ścianie ponad nim, albo przez otwory nawiewne wentylacji mechanicznej.

Przyjmuje się, że dla każdej osoby przebywającej w pomieszczeniu, w ciągu godziny należy doprowadzić przynajmniej 20 m3 powietrza. Wentylacja ma również zapewnić bezpieczne użytkowanie palenisk na paliwa stałe, kominków i urządzeń gazowych - kotła, podgrzewacza, kuchenki. Względem nich obowiązują dodatkowe wymagania.

W nowych domach z wentylacją grawitacyjną powietrze napływa do wnętrz przez nawiewniki montowane w górnej części okna. (fot. Krispol)

Jak działa wentylacja tradycyjna?

Wentylacja grawitacyjna funkcjonuje dzięki różnicy temperatury (gęstości powietrza) wewnątrz i na zewnątrz budynku. Lżejsze, ciepłe powietrze jest wypierane przez chłodniejsze, napływające do środka. To dostaje się do budynku przez okna lub nawiewniki. Z pomieszczeń z nawiewnikami przepływa do tych, w których znajdują się kratki wyciągowe. Zużyte powietrze odprowadzają pionowe kanały wywiewne. Żeby system funkcjonował, kanały muszą mieć odpowiedni przekrój i wysokość.

Może cię zainteresować

Jak ustawiać parametry pracy rekuperatora w zimie? Jaka powinna być odległość czerpni od wyrzutni powietrza do rekuperatora? Ile prądu zużywa klimatyzator w trybie grzania i czym różni się od powietrznej pompy ciepła? Z czego zrobić kanały wentylacyjne w budynku mieszkalnym? O co chodzi z tymi pompami ciepła? Powietrze-powietrze, powietrze-woda? Rekuperator decentralny PRANA w ścianie zamiast centrali wentylacyjnej i sieci kanałów pod sufitem Co lepsze, anemostat czy kratka wentylacyjna? Czy rodzaj gruntu ma wpływ na efektywność pracy GWC? Konsola - klimatyzator do szybkiego nagrzania pomieszczeń Jak wyciszyć wentylator dachowy? Jak zapewnić wysoką wiatroszczelność i wentylację dachu, a jednocześnie redukować koszty? Jak rozplanować instalację systemu wentylacji? Wentylator dachowy Vero-150, cicha praca okapów kuchennych Jakie są przyczyny i skutki rozwoju pleśni? Jak skutecznie z nią walczyć? Jak często trzeba zmieniać filtry w rekuperatorze? Domowy system wentylacji mechanicznej z systemem antysmogowym Rekuperacja w starym domu? To trudne, ale możliwe Czy rekuperacja daje realne oszczędności w ogrzewaniu? Jak zapewnić świeże powietrze w pomieszczeniach? Skutki złej wentylacji Jak bezpiecznie podłączyć okap kuchenny do rekuperatora?

Zobacz więcej Zwiń

Działanie wentylacji grawitacyjnej zależy od warunków atmosferycznych - temperatury i siły wiatru. Gdy jest zimno, wymiana powietrza jest intensywna, w czasie upałów nie ma jej wcale. System jest tani, lecz zimą sporo kosztuje ogrzewanie pomieszczeń, wychładzanych przez to napływające z zewnątrz.

Właściciele domów z wentylacją grawitacyjną muszą zapewnić warunki jej prawidłowego funkcjonowania. Jeśli według projektu powietrze dopływa przez nawiewniki okienne, stolarka ma być w nie wyposażona. Jego przepływu nie mogą ograniczać drzwi wewnętrzne - te do pomieszczeń z kanałami wyciągowymi (kuchni, łazienek) powinny być z podcięciem lub otworami. Szczelina między skrzydłem i podłogą ma mieć przynajmniej 2,5 cm, minimalna powierzchnia otworów wentylacyjnych to 220 cm2.

W domach z tradycyjną wentylacją mamy kratki wentylacyjne, za którymi zaczynają się kanały wywiewne, prowadzone w kominach. (fot. Fotolia)

Jak działa wentylacja mechaniczna?

W tym rozwiązaniu przepływ powietrza wymuszają wentylatory - jego wymiana nie zależy zatem od warunków atmosferycznych. W zależności od rozmieszczenia wentylatorów i budowy systemu, wentylacja mechaniczna jest wywiewna lub nawiewno-wywiewna. Wywiewna może być prosta - w kanale instalacji grawitacyjnej wystarczy zamontować wentylator.

Schemat działania wentylacji mechanicznej z odzyskiem ciepła.

System nawiewno-wywiewny jest dużo bardziej skomplikowany, przez co droższy, ale też wyraźnie lepiej zaspokaja potrzeby inwestorów. Tworzy go centrala wentylacyjna i dwa rurociągi: powietrza nawiewanego i wywiewanego. W centrali znajdują się wentylatory i filtry, czasami także grzałka lub nawilżacz. Ilość usuwanego i dostarczanego powietrza jest w pełni kontrolowana i w żaden sposób nie zależy od pogody. O intensywności wietrzenia wnętrz decyduje wyłącznie ich użytkownik.

Zaletą mechanicznej wentylacji nawiewno-wywiewnej jest filtrowanie doprowadzanego powietrza, które jest oczyszczane z pyłków roślin, szkodliwych zanieczyszczeń chemicznych, cząstek smogu. Dziś jeszcze większym plusem tej instalacji stała się możliwość odzyskania ciepła z powietrza usuwanego. Da się to zrobić, gdyż centrala wentylacyjna jest wyposażona w wymiennik ciepła, czyli rekuperator.

Po co nam odzysk ciepła?

W domu z wentylacją grawitacyjną zimne powietrze z zewnątrz (np. o temperaturze -10°C) ogrzewamy we wnętrzach do np. +20°C, po czym wyrzucamy przez komin, tracąc energię zużytą na ogrzewanie. Odzysk ciepła polega na tym, że powietrze zużyte, zanim zostanie wyrzucone na zewnątrz, w centrali wentylacyjnej ogrzewa to doprowadzane do budynku. Innymi słowy, powietrze ulega wymianie, ale ciepło pozostaje w domu.

Sprawność takiej wymiany w korzystnych warunkach przekracza 90%. To rozwiązanie droższe na etapie instalacji, lecz umożliwiające znaczne ograniczenie kosztów eksploatacji domu, bo mniej płaci się za ogrzewanie.

Trzeba uczciwie powiedzieć, że wentylacja grawitacyjna jest dziś pod względem energetycznym absolutnym przeżytkiem. Przed laty, straty ciepła przez przegrody zewnętrzne były tak duże, że nie miało sensu przejmowanie się tymi powodowanymi przez wentylację. Dzisiaj przepisy nakazują nie tylko obniżenie współczynnika U przegród, ale również znaczne ograniczenie zużycia energii w przeliczeniu na 1 m2 domu (roczny limit energii pierwotnej to 70 kWh/m2). Wstawiając jeszcze lepsze okna albo poprawiając izolację ścian, nie zyska się już zbyt wiele. Największy potencjał tkwi właśnie w wentylacji, właściwie w przejściu z wentylacji grawitacyjnej na mechaniczną z odzyskiem ciepła.

Wentylacja mechaniczna z odzyskiem ciepła to dużo nowocześniejsza i bardziej skomplikowana instalacja, której sercem jest centrala wentylacyjna, o wielkości porównywalnej z szafką lub pralką. (fot. Stiebel Eltron)

Jak zbudowana jest centrala wentylacyjna?

Potocznie całą centralę wentylacyjną nazywa się rekuperatorem.

To jednak uproszczenie, bo każda centrala składa się z kilku elementów:

• wymiennika ciepła (czyli właściwego rekuperatora), w którym powietrze usuwane ogrzewa to dostarczane do domu;
• wentylatorów - nawiewnego oraz wywiewnego - które wymuszają przepływ powietrza przez wymiennik, następnie w całej instalacji;
• filtrów oczyszczających powietrze nawiewane i zabezpieczających wymiennik przed brudem;
• sterownika, umożliwiającego nadzór nad pracą centrali, czyli zmianę intensywności wietrzenia, programowanie czasowe itd.;
• obudowy, zapewniającej izolację cieplną i tłumiącej hałas towarzyszący działaniu wentylatorów.

Centrale wentylacyjne występują jako urządzenia stojące (fot. z lewej: Klimor) i wiszące, również do montażu podwieszanego (fot. z prawej: Vents Group).

Co jest ważniejsze - centrala czy kanały?

Decydując się na instalację z rekuperacją, inwestorzy koncentrują się na doborze centrali, a ta, choć ważna, jest tylko częścią systemu. Zaplanowanie przebiegu, średnicy i rodzaju kanałów wentylacyjnych warto powierzyć profesjonalistom.

Ci muszą uwzględnić kilka faktów:

• kanały mają sporą średnicę, przez co trudno je ukryć;
• trzeba je doprowadzić do niemal wszystkich pomieszczeń (nawiewne lub wyciągowe);
• powinny być możliwie krótkie, z niewielką liczbą złączek i zmian kierunku, bo zwiększa to opory przepływu powietrza;
• wymagają izolacji akustycznej i cieplnej.

Trzeba również pogodzić prostotę instalacji z funkcjonalnością układu wnętrz. Centrala ma być na przykład z dala od sypialni, żeby szum nie zakłócał snu. Należy pamiętać, że o ile w przyszłości da się ją wymienić na inną, to rur już nie, albo będzie to bardzo trudne. Dlatego niezbędny jest fachowy projekt przebiegu kanałów. Specjalista określi, jak duże będą opory przepływu oraz ile powietrza ma trafić do każdego pomieszczenia. Znając te parametry, dobierze odpowiednią centralę.

Centralę wentylacyjną umieszczamy daleko od sypialni, np. w garażu. (fot. Rekuperatory.pl)

Kanały wentylacyjne prowadzi się nad sufitem podwieszanym (fot. a) Concept AIR), zalewa betonem w podłodze (fot. b) Wolf), w domach z płaskim dachem można je ułożyć na stropie (fot. c) J. Werner).

Co trzeba wiedzieć o wymiennikach ciepła?

Od wymiennika zależy, na ile powietrze usuwane przekaże ciepło świeżemu, nawiewanemu z zewnątrz. To właśnie jest sprawność odzysku ciepła - im wyższa, tym lepiej. Ten parametr jest najbardziej wyeksponowany, lecz jest tylko jedną z cech wymiennika.

Najprościej rzecz ujmując, wymienniki występują w trzech rodzajach:

• najpopularniejsze są przeciwprądowe. Łączą wysoką sprawność (rzędu 90%) z niewielkimi wymiarami i umiarkowaną ceną. Wadą tej konstrukcji jest podatność na szronienie w niskiej temperaturze, trudne czyszczenie i znaczne opory przepływu;
• kolejne to obrotowe, w których wysoka sprawność, sięgająca 90%, łączy się z całkowitą odpornością na zamarzanie skroplin. Ich wadą jest możliwość śladowego przenikania zanieczyszczeń z powietrza wywiewanego do nawiewanego, będąca efektem działania na zasadzie naprzemiennego przepływu ciepła przez te same kanały;
• wcześniej dominowały wymienniki krzyżowe, ze względu na prostą konstrukcję, niską cenę, małe opory przepływu i łatwość czyszczenia. Ich zasadnicza wada to niska sprawność - poniżej 70%.

Wnętrze rekuperatora z wymiennikiem obrotowym. (fot. Iglotech)

Za jakie parametry odpowiadają wentylatory?

Wentylatory, nawiewny i wywiewny, to po wymienniku drugi, co do ważności, element centrali. To one przepychają powietrze przez wymiennik i sieć kanałów. Centralę charakteryzują w związku z tym jeszcze dwa powiązane ze sobą parametry - wydajność, pokazująca ile powietrza przetłaczają wentylatory, oraz spręż, czyli zdolność do pokonywania oporów przepływu, występujących w instalacji.

Te parametry rozpatruje się łącznie, bo kiedy rośnie wymagany spręż, wydajność wentylatorów spada. Po prostu, gdy wentylator musi pokonać duży opór, przetłacza mniej powietrza. W materiałach producenta urządzenia należy szukać wykresu, który pokazuje zależność pomiędzy wydajnością centrali (m3/h) a sprężem dyspozycyjnym (Pa).

Jakie filtry?

Filtry mają do spełnienia dwojaką rolę. Oczyszczają powietrze nawiewane, np. z pyłków roślin. Co ma to ogromne znaczenie dla alergików i jest dużą zaletą wentylacji mechanicznej. Jednocześnie chronią przed zanieczyszczeniami wymiennik ciepła, wentylatory, całą instalację.

Wybierając filtry, musimy pogodzić dwa sprzeczne oczekiwania - jak najdokładniejszego oczyszczenia powietrza i jak najmniejszego zwiększenia oporów przepływu. Najpowszechniejsze są filtry wstępne/podstawowe G3 i G4, wyłapujące drobiny kurzu, pył, pyłki traw i drzew. Dokładniejsze i droższe, np. F7, zatrzymają roztocza, bakterie, częściowo smog, ale też generują wyższe opory przepływu powietrza. Podobnie, jak filtry zapchane. Przepływ powietrza przez te zabrudzone spada nawet o połowę, dlatego trzeba pamiętać o ich regularnej wymianie (przeciętnie co 3 miesiące). Koszt wymiany filtrów to, obok zużycia prądu, główny koszt eksploatacyjny wentylacji z rekuperatorem.

Filtry wymienia się zwykle co 3 miesiące. Jeśli to zaniedbamy, wzrosną opory przepływu powietrza. (fot. Pro-Vent)

Osprzęt dodatkowy?

Centralę można wyposażyć w dodatkowe elementy, zwiększające jej możliwości i wygodę obsługi.

Nagrzewnica wstępna służy do odszraniania wymiennika w niskiej temperaturze. W chłodnym klimacie, potrzebuje jej większość central, w przeciwnym razie zamarznięte skropliny mogą zatkać wymiennik. Obywają się bez niej wymienniki obrotowe oraz systemy współpracujące z gruntowym wymiennikiem ciepła (GWC), w których to on wstępnie podgrzewa doprowadzane powietrze.

Zaawansowane sterowanie ma wpływ na wygodę użytkowania i koszty eksploatacyjne. W przypadku centrali wentylacyjnej minimum to możliwość zmiany intensywności wentylacji i zaprogramowania jej w czasie. Najwygodniejsze są jednak systemy działające w pełni automatycznie.

Centralą wentylacyjną można zarządzać korzystając z panelu sterowania, albo z urządzeń mobilnych. (fot. Ventia)

Bypass to obejście, dzięki któremu powietrze nawiewane i usuwane przez wentylatory nie przechodzi przez wymiennik. To przydatne rozwiązanie w okresach, gdy temperatura w domu i na zewnątrz jest zbliżona. Stosowanie odzysku ciepła nie ma wówczas sensu, a wymiennik wprowadza znaczne opory przepływu powietrza.

Co to jest gruntowy wymiennik ciepła (GWC)?

GWC poprawia komfort pracy systemu wentylacji mechanicznej, zwiększa jej efektywność i zmniejsza koszty. Podnosi też jakość nawiewanego powietrza.

Żwirowy wymiennik ciepła to umieszczone w wykopie złoże gruboziarnistego, płukanego żwiru. Z kolei rurowy wymiennik ciepła zbudowany jest z rur, najczęściej ułożonych w pętle. Dzięki temu, że grunt na głębokości 1-1,5 m ma przez cały rok dość stabilną temperaturę, wynoszącą kilka stopni powyżej zera, powietrze przepływające przez umieszczony na tej głębokości GWC może być latem chłodzone (np. z +28°C do +18°C), a zimą nieco podgrzewane (np. z -10°C do 0°C). Podczas mrozów GWC, podnosząc temperaturę powietrza zewnętrznego przed rekuperatorem, eliminuje bardzo niekorzystny efekt zamarzania wymiennika.

Gruntowy wymiennik ciepła umieszczony pod domem, w obrysie fundamentów. (fot. Pro-Vent)

Zdolność GWC do zmiany temperatury (chłodzenia lub ogrzewania) przepływającego przez niego powietrza zależy od jego powierzchni oraz szybkości przepływu powietrza (zbyt intensywnie tłoczone przekaże lub odbierze niewiele ciepła).

GWC może stanowić uzupełnienie systemu grzewczego zimą i prawie darmową formę naturalnej klimatyzacji latem. Prawie - gdyż wymiennik to kolejny element zwiększający opór i utrudniający przepływ powietrza - wymusza więc dalsze zwiększenie mocy wentylatorów nawiewnych i wzrost poboru energii elektrycznej.

Redaktor: Janusz Werner
fot. otwierająca: Pro-Vent