Do życia w budynkach niezbędna jest wentylacja - wymiana powietrza zużytego (z podwyższoną zawartością dwutlenku węgla i innych substancji powstających w budynku, np. pyły zawieszone PM wytwarzane choćby podczas smażenia) na powietrze świeże, czyli pochodzące z zewnątrz budynku. Jakie są możliwe rozwiązania techniczne dla domów jednorodzinnych? Które z nich będzie najbardziej skuteczne?
W większości istniejących budynków w Polsce stosowana jest wentylacja naturalna, nazywana czasem grawitacyjną. Wentylacja naturalna działa dzięki różnicy gęstości powietrza atmosferycznego i powietrza w budynkach. Lżejsze (o wyższej temperaturze) powietrze znajdujące się w pomieszczeniach unosi się w kierunku kratek wentylacyjnych umieszczonych w górnej części tzw. pomieszczeń brudnych, takich jak kuchnia czy łazienka.
Kratki wentylacyjne zamontowane są na pionach wentylacyjnych - murowanych pionowych kanałach (kominach), przez które powietrze, unosząc się do góry, odprowadzane jest przez wyloty kanałów wyprowadzone ponad dach. W budownictwie wielorodzinnych pomieszczenia jednego rodzaju (np. łazienki) mają często wspólny pion.
Na miejsce powietrza zużytego napływa cięższe (o niższej temperaturze) powietrze zewnętrzne. Taka naturalna wymiana powietrza zachodzi, kiedy wytwarza się ciąg wentylacyjny - różnica ciśnień pomiędzy pomieszczeniami a zewnętrzem budynku, umożliwiająca wypychanie ciepłego powietrza przez strumień powietrza zimnego. Do powstania ciągu wentylacyjnego muszą być spełnione dwa warunki - odpowiednio wysoka różnica temperatury powietrza (to na zewnątrz musi mieć temperaturę niższą) oraz istnienie dróg, którymi zimne powietrze może napływać do pomieszczenia.
W budownictwie starszym rolę tę pełniły nieszczelności w stolarce okiennej i drzwiowej, a nawet w ścianach. Dodatkową drogą napływu powietrza zewnętrznego jest otwarte okno. Współcześnie, kiedy budynki mają szczelne okna i dobrą izolację przegród, trzeba stworzyć drogę napływu powietrza. Stosuje się nawiewniki okienne (rzadziej także ścienne) albo tzw. mikrowentylację, mającą umożliwiać napływ powietrza przez szczeliny w uszczelce obwodowej okna.
Podstawowym ograniczeniem wentylacji naturalnej jest jej nieprzewidywalność i zależność od pogody, a także od nawyków użytkownika. Latem, kiedy temperatura na zewnątrz jest wysoka, nie powstaje ciąg wentylacyjny i wentylacja naturalna działa bardzo słabo, jeśli działa w ogóle. Może wystąpić także zjawisko ciągu wstecznego - wdmuchiwanie powietrza przez kratki wentylacyjne (podobnie dzieje się w przypadku wiatru z niekorzystnego kierunku).
Zimą z kolei, ze względu na ograniczenie napływu zimnego powietrza, mieszkańcy nie otwierają okien, a nawet zamykają nawiewniki okienne. Przepływ w domu może zostać zablokowany także przez pozornie drobne niedopatrzenie - brak otworów wentylacyjnych w drzwiach łazienek czy toalet.
Drugim problemem jest brak kontroli jakości powietrza wewnętrznego - do pomieszczeń napływa powietrze z nazwy świeże, ale faktycznie ze wszystkimi zanieczyszczeniami, takimi jak pyły zawieszone czy bioaerozole. Nie należy też zapominać o wysokich stratach ciepła na wentylację naturalną w okresie grzewczym. Wynoszą one nawet do 30-40% wszystkich strat ciepła.
Wentylacja mechaniczna polega na wymuszeniu przepływu powietrza w określonym kierunku przez zastosowanie wentylatorów. Wymaga poprowadzenia sieci przewodów wentylacyjnych (najczęściej metalowych, rzadziej z tworzywa sztucznego), przez które będzie odprowadzane powietrze zużyte z pomieszczeń i doprowadzane powietrze świeże. Na wlotach i wylotach powietrza znajdują się anemostaty - zakończenia wentylacyjne pełniące rolę nawiewników lub wywiewników, wspomagających ukierunkowanie strumienia powietrza.
Wentylacja mechaniczna wywiewna polega na wymuszeniu usuwania (wywiewu) powietrza przez wentylator wyciągowym, przy zachowaniu naturalnego nawiewu w stolarce okiennej. W rozwiązaniu tym stosuje się wentylatory kanałowe (montowane w przewodach wentylacyjnych) lub dachowe (montowane na odpowiedniej podstawie na dachu).
Wentylacja mechaniczna nawiewna polega na wymuszeniu nawiewu powietrza świeżego przy zachowaniu naturalnego odpływu powietrza przez kanały wentylacji naturalnej. Wentylator nawiewny najczęściej montuje się w przewodzie wentylacyjnym.
Wentylacja mechaniczna nawiewno-wywiewna powoduje wymuszenie zarówno wywiewu, jak i nawiewu powietrza. Zadanie to jest realizowane przez parę wentylatorów - nawiewny i wywiewny. Do zapewnienia wentylacji mechanicznej nawiewno-wywiewnej często stosuje się centralę wentylacyjną - urządzenia, w którym znajduje się para wentylatorów oraz odpowiednie króćce, do których podłącza się przewody: powietrza świeżego płynącego z czerpni (elementu w dachu lub ścianie), powietrza wyciągowego kierowanego do wyrzutni, powietrza nawiewanego kierowanego do pomieszczeń oraz powietrza wywiewanego, zbieranego z pomieszczeń.
Wentylacja mechaniczna nawiewno-wywiewna z odzyskiem ciepła (zwana potocznie “rekuperacją”) jest możliwa, kiedy centrala wentylacyjna wyposażona jest także w rekuperator, czyli wymiennik ciepła między strumieniami powietrza wentylacyjnego - wyciągowego i świeżego. Rekuperator umożliwia odzyskiwanie ciepła z powietrza wywiewanego tak, by strumienie powietrza nie mieszały się.
Zimą, kiedy z pomieszczeń odprowadzane jest ciepłe powietrze, w rekuperatorze przekazuje ono ciepło do strumienia zimnego powietrza świeżego. Dzięki temu strumień powietrza jest wstępnie ogrzewany i do pomieszczeń kierowane jest powietrze o wyższej temperaturze niż powietrze zewnętrzne. Dzięki temu można zużyć mniej energii na ogrzewanie.
Zasadniczą zaletą wentylacji mechanicznej nawiewno-wywiewnej jest jej działanie niezależnie od pogody, praktycznie poza świadomością mieszkańców. Wydajność wentylacji można regulować zależnie od potrzeb mieszkańców (także z zastosowaniem zaawansowanej automatyki). W dobie wysokich zanieczyszczeń pyłowych powietrza zewnętrznego ważna jest także możliwość filtracji powietrza poprzez filtry znajdujące się w centrali wentylacyjnej.
Standardem w urządzeniach stają się coraz skuteczniejsze filtry, które w dużym stopniu zatrzymują pyły zawieszone (PM 10, PM 2,5 oraz PM 1), a jako dodatkowe wyposażenie coraz częściej pojawiają się elektrofiltry lub inne moduły antysmogowe, zapewniające dokładne oczyszczenie powietrza zewnętrznego z pyłów, ale także zarodników grzybów, bakterii, a nawet wirusów.
Wentylacja mechaniczna nawiewno-wywiewna z odzyskiem ciepła jest instalacją wieloskładnikową. Za wlot powietrza świeżego odpowiada czerpnia powietrza (odpowiednio zabezpieczony otwór wlotowy), za wylot - wyrzutnia. Oba te elementy trzeba prawidłowo zlokalizować względem siebie. Współpracują one z centralą wentylacyjną, w której działają wentylatory: nawiewny i wywiewny, wymiennik ciepła (rekuperator) oraz sekcja filtrów. Po budynku powietrze rozprowadzane jest przez sieć przewodów nawiewnych, które kończą się anemostatami w pokojach dziennych i sypialniach. Powietrze zużyte kierowane jest do kratek wentylacyjnych w łazienkach, toaletach i kuchniach, skąd siecią przewodów wywiewnych wraca do centrali.
Wyzwaniami związanymi z wentylacją mechaniczną są m.in. hałas, który mogą powodować wentylatory pracujące na najwyższym biegu, zużycie eksploatacyjne części mechanicznych oraz nakłady na energię elektryczną. Jeśli dom znajduje się w lokalizacji, gdzie często zdarzają się wyłączenia prądu, trzeba brać pod uwagę, że bez prądu potrzebnego do napędu wentylatorów wentylacja mechaniczna nie działa.
Konieczne jest zapewnienie właściwej lokalizacji centrali wentylacyjnej - w pomieszczeniu, w którym temperatura nie spadnie poniżej 0ºC, a które będzie łatwo dostępne do przeglądu czy wymiany filtra. Może być to np. miejsce na poddaszu użytkowym. Ważnym aspektem domowej instalacji wentylacji technicznej jest prawidłowy projekt, uwzględniający bilans powietrza, przepływy w kanałach oraz lokalizację anemostatów nawiewnych i wywiewnych.
Ten rodzaj wentylacji ma łączyć zalety wentylacji naturalnej i mechanicznej. W tym rozwiązaniu kluczową rolę odgrywa nasada hybrydowa - wentylator w odpowiedniej obudowie zamontowany na wylocie kanału wentylacyjnego na dachu. Spotyka się dwa podejścia do wentylacji hybrydowej. Pierwsze z nich polega na tym, że nasada hybrydowa pracuje przez cały czas, symulując naturalny ciąg wentylacyjny.
W drugim rozwiązaniu wentylacja dostosowuje się do warunków otoczenia. Przy sprzyjających warunkach atmosferycznych (kiedy istnieje naturalny ciąg wentylacyjny) nasada hybrydowa nie pracuje i działa wentylacja grawitacyjna. Kiedy nie ma warunków do działania wentylacji naturalnej, uruchamiany jest wentylator nasady hybrydowej, wymuszając ciąg wentylacyjny.
Wentylacja hybrydowa cechuje się ograniczeniami podobnymi do wentylacji naturalnej. Jej zasadniczą przewagą nad tym rozwiązaniem jest zapewnienie skutecznego wywiewu zużytego powietrza z zachowaniem rozsądnych kosztów związanych ze zużyciem prądu do napędu wentylatora.
Zastanawiając się nad wyborem rodzaju wentylacji do swojego projektowanego domu, inwestor powinien zwrócić uwagę na kilka czynników.
Po pierwsze, należy uwzględnić wpływ zastosowanej wentylacji na spełnienie tzw. standardu WT2021. Standard WT 2021 wynika z aktualnie obowiązujących przepisów Rozporządzenia w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie [1]. Od 31 grudnia 2020 roku wszystkie nowe i remontowane (rozbudowywane lub modernizowane) domy jednorodzinne muszą cechować się wskaźnikiem energii pierwotnej EP - określającym roczne obliczeniowe zapotrzebowanie na nieodnawialną energię pierwotną potrzebną do ogrzewania, przygotowania c.w.u., wentylacji i chłodzenia - nie wyższym niż 70 kWh/m2/rok.
Uzyskanie takiego wskaźnika dla domu wyposażonego w wentylację naturalną może być bardzo trudne. Wiąże się to przede wszystkim z wysokimi stratami ciepła na wentylację naturalną (nawet do 40% w skali wszystkich strat ciepła w budynku). Dla wielu nawet zaawansowanych pod względem energooszczędności źródeł ciepła standard WT 2021 można spełnić tylko z zastosowaniem wentylacji mechanicznej nawiewno-wywiewnej z odzyskiem ciepła. Jej działanie może spowodować, że wskaźnik EP będzie niższy nawet o 15-20 kWh/m2/rok. Podobnie, nie jest możliwe zbudowanie domu pasywnego - rozwiązania, które interesuje coraz większą grupę inwestorów - bez wentylacji mechanicznej nawiewno-wywiewnej z rekuperacją.
Po drugie, choć cała instalacji wentylacji mechanicznej nawiewno-wywiewnej z rekuperacją jest kosztowna (do 30 tys. zł, a nawet więcej, zależnie od wielkości domu i wybranych rozwiązań), wykonanie jest podczas budowy domu będzie najbardziej przyjazne dla portfela inwestora. Różnica w kosztach między budową domu z wentylacją naturalną a domu z rekuperacją nie przekracza zwykle 10 tys. zł. Wiąże się to z obniżeniem kosztów prac konstrukcyjnych - w domu bez wentylacji naturalnej nie trzeba murować kanałów wentylacyjnych ani wyprowadzać ich nad dach. Zatem po części kompensuje to wydatki poniesione na całość budowy.
Po trzecie, należy wziąć pod uwagę kwestie nieprzeliczalne w oczywisty sposób na pieniądze, tj. komfort i zdrowie, które wentylacja mechaniczna nawiewno-wywiewna z odzyskiem ciepła zapewnia dzięki skutecznej wymianie powietrza oraz oczyszczaniu powietrza zewnętrznego zarówno z pyłów, jak i alergenów.
Po czwarte, nasuwa się także pytanie o koszty eksploatacji obu tych systemów (wentylacji naturalnej i wentylacji z rekuperacją). Eksploatacja wentylacji naturalnej ogranicza się do utrzymania w czystości nawiewników okiennych i kratek wywiewnych oraz zamówienia, zgodnie z prawem budowlanym, dorocznego przeglądu kominiarskiego. W przypadku rekuperacji obok utrzymania zakończeń wentylacyjnych w czystości konieczna jest regularna wymiana filtrów, szczególnie istotna przy wysokim stężeniu pyłów zawieszonych (PM) w powietrzu zewnętrznym.
Dla domu jednorodzinnego koszt utrzymania instalacji rekuperacyjnej wynosi średnio do 1500 zł rocznie. Na koszt ten składa się energia elektryczna pobierana przez wentylatory, a w zimą także przez system zabezpieczenia wymiennika przed zamarzaniem, zakup filtrów oraz doroczny przegląd konserwacyjny. Dokładna kwota zależy od wentylowanej powierzchni, rocznego rozkładu temperatury powietrza zewnętrznego, rodzaju zastosowanych filtrów i jakości powietrza zewnętrznego w danym roku. Dodatkowym kosztem jest czyszczenie przewodów wentylacyjnych, które trzeba zlecić specjalistycznej firmie raz na kilka lat.
Porównując koszty utrzymania obu tych rodzajów wentylacji, należy zwrócić uwagę także na koszty ogrzewania i ich związek z rodzajem wentylacji w danym budynku. W przypadku wentylacji naturalnej straty ciepła związane z ucieczką ciepłego powietrza wynoszą nawet do 30-40% całości strat ciepła w domu. Napływający do domu podczas wietrzenia strumień zimnego powietrza trzeba ogrzać. W przypadku instalacji wentylacyjnej z rekuperacją ciepło jest odzyskiwane w centrali wentylacyjnej, a powietrze nawiewane do pomieszczeń jest wstępnie ogrzane. Dzięki temu można zaoszczędzić nawet do 50% kosztów ogrzewania budynku.
Jeśli inwestor planuje gruntowny remont domu albo jego termomodernizację, warto zastanowić się nad wykonaniem wentylacji mechanicznej nawiewno-wywiewnej z odzyskiem ciepła. Po pierwsze - chodzi o wspomnianą wcześniej konieczność spełnienia po remoncie standardu WT2021.
Po drugie, na montaż rekuperacji w domu remontowanym można uzyskać dofinansowanie z programu “Czyste Powietrze” (przy spełnieniu określonych warunków nawet bez wymiany źródła ciepła!). Dla podstawowego poziomu dofinansowania można uzyskać dotację w wysokości 30% kosztów kwalifikowanych, a dla poziomu podwyższonego - 60% kosztów kwalifikowanych. Po trzecie, nie do przecenienia są wymieniane już kilkakrotnie zapewnienie skutecznej wymiany powietrza (dobre samopoczucie mieszkańców), poprawa jakości powietrza w domu oraz oszczędności na ogrzewaniu.
Skala i cena remontu zależy oczywiście od samego domu - jego wielkości i wyposażenia. Na cenę wykonania systemu instalacji wentylacyjnej nawiewno-wywiewnej z odzyskiem ciepła składają się projekt instalacji, centrala, czerpnia i wyrzutnia, kanały powietrzne wraz z zakończeniami wentylacyjnymi, robocizna - jak wspomniano, należy liczyć się z kosztem do 30 tys. zł (przy czym można uzyskać dofinansowanie na poziomie 5 tys. zł lub 10 tys. zł, zależnie od poziomu finansowania).
Decyzję o wykonaniu instalacji wentylacji mechanicznej powinna poprzedzać rozmowa z projektantem. Może się zdarzyć tak, że wykonanie takiej instalacji będzie trudne lub niemożliwe techniczne, np. brakuje miejsca na centralę lub nie można skutecznie poprowadzić sieci przewodów. W takiej sytuacji oczywiście lepiej zastosować nasady hybrydowe niż pozostawić kapryśną i nieprzewidywalną wentylację naturalną. Wentylacja hybrydowa - przy jej zaletach wynikających z łatwego montażu także w budynku istniejącym, prostej zasady działania i stosunkowo niewielkich kosztów na energię elektryczną potrzebną do napędu wentylatora - nadal pozostaje zależna od zapewnienia przez mieszkańców domu nawiewu, np. przez otwieranie okien, powoduje straty ciepła w okresie grzewczym oraz nie pozwala na kontrolę jakości powietrza wewnętrznego.
Coraz większa grupa inwestorów zaczyna rozumieć znaczenie prawidłowej - czyli działającej niezależnie od zjawisk pogodowych - wentylacji dla zdrowia mieszkańców, jakości powietrza pod kątem pyłów czy zanieczyszczeń mikrobiologicznych, a także sumarycznych kosztów utrzymania domu.
Prawidłowa wentylacja nie tylko zapewnia w domach świeżą atmosferę, podnoszącą komfort życia i umożliwiającą produktywną pracę czy naukę, ale też przyczynia się do utrzymania “zdrowego budynku”. W wentylowanych pomieszczeniach nie pojawia się wilgoć, grzyby pleśniowe czy stęchlizna.
Dzięki temu przegrody budowlane i wyposażenie nie są narażone na uszkodzenie. Jeśli te korzyści - nieprzeliczalne w prosty sposób na pieniądze, ale mające wpływ na kondycję finansową danego gospodarstwa domowego - połączy się z oszczędnościami kosztów na ogrzewaniu, wentylacja mechaniczna nawiewno-wywiewna zaczyna jawić się jako pierwszy wybór zarówno w domu powstającym, jak i remontowanym. Pozostaje oczywiście zużycie prądu. Jednak w dobie niesłabnącego zainteresowania fotowoltaiką warto zauważyć, że urządzenia wentylacyjne (pracujące w sposób ciągły) wydają się stworzone do zasilania ich własnym prądem solarnym.
Chcesz się dowiedzieć więcej? Przeczytaj inne artykuły na temat rekuperacji: