Artykuł Eksperta: Wentylacja i mikroklimat w domu

Wentylacja i mikroklimat w domu – jak zapewnić idealne warunki?

Powietrze, którym oddychamy w budynkach, ma ogromne znaczenie dla naszego zdrowia, samopoczucia i produktywności. Dlatego dla zdrowego i higienicznego życia niezbędna jest wentylacja – wymiana powietrza zużytego (z podwyższoną zawartością dwutlenku węgla i innych substancji powstających w budynku) na powietrze świeże. Rolą prawidłowej wentylacji powinno być także przygotowanie powietrza – tak, by miało odpowiednią wilgotność względną i było wolne od zanieczyszczeń – pyłów i szkodliwych mikroorganizmów. W pomieszczeniach niedostatecznie wentylowanych (np. takich z wentylacją naturalną, w której użytkownicy “zapomnieli” otworzyć okno) występuje nadmiar dwutlenku węgla pochodzącego z oddychania, zarodniki grzybów i pleśni oraz inne substancje biologiczne (np. złuszczony naskórek, sierść zwierząt, odchody roztoczy), bakterie i wirusy wydychane przez osoby chore, pyły zawieszone pochodzenia domowego (na przykład niewidoczne gołym okiem produkty smażenia), kurz czy dym papierosowy. Nasilenie tych problemów zmienia się sezonowo, podobnie jak zależnie od sezonu doświadcza się niewystarczającej (zimą) lub nadmiernej (latem) wilgotności względnej.

• Wskaźnikiem jakości powietrza w pomieszczeniach jest zawartość dwutlenku węgla (CO2), który wytwarzany jest głównie podczas oddychania – średnio w ilości 20-23 l/h na osobę. Do precyzyjnego monitorowania tych parametrów służą nowoczesne czujniki, takie jak HRQ-SENS-CO2.
• Już powyżej 1000 ppm CO2. (wartość tę określa się jako liczbę Pettenkoffera od nazwiska niemieckiego badacza) spada samopoczucie, zdolność koncentracji i produktywność, zaś pojawia się uczucie duszności i zmęczenia.
• W niewietrzonej sypialni czy klasie szkolnej łatwo przekroczyć stężenie CO2 wynoszące 2500-3500 ppm.

Załącznik krajowy do ważnej, uznanej w Europie normy PN-EN 16798-1 Charakterystyka energetyczna budynków – Wentylacja budynków – Część 1: Parametry wejściowe środowiska wewnętrznego do projektowania i oceny charakterystyki energetycznej budynków w odniesieniu do jakości powietrza wewnętrznego, środowiska cieplnego, oświetlenia i akustyki – Moduł M1-6 wskazuje, że dla pomieszczeń o najwyższych wymaganiach zawartość dwutlenku węgla nie powinna przekraczać 800 ppm powyżej stężenia CO2 na zewnątrz, zaś w budynkach o wymaganiach średnich (odpowiednich do nowych budynków mieszkalnych) – 900 ppm powyżej stężenia na zewnątrz budynku. Warto tu dodać, że obecnie średnie stężenie CO2 w atmosferze wynosi 424,3 ppm i wciąż rośnie.

Mikroklimat pomieszczeń niedostatecznie wentylowanych

W pomieszczeniach niedostatecznie wentylowanych panują zatem warunki zbyt suche lub “nieprzyjemna atmosfera” (poczucie duszności), użytkownicy skarżą się na złe samopoczucie (uczucie zmęczenia, bóle głowy), mogą rozwijać się grzyby (np. kropidlaki i pleśnie), pojawiają się (lub nasilają) reakcje alergicznych na pleśnie, a także nasilają się objawy astmy i innych przewlekłych chorób układu oddechowego. Rośnie też podatność na infekcje i choroby układu oddechowego.

Pojawiają się również problemy użytkowe – np. długie schnięcie wilgotnych tekstyliów (ręczniki, pranie), skraplanie pary wodnej na oknach czy pęcznienie drewna, papieru czy kartonu, a w skrajnych przypadkach niszczenie konstrukcji budynku przez wnikanie wilgoci w ściany. W budynkach wielorodzinnych lub użyteczności publicznej po termomodernizacji, w której zaniedbano odpowiednią wentylację, pojawiają się problemy z efektem “termosu”, co może zniweczyć efekt termomodernizacji ze względu na konieczność częstego wietrzenia pomieszczeń podczas okresu grzewczego.

Wentylacja w nowym budynku – koszt czy oszczędność?

Myśląc o wentylacji nowego budynku (lub o jego generalnym remoncie uwzględniającym także modernizację wentylacji) należy wziąć pod uwagę, że wentylacja naturalna ma dwie główne wady, dyskwalifikujące ją przy wyborze rozwiązania do nowego budynku. Po pierwsze, wiąże się z wysokimi stratami ciepła w okresie grzewczym. Straty związane z wentylacją naturalną wynoszą nawet do 30-40% wszystkich strat ciepła.

• Praktycznie niemożliwe jest zatem wybudowanie nowego budynku z wentylacją naturalną, którego zapotrzebowanie na energię pierwotną (EP) będzie faktycznie zgodne z aktualnymi wymaganiami przepisów Rozporządzenia w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie.
• Drugim problemem jest to, że nie można kontrolować powietrza napływającego z zewnątrz – ani jego ilości, ani tym bardziej jakości. Do pomieszczeń napływa powietrze z nazwy świeże (zewnętrzne), jednak faktycznie zanieczyszczone np. pyłami zawieszonymi (PM), zanieczyszczeniami chemicznymi czy pyłkami roślin mogącymi powodować alergie.
• Dla nowych budynków optymalnym rozwiązaniem – pomagającym zapewnić zdrowie i dobre samopoczucie mieszkańców oraz wspierającym oszczędne ogrzewanie budynku – jest wentylacja mechaniczna wywiewno-nawiewna z odzyskiem ciepła, określana także jako rekuperacja (instalacja rekuperacyjna, wentylacja z rekuperacją).

Mikroklimat w domu a koszty instalacji rekuperacji

Choć instalacja rekuperacyjna to istotny nakład inwestycyjny, przy zaplanowaniu jej na etapie projektu koszt budowy nowego domu z taką wentylacją jest niewiele wyższy niż domu z wentylacją naturalną. Wynika to z tego, że w przypadku budynku z wentylacją naturalną trzeba zaplanować murowane kominy, potrzebne do odprowadzenia (wywiewu) zużytego powietrza. W przypadku wentylacji mechanicznej z rekuperacją takie kominy nie są konieczne - powietrze zużyte z pomieszczeń odprowadzane jest przez sieć przewodów (np. system FLX) w górnej części pomieszczenia.

Budując nowy dom bez wentylacji naturalnej, nie trzeba zatem murować kominów wentylacyjnych, co dodatkowo daje większą swobodę w projektowaniu i aranżowaniu dostępnej powierzchni użytkowej. Brak kominów obniża zatem istotnie cenę materiałów i prac budowlanych – co przynajmniej po części rekompensuje wydatki poniesione na urządzenia i materiały składające się na instalację rekuperacyjną oraz jej wykonanie.

Na instalację składa się:

• centrala wentylacyjna z odzyskiem ciepła/energii, filtrami i czujnikami (rekuperator, np. model HRU-PremAIR-450);
• sieć przewodów rozprowadzająca powietrze czyste do pomieszczeń i odbierająca powietrze zużyte wraz z zakończeniami wentylacyjnymi – takimi jak kratki, nawiewniki, wywiewniki czy anemostaty;
• oraz czerpnia i wyrzutnia, czyli wlot powietrza do budynku i jego wylot poza budynek.

Centrala wentylacyjna odpowiada nie tylko za automatycznie kontrolowaną wymianę powietrza, ale też za odzysk ciepła z ogrzanego powietrza wywiewanego z pomieszczeń. Dzięki temu powietrze w pomieszczeniu ma wyższą temperaturę – w ten sposób trzeba zużyć mniej energii na ogrzewanie pomieszczeń. Zatem oszczędności osiągane dzięki wentylacji mechanicznej z rekuperacją wynikają z dwóch mechanizmów – ograniczenia strat ciepła dzięki kontrolowanej wymianie powietrza i odzysku energii z powietrza wywiewanego. Łączne koszty wentylacji i ogrzewania w budynku z wentylacją mechaniczną mogą zatem być wyraźnie niższe niż w przypadku wentylacji naturalnej.

Zdrowy mikroklimat w domu a rekuperacja Alnor

Rekuperacja, dzięki odpowiedniemu wyposażeniu centrali, może także zapewnić odpowiedni poziom wilgotności i zadbać o czystość powietrza. Dzięki temu mikroklimat w pomieszczeniach może być stały i przewidywalny – ma to wyjątkowo duże znaczenie, jeśli wśród mieszkańców są osoby ze szczególnymi potrzebami, np. alergicy czy osoby z chorobami przewlekłymi układu oddechowego. Zastosowanie filtrów antysmogowych MOCarz dodatkowo podnosi standard higieniczny nawiewanego powietrza.

Wpływ mikroklimatu pomieszczeń w domu na zdrowie i samopoczucie

Zapewnienie optymalnego mikroklimatu to nie tylko kwestia komfortu, ale przede wszystkim inwestycja w zdrowie domowników. Systemy Alnor, łącząc zaawansowaną technologię odzysku ciepła z inteligentnym sterowaniem w chmurze AIR Alnor, pozwalają na pełną kontrolę nad środowiskiem wewnętrznym, minimalizując ryzyko wystąpienia syndromu chorego budynku (SBS).

Wpływ wilgotności na zdrowie i mikroklimat wnętrz

Na codzienne funkcjonowanie, zdrowie i samopoczucie człowieka oraz stan budynku istotnie wpływa wilgotność względna, o czym świadczą badania naukowe różnych specjalności, systematycznie prowadzone już od lat 80. ubiegłego wieku.

• Zbyt niska wilgotność względna powietrza powoduje wysuszanie błon śluzowych: oczu, dróg oddechowych, aparatu głosowego i skóry, co wpływa na podrażnienie i zmęczenie oczu (w skrajnych przypadkach stan zapalny), suchość i podrażnienie gardła i krtani (od kaszlu i chrypki po większe problemy z głosem), nasilenie objawów chronicznych chorób dermatologicznych.
• Wysuszanie błon śluzowych dróg oddechowych ma także negatywny wpływ na odporność. Błony śluzowe z rzęskami oraz barierą ochronną złożoną z białek (mucyny) i polisacharydowów (glikokaliks) stanowią naturalną barierę przed wnikaniem bakterii czy wirusów do organizmów, która pracuje najlepiej w zakresie wilgotności względnej 40-50%.
• Dodatkowo, przy zbyt niskiej wilgotności względnej w powietrzu dłużej utrzymuje się aerozol złożony z drobnych kropel, wydychany do otoczenia podczas kaszlu, kichania i mówienia. W aerozolu wydychanym przez osobę zainfekowaną wirusami przenoszonymi drogą powietrzną we wnętrzu kropli znajdując się zjadliwe wirusy. Przy niskiej wilgotności względnej duże krople aerozolu odparowują do małych rozmiarów – ok. 1 μm – tworząc tzw. jądra kondensacji i dzięki małemu ciężarowi utrzymują się w powietrzu nawet do kilku godzin – czas ten zależy m.in. od tego, jak skuteczna jest wentylacja mechaniczna w pomieszczeniach.
• Przy wilgotności względnej już powyżej 25-30% krople mają zdolność do łączenia się w większe zespoły, które opadają na różne powierzchnie w pomieszczeniach i nie powodują zakażenia drogą kropelkową. W Polsce, czyli w klimacie umiarkowanym, w okresie grzewczym wilgotność względna powietrza zewnętrznego jest niższa niż przez pozostałe pory roku, stąd problem ten pojawia się głównie w tym okresie.

Jak może tu pomóc wentylacja mechaniczna?

Wymiana ciepła w rekuperatorze wiąże się z obniżeniem wilgotności względnej powietrza nawiewanego do pomieszczeń, co zimą jest wyjątkowo niekorzystne. Jednocześnie z pomieszczeń wilgotnych (łazienki, toalety, kuchnie) usuwane jest powietrze o wysokiej wilgotności względnej, które – ze względu na wysokie ciepło właściwe wody wynoszące 1970 J/(kg∙K) – jest też nośnikiem energii (tzw. ciepła utajonego). Rozwiązaniem mógłby być więc wymiennik odzyskujący wilgoć – wówczas w pomieszczeniach uzyskuje się powietrze o wyższej wilgotności względnej, ale też wymagające niższego nakładu energii na ogrzewanie.

Odzysk wilgoci – wymienniki entalpiczne w rekuperacji

W technice wentylacyjnej istnieją wymienniki o specjalnej konstrukcji, które noszą nazwę wymienników entalpicznych. Nazwa ta odwołuje się do tego, że odzyskuje się energię całkowitą, której miarą w fizyce jest właśnie entalpia – nie tylko ciepło (jak w klasycznym wymienniku ciepła), ale też ciepło utajone zawarte w parze wodnej. W wymienniku entalpicznym między strumieniami powietrza nawiewanego i wywiewanego następuje nie tylko wymiana ciepła, ale też przenoszenie pary wodnej z powietrza wywiewanego do powietrza nawiewanego. Wymiennik jest wykonany z materiału selektywnego – przepuszczającego parę wodną (ale nie inne zanieczyszczenia) – którym najczęściej jest specjalne tworzywo sztuczne zabezpieczone przed rozwojem drobnoustrojów.

O tym, jak skuteczna jest wymiana ciepła i wilgoci, mówi sprawność odzysku entalpii h:
h= (I2-I1)/(I3-I1)
gdzie:
- I1 – entalpia powietrza nawiewanego – przed wymiennikiem [J/kg]
- I2 – entalpia powietrza nawiewanego – za wymiennikiem [J/kg]
- I3 – entalpia powietrza wywiewanego – przed wymiennikiem [J/kg]

Największe korzyści z odzysku całej energii (ciepła i wilgoci) są zimą. Powietrze wywiewane (z kuchni, łazienek, pralni) ma wysoką temperaturę i wilgotność, czyli znaczną entalpię (I3). Powietrze zewnętrzne, suche i zimne, ma z kolei niską entalpię (I1). Stąd w wymienniku może nastąpić znaczne podniesienie zarówno temperatury, jak i wilgotności względnej powietrza – dzięki temu entalpia powietrza za wymiennikiem (I2) jest łącznie wysoka.

Z kolei jednak zbyt wysoka wilgotność względna (powyżej 60%) zwiększa ryzyko chorób reumatycznych, przyczynia się do rozwoju roztoczy kurzu domowego, sprzyja rozwojowi grzybów i pleśni. Badania wskazują także na to, że wysoka wilgotność względna (np. powyżej 70-80%) sprzyja przetrwaniu i rozprzestrzenianiu wirusów, w tym wirusa grypy i koronawirusa. Wysoka wilgotność względna powoduje także bardziej intensywne ulatnianie się związków organicznych z materiałów budowlanych.

Normy i parametry obliczeniowe powietrza wewnętrznego

Przywołana w Warunkach Technicznych, a więc obowiązująca w projektowaniu, norma PN-B-03421 Wentylacja i klimatyzacja wskazuje, że optymalna wilgotność względna w pomieszczeniach na stały pobyt ludzi latem wynosi 40–55%, zaś zimą powinno to być 40–60%. Również załącznik krajowy do normy PN-EN 16798-1 wskazuje, że dla pomieszczeń o najwyższych wymaganiach wilgotność względna powinna wynosić od 30% do 50%. Uwzględniając wszystkie opisane czynniki, za zakres optymalny można uznać przedział RH od 30% do 50%.

Filtracja powietrza a pyły zawieszone PM2.5 i PM10

Jeśli powietrze zewnętrzne napływa do pomieszczeń zupełnie swobodnie i nie jest filtrowane, do pomieszczenia wraz z nim dostają się zanieczyszczenia, głównie pyły zawieszone (PM) o różnej wielkości (PM1, PM 2,5, PM10) czy pyłki roślin. W rekuperacji domowej kluczowe jest zastosowanie odpowiednich filtrów. Zgodnie z zaleceniami Eurovent stężenie pyłów zawieszonych w pomieszczeniach nie powinno przekraczać wartości podanych w wytycznych WHO z 2021 roku:

• PM2,5 ≤ 5 μg/m3 (średnia roczna)
• PM10 ≤ 15 μg/m3 (średnia roczna)

Z usuwaniem zanieczyszczeń wewnętrznych radzi sobie dobrze zaprojektowana wentylacja mechaniczna, usuwając w sposób ciągły powietrze z cząsteczkami zanieczyszczeń. Natomiast zanieczyszczenia pyłowe z powietrza zewnętrznego skutecznie usuwają filtry ogólne odpowiedniej klasy umieszczone w centrali wentylacyjnej. Zgodnie z normą PN-EN ISO 16890-1:2017-01E filtr do wentylacji ogólnej jest skuteczny, jeśli zatrzymuje co najmniej 50% pyłów o określonej wielkości.

Organizacja Eurovent zaleca, by filtr dobierać w oparciu o klasę skuteczności dla cząstek PM1: na obszarach o bardzo wysokim zapyleniu klasa ePM1 80%, a na obszarach o wysokim zapyleniu klasa ePM1 70%.

Czy jednak wentylacja z rekuperacją powinna zawsze działać według tego samego schematu? O każdej porze roku staje przed innymi wyzwaniami!

Cztery pory roku z wilgotnością, zanieczyszczeniami i rekuperacją

• Zimą powietrze zewnętrzne jest chłodne i suche (wilgotność względna często poniżej 20%) – wymaga ogrzewania i nawilżania. Powietrze napływające do domów jest silnie zanieczyszczone pyłami zawieszonymi (PM 10, PM 2,5 i PM 1). W tym okresie system rekuperacji, wyposażony w filtry antysmogowe MOCarz, powinien zapewnić oszczędność energii i czyste powietrze. Więcej o tym procesie przeczytasz w naszym przewodniku po wentylacji mechanicznej.
• Wiosną temperatura szybko się zmienia. Choć maleje podatność na infekcje, przybywa alergenów roślinnych (brzoza, trawy). Rekuperacja stabilizuje temperaturę i zatrzymuje pyłki dzięki wysokiej klasy filtrom.

• Latem doświadczamy upałów i wysokiej wilgotności. Rola rekuperacji, takiej jak modele SlimAIR czy PremAIR, odwraca się – zapewnia ona ekonomiczne chłodzenie (free-cooling) i ochronę przed pyłkami.
• Jesienią powracają wahania temperatury i smog. Rekuperacja wspiera ekonomiczne ogrzewanie i chroni przed pyłami zawieszonymi, stabilizując mikroklimat.

Jaka powinna być rekuperacja aby zapewnić zdrowy mikroklimat pomieszczeń?

Idealna rekuperacja odpowiada na konkretne potrzeby lokalizacji. W polskim klimacie kluczowe są:

• Wysoka sprawność odzysku ciepła, obniżająca koszty ogrzewania.
• Skuteczna filtracja (np. filtry klasy F7 lub antysmogowe e-MOCarz).
• Inteligentne sterowanie – czujniki HRQ-SENS-CO2 dostosowują intensywność wentylacji do poziomu dwutlenku węgla.
• Regulacja wilgotności – zastosowanie wymiennika entalpicznego w okresie grzewczym