STABILER. Kratka zabiera Ci ciepło, tym samym Twoje pieniądze? Zastosuj. nowość

Transkrypt

1 nowość W entylacja grawitacyjna jest najczęściej spotykanym sposobem wentylacji domów w Polsce. Przepływ powietrza jest wymuszany przez różnicę gęstości spowodowaną różnicą temperatur. Ciepłe powietrze jest lekkie i ucieka z budynku przez pionowy kanał wentylacyjny przez komin. Na miejsce ciepłego powietrza przez nawietrzaki umieszczone w ścianach zewnętrznych, czy w oknach dostaje się cięższe zimne powietrze. Konstrukcja takiego systemu jest dość prosta. Prawo budowlane za pośrednictwem norm określa strumień powietrza w zależności od rodzaju pomieszczenia i ilości osób zamieszkujących dany obiekt. Przykładowo w kuchni z oknem zewnętrznym i piecykiem gazowym lub węglowym wentylacja powinna działać z wydajnością co najmniej 70m /h. W łazience powinno to być 50m /h. Na osobę powinno przypadać co najmniej 20m /h, itd... Jeśli popatrzymy do projektu budowlanego i potem obejrzymy kanały wentylacji grawitacyjnej w wybudowanym obiekcie to okazuje się, że i ten kanał wentylacyjny w kuchni i ten w łazience jest praktycznie taki sam. Te same rozmiary, często takie same kratki. Jeśli przykładowa kuchnia i łazienka są na tym samym poziomie, to i długość obydwóch kanałów wentylacyjnych jest taka sama. Dlaczego więc jeden kanał ma transportować 70m /h a drugi 50m /h? Sam zapis w przepisach tego nie zapewni. Rozważmy więc problem na przykładzie. Niech będzie to dom jednorodzinny parterowy z użytkowym poddaszem nie podpiwniczony. Niech jego powierzchnia wynosi ok. 150m 2, kubatura ok 50m i niech będzie przewidziany dla pięciu mieszkańców. Istotne do rozważań cechy konstrukcyjne, to dwie łazienki, kuchnia gazowa. Budynek jest ogrzewany gazowym piecem kondensacyjnym podłączonym do komina powietrzno spalinowego, więc nie uwzględniamy go w bilansie powietrza. Obliczmy zatem wymaganą wydajność wentylacji ze względu na pomieszczenia: kuchnia + 2 łazienki = 70+ 2*50= 170 m /h Następnie obliczmy wymagany strumień powietrza ze względu na liczbę mieszkańców: 5 mieszkańców = 5*20 m /h = 100 m /h Zatem do dalszych rozważań przyjmujemy większą wartość, czyli 170m /h. Wielkość strumienia powietrza jest kompromisem między zdrową atmosferą w domu, a kosztami związanymi z ogrzaniem wymienianego powietrza. Bilans cieplny został sporządzony dla rzeczywistego budynku. Do ogrzania budynku w okresie zimowym od początku października do końca kwietnia potrzebne było ok 1250m gazu. Rozpatrywany okres to 210 dni, czyli średnio ok 6m gazu przypada na dobę. Przy założeniu, że ciepło spalania (bo piec kondensacyjny) gazu GZ50 to 9MJ/m i sprawności pieca 97% daje to moc ok. 2,6kW. Przy cenie ok. 2,5zł/m gazu (taryfa W z uwzględnieniem kosztów stałych) koszt energii to 0,24zł/kWh. Wyniki bilansu cieplnego dla rozważanego budynku przedstawia Tabela 1. Kratka zabiera Ci ciepło, tym samym Twoje pieniądze? Zastosuj STABILER Jak widać z obliczeń prawidłowo działająca wentylacja grawitacyjna potrzebuje ok 0% energii, czyli w tym przypadku jest to średnio ok 0,8kW dla rozpatrywanego okresu. Z ciekawości sprawdźmy też warunki mroźnej zimy. Wyniki obliczeń przedstawia Tabela o C Wymagana wymiana powietrza 170 m /h Ściany zewnętrzne 157 W 18% 7,82 /dzień Okna i drzwi 2020 W 26% 11,64 /dzień Dach 984 W 1% 5,67 /dzień Podłoga 984 W 1% 1,40 /dzień Wentylacja 226 W 0% 1,40 /dzień Razem 7671 W 44,19 /dzień Tabela 2. Wyniki bilansu energetycznego budynku okres mrozu. 7 o C Wymagana wymiana powietrza 170 m /h Ściany zewnętrzne 464 W 18% 2,67/dzień Okna i drzwi 690 W 26%,97/dzień Dach 6 W 1% 1,94/dzień Podłoga 6 W 1% 1,94 /dzień Wentylacja 794 W 0% 4,57/dzień Razem 2620 W 15,09/dzień Tabela 1. Wyniki bilansu energetycznego budynku wartość średnia dla rozpatrywanego okresu. Widzimy, że udział wentylacji w zużyciu energii nadal utrzymuje się na poziomie 0%, choć z wiadomych względów wartości mocy wzrosły. Teraz zwróćmy uwagę na inne zjawisko fizyczne, czyli na ciąg kominowy. Jego zależność od temperatury przedstawia Wykres 1. Kominiarz powinien sprawdzać wentylację grawitacyjną, gdy na zewnątrz jest temperatura 12 C, a wewnątrz 20 C. W przypadku naszego komina będzie to podciśnienie ok. 4Pa. Jeśli temperatura na zewnątrz spadnie do -20 C to ten komin będzie w stanie wytworzyć ciąg ok. 18Pa, czyli 4,5 razy więcej. Kanały wentylacyjne będą wtedy miały potencjał transportowania trochę ponad dwa razy większej ilości powietrza. Ze względu na wychładzanie przymykamy nawietrzaki, aby zachować przepływ na dotychczasowym poziomie. 1

2 zima wiosna/jesień lato Wykres 1. Ciąg kominowy w funkcji różnicy temperatur. Każdy kanał ma wtedy rezerwę, którą usiłuje wykorzystać. Rozpoczyna się siłowanie między kanałami. Walkę zwykle przegrywa najkrótszy kanał i staje się nawietrzakiem, a pozostałe wyciągają dostarczone powietrze. Następuje nadmierna wentylacja pomieszczeń. Zwykle najkrótszy kanał jest w łazience na poddaszu, więc tam nawiewa powietrze i wtedy łazienka jest najzimniejszym pomieszcze niem w domu (rysunek 1). Nawet jeśli jest to dom parterowy, czy mieszkanie i wszystkie kanały wentylacyjne mają te same wymiary łącznie z długością, to przez pewien czas będzie utrzymywać się równowaga chwiejna. Drobny powiew wiatru, otwarcie na chwilę okna lub drzwi, wyższa temperatura w jednym z pomieszczeń itp. spowodują wytrącenie układu z równowagi i wówczas jedne kanały staną się nawiewnymi, a drugie wywiewnymi. W tym przypadku również dojdzie do niekontrolowanego wychładzania pomieszczenia. Sprawdźmy więc bilans energii dla naszego przykładu przedstawiony w tabeli 2, ale przy niekontrolowanej nadmiernej wentylacji. Przy niekontrolowanej wentylacji grawitacyjnej udział w stratach energii wzrósł do 51% (tabela ). Bezwzględna ilość mocy potrzebna na wentylację też wzrosła ponad dwa razy. W budownictwie zwykle nie przykłada się dużej uwagi zagadnieniom wentylacji, więc znakomita większość instalacji grawitacyjnych pracuje w sposób nie kontrolowany. Efektem tego jest opinia, że wentylacja grawitacyjna generuje duże straty. Inną konsekwencją braku kontroli nad wentylacją grawitacyjną jest próba radzenia sobie z problemem przez zatykanie kratek wentylacyjnych, mogące powodować sytuacje niebezpieczne związane z zatruciem czadem. Jeśli kanałów wentylacyjnych jest więcej, albo dom jest nieszczelny (np. przecieki przez uszczelki, regipsy, itp.), to niekontrolowany przepływ powietrza może być tak duży, że instalacja grzewcza nie będzie w stanie nawet nagrzać w 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. Podciśnienie w kanale wentylacyjnym, potocznie zwane ciągiem kominowym, można wytwarzać na kilka sposobów. Jednym ze sposobów jest już opisane naturalne zjawisko wynikające z różnicy gęstości powietrza ciepłego i zimnego. Wentylacja działa wówczas, gdy istnieje różnica temperatur wewnątrz i na zewnątrz budynku. Innym źródłem mogącym wytworzyć ciąg kominowy jest wiatr. Służą do tego różnego typu nasady kominowe. Opływający je wiatr powoduje, że wytwarzają one podciśnienie. Czas pracy wentylacji grawitacyjnej wydłuża się wówczas o okresy, w których jest wietrznie Trzecim źródłem mogącym wytworzyć ciąg kominowy jest energia elektryczna, za pośrednictwem obrotowych nasad hybrydowych. Nasady te posiadają obracającą się pod wpływem wiatru turbinę wytwarzającą podciśnienie, która jest jednocześnie połączona z silnikiem. Przy braku wiatru sterownik silnika wyczuwa, że prędkość obrotowa turbiny ma tendencję do spadku i włącza zasilanie silnika. Wykorzystywana jest w pierwszej kolejności różnica temperatur i wiatr, a jeśli tych dwóch czynników zabraknie, wykorzystywana jest energia elektryczna. W dwóch pierwszych przypadkach podciśnienie w kanale wentylacyjnym jest zależne od czynników zmiennych, bo w czasie zmienia się temperatura (wykres 1), zwłaszcza na zewnątrz budynku oraz zmienia się też prędkość wiatru. Zatem wytwarzane z tych źródeł podciśnienie będzie się zmieniać, czyli wentylacja grawitacyjna będzie chciała pracować ze zmienną wydajnością (rysunek 2), często w nieprawidłowy sposób, jak już wcześniej zostało to opisane. Rysunek 1. Zjawisko przeciągania się kanałów wentylacyjnych. -20 o C Wymagana wymiana powietrza 400 m /h Ściany zewnętrzne 157 W 18% 7,82 /dzień Okna i drzwi 2020 W 26% 11,64 /dzień Dach 984 W 1% 5,67 /dzień Podłoga 984 W 1% 1,40 /dzień Wentylacja 5472 W 51% 1,52 /dzień Razem W 62,1 /dzień Tabela. Wyniki bilansu energetycznego budynku nadmierna wentylacja. Wydajność Q [m /h] rro150-sw RO150-DR TU150 RO150 RO Prędkość wiatru [m/s] Rysunek 2. Wykresy wydajności nasad Rotowent i Turbowent. 2

3 Problem braku kontroli nad wentylacją grawitacyjną mogą rozwiązać stabilizatory wentylacji. Są to takie urządzenia, które ograniczają przepływ do określonej wartości. Przy małym przepływie stabilizator wentylacji stawia mały opór dla powietrza. Gdy przepływ osiągnie wartość nominalną urządzenia, przepustnica odchyla się zbliżając się do przesłony i zmniejsza szczelinę, przez którą płynie powietrze. Wówczas zwiększenie podciśnienia nie powoduje zwiększenia strumienia powietrza. Kształty przesłon zostały tak dobrane, aby uzyskać charakterystyki pokazane na rysunku 5. Zasadę regulacji pokazuje rysunek 4. Zastosowanie stabilizatorów umożliwia kontrolę nad rozdziałem strumieni powietrza zgodnie z zaleceniami przepisów. Możemy wówczas w kuchni zgodnie z przepisami zamontować stabilizator SW-70 pokazany na rysunku 2, który według wykresu na rysunku 5 ogranicza strumień powietrza na poziomie trochę wyższym niż 70 m /h. Pamiętajmy, że wartość 70 m /h to minimum dla tego typu pomieszczenia. W łazience stosujemy stabilizator SW-50, który ogranicza przepływ na poziomie trochę wyższym niż 50 m /h. W innych pomieszczeniach ograniczamy za pomocą stabilizatorów przepływ do wartości wynikającej z prawa budowlanego. Należy pamiętać, że na miejsce usuniętego powietrza do budynku musi dostać się świeże powietrze z zewnątrz. Zatem budynek powinien być wyposażony w nawietrzaki, które dadzą radę wpuścić tyle powietrza ile wypuszczają stabilizatory. Innymi słowy wentylacja musi być zbilansowana, wtedy każdy kanał wentylacyjny otrzyma swoją porcję powietrza i nie zajdzie zjawisko przeciągania powietrza między kanałami wentylacyjnymi. Rys. Stabiler SW1 Stabiler serii SW został zaprojektowany dla wentylacji grawitacyjnej. Oznacza to, że przepływ nominalny dla danego urządzenia jest uzyskiwany już przy różnicy ciśnień rzędu 10~20Pa. Próba wymuszenia większego przepływu powoduje gwałtowny wzrost różnicy ciśnień przed i za urządzeniem. Z estetycznego punktu widzenia stabiler jest widoczny przez siatkę niektórych kratek i stanowi on ładne tło zamiast głębi ciemnego kanału wentylacyjnego. Widać również poruszającą się przepustnicę stabiler np. podczas podmuchów wiatru. Ten ruch przepustnicy daje poczucie, że wentylacja działa prawidłowo. Od stabilera wymaga się, aby pracował cicho. Zostało to uwzględnione przy doborze kształtu przepustnicy i elementów omywanych powietrzem. Przepustnica jest ułożyskowana na tulejkach z tworzywa sztucznego, a zderzaki ograniczające ruch przepustnicy są wykonane z gumy. Przepustnica posiada również wiskotyczny tłumik drgań, który zapobiega wpadaniu przepustnicy w rezonans i wygasza zbyt gwałtowne ruchy. Rys. 4 Zasada działania Stabilera Podciśnienie w kanale wentylacyjnym [Pa] Rys. 5 Charakterystyka przepływu Stabilerów. Wydajność [m /h]

4 Konstrukcja stabilera serii SW1 umożliwia montaż urządzenia w już istniejącym kanale wentylacyjnym bez niszczenia zamontowanej wcześniej kratki. Przebieg montażu przedstawia rysunek 6. Zaczynamy od demontażu istniejącej kratki i usunięcia ewentualnych wypływek betonowych i innych nierówności w kanale (rys.6.1). Kolejnym krokiem jest osadzenie ramki stabilizatora za pomocą np. taśmy klejącej (rys.6.2). Zalecane jest wkręcenie w otwory śrub. Zapobiegnie to zatkaniu otworów przez piankę montażową. Ramka ma wykonane na bocznych ścianach otwory, które służą do wtryśnięcia pianki montażowej (rys.6.). Po wtryśnięciu należy zaczekać do zastygnięcia pianki montażowej (rys.6.4). Następnie usuwamy nadmiar pianki montażowej (rys.6.5) i montujemy stabiler za pomocą dwóch śrub (rys.6.6.). Na końcu zakładamy kratkę (rys.6.7). Taki sposób montażu umożliwia dostęp zarówno do kanału wentylacyjnego w celu np. czyszczenia lub sprawdzenia drożności jak i do stabilizatora np. w celu dokonania kontroli i konserwacji polegającej właściwie tylko na usunięciu ewentualnych zanieczyszczeń. Wszystkie stabilery serii SW1 mają wspólną ramkę, więc jeśli użytkownik stwierdzi, że chce zmienić wydajność wentylacji w danym pomieszczeniu, wystarczy, że wykręci stabiler z ramki i na jego miejsce przykręci inny. Seria SW2 to stabilizatory w kasecie montażowej, która umożliwia podłączenie do instalacji za pomocą np. rury spiro fi125mm. Oczywiście dowolny stabiler wymontowany z kasety montażowej pasuje do ramki zamontowanej za kratką wywiewną i odwrotnie Rysunek 6. Sposób montażu Stabilera w kanale wentylacyjnym. 6 7 UWAGA! FILM MONTAŻOWY ZNAJDZIESZ na Jeśli chodzi o ekologię, to należałoby zadać pytanie ile energii i ile oraz jakich materiałów trzeba zużyć na zbudowanie wentylacji grawitacyjnej, a ile na zbudowanie wentylacji z odzyskiem ciepła i ewentualnie gruntowym wymiennikiem ciepła. Został tu pokazany wpływ zastosowania rekuperacji w perspektywie bilansu energetycznego całego budynku oraz rozważony tylko aspekt ekonomiczny takiego rozwiązania. Mogą istnieć inne aspekty przemawiające na korzyść wentylacji mechanicznej z odzyskiem ciepła. Po dodaniu Stabilera może się okazać, że w budownictwie mieszkaniowym, wielorodzinnym i jednorodzinnym wentylacja grawitacyjna nie ustępuje zbyt wiele wentylacji mechanicznej, ponieważ nabywa istotną cechę, jaką jest kontrolowana i zwłaszcza w wersji z nasada hybrydową stabilna praca. Ważną cechą jest łatwa oraz tania budowa i konserwacja. Krótkie odcinki kanałów nawiewnych, którymi są nawietrzaki, umożliwiają łatwe i dokładne czyszczenie, a to jest istotne dla zachowania czystości powietrza nawiewanego. Kolejna zaleta to możliwość pracy bez prądu. Zapewne wiele osób doświadczyło awariach linii energetycznych. Poważne awarie linii energetycznych zdarzają się zwykle w najtrudniejszych warunkach, to znaczy w zimie i w okresie burzowym, czyli wiosną i w pierwszej połowie lata. Z ekologicznego i ekonomicznego punktu widzenia nie jest takie oczywiste, czy w budownictwie mieszkaniowym i jednorodzinnym lepsza jest wentylacja mechaniczna z odzyskiem ciepła i gruntowym wymiennikiem ciepła, czy jednak wentylacja grawitacyjna. Ta kwestia pewnie wymagałaby dalszych analiz. Rys 7. Stabiler SW1 4

5 Dane techniczne: Wymiary zewnętrzne [mm] Wydajność [m h] Dobór stabilizatora 18x21x Pokoje mieszkalne i sypialne (na 1 osobę) 18x21x Kuchnia z oknem zewnętrznym z elektryczną kuchenką (mieszkanie dla 1 lub 2 osób) - Ustęp oddzielny 18x21x Pokoje mieszkalne i sypialne (na 2 osoby) - Kuchnia z oknem zewnętrznym z kuchenką elektryczną (mieszkanie dla osób) - Kuchnia bez okna zewnętrznego lub wnęka, kuchnia z kuchenką elektryczną - Łazienka z ustępem lub bez 18x21x Kuchnia z oknem zewnętrznym z kuchenką gazową lub węglową - Pokoje mieszkalne i sypialne (na osoby) 18x21x Pokoje mieszkalne i sypialne (na 4 osoby) Typy stabilerów: STABILER SW1 STABILER SW2 Stabiler+kaseta dolotowa, która pozwala na podłączenie do rurowego przewodu wentylacyjnego SUPER OSZCZĘDNA REKUPERACJA- JAK TO JEST NAPRAWDĘ? Bilans energii przedstawiony w tabeli 1 nasuwa pewien wniosek odnośnie zastosowania w domu wentylacji z odzyskiem ciepła, czyli instalacji rekuperacyjnej. Z tego bilansu wynika, że w przykładowym domu możemy oszczędzić maksymalnie 0% kosztów ogrzewania jeśli zastosujemy idealną (teoretyczną) rekuperację, która odzyska całe ciepło z usuwanego powietrza, czyli ma 100% sprawności np. załóżmy, że jest wspomagana przez gruntowy wymiennik ciepła (GWC). Przyjmijmy do rozważań taki skrajny przypadek. Drugi przypadek to rekuperacja posiadająca sprawność cieplną 70%, czyli bardziej zbliżoną do rzeczywistości. Sprawność rekuperacji 70% oznacza, że odzyskujemy 70% ciepła z 0% energii zużywanej na ogrzewanie domu, czyli oszczędzimy na paliwie do pieca ok. 21%. Te dwa przypadki przyrównajmy do prawidłowo działającej wentylacji grawitacyjnej. Obliczenia zostały przeprowadzone we wszystkich trzech przypadkach dla warunków średnich okresu zimowego trwającego 210 dni. Należy pamiętać, że przy rekuperacji dodatkowo musimy zasilić silniki wentylatorów, które muszą pracować w sposób ciągły. Tabela 4 przedstawia bilans mocy. Tabela 5 przedstawia koszty dla wspomnianych przypadków. Z tabeli 5 wynika, że maksymalna spodziewana oszczędność przy użytkowaniu idealnej (teoretycznej) rekuperacji będzie ok 700 zł w ciągu jednej zimy przy założeniu, że ani razu w tym okresie nie włączy się grzałka odszraniająca, która zużywa zwykle ok 2kW energii elektrycznej i nie wystąpi żadna awaria w długim okresie eksploatacji. Spoglądając na sytuację bardziej realnie należy się spodziewać w użytkowaniu oszczędności rzędu 400 zł. Koszt wykonania wentylacji mechanicznej z rekuperacją bez gruntowego wymiennika ciepła będzie większy o ok zł od wentylacji grawitacyjnej, to nawet takie oszczędności przyniosą zwrot z inwestycji po ok. 7 latach. Pamiętajmy, że od kwoty oszczędności jeszcze trzeba odjąć koszty obsługi, czyli wymiany filtrów, czyszczenia instalacji i ewentualnych napraw. Jeśli rozważamy aspekt ekonomiczny dla przykładowego domu, to z przedstawionych obliczeń wynika, że o ewentualnych oszczędnościach będzie decydował koszt konserwacji i ewentualnych napraw, więc raczej trudno będzie o zwrot kosztów inwestycji w wentylację mechaniczną z odzyskiem ciepła. bez odzysku ciepła Moc [W] odzysk 70% odzysk 100% (GWC) Ściany zewnętrzne Okna i drzwi Dach Podłoga Wentylacja Wentylatory rekuperatora Moc RAZEM [W] Moc RAZEM [kw] 2,6 2,1 1,9 Tabela 4. Wyniki bilansu energetycznego budynku- różne systemy wentylacyjne Okres grzewczy Cena energii z gazu Cena energii elektrycznej bez odzysku ciepła 210 dni 0,65 zł/kwh odzysk 70% odzysk 100% (GWC) Ściany zewnętrzne 560,70 zł 560,70 zł 560,70 zł Okna i drzwi 8,70 zł 8,70 zł 8,70 zł Dach 407,40 zł 407,40 zł 407,40 zł Podłoga 407,40 zł 407,40 zł 407,40 zł Wentylacja 959,70 zł 287,70 zł 0,00 zł Wentylatory rekuperatora 0 262,08 zł 262,08 zł RAZEM 168,90 zł 2758,98 zł 2471,28 zł Tabela 5. Koszty energii dla różnych systemów wentylacji Opracowanie: Darco Sp. z o.o. 5