Jako powietrza w wielorodzinnych budynkach mieszkalnych

Transkrypt

1 Budownictwo i Architektura 12(3) (2013) Jako powietrza w wielorodzinnych budynkach mieszkalnych Marek Telejko 1, Ewa Zender wiercz 2, Jerzy Zbigniew Piotrowski 3 1 Katedra Technologii i Organizacji Budownictwa, Wydział Budownictwa i Architektury, Politechnika wi tokrzyska, mtelejko@tu.kielce.pl 2,3 Katedra Fizyki Budowli i Energii Odnawialnej, Wydział In ynierii rodowiska, Energetyki i Geomatyki, Politechnika wi tokrzyska, ezender@tu.kielce.pl, jzpiotr@tu.kielce.pl Streszczenie: Obowi zuj ce aktualnie przepisy prawne reguluj ce zagadnienia wentylacji naturalnej [1], [2], [3] w wielu obszarach s niejednoznaczne, a niekiedy wr cz sprzeczne. Sytuacja taka prowadzi do stosowania rozwi za powoduj cych powa ne zaburzenia w działaniu wentylacji grawitacyjnej. W du ej cz ci budynków zaburzenia te s wynikiem dostarczania do pomieszcze zbyt małej ilo ci powietrza zewn trznego. Jak wykazały badania, ze wzgl du na kształtowanie warunków mikroklimatu wn trz, podstawowe znaczenie ma nie tylko wielko dostarczanego strumienia powietrza zewn trznego, ale równie rozmieszczenie elementów doprowadzaj cych to powietrze. Słowa kluczowe: jako powietrza wewn trznego, mikroklimat, wymiana powietrza, fizyka budowli. 1. Wst p Rosn ce wci koszty utrzymania obiektów oraz promowanie rozwi za energooszcz dnych powoduj, i projektanci oraz u ytkownicy obiektów kubaturowych jako cel priorytetowy stawiaj sobie zminimalizowanie ilo ci energii potrzebnej do ogrzania budynku. Powszechnie stosowane rozwi zania, które maj zapewni osi gni cie tego celu, powoduj najcz ciej ograniczenie ilo ci powietrza zewn trznego napływaj cego do pomieszcze. Jednocze nie projektanci budynków bardzo cz sto pomijaj etap jakiegokolwiek projektowania systemu wentylacji grawitacyjnej przyjmuj c za wystarczaj ce jedynie wielko ci minimalne wymagane przez aktualne przepisy. Prób wyeliminowania takiej sytuacji podj to w obowi zuj cych aktach prawnych [1], [2], [3]. Okre lono w nich mi dzy innymi sposób doprowadzenia powietrza zewn trznego niezb dnego do prawidłowego działania wentylacji grawitacyjnej. Nale y zwróci jednak uwag, e wymagania zawarte w normach [1] i [2] dotycz tylko obiektów nowo wznoszonych, na co wskazuje zakres stosowania tych norm. Natomiast egzekwowanie wspomnianych przepisów prawnych w stosunku do obiektów istniej cych jest, z ró nych wzgl dów, utrudnione. Ponadto nawet najlepiej opracowany projekt systemu wentylacji nie uwzgl dnia skrajnych zachowa u ytkowników. Na etapie eksploatacji obiektu mieszka cy we własnym zakresie podejmuj szereg działa maj cych, ich zdaniem, ograniczy koszty ogrzewania lokali lub poprawi komfort u ytkowania. Skutek tych działa jest zgoła odmienny. Przyczyniaj si one z reguły do powstawania zaburze w działaniu systemu wentylacji grawitacyjnej, a co za tym idzie pogorszenia warunków mikroklimatu wewn trznego. 2. Przedmiot bada Badania prowadzono w grupie budynków mieszkalnych wielorodzinnych, które posiadały ciany zewn trzne ocieplone styropianem, szczeln stolark okienn i drzwiow oraz wyposa one były w system wentylacji grawitacyjnej, oraz urz dzenia gazowe do przygotowania c.w.u. oraz centralnego ogrzewania. Badania polegały na rejestracji zmian warto ci typowych parametrów mikroklimatu wewn trznego, tj. temperatury i wilgotno ci

2 68 Marek Telejko, Ewa Zender Świercz, Jerzy Zbigniew Piotrowski wzgl dnej, ale równie warto ró nicy ci nienia po wewn trznej i zewn trznej stronie przegrody. Ponadto analizowano pr dko przepływu powietrza wentylacyjnego oraz jego strumie i temperatur. Jako wska nik jako ci powietrza przyj to st enie CO 2, gdy jest ono od lat znanym i uznawanym parametrem opisuj cym stan powietrza, Liddament [4] i Edwards [5]. Temperatur, wilgotno wzgl dn i st enie dwutlenku w gla mierzono w ka dym pomieszczeniu rozpatrywanych mieszka. Natomiast pr dko przepływu powietrza wentylacyjnego oraz jego temperatur analizowano przy wlocie do kratek wywiewnych. Wszystkie analizowane mieszkania sklasyfikowano w trzech grupach w zale no ci od sposobu realizacji napływu powietrza zewn trznego: I napływ poprzez nieszczelno ci w przegrodach zewn trznych oraz korzystanie z funkcji mikrorozszczelnienia okien, II napływ poprzez nieszczelno ci w przegrodach zewn trznych, korzystanie z funkcji mikrorozszczelnienia okien oraz okienne nawiewniki powietrza w wybranych pomieszczeniach, III napływ poprzez nieszczelno ci w przegrodach zewn trznych, korzystanie z funkcji mikrorozszczelnienia okien oraz okienne nawiewniki powietrza we wszystkich pomieszczeniach. Rejestracj zmian mierzonych parametrów prowadzono w cyklach dwutygodniowych z krokiem pomiarowym 30 minut, realizuj c dwie serie pomiarowe dla ka dego mieszkania. 3. Wyniki bada Najwi ksze zaburzenia w działaniu wentylacji grawitacyjnej odnotowano w mieszkaniach grupy I. U ytkownicy mieszka przyznali, i tylko sporadycznie korzystaj z funkcji mikrorozszczelnienia. Przyj cie nieszczelno ci w przegrodach oraz mikrorozszczelnienia jako jedynej drogi napływu powietrza zewn trznego nie zapewnia odpowiedniej ilo ci powietrza dopływaj cego do pomieszcze. We wszystkich mieszkaniach tej grupy jeden z kanałów wentylacyjnych realizował w sposób ci gły funkcj elementu doprowadzaj cego powietrze zewn trzne, które niezb dne było dla potrzeb działania wentylacji grawitacyjnej. Przebieg zmienno ci pr dko ci przepływu powietrza przez poszczególne kanały wentylacyjne przedstawiono na rys. 1, a temperatur strumienia powietrza na rys. 2. Du a pr dko powietrza nawiewanego przez kanał wentylacji grawitacyjnej zlokalizowany w pomieszczeniu łazienki w poł czeniu z nisk temperatur powietrza zewn trznego wpływały na komfort cieplny całego mieszkania. Wielko strumienia powietrza napływaj cego t drog zale na była od ilo ci działaj cych urz dze gazowych oraz wykorzystania funkcji mikrorozszczelnienia okien. Jednak w przypadku mieszka z zainstalowanym kotłem dwufunkcyjnym lub przepływowym podgrzewaczem wody nawet korzystanie z tej funkcji nie zapewniało prawidłowego kierunku przepływu w kanałach wentylacji grawitacyjnej. Ograniczona została jedynie wielko strumienia powietrza wtłaczanego przez kanał. Rys. 1. Strumie powietrza wentylacyjnego przepływaj cy przez poszczególne kanały w mieszkaniu bez nawiewników powietrza (wielko ci ujemne oznaczaj nawiew).

3 Fizyka Budowli Jakość powietrza w wielorodzinnych Zastosowana w mieszkaniach grupy I organizacja napływu powietrza miała równie zasadniczy wpływ na jego jako (IAQ) w poszczególnych pomieszczeniach rozpatrywanych mieszka. Przyj te jako wska nik IAQ st enie dwutlenku w gla przyjmowało znaczne warto ci w obr bie całego mieszkania (rys. 3) co wskazuje na niedostateczny napływ powietrza zewn trznego do poszczególnych pomieszcze. Wysoki poziom CO 2 utrzymywał si przez cały okres analizy, a korzystanie z kuchni gazowych oraz gazowych urz dze grzewczych powodowało dodatkowy wzrost warto ci tego parametru do warto ci około 5000 ppm. Wyj tek stanowiły pomieszczenia, gdzie znajdował si kanał, którym wtłaczane było powietrze zewn trzne. Odnotowany w nich poziom st enia CO 2 mo na było uzna za dopuszczalny. Rys. 2. Temperatura strumienia przepływaj cego przez kanały w wybranym mieszkaniu bez nawiewników powietrza. Rys. 3. St enie CO 2 w wybranym mieszkaniu bez nawiewników powietrza. Grup II stanowiły mieszkania, w których napływ powietrza zewn trznego, poza nieszczelno ciami w przegrodach oraz korzystaniem z funkcji mikrorozszczelnienia, odbywał si dodatkowo poprzeznawiewniki powietrza zainstalowane w ramach okien wybranych pomieszcze. Do tej grupy mieszka zakwalifikowano lokale z jednym lub dwoma nawiewnikami powietrza w kuchni lub pokoju dziennym (tylko niewielka liczba lokali posiadała nawiewniki w obydwu pomieszczeniach). Wyniki pomiarów wskazuj na du popraw warunków mikroklimatu wewn trznego. Jednak zastosowanie takiego rozwi zania równie, nie zapewniło prawidłowej jako ci powietrza wewn trznego w analizowanych mieszkaniach. Wyra ne zmiany parametrów mikroklimatu dało si zauwa y w pomieszczeniach, gdzie zainstalowane zostały nawiewniki. St enie CO 2 nie przekraczało w nich ppm (rys 6), co daje warto ci i tak znacznie przekraczaj ce zalecane przez WHO 1000 ppm. Mał warto st enia dwutlenku w gla odnotowano równie w łazienkach mieszka z tej grupy. Było to jednak równie wynikiem

4 70 Marek Telejko, Ewa Zender Świercz, Jerzy Zbigniew Piotrowski wtłaczania powietrza zewn trznego kanałem wentylacyjnym i w chłodne dni powodowało, jak wcze niej, wyzi bianie tych pomieszcze (rys. 5). Rys. 4. Strumie powietrza wentylacyjnego przepływaj cy przez poszczególne kanały w mieszkaniu z nawiewnikiem powietrza w ramie okna kuchennego. W pomieszczeniach gdzie nie zainstalowano nawiewników powietrza warto ci parametrów opisuj cych mikroklimat znacznie odbiegały od uzyskiwanych w pozostałej cz ci mieszkania i osi gały warto ci dwu lub nawet trzykrotnie wy sze. Zjawisko to mo na było zauwa y szczególnie w nocy gdy u ytkownicy przymykali lub całkowicie zamykali drzwi wej ciowe do poszczególnych pokoi niewyposa onych w okienne nawiewniki powietrza. W takiej sytuacji nast pował bardzo szybki wzrost wilgotno ci wzgl dnej powietrza oraz st enia CO 2. Po całkowitym otwarciu drzwi do tych pomieszcze wyrównanie warto ci parametrów mikroklimatu nast powało dopiero po kilkunastu do kilkudziesi ciu minutach. Rys. 5. Temperatura strumienia przepływaj cego przez kanały w wybranym mieszkaniu z jednym okiennym nawiewnikiem powietrza.

5 Fizyka Budowli Jakość powietrza w wielorodzinnych Rys. 6. St enie CO 2 w mieszkaniu z jednym nawiewnikiem powietrza w ramie okna kuchennego. Ostatni grup stanowiły mieszkania, w których napływ powietrza zewn trznego realizowany był poprzez nieszczelno ci w przegrodach zewn trznych, mikrorozszczelnienie okien oraz okienne nawiewniki powietrza zamontowane we wszystkich pomieszczeniach. Odnotowane warto ci parametrów opisuj cych IAQ były najbardziej korzystne w ród wszystkich rozpatrywanych grup mieszka. St enie CO 2 tylko nieznacznie przekraczało warto 1000 ppm. Jednak podczas jednoczesnego działania wszystkich urz dze gazowych w mieszkaniu (kuchenka i kocioł gazowy lub przepływowy podgrzewacz wody) odnotowano przekroczenia st enia dwutlenku w gla si gaj ce ppm w stosunku do warto ci zalecanych. Przekroczenia te były co prawda chwilowe i o wył czeniu urz dze warto st enia CO 2 szybko obni ała si do warto ci około 1000 ppm (rys. 9), ale nale y zwróci na nie szczególn uwag. W trakcie niekorzystnych warunków zewn trznych, które rzutuj na wymian powietrza w budynkach z grawitacyjnym systemem wentylacji, mog one przyjmowa warto ci jeszcze wy sze, ni wskazane przez autorów, Telejko [6]. Rys. 7. Strumie powietrza wentylacyjnego przepływaj cy przez poszczególne kanały w mieszkaniu z nawiewnikami powietrza w ka dym pomieszczeniu.

6 72 Marek Telejko, Ewa Zender Świercz, Jerzy Zbigniew Piotrowski Rys. 8. Temperatura strumienia przepływaj cego prze kanały w wybranym mieszkaniu z nawiewnikami powietrza w ka dym pomieszczeniu. Rys 9. St enie CO 2 w mieszkaniu z nawiewnikami powietrza w ka dym pomieszczeniu. Pozostałe parametry opisuj ce mikroklimat mie ciły si w granicach przyj tych norm. Bez wzgl du na działanie urz dze gazowych udało si natomiast wyeliminowa wsteczne ci gi w kanałach wentylacyjnych (rys. 7). Jedynie w trakcie bardzo chłodnych dni nieliczni u ytkownicy mieszka zgłaszali problem zbyt du ej infiltracji chłodnego powietrza zewn trznego przez nawiewniki. Były to jednak jednostkowe przypadki. Maj c na uwadze tak du skal problemów z działaniem wentylacji grawitacyjnej autorzy podj li prób przeanalizowania indywidualnych odczu u ytkowników badanych lokali w oparciu o krótkie badania ankietowe. Ankieta zawierała pytania dotycz ce oceny czynników fizycznych wpływaj cych na rodowisko wewn trzne, na które ankietowani mogli odpowiedzie twierdz co lub przecz co. Uzyskane wyniki umieszczono na rysunku 10, gdzie przedstawiono procentowo ilo osób potwierdzaj cych wyst powanie danego czynnika. W ka dej grupie mieszka kwestionariusz wypełniło 30 osób. Mimo, i udzielone odpowiedzi zale ne były od indywidualnych upodoba, to w wielu obszarach pokryły si one z badaniami pomiarowymi. Dotyczy to parametrów łatwych do okre lenia przez u ytkowników np. temperatury i odczucia przeci gu. W niektórych przypadkach ankietowani mieli jednak problem z udzieleniem odpowiedzi (wilgotno powietrza). Niew tpliwie istotn kwesti i trudn do okre lenia, w analizie wyników bada opartych na kwestionariuszach, jest ustalenie poziomów referencyjnych. Tylko dla niektórych parametrów (temperatura, odczucie przeci gu) poziomy te zostały ustalone

7 Fizyka Budowli Jakość powietrza w wielorodzinnych normowo PN-EN ISO 7730[7] i mo na je wyznaczy obliczeniowo (PMV, PPD, DR). Ze wzgl du na brak takich informacji autorzy przyj li oznaczone na rysunkach 1 4 poziomy referencyjne wg Anderson [8] i [9]. Rys.10. Niekorzystna ocena cech fizycznych opisuj cych mikroklimat wg odczucia respondentów, udział %. 4. Podsumowanie i wnioski Przedstawione w artykule zaburzenia działania systemu wentylacji naturalnej w mieszkaniach z grupy I i II s wynikiem ograniczonego napływu powietrza zewn trznego do mieszka. Ograniczenie to jest niejako skutkiem ubocznym d enia inwestorów oraz u ytkowników mieszka do mo liwie maksymalnego zmniejszenia kosztów ogrzewania budynków. Poddaj c budynek termomodernizacji inwestorzy zapominaj o zagadnieniach wymiany powietrza. Niepokoj cym wydaje si natomiast fakt, i projektanci nagminnie pomijaj etap oblicze systemu wentylacji grawitacyjnej. Ograniczaj oni swoje działania jedynie do zaprojektowania układu kanałów wywiewnych przyjmuj c wymagane przepisami przekroje minimalne jako wystarczaj ce. Du a popularno, równie w budynkach wielorodzinnych, systemu indywidualnego przygotowania ciepłej wody oraz centralnego ogrzewania jest przyczyn dodatkowych zaburze w działaniu wentylacji naturalnej i powinna by powodem, dla którego projektowanie wentylacji grawitacyjnej b dzie standardem. Jak wykazały wynik bada w mieszkaniach z grupy III, nawet w lokalach, w których okienne nawiewniki powietrza zainstalowano w ka dym pomieszczeniu mog wyst pi zaburzenia w działaniu wentylacji grawitacyjnej. Spowodowane jest to złym zbilansowaniem strumieni powietrza napływaj cego oraz usuwanego. Nale y jednak zaznaczy, e w przypadku mieszka wyposa onych w kuchenki gazowe oraz gazowe urz dzenia grzewcze grawitacyjny układ wentylacji szczególnie podatny jest na nieprawidłowo ci działania. Dla takich lokali niezb dne wydaje si projektowanie układów hybrydowych. Autorzy nie mieli jednak mo liwo ci przeprowadzenia badan w takim obiekcie. Na podstawie przeprowadzonych bada oraz analizy otrzymanych wyników sformułowa mo na nast puj ce wnioski: liczba zainstalowanych nawiewników powietrza zewn trznego oraz ich rozmieszczanie powinny by ustalone wg ci le okre lonych zasad, które musz mie zastosowanie równie w odniesieniu do budynków istniej cych. Zainstalowanie nawiewników w wybranych pomieszczeniach nie gwarantuje doprowadzenia odpowiedniej ilo ci powietrza zewn trznego potrzebnej do prawidłowego działania systemu wentylacji naturalnej oraz nie zapewni odpowiedniej jako ci powietrza we wszystkich pomieszczeniach danego mieszkania;

8 74 Marek Telejko, Ewa Zender Świercz, Jerzy Zbigniew Piotrowski zastosowanie indywidualnych gazowych urz dze grzewczych dla celów c.o. oraz c.w.u. ma istotny wpływ na funkcjonowanie systemu wentylacji grawitacyjnej. Zbyt mały strumie powietrza dostarczany do spalania paliw w tych urz dzeniach uzupełniony zostaje powietrzem wentylacyjnym. Sytuacji takiej towarzyszy najcz ciej zjawisko wstecznych ci gów w kanałach wentylacyjnych; doprowadzenie odpowiedniej ilo ci powietrza do urz dze gazowych poprzez nawiewniki okienne lub zlokalizowane w przegrodach zewn trznych jest trudne do zrealizowania; konieczne wydaje si wprowadzenie jednoznacznych zapisów prawnych, które regulowa b d powy sze zagadnienia zarówno w odniesieniu do budynków nowo wznoszonych jak i poddawanych zabiegom modernizacyjnym. Literatura 1 PN-83/B-03430:Az03 Wentylacja w budynkach mieszkalnych zamieszkania zbiorowego i u yteczno ci publicznej. Wymagania. Zmiana Az3 2 PN-83/B Wentylacja w budynkach mieszkalnych zamieszkania zbiorowego i u yteczno ci publicznej. Wymagania 3 Dz. U. Nr 207 poz z roku 2003, Ustawa z dn. 7 lipca 1994 Prawo Budowlane, z pó niejszymi zmianami 4 Liddament, M. W., A Guide to Energy Efficient Ventilation, AIVC, Edwards R., Handbook Of Domestic Ventulation, Elsevier Butterworth-Heinemann, Telejko M., Microclimate in a flat with additional air intakes, Structure and Environment nr 1/2010, s PN-EN ISO 7730:2002 rodowisko termiczne umiarkowane Wytyczne wska ników PMV I PPD oraz okre lenie warunków komfortu termicznego 8 Andersson K., Epidemiological Approach to Indoor Air Problems, Indoor Air Volume 8, Issue S4, pages 32 39, December Andersson K., Management of the sick building investigation strategies, Proceedings of the International Symposium on New Epidemics in Occupational Health, Helsinki 1994, pages Indoor air quality in multifamily buildings Marek Telejko 1, Ewa Zender wiercz 2, Jerzy Zbigniew Piotrowski 3 1 Department of Building Engineering Technologies and Organization, Faculty of Civil Engineering and Architecture, Kielce University of Technology, mtelejko@tu.kielce.pl 2,3 Department of Structure Physics and Renewable Energy, Faculty of Enviromental Engineering, Geomatics and Power Engineering, Kielce University of Technology, ezender@tu.kielce.pl, jzpiotr@tu.kielce.pl Abstract: The applicable legislation connected with the natural ventilation are ambiguous and sometimes contradictory. This leads to serious problems with natural ventilation. In most cases malfunction of the natural ventilation is due to the insufficient stream of air from the outside. The research showed that the microclimate is influenced not only by the incoming air stream, but also by the layout of the air supply. Keywords: indoor air quality, microclimate, air exchange, building physics. Badania naukowe zostały wykonane w ramach realizacji Projektu Innowacyjne rodki i efektywne metody poprawy bezpiecze stwa i trwało ci obiektów budowlanych i infrastruktury transportowej w strategii zrównowa onego rozwoju współfinansowanego przez Uni Europejsk z Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego w ramach Programu Operacyjnego Innowacyjna Gospodarka.