1. WSTĘP

Do niedawna okna w budynkach wykonywane były z jednolitego drewna niedostatecznie wysuszonego, skutkiem czego, po krótkim okresie czasu stawały się one nieszczelne. Powstające szczeliny między skrzydłami okna i ościeżnicy (futryny), między ościeżnicą i murem oraz między szybą a drewnianą ramą skrzydła, doprowadzały do pomieszczenia często więcej powietrza zewnętrznego, niż wymagały tego normy wentylacyjne.

Sytuacja ta uległa radykalnej zmianie, gdy w budynkach zastosowane zostały szczelne okna wykonane z tworzyw sztucznych (PCV), drewna klejonego lub profili aluminiowych, mających niski współczynnik infiltracji powietrza.

Wprowadzona do normy PN-83/ B-03430 [1] zmiana Az3 przewiduje rozwiązania, których pierwotnie się nie stosowało. Rozwiązania te wymuszone zostały powszechnym stosowaniem szczelnych okien o niskim współczynniku infiltracji powietrza [mniejszym niż 0,3 m³/ (m.h.daPa2/3)].

Norma przewiduje, w przypadku stosowania „szczelnych" okien, że do pomieszczenia należy doprowadzić powietrze zewnętrzne przez nawiewniki o regulowanym stopniu otwarcia, które mają być usytuowane:

• w górnej części okna (w ościeżnicy, ramie skrzydła, między ramą skrzydła a górną krawędzią szyby zespolonej), lub
• w otworze okiennym (między nadprożem a górną krawędzią ościeżnicy, w obudowie rolety zewnętrznej), lub
• w przegrodzie zewnętrznej pod oknem.

Jednocześnie norma przewiduje, że dla wentylacji grawitacyjnej, strumień objętości powietrza przepływającego przez nawiewnik, przy różnicy ciśnień po obu jego stronach wynoszącej Ap = 10 Pa, powinien się mieścić w granicach od 20 m³/h do 50 m³/h.

Wobec często popełnianych błędów projektowych w doborze nawiewników, ujawniających się dopiero w eksploatacji mieszkań, rozpatrzmy niektóre z problemów dotyczących zasad ich działania. Rozważanie ograniczono do powszechnie stosowanych nawiewników okiennych (okienne listwy wentylacyjne, nawiewniki nadszybowe) oraz do nawiewników podokiennych.

2. OKIENNE NAWIEWNIKI (LISTWY) WENTYLACYJNE

Umieszcza się je w górnej części okna, w ramie okiennej, ościeżnicy lub w ramie i ościeżnicy jednocześnie. Otwory szczelinowe wykonywane są frezem o szerokości 13 lub 16 mm, w zależności od profilu, z jakiego wykonane jest okno, gdyż otwór ten musi się zmieścić między uszczelkami połączenia ramy z ościeżnicą. Charakterystycznym wymiarem otworów nawiewnika, jest jego przekrój wynoszący 4000 mm² (2x2000 mm²) lub 2000 mm². Nawiercone w oknie otwory uzbraja się dwustronnie: od strony pomieszczenia, w listwę regulacyjną, składającą się z korpusu, kierownicy i maskownicy śrub lub kołków oraz z okapni-ka umieszczonego po stronie zewnętrznej okna (w ościeżnicy), zaopatrzonego w żaluzję lub siatkę przeciw owadom.

Okienne listwy wentylacyjne (listwa regulacyjna i okapnik) wykonane są z tworzywa sztucznego (kopolimer akrylonitrylu, butanu i styrenu), o dużych cechach wytrzymałości i estetycznym wykonaniu.

Aby można było prawidłowo dobrać liczbę nawiewników potrzebnych do nawiewu powietrza zewnętrznego do pomieszczenia (mieszkania), niezbędna jest znajomość charakterystyki przepływu powietrza dla określonych różnic ciśnień występujących po obydwu jego stronach. Zależność powyższą podaje producent, na podstawie wykonanych badań.

Korzystając z informacji podanych przez dystrybutora okiennych listew wentylacyjnych, firmę FLOP-SYSTEM [3], na rysunku 1 naniesiono charakterystykę zależności strumienia objętości powietrza przepływającego przez listwy (Vn) od różnicy ciśnień występującej między stroną wewnętrzną i zewnętrzną nawiewnika (Ap).
Obowiązująca norma PN-83/B-03430/Az3: 2000 [2] nie określa dla jakich różnic ciśnień (straty ciśnienia) należy określać strumienie objętości przepływającego przez nawiewnik powietrza.

Tabela 1

Zależności ciśnienia czynnego (Hc) od wysokości czynnej przewodu wentylacyjnego (hc) i temperatur obliczeniowych powietrza zewnętrznego (te), dla temperatury powietrza w pomieszczeniu t — 20°C

Uwagi:
1) Ciśnienie czynne w Paskalach (Pa)
2) Wartości przekraczające 10 Pa, podkreślono

Podana w normie informacja w jakim zakresie strumienie objętości powietrza przepływającego przez nawiewnik mają się mieścić przy różnicy ciśnień 10 Pa (dla wentylacji grawitacyjnej Vn = 20 - 50 m³/h), nie stanowi podstawy do doboru wymaganej liczby nawiewników w pomieszczeniu lub mieszkaniu. Pamiętać bowiem należy, że podciśnienie powietrza w pomieszczeniu (Ap), równe ciśnieniu czynnemu przewodu wentylacji grawitacyjnej (Hc), jest zmienne i zależne od różnicy temperatur powietrza wywiewanego (powietrza wewnętrznego pomieszczeń) i powietrza nawiewanego (powietrza zewnętrznego) oraz od wysokości czynnej przewodu wentylacyjnego (hc).

Jeżeli założymy, że temperatura powietrza wywiewanego jest równa średniej temperaturze powietrza w pomieszczeniach (w mieszkaniu), przyjąć możemy, że ciśnienie czynne przewodu wentylacji grawitacyjnej jest zależne od temperatury powietrza zewnętrznego i wysokości czynnej przewodu.

W sezonie grzewczym obliczeniowe temperatury powietrza zewnętrznego znajdują się w przedziale od t (przyjęto t = -20°C) do t = +12°C. W normie [2] nie ma informacji dla jakiej temperatury powietrza zewnętrznego należy określać nawiewniki.

Gdyby przyjąć założenie, że strumienie objętości powietrza wywiewanego i nawiewanego powinny być równe w czasie całego sezonu grzewczego (od te = -20°C do te = +12°C), do obliczeń strumienia objętości powietrza nawiewanego należałoby przejąć temperaturę obliczeniową— +12°C, gdyż taka jest wymagana do określania przewodów wentylacji wywiewnej. Wówczas praktycznie przez prawie cały sezon grzewczy nawiewnik miałby dławiony przepływ powietrza.

Aby można było wybrać rozsądną liczbę nawiewników, jakie należy zainstalować w mieszkaniu, dobierzmy je dla trzech charakterystycznych temperatur powietrza zewnętrznego w sezonie grzewczym: - dla temperatur skrajnych t = -20°C
- dla temperatury średniej w sezonie grzewczym, która dla większości miast w Polsce wynosi t= +2,5°C.

Do określenia strumienia objętości powietrza zewnętrznego przepływającego przez nawiewnik, potrzebna jest znajomość ciśnienia czynnego przewodu wentylacyjnego, wytwarzającego podciśnienie w pomieszczeniu, które dla powyższych temperatur określono w tabeli 1.

Na podstawie znanej charakterystyki przepływów podanych dla listew wentylacyjnych S 13 4000 na rysunku 1 oraz znanych ciśnień czynnych pomieszczeń, wyznaczyć możemy obliczeniowe strumienie objętości powietrza zewnętrznego dla przewidywanej lokalizacji nawiewnika. Przyjmując budowane obecnie budynki 4 i 8 kondygnacyj-ne o różnej formie zadaszenia oraz wysokość kondygnacji 3 m, w tabeli 2 obliczono ciśnienia czynne pomieszczeń, odpowiadające im strumienie objętości nawiewanego powietrza oraz dla mieszkań o Vw = 120 m³/h, minimalną liczbę potrzebnych okiennych listew wentylacyjnych. Z przykładu tego wynika, że dla najwyżej położonych w budynku kondygnacji wypadają dla te = 12°C duże liczby potrzebnych nawiewników (dla hc = 2 m - 40 szt., a dla hc = 5 m - 16 szt.). Umieszczenie w górnej części ram okiennych tak dużej ilości nawiewników, jest praktycznie niemożliwe.

Do czasu prawnego uregulowania warunków doboru nawiewników dla wentylacji grawitacyjnej pomieszczeń, proponuję przyjmowanie okiennych listew wentylacyjnych dla średniej temperatury powietrza zewnętrznego w sezonie grzewczym, wynoszącej te = +2,5°C. Dla średnich temperatur występujących w Polsce w zakresie te = 1,5 - 3,5°C, uzyskuje się taką samą liczbę nawiewników. Proponowane liczby nawiewników, jakie należy instalować w mieszkaniach o Vw = 120 m³/h, podano w tabeli 2. W zakresie temperatur te = 2,5

Tabela 2

Strumienie objętości powietrza zewnętrznego dla okiennych listew wentylacyjnych S 13 4000 oraz liczba potrzebnych listew w zależności od przyjętych temperatur t.

Uwagi:

1) Ciśnienie czynne w Pa, strumień objętości powietrza w m3/h.
2) Podane wartości ciśnienia czynnego można uzyskać przy prawidłowo wyznaczonych przekrojach przewodów wentylacji wywiewnej. Zasady wyznaczania wymiarów przewodów wentylacyjnych podane w [ 10].
3) W zakresie wysokości czynnej wywietrzników, dobór których podano w publikacji [9]. Po zastosowaniu wywietrzników, liczbę listew wentylacyjnych można określać jak dla h = 5 m.

• 12°C przez nawiewniki dopływać będzie mniej powietrza zewnętrznego do pomieszczeń, częściej więc należy dodatkowo przewietrzać mieszkanie. Dla najwyżej położonych mieszkań, celowym będzie również zainstalowanie na przewodach wentylacyjnych dodatkowych wywietrzaków, które szczególnie będą przydatne w powyższym zakresie temperatur powietrza zewnętrznego. Zasady doboru wywietrzaków, jako urządzeń wspomagających działanie wentylacji grawitacyjnej, podałem w publikacji [10].

Pamiętać również należy o zasadzie, że wentylacja grawitacyjna działa prawidłowo, jeżeli napływające do pomieszczeń powietrze zewnętrzne będzie ogrzane do temperatury powietrza wewnętrznego. Niestety obowiązująca norma PN-B-03406: 1994 [4] nie zapewnia dostatecznej ilości ciepła na ogrzanie powietrza zewnętrznego, doprowadzanego do pomieszczeń.

Jeżeli chcemy mieć dobrze działającą wentylację grawitacyjną mieszkań, na cele wentylacyjne przeznaczyć należy więcej ciepła niż zaleca to norma [4].Problem zapotrzebowania ciepła na cele wentylacyjne, omówiłem w publikacji [5].

Rys. 1. Zależność strumienia objętości powietrza zewnętrznego przepływającego przez okienne listwy wentylacyjne (Vn) od oporu przepływu (Ap). Listwy regulacyjne + okapniki Trimvent Select:

1 - S 13 2000 + C 13 2000,
2 - S 13 4000 + C 13 4000,
3 - SM 13 4000 + C 13 4000,
4 - S 16 4000 lub R 16 4000 + C 16 4000,
5 - Variglase 500 mm + okapnik,
6 - S 16 4000 + C 16 4000 CANOPY

3. NAWIEWNIKI LISTWOWE PONADSZYBOWE

Listwy wentylacyjne nadszybowe montuje się między szybą zespoloną, a ramą okienną. Szerokość listwy jest dopasowana do szerokości szyby zespolonej i wynosi: 20, 22, 24 i 28 mm. Szerokość szczeliny nawiewnej wynosi 9,65 mm, a długość całkowita, jest równa długości zastosowanej szyby zespolonej.

W zależności od całkowitej długości listwy, otrzymamy przekroje przepływu powietrza:
 
• 4000 mm2, l = 493 mm,
• 6000 mm2, l = 700 mm,
• 8000 mm2, l = 907 mm.

Listwy nadokienne są zaopatrzone w cięgno służące do regulacji napływu powietrza do pomieszczenia. Strumień objętości powietrza zewnętrznego należy określać według zasad podanych w p-cie 2. Nawiewniki nadszybowe są znacznie droższe od nawiewników okiennych listwowych.

4. NAWIEWNIKI PODOKIENNE

Nawiewniki podokienne wykonywać należy wówczas, gdy do pomieszczenia doprowadzić należy ogrzane powietrze zewnętrzne. Będą to przeważnie gdy w mieszkaniu zainstalowany zostanie kocioł grzewczy (z wyjątkiem kotłów z zamkniętą komorą spalania gazu), niezależnie od zastosowanego w nim układu wentylacji grawitacyjnej po mieszczeń;

• gdy do wentylacji pomieszczeń zastosowano tylko wentylację mechaniczną, wyciągową.

Zastosowany w mieszkaniu gazowy kocioł grzewczy (jedno lub dwu-funkcyjny) wpływa destrukcyjnie na działanie wentylacji grawitacyjnej pomieszczeń. Wentylacja grawitacyjna, nawiewno-wywiewna, w krótkim okresie czasu (np. w czasie jednej godziny) ma działanie statyczne. Dobrany kocioł gazowy, ze względu na duży pobór mocy w czasie grzania wody użytkowej (18-22 kW) oraz obliczeniowe zapotrzebowanie ciepła do celów grzewczych i wentylacyjnych wynoszące 4-6 kW, pracuje cyklicznie. W czasie pracy kotła, przez krótki okres czasu moc jego jest równa mocy nominalnej (18-22 kW), a następnie, w dłuższym okresie czasu, kocioł nie pracuje. Czas pracy i przerwa w pracy kotła gazowego są zmienne i zależą od godzinowego zapotrzebowania ciepła w mieszkaniu. Z powyższego wynika, że zmienne jest również działanie przewodu spalinowego odprowadzającego z kotła spaliny i powietrze z pomieszczenia, dopływające do przewodu spalinowego przez przerywacz ciągu. Przewód spalinowy spełnia zatem dwie funkcje: odprowadza spaliny z kotła gazowego oraz wentyluje pomieszczenie, z którego powietrze odpływa do przewodu przez przerywacz ciągu.

Należy również pamiętać, że nawet krótkotrwałe podgrzewanie ścianek przewodu spalinowego powoduje, że przewód ten jest uprzywilejowany względem przewodów wentylacyjnych. Niezależnie od tego czy kocioł gazowy jest czynny, czy ma przerwę w działaniu, przewód spalinowy działa jako przewód wentylacyjny. Jeżeli do pomieszczenia nie doprowadzi się wymaganego strumienia objętości podgrzanego powietrza zewnętrznego, do pomieszczenia lokalizacji kotła gazowego dopływać będzie nieogrzane powietrze przez przewody wentylacji wywiewnej. Aby zmniejszyć do minimum zakłócenia wywołane działaniem kotła gazowego na układ wentylacji grawitacyjnej pomieszczeń, potrzebny do jego działania strumień objętości powietrza zewnętrznego należy doprowadzić do mieszkania przez małooporowy nawiewnik podokienny.

Typowych nawiewników pod-okiennych, umożliwiających doprowadzenie powietrza zewnętrznego do wnętrza grzejnika, nie produkuje się.

Nawiewnik tego typu powinien spełniać następujące wymagania:

• powinien umożliwiać regulację przepływu strumienia objętości powietrza zewnętrznego,
• przy całkowitym zamknięciu ele mentu dławiącego, strumień objętości powietrza przepływają cego, powinien się zawierać w granicach od 20% do 30% strumienia przy jego całkowitym otwarciu,
• powinien posiadać możliwie mały opór przepływu powietrza (w układach wentylacji grawitacyjnej),
• powietrze zewnętrzne dopływające do grzejnika, nie może rozpływać się nieogrzane po posadzce pomieszczenia, w którym nawiewnik i grzejnik się znajdują,
• od strony zewnętrznej powinien być zabezpieczony od bezpo średniego działania wiatru i deszczu na nawiewnik oraz zaopatrzony w siatkę przeciw owadom,
• powinny wytłumiać szum ulicz-ny do poziomu dopuszczonego przez normy,
• na ściankach zewnętrznych na wiewnika, nie może wykraplać się para wodna przy ich kontakcie z powietrzem wewnętrznym pomieszczenia.

Konstrukcja nawiewnika podokiennego jest zależna od rodzaju grzejnika, który ma ogrzewać powietrze zewnętrzne. Dla grzejników żeliwnych członowych przykładowe rozwiązanie nawiewnika, podałem w publikacjach [6; 7]. Tam również omówiłem zasady doboru strumienia objętości powietrza zewnętrznego potrzebnego dla kotłów gazowych (z powierzchniowym spalaniem gazu) oraz moc cieplną grzejnika przeznaczonego do ogrzewania tego powietrza.

Do ogrzewania powietrza zewnętrznego, można stosować również grzejniki firmy PURMO COM-FORT AIR, które od strony zewnętrznej mają przewidziane otwory umożliwiające wprowadzenie powietrza do wnętrza grzejnika. Dobór tych grzejników omawia Tomasik [8].

5. WNIOSKI

1) Wymagany w normie strumień objętości powietrza wentylacyj nego dla mieszkania można za pewnić tylko wówczas, gdy w pomieszczeniach zapewniony będzie dopływ powietrza zewnętrznego równy odpływowi powietrza wywiewanego. Zale cenia powyższe będą możliwe, jeżeli dla każdego budynku z przewidzianą wentylacją grawitacyjną pomieszczeń, wykonany będzie projekt tej wentylacji.

2) Doprowadzone przez nawiewnik powietrze zewnętrzne, należy ogrzać do temperatury oblicze niowej powietrza wewnętrznego. Na ogrzanie tego powietrza po trzeba znacznie więcej ciepła niż podaje to norma PN-B-03406: 1994 [4], na co zwróciłem uwagę w publikacji [5].

3) Jeżeli w mieszkaniu zastosowa-no kocioł grzewczy gazowy, przewidzieć w nim należy dwa niezależne układy wentylacji gra witacyjnej. Jeden do wentylacji pomieszczeń, drugi, na potrzeby zainstalowanego kotła gazowego, z nawiewnikiem podokiennym powietrza zewnętrznego. Układ powyższy w dużym stopniu będzie przeciwdziałał zakłóceniom pracy wentylacji grawitacyjnej pomieszczeń wywołanym przez zainstalowany w mieszkaniu kocioł gazowy.

LITERATURA:

[1] PN-83/B-03430 Wentylacja w budynkach mieszkalnych, zamieszkania zbiorowego i użyteczności publicznej. Wymagania.
[2] PN-83/B-03430/Az3: 2000 Wentylacja w budynkach mieszkalnych, zamieszkania zbiorowego i użyteczności publicznej. Wymagania.
[3] Materiały informacyjne firmy FLOP SYSTEM „Mikroklimat w pomieszczeniach, a zdrowie mieszkańców." Wrocław, 2000.
[4] PN-B-03406: 1994 Ogrzewnic-two. Obliczeniowe zapotrzebowanie na ciepło pomieszczeń o kubaturze do 600 m3.
[5] Nowakowski E., Zapotrzebowanie ciepła na cele wentylacyjne w mieszkaniach. Rynek Instal. 1 -2/2002.
[6] Nowakowski E., Grzejniki powietrza wentylacyjnego mieszkań. Polski Instal. 9/1998.
[7] Nowakowski E., Problemy z wentylacją grawitacyjną pomieszczeń. Rynek Instal. 9/2002.
[8] Tomasik W., Dobór grzejnika wentylacyjnego PURMO COM-FORT AIR. Rynek Instal. 3/1998.
[9] Nowakowski E., Strumienie objętości powietrza w przewodach wentylacji grawitacyjnej. Cz. I, COW-10/1997; Cz. II, COW-11/ 1997.
[10] Nowakowski E., Wspomaganie wentylacji grawitacyjnej pomieszczeń. Rynek Instal. 10/ 2002.

Źródło: Technika chłodnicza i klimatyzacyjna nr. 10/2005