Analiza możliwości stosowania systemu wentylacji zdecentralizowanej w budynkach edukacyjnych

autor: ŁUKASZ AMANOWICZ, KATARZYNA RATAJCZAK, EDWARD SZCZECHOWIAK

ORCID ID: https://orcid.org/0000-0002-2903-3805, https://orcid., https://orcid.org/0000-0001-6101-1940

Numer miesięcznika: 10/2019 instal s. 20-25

DOI: 10.36119/15.2019.10.3

Na zużycie energii w budynkach użyteczności publicznej, szczególnie w obiektach edukacyjnych, w dużym stopniu wpływa wentylacja. Wynika to z dużego zapotrzebowania na świeże powietrze z uwagi na dużą liczbę użytkowników. Stosowanie wentylacji mechanicznej z odzyskiem ciepła w tego typu obiektach jest zatem uzasadnione ekonomicznie i ekologicznie. W nowoprojektowanych szkołach, żłobkach, przedszkolach czy salach wykładowych można na etapie projektu przewidzieć miejsce na instalację urządzeń wentylacji mechanicznej centralnej lub zdecentralizowanej. W obiektach już istniejących podczas ich termomodernizacji, znacznie łatwiejsze i tańsze może okazać się zastosowanie systemu wentylacji zdecentralizowanej w postaci niezależnych urządzeń dla każdego z pomieszczeń. W takiej sytuacji dobrym rozwiązaniem są mini-centrale wentylacyjne ścienne ze zintegrowaną czerpnio-wyrzutnią montowaną na zewnętrznej ścianie budynku. Jest to rozwiązanie powszechnie stosowane w budynkach edukacyjnych w Austrii czy Niemczech, ale niepraktykowane w Polsce z uwagi na wymagania prawne Warunków Technicznych jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (WT) odnośnie do lokalizacji czerpni względem wyrzutni. Intencją tych wymagań jest niedopuszczenie do zawracania powietrza wywiewanego z powrotem do pomieszczenia. W konsekwencji jednak wiele istniejących budynków pozbawia się w ten sposób możliwości poprawy jakości powietrza wewnętrznego i dostarczenia odpowiedniej ilości powietrza zewnętrznego. W niniejszym artykule przedstawiono wyniki badań doświadczalnych mających na celu ocenę mieszania się strumieni powietrza wywiewanego i nawiewanego w zintegrowanych czerpnio-wyrzutniach dwóch typów urządzeń wentylacji zdecentralizowanej przeznaczonych do zastosowania głównie w budynkach edukacyjnych (ale nie tylko). Wyniki badań pokazują, że mieszanie się strumieni powietrza w tych urządzeniach nie występuje. Z kolei możliwość filtracji powietrza, odzysku ciepła oraz dostosowania strumienia powietrza wentylacyjnego do aktualnych potrzeb (np. w funkcji obciążenia pomieszczenia ditlenkiem węgla, parą wodną lub w zależności od liczby osób) pozwala na poprawę jego jakości oraz komfortu klimatycznego przy realnie niskich kosztach. Ponadto urządzenia tego typu mogą być łatwo zastosowane w budynkach już istniejących, ponieważ nie wymagają instalacji systemu dystrybucji powietrza, co skłania do przemyśleń odnośnie do aktualności i zasadności istniejących wymagań prawnych.

Słowa kluczowe: jakość powietrza

Wprowadzenie

Problemy ze złą jakością powietrza występują często w pomieszczeniach, w których przebywa jednocześnie duża liczba osób, np. w budynkach edukacyjnych (szkołach, przedszkolach, żłobkach, salach wykładowych) [12] [19] [20] [21] [27]. Emisja ditlenku węgla jest wtedy duża i konieczne jest jego usuwanie poprzez doprowadzanie do pomieszczenia odpowiedniej ilości powietrza świeżego − zewnętrznego oraz usuwanie powietrza zużytego. Przepisy i rozporządzenia w różnych krajach podają wytyczne, mówiące o tym, ile powietrza zewnętrznego należy dostarczyć do pomieszczeń. Przepisy te odnoszą się zarówno do budynków mieszkalnych, jak i użyteczności publicznej. W budynkach edukacyjnych, w których przebywają dzieci, wymagane są mniejsze wartości strumienia w odniesieniu do dziecka z uwagi na emitowanie mniejszej, niż w przypadku dorosłych, ilości ditlenku węgla. Dawniej wymagania prawne nie obligowały inwestora do zastosowania wentylacji mechanicznej i z tego powodu zwykle wybierano wentylację grawitacyjną (inaczej naturalną), pomimo tego, że nie gwarantuje ona zapewniania odpowiedniej ilości powietrza zewnętrznego niezależnie od warunków pogodowych [33][34]. W istniejących budynkach edukacyjnych w Polsce najczęściej spotykanym systemem wentylacyjnym jest zatem wentylacja naturalna, ponieważ system ten wydawał się być tańszy inwestycyjnie i mniej kłopotliwy na etapie projektu. Obecnie takie rozwiązanie nie pozwala na spełnienie wymagań odnośnie maksymalnej wartości wskaźnika zapotrzebowania na nieodnawialną energię pierwotną EP (wymagań związanych z charakterystyką energetyczną budynku), a zatem w nowoprojektowanych obiektach instalowane są zazwyczaj systemy wentylacji mechanicznej – centralnej lub zdecentralizowanej. Przepisy prawa w Danii już od dawna stanowią, że strumień powietrza wentylacyjnego musi być dostarczany przez system wentylacji mechanicznej. Szczegółowo wytyczne dotyczące konieczności zapewniania właściwej jakości powietrza w budynkach edukacyjnych opisano w artykule [18].

Tabela 1
Wymagany strumień powietrza wg wytycznych różnych krajów [18]
Table 1
Required air flow according to the guidelines of different countries [18]

Rys. 1.
Idea stosowania mini central wentylacyjnych w wentylacji zdecentralizowanej (lewa) i centrali wentylacyjnej w systemie tradycyjnym (prawa) źródło: [35]
Fig. 1.
The idea of using mini ventilation units in decentralized ventilation (left) and central air handling unit in the traditional system (right), source: [35]

Zapewnienie właściwej jakości powietrza jest niezwykle istotne, szczególnie w pomieszczeniach, w których przebywają dzieci. Stężenie ditlenku węgla silnie wpływa na zdolność percepcji uczniów, zwłaszcza tych najmłodszych. Badania dotyczące tego problemu zostały omówione w artykule [21]. Dzieci są obecnie obarczone nadmiarem bodźców z otoczenia (Internet, smartfony, duża ilość światła od ekranów, reklamy), a wysokie stężenie CO2 dodatkowo wywołuje u nich rozproszenie i zniechęcenie. Z powodu nagłośnienia problemu jakości powietrza w wielu polskich miastach podjęto walkę ze smogiem. W przedszkolach i żłobkach, ale również w mieszkaniach, w których przebywają małe dzieci, coraz częściej stosuje się urządzenia filtrujące powietrze z cząstek stałych PM10 i PM2,5. W oczywisty sposób podnosi to jakość powietrza, ale należy pamiętać, że wpływa to jedynie na obniżenie stężenia cząstek pyłowych, nie eliminując innych problemów: wysokiego stężenia CO2 i pary wodnej. Te dwa ostatnie czynniki, oprócz wspomnianego wpływu na zdolność koncentracji, mają również wpływ na odczucie komfortu cieplnego – przy wyższym stężeniu CO2 i pary wodnej zmysł powonienia ulega wyostrzeniu i różnego rodzaju zapachy stają się nieprzyjemne. Ponadto zmienia się odczuwalność temperatury i odczucie komfortu cieplnego –zimno i ciepło stają się bardziej dotkliwe, co sprawia, że zimą konieczne jest utrzymywanie wyższych, a latem niższych temperatur powietrza wewnętrznego, aby osiągnąć to samo odczucie komfortu, co prowadzi do zwiększonego zużycia energii w budynkach wyposażonych w aktywne systemy utrzymania komfortu (HVAC) [22][24][25][26][30][31]. Czynniki te sprzyjają hermetyzacji bakterii i wirusów, których źródłem w budynkach edukacyjnych są dzieci, w wyniku zbyt małego strumienia powietrza zewnętrznego dostarczanego przez system wentylacji naturalnej [12][13].

W kontekście powyższych uwag, postrzegając proces edukacji jako swego rodzaju proces technologiczny, można stwierdzić, że zła jakość powietrza (zanieczyszczenie pyłami, duże stężenie CO2 i pary wodnej) obniża wydajność kształcenia w dwojaki sposób: obniżając percepcję i zdolność uczniów do nauki, jak również zwiększając absencję chorobową, która może być traktowana jako trudna do wycenienia strata dla procesu edukacji.

Modernizacja istniejących budynków, w tym edukacyjnych obejmuje zwykle system docieplenia, wymianę okien oraz zastosowanie zaworów z głowicami termostatycznymi, połączone z regulacją hydrauliczną instalacji [15][16]. Nowoczesne, energooszczędne rozwiązania systemów ogrzewania i chłodzenia niskoparametrowego, jak np. sufitowe panele grzewczochłodzące [6][8][31], kolektory słoneczne [23] czy pompy ciepła [17] nie są zwykle rozważane jako możliwe do zastosowania podczas modernizacji, ponieważ wymagają znacznych nakładów inwestycyjnych, a także dużej ingerencji w istniejącą instalację oraz konstrukcję budynku. Mało który inwestor zleca również wykonanie zaawansowanych analiz energetyczno-ekonomicznych, wykorzystujących zaawansowane metody oceny inwestycji, jak np. te, przedstawione w artykułach [8][9][10][11] [29]. Podobny problem występuje w zakresie instalacji wentylacyjnej. W budynkach istniejących najczęściej niemożliwe jest wykonanie instalacji wentylacji kanałowej z uwagi na brak przestrzeni do poprowadzenia dużych kanałów wentylacyjnych oraz brak miejsca na jedną dużą centralę wentylacyjną. Rozwiązaniem problemu może być system wentylacji hybrydowej [32]. Uzyskanie dodatkowej oszczędności energii, a jednocześnie zapewnienie wymaganej ilości powietrza zewnętrznego w budynkach istniejących mogą również zapewnić systemy wentylacji zdecentralizowanej, które umożliwiają zastosowanie odzysku ciepła. Jednocześnie powietrze dostarczane do pomieszczeń podlega podgrzaniu i filtracji, czego nie da się zapewnić poprzez przewietrzanie. Odpowiedni strumień powietrza zewnętrznego zapewnia rozcieńczenie zanieczyszczeń (CO2, pary wodnej, bakterii i wirusów). Układy te spełniają również wymagania stawiane systemom wentylacji w budynkach energooszczędnych [1][2]: są pozbawione systemu dystrybucji powietrza (małe opory przepływu, niskie koszty tłoczenia), umożliwiają odzysk ciepła z powietrza usuwanego, a przede wszystkim realizują wentylację DCV (demand controlled ventilation), tzn. strumień powietrza jest dopasowany do aktualnych potrzeb użytkowników. Decentralizacja i montaż niezależnych urządzeń w każdym z pomieszczeń sprawia, że w przypadku braku ich użytkowania strumień powietrza wentylacyjnego można ograniczyć zmniejszając koszt jego uzdatniania oraz wentylacyjną stratę ciepła, bez wpływu na jakość wentylacji w sąsiednich pomieszczeniach. Jest to duża zaleta i wygoda zarówno dla użytkownika oraz inwestora, który ponosi wówczas niższe koszty obsługi systemu. Zaletą tego typu rozwiązań jest również łatwość ich zastosowania podczas termomodernizacji obiektów istniejących. Pozostałe zalety to brak kanałów rozprowadzających powietrze, kanałów do czerpni i wyrzutni powietrza, a także skomplikowanego i kosztownego systemu regulacji (regulatory VAV), który należałoby zastosować, aby w przypadku wentylacji centralnej realizować ideę DCV. Wadą tego typu systemów jest np. brak możliwości zastosowania powietrznych gruntowych wymienników ciepła, których działanie opisano np. w artykułach [3][4][5][14], a które w systemach wentylacji centralnej umożliwiają dodatkowy odzysk ciepła lub chłodu z gruntu oraz zapewniają stabilną pracę rekuperatorów podczas mrozów (brak zjawiska szronienia). Porównanie systemu rozdziału powietrza dla sali lekcyjnej w wersji z wentylacją centralną i decentralną pokazano na rysunku 1.

Badania doświadczalne

Cel badań Badaniom poddano rekuperatory ścienne firmy Blauberg: Freshbox 100 i Civic EC LB300. Celem badań była ocena zintegrowanej czerpnio-wyrzutni ściennej badanych urządzeń pod kątem zawracania powietrza usuwanego z powrotem do pomieszczenia.

Stanowisko badawcze

Na rys. 2 i 3 przedstawiono budowę badanych urządzeń. Urządzenie Blauberg Freshbox 100 zamontowano na okres badań w komorze testowej (rys. 4), natomiast urządzenie Blauberg Civic EC LB 300 (z uwagi na duży gabaryt) badano jako wolnostojące w przestrzeni laboratorium (rys. 5).

Badania doświadczalne mające na celu ocenę zintegrowanej czerpnio-wyrzutni ściennej pod kątem mieszania się strumieni powietrza usuwanego i nawiewanego do pomieszczenia przeprowadzono wykorzystując metodologię opisaną w artykule [7] wykorzystując dym wskaźnikowy do wizualizacji rozpływu powietrza oraz pomiar stężenia ditlenku węgla w celu wykonania analizy ilościowej. Procedura badawcza dla urządzenia Blauberg Freshbox 100 była następująca:

–– komorę testową napełniano dymem, załączano urządzenie i obserwowano otoczenie zintegrowanej czerpnio-wyrzutni ściennej pod kątem zawracania powietrza usuwanego do czerpni,

–– komorę testową napełniano ditlenkiem węgla, a następnie dokonywano pomiarów stężenia CO2 w powietrzu nawiewanym (w czerpni), wywiewanym do otoczenia (tuż za wyrzutnią), wewnątrz komory oraz w otoczeniu (w laboratorium). Procedura badawcza dla urządzenia Blauberg Civic EC LB 300 była następująca:

–– do elementów wywiewnych urządzenia zlokalizowanych po stronie wentylowanego pomieszczenia podawano dym wskaźnikowy, załączano urządzenie i obserwowano otoczenie zintegrowanej czerpnio-wyrzutni ściennej pod kątem zawracania powietrza usuwanego do czerpni,

–– do elementów wywiewnych urządzenia zlokalizowanych po stronie wentylowanego pomieszczenia podawano ditlenek węgla, a następnie dokonywano pomiarów stężenia CO2 w powietrzu nawiewanym (w czerpni) oraz wywiewanym do otoczenia (tuż za wyrzutnią).

Dzięki możliwości montażu urządzenia Blauberg Freshbox 100 w komorze testowej, dodatkowo możliwa była ocena skuteczności wentylowania komory. Ocenę wykonano wg procedury opisanej w artykule [7]: komorę testową napełniano ditlenkiem węgla i podczas pracy urządzenia mierzono jego stężenie z krokiem czasowym co 1 min. Następnie porównywano wyniki pomiarów z obliczeniową wartością stężeń wg równania zaniku zanieczyszczeń (1), które to równanie umożliwia obliczenie stężenia zanieczyszczenia w danym czasie w zależności intensywności przewietrzania (liczba wymian) oraz wartości stężenia początkowego.

kt − stężenie CO2 po czasie τ, [dm3/ m3],

ke − stężenie CO2 w otoczeniu komory testowej, [dm3/m3],

k0 − początkowe stężenie CO2 w komorze testowej, [dm3/m3],

n − liczba wymian powietrza w komorze testowej w ciągu godziny, [1/h],

τ − czas trwania pomiaru, [h].

Sposób pracy urządzenia Blauberg Freshbox 100 był następujący:

–– urządzenie zainstalowano w komorze testowej (rys. 4),

–– urządzenie pracowało w trybie ciągłym – stale nawiewając powietrze do komory testowej oraz usuwając powietrze z komory na zewnątrz (wymiennik przeciwprądowy),

–– nawiew oraz wyrzut powietrza następowało w zintegrowanej czerpnio-wyrzutni. Sposób pracy urządzenia Blauberg Civic EC LB 300 był następujący:

–– urządzenie zainstalowano jako wolno- stojące, umieszczając na okres badań przegrody symulujące ścianę dla zamontowanej czerpni i wyrzutni ściennej (rys.5),

–– urządzenie pracowało w trybie ciągłym (wymiennik przeciwprądowy) stale nawiewając powietrze do pomieszczenia laboratorium poprzez elementy nawiewne oraz usuwając powietrze z laboratorium przez otwory wywiewne,

–– nawiew i wywiew powietrza następował w zintegrowanej czerpnio-wyrzutni.

Rys. 2.
Budowa urządzenia Blauberg Freshbox 100: 1. – Filtr wywiewny G4, 2. – Kanał czerpny, 3. – Wymiennik ciepła, 4. – Zamek, 5. – Filtr wstępny G4, 6. – Nagrzewnica wstępna, 7. – Przepustnica, 8. – Wentylator nawiewny, 9. – Nagrzewnica wtórna, 10. – Filtr wtórny F7, 11. – Panel kontrolny, 12. – Sterownik, 13. – Wentylator wywiewny, 14. – Przepustnica, 15. – Tacka ociekowa, źródło: [35]
Fig. 2.
Construction of the Blauberg Freshbox 100: 1. – G4 exhaust filter, 2. – Intake duct, 3. – Heat exchanger, 4. – Lock, 5. – G4 prefilter, 6. – Pre-heater, 7. – Throttle, 8. – Supply air fan, 9. – Secondary heater, 10. – Secondary filter F7, 11. – Control panel,12. – Controller, 13. – Exhaust fan, 14. – Throttle, 15. – Drip tray, source: [35]

Rys. 3.
Budowa urządzenia Blauberg Civic EC LBT300: 1. – Jednostka sterująca, 2. – Czujnik wilgotności (CO2 opcjonalny) 3. – Siłownik bypassu, 4. – Bypass, 5. – Wentylator nawiewny, 6. – Filtr 7, 7. – Filtr G4, 8. – Przepustnica, 9. – Filtr wtórny, 10. – Kanał nawiewny 11. – Filtr wywiewu, 12. – Nagrzewnica wtórna, 13. – Wymiennik ciepła, 14. – Wentylator wywiewu, 15. – Przepustnica, 16. – Nagrzewnica wstępna, źródło: [35]
Fig. 3.
Construction of the Blauberg Civic EC LBT300: 1. – Control unit, 2. – Humidity sensor (CO2 optional) 3. – Bypass actuator, 4. – Bypass, 5. – Supply fan, 6. – Filter 7, 7. – G4 filter, 8. – Throttle, 9. – Secondary filter, 10. – Supply channel 11. – Extract filter, 12. – Secondary heater, 13. – Heat exchanger, 14. – Exhaust fan, 15. – Throttle , 16. – Pre-heater, source: [35]

Rys. 4.
Lokalizacja urządzenia Blauberg Freshbox 100 w komorze testowej podczas badań
Fig. 4.
Location of the Blauberg Freshbox 100 in the test chamber during testing

Rys. 5.
Widok urządzenia Blauberg Civic EC LB 300 z zaznaczeniem punktów pomiaru stężenia ditlenku węgla (1-3)
Fig. 5.
View of the Blauberg Civic EC LB 300 device with the markingpoints for measuring the concentration of carbon dioxide (1-3)

Wyniki

Wizualizacja dymem

Na rys. 6 i 7 przedstawiono wizualizacje dymem dla urządzenia Blauberg Freshbox 100. Zdjęcia pokazują, że do mieszania się strumieni powietrza nawiewanego i wywiewanego nie dochodziło. Powietrze zużyte jest usuwane przez urządzenie za pomocą wyrzutni ściennej skierowanej w przeciwną stronę do czerpni. Odległość w poziomie pomiędzy otworem czerpni i wyrzutni wynosi 55 cm. Duża prędkość wyrzutu powietrza (nawet na I biegu urządzenia)powodowała wyniesienie dymu wskaźnikowego daleko poza strefę czerpni. W tym czasie następowała również dyspersja zanieczyszczeń w otoczeniu. W przypadku niekorzystnego kierunku silnego wiatru istnieje możliwość zawrócenia części strumienia powietrza usuwanego w okolicę czerpni, jednak po drodze zanieczyszczenia uległyby znacznemu rozcieńczeniu, a co za tym idzie, sytuacja ta, która może się zdarzyć sporadycznie, nie obniżałaby higieny pracy urządzenia.

Na rys. 8 i 9 przedstawiono wizualizacje dla urządzenia Blauberg Civic EC LB 300. Zdjęcia pokazują, że do mieszania się strumieni powietrza nawiewanego i wywiewanego nie dochodziło. Powietrze zużyte jest usuwane przez urządzenie za pomocą wyrzutni ściennej skierowanej w przeciwną stronę do czerpni. Odległość w poziomie pomiędzy otworem czerpni i wyrzutni wynosi 60 cm. Duża prędkość wyrzutu powietrza (nawet na I biegu urządzenia) powodowała wyniesienie dymu wskaźnikowego daleko poza strefę czerpni. W tym czasie następowała również dyspersja zanieczyszczeń w otoczeniu. Podobnie jak w powyżej opisywanym eksperymencie, w przypadku niekorzystnego kierunku silnego wiatru istnieje możliwość zawrócenia części strumienia powietrza usuwanego w okolicę czerpni, jednak po drodze zanieczyszczenia uległyby znacznemu rozcieńczeniu, a co za tym idzie, nie obniżałoby to higieny pracy urządzenia.

Pomiar stężenia ditlenku węgla

Na rys. 10 i 11 przedstawiono wyniki pomiarów stężenia CO2 dla urządzenia Blauberg Freshbox 100 w trzech lokalizacjach: komorze testowej, czerpni oraz otoczeniu (laboratorium – tło). Na wykresach przedstawiono dodatkowo obliczeniową wartość stężenia CO2 po danym czasie pracy urządzenia, obliczoną na podstawie wzoru (1). Wyniki pomiarów pokazują, że obliczeniowe (teoretyczne) i zmierzone stężenie CO2 w komorze testowej są do siebie zbliżone, co potwierdza spostrzeżenia z wizualizacji dymem – strumienie powietrza nawiewanego i wywiewanego w urządzeniu Blauberg Freshbox 100 nie mieszają się. Urządzenie działające w komorze testowej spowodowało usunięcie zanieczyszczenia w postaci ditlenku węgla w czasie porównywalnym z teoretycznym czasem, jaki jest potrzebny do usunięcia tego stężenia zanieczyszczeń z danej objętości przy danej intensywności wymiany powietrza w komorze. Wyniki pomiarów i obliczeń potwierdzają brak możliwości zawracania powietrza wywiewanego w urządzeniu Freshbox 100.

Na rys. 12 i 13 przedstawiono wyniki pomiarów stężenia CO2 dla urządzenia Blauberg Civic EC LB 300 w dwóch lokalizacjach: w kanale czerpnym oraz w kanale wyrzutowym zintegrowanej czerpnio-wyrzutni ściennej. Wyniki pokazują, że strumienie powietrza nawiewanego i wywiewanego nie mieszają się. Stężenie ditlenku węgla zmierzone w czerpni utrzymuje się na poziomie stężenia tła w hali laboratoryjnej. Wartość stężenia ditlenku węgla w czerpni rośnie nieco w trakcie w pomiarów, czego przyczyną jest rosnąca wartość stężenia ditlenku węgla w laboratorium. Dzieje się tak z uwagi na duży strumień powietrza usuwanego przez urządzenie do laboratorium oraz duże wartości stężenia początkowego (5000 – 6500 ppm) w powietrzu, które trafiały wprost do laboratorium.

Rys. 6.
Wizualizacja rozpływu powietrza wokół czerpniowyrzutni urządzenia Blauberg Freshbox 100, bieg I
Fig. 6.
Visualization of the air flow around the Blauberg Freshbox 100 intake / exhaust device, gear I

Rys. 7.
Wizualizacja rozpływu powietrza wokół czerpniowyrzutni urządzenia Blauberg Freshbox 100, bieg III
Fig. 7.
Visualization of the air flow around the Blauberg Freshbox 100 intake / exhaust device, gear III

Rys. 8.
Wizualizacja rozpływu powietrza wokół czerpnio- wyrzutni urządzenia Blauberg Civic EC LB 300, bieg I
Fig. 8.
Visualization of the air flow around the Blauberg Civic EC LB 300 intake / exhaust device, gear I

Rys. 9.
Wizualizacja rozpływu powietrza wokół czerpnio- wyrzutni urządzenia Blauberg Civic EC LB 300, bieg III
Fig. 9.
Visualization of the air flow around the Blauberg Civic EC LB 300 intake / exhaust device, gear III

Rys. 10.
Porównanie zmierzonej i obliczeniowej (teoretycznej) wartości stężenia ditlenku węgla w komorze testowej, urządzenie Blauberg Freshbox 100, bieg I

Rys. 11.
Porównanie zmierzonej i obliczeniowej (teoretycznej) wartości stężenia ditlenku węgla w komorze testowej, urządzenie Blauberg Freshbox 100, bieg III

Rys. 12.
Pomiar stężenia ditlenku węgla w czerpni i wyrzutni urządzenia Blauberg Civic EC LB 300 w czasie, bieg I

Rys. 13.
Pomiar stężenia ditlenku węgla w czerpni i wyrzutni urządzenia Blauberg Civic EC LB 300 w czasie, bieg III

Podsumowanie i wnioski

Systemy wentylacji zdecentralizowanej z mini-centralami wentylacyjnymi zlokalizowanymi na ścianie lub pod sufitem wentylowanego pomieszczenia oraz zintegrowanymi czerpnio-wyrzutniami ściennymi umożliwiają skuteczną wentylację pomieszczeń zarówno w budynkach nowoprojektowanych, jak i już istniejących. Ich zalety można docenić szczególnie w przypadku wentylacji pomieszczeń edukacyjnych, zwłaszcza już istniejących, z uwagi na łatwość ich zastosowania podczas termomodernizacji. Stosowane coraz chętniej w szkołach, przedszkolach czy żłobkach filtry antysmogowe zapewniają jedynie filtrację powietrza, jednak nie rozwiązują problemu nadmiernego stężenia ditlenku węgla, pary wodnej oraz bakterii i wirusów. W przypadku budynków edukacyjnych szczególnie niepożądana jest nadmierna koncentracja CO2, która jest jedną z przyczyn zniechęcenia uczniów, problemów z koncentracją podczas lekcji, a w konsekwencji osłabienia efektów nauczania. Wyniki badań przedstawione w artykule [7] oraz w niniejszym wskazują na dużą skuteczność przewietrzania pomieszczeń przy zastosowaniu systemów wentylacji zdecentralizowanej. Jednocześnie w obu artykułach wskazano na ograniczenia w możliwości ich stosowania w warunkach polskich z uwagi na wymagania prawne zapisane w WT [28]. Wymagania odnośnie do lokalizacji czerpni i wyrzutni sprawiają, że poddane badaniom urządzenia nie mogą być stosowane. Wymagania te mają na celu zapewnienie wysokich standardów higienicznych oraz wykluczenie możliwości mieszania się strumieni powietrza zużytego wyrzucanego z pomieszczeń z powietrzem zewnętrznym. Wyniki przeprowadzonych badań pokazują jednak, że w przypadku odpowiedniej konstrukcji zintegrowanych czerpnio- wyrzutni ściennych, do zawracania powietrza usuwanego z powrotem do pomieszczenia nie dochodzi. W tym kontekście wymagania WT [28] wydają się być nieuzasadnione. Jednocześnie ograniczają możliwość zastosowania urządzeń, które są w stanie zapewnić skuteczną wentylację, podnieść jakość powietrza w pomieszczeniach, a przez to poprawić skuteczność nauki w budynkach edukacyjnych, a jednocześnie umożliwiają odzysk ciepła z powietrza usuwanego, przynosząc wymierne oszczędności finansowe oraz środowiskowe.

Podziękowania

Autorzy składają podziękowania firmie Vents Group Sp. z o.o. z siedzibą w Niepruszewie k. Poznania za udostępnienie urządzeń do przeprowadzenia badań oraz materiałów technicznych.

L I T E R AT U R A :

[1] Amanowicz Łukasz, Edward Szczechowiak: Zasady projektowania systemów wentylacji budynków energooszczędnych. Ciepłownictwo Ogrzewnictwo Wentylacja 2017 (48) 2 : 72-78.

[2] Amanowicz Łukasz, Michał Szymański, Radosław Górzeński: Wentylacja – ważny element w kontekście energooszczędności laboratoriów. Laboratorium 2016 9-10 : 49-55.

[3] Amanowicz Łukasz, Janusz Wojtkowiak: Badania eksperymentalne wpływu zmian sposobu zasilania powietrznego gruntowego wymiennika ciepła typu rurowego na jego charakterystykę przepływową. Część 1 Równomierność rozpływu”. Ciepłownictwo Ogrzewnictwo Wentylacja 2010 (41) 6 : 208-212,220.

[4] Amanowicz Łukasz, Janusz Wojtkowiak: Wpływ właściwości cieplnych gruntu na wydajność powietrznych rurowych gruntowych wymienników ciepła (PRGWC)”. Instal 2015 366 (10) : 59-62.

[5] Amanowicz Łukasz, Janusz Wojtkowiak: Wpływ nierówności rozdziału powietrza na wydajność cieplną wielorurowych gruntowych wymienników ciepła”. Ciepłownictwo Ogrzewnictwo Wentylacja 2017 (48) 12 : 413-417. DOI: 10.15199/9.2017.12.3.

[6] Amanowicz Łukasz, Janusz Wojtkowiak: Badania wydajności cieplnej aluminiowego, sufitowego panelu grzewczo-chłodzącego. Ciepłownictwo Ogrzewnictwo Wentylacja 2016 (47) 10: 413-417.

[7] Amanowicz Łukasz, Ratajczak Katarzyna, Szczechowiak Edward: Badania jednorurowych systemów wentylacyjnych pod kątem oceny mieszania się strumieni powietrza w czerpni i wyrzutni”. Ciepłownictwo Ogrzewnictwo Wentylacja 2019 (50) 6 : 231-238.

[8] Bandurski Karol, Koczyk Halina: IEA EBC Annex 66 – Definition Simulation of Occupant Behavior in Buildings” – aktualne metody modelowania zachowania użytkowników budynku”. Ciepłownictwo Ogrzewnictwo Wentylacja 2015 (46) 2 : 63-68.

[9] Basińska Małgorzata: The use of multi-criteria optimization to choose solutions for energy efficient buildings”. Bulletin of the Polish Academy of Sciences technical sciences 2017 65(6) : 815-826. DOI: http://dx.doi. org/10.1515/bpasts-2017-0084

[10] Basińska Małgorzata, Koczyk Halina, Szczechowiak Edward: Sensitivity analysis in determining the optimum energy for residential buildings in Polish conditions. Energy and Buildings 2015 107 : 307-318. DOI: https:// doi.org/10.1016/j.enbuild.2015.08.029

[11] Basińska Małgorzata, Koczyk Halina, Kosmowski Andrzej: Assessment of Thermo Modernization Using the Global Cost Method”. Energy Procedia 2015 78 : 2040-2045. DOI: https://doi.org/10.1016/j.egypro.2015.11.204.

[12] Basińska Małgorzata, Michałkiewicz Michał: Zmienność mikrobiologicznego zanieczyszczenia powietrza oraz stężenia pyłu wewnątrz i na zewnątrz wybranej poznańskiej”. Inżynieria ekologiczna 2016 50 : 17-25.

[13] Basińska Małgorzata, Michałkiewicz Michał, Górzeński Radosław: Stan systemu wentylacyjnego w budynku edukacyjnym i jego wpływ na jakość powietrza – analiza przypadku”. Rynek Instalacyjny 2016 9 : 74-84.

[14] Chmielewski Krzysztof, Amanowicz Łukasz: Bezprzeponowe powietrzne gruntowe wymienniki ciepła w układach wentylacji mechanicznej. Rynek Instalacyjny 2017 5 : 76-80.

[15] Cholewa T., Siuta-Olcha A., Balaras C.A.: Actual energy savings from the use of thermostatic radiator valves in residential buildings– Long term field evaluation. Energy and Buildings 2017 151 : 487-493.

[16] Cholewa T., Balen I., Siuta-Olcha A.: On the influence of local and zonal hydraulic balancing of heating system on energy savings in existing buildings–Long term experimental research. Energy and Buildings 2018 179 : 156-164.

[17] Dudkiewicz Edyta, Fidorów-Kaprawy Nataliza. The energy analysis of a hybrid hot tap water preparation system based on renewable and waste sources. Energy 2017 (127) : 198-208.

[18] Ludwiczak Anna, Katarzyna Ratajczak. Wentylacja placówek dydaktyczno-edukacyjnych. Przegląd wybranych polskich i zagranicznych wymagań dotyczących strumienia powietrza i stężenia CO2. Rynek Instalacyjny 2018 : 24-29.

[19] Laska Marta, Dudkiewicz Edyta. Research of CO2 concentration in naturally ventilated lecture room”. International Conference on Advances in Energy Systems and Environmental Engineering (ASEE17), Wrocław, Poland, July 2-5, 2017 / B. Kaźmierczak [i in.] (Eds.). [Les Ulis] : EDP Sciences, 2017. art. 00099, s. 1-8. (E3S Web of Conferences, ISSN 2267-1242; vol. 22), https://doi. org/10.1051/e3sconf/20172200099

[20] Laska Marta, Dudkiewicz Edyta. Thermal comfort study in naturally ventilated lecture room based on questionnaire survey. Proceedings of 10th Windsor Conference: Rethinking Comfort: Cumberland Lodge, Windsor, UK, 12th-15th April 2018 / ed. by Luisa Brotas [i in.]. Windsor: NCEUB: 634648.

[21] Ludwiczak Anna, Płóciennik Aleksandra, Ratajczak Katarzyna, Filipiak Magdalena. Jakość powietrza w żłobku – monitoring, ocena i rozwiązania problemów. Ciepłownictwo Ogrzewnictwo Wentylacja 2918 (49) : 374-380.

[22] Małek Maria Teresa, Koczyk Halina: Rozwiązania stosowane w budownictwie energooszczędnym a komfort cieplny. Materiały Budowlane 216 27 : 83-86.

[23] Małek Maria Teresa. Symulacja pracy płaskiego kolektora słonecznego w instalacji ciepłej wody użytkowej w warunkach polskich za pomocą programu TRNSYS. Ciepłownictwo Ogrzewnictwo Wentylacja 2019 (50) 4: 142-148.

[24] Mróz Tomasz, Szkarłat Kamil. Wpływ strategii sterowania na komfort klimatyczny w budynku pasywnym. Instal 2013 5 : 18-27.

[25] Radomski B., Jaskulska J.: Integracja systemów wentylacyjnych i grzewczo-chłodzących dla budynków pasywnych jednorodzinnych. Rynek Instalacyjny 2016 11 : 51-56.

[26] Radomski Bartosz, Karol Bandurski, Tomasz M. Mróz: Rola parametrów komfortu klimatycznego w budynkach pasywnych. Instal 2017 10 : 27-33.

[27] Ratajczak Katarzyna, Łochyński Szymon: Jakość powietrza w budynku użytkowanym jako żłobek. Rynek Instalacyjny 2017 10 : 54-60.

[28] Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (DzU nr 75/2002, poz. 690, z późn. zm.).

[29] Sinacka Joanna, Ratajczak Katarzyna: Analysis of selected input data impact on energy demand in office building − case study.. 3rd International Workshop on Flexibility in Sustainable Construction (ORSDCE 2018), MATEC Web Conf. Vol. 222. DOI: https:// doi.org/10.1051/matecconf/201822201015

[30] Sinacka Joanna, Szczechowiak Edward: Analiza eksploatacyjna budynku pasywnego w aspekcie komfortu klimatycznego i zużycia energii. Ciepłownictwo Ogrzewnictwo Wentylacja 2017 (48) 12 : 497-504.

[31] Sinacka Joanna, Szczechowiak Edward: Modelowanie przepływu ciepła w budynku ze stropami i sufitami grzewczo-chłodzącymi. Ciepłownictwo Ogrzewnictwo Wentylacja 2018, (49) 7 : 271-278.

[32] Sowa Jerzy: Wentylacja hybrydowa – energooszczędny sposób poprawy jakości powietrza w budynkach szkolnych. Instal 2007, 12 : 25-32.

[33] Szymański Michał, Amanowicz Łukasz, Ratajczak Katarzyna, Górzeński Radosław: Instalacje HVAC laboratoriów chemicznych – wyposażenie techniczne. Wentylacja ogólna. Rynek Instalacyjny 2515, 11 : 59-66.

[34] Szymański Michał, Amanowicz Łukasz, Ratajczak Katarzyna, Górzeński Radosław: Instalacje HVAC laboratoriów chemicznych – wyposażenie techniczne. Wentylacja technologiczna. Rynek Instalacyjny 2015, 12 : 56-60.

[35] Katalog urządzeń oraz materiały szkoleniowe firmy Blauberg, 2019.

Informacje o autorach:

dr inż. Łukasz Amanowicz ORCID ID: https://orcid.org/0000-0002-2903-3805, dr inż. Katarzyna Ratajczak ORCID ID: https://orcid.
org/0000-0002-6950-8262, prof. dr hab. inż. Edward Szczechowiak ORCID ID: https://orcid.org/0000-0001-6101-1940 – Instytut
Inżynierii Środowiska, Politechnika Poznańska. Adres do korespondencji: lukasz.amanowicz@put.poznan.pl