Wentylacja w piwnicy: technologia budowy prawidłowego systemu wentylacyjnego

Od tego, jak jakościowo funkcjonuje wentylacja w piwnicy, zależy zachowanie przechowywanych tam przedmiotów, a niekiedy samopoczucie i zdrowie właścicieli. Aby stworzyć prawidłowo działający system wymiany powietrza, konieczne jest zrozumienie pewnych procesów fizycznych i znajomość technologii urządzenia.

Opowiemy, jak zorganizować system odprowadzania zużytego powietrza z pomieszczeń podziemnych i zapewnić dostawę świeżej porcji z zewnątrz. W przedstawionym do zapoznania artykule szczegółowo opisano sprawdzone w praktyce warianty i sposoby realizacji. Zgodnie z naszymi zaleceniami można doskonale urządzić piwnicę.

Zadanie wentylacji pomieszczeń podziemnych

Piwnice są używane do długotrwałego przechowywania przedmiotów o szczególnych wymaganiach co do warunków otoczenia. Temperatura w zamkniętych podziemnych pomieszczeniach prawie zawsze utrzymuje się w zakresie od +5 do +12 stopni Celsjusza.

Wskaźniki wilgotności mogą znacznie się różnić w zależności, z reguły, od warunków zewnętrznych. Za pomocą wentylacji możliwe jest regulowanie tych parametrów do wymaganych wartości.

Utrzymanie reżimu temperatury

Reżim temperaturowy prawidłowo zbudowanej i ocieplonej piwnicy kształtuje się poprzez wymianę ciepła między ścianami, podłogą a znajdującym się w nią powietrzem. Strop jest zazwyczaj ocieplony, dlatego jego wpływ na zmianę temperatury wewnątrz obiektu jest minimalny.

Sezonowe wahania temperatury gruntu są znacznie mniejsze niż atmosferyczne, co umożliwia ustanowienie stałego mikroklimatu w pomieszczeniu. Nagrzewanie lub ochładzanie powietrza wewnątrz piwnicy następuje powoli ze względu na niską przewodność cieplną ziemi.

Klasyczna konstrukcja piwnicy zakłada wymianę ciepła między znajdującym się w nią powietrzem a ziemią stanowiącą podłogę i ściany pomieszczenia. Wpływ temperatury atmosfery jest wykluczony przez zastosowanie izolacji termicznej.

W razie potrzeby możliwe jest wykorzystanie wentylacji do zmiany temperatury. Biorąc pod uwagę, że obiekt znajduje się pod ziemią, do chłodzenia piwnicy zimą wystarczy naturalny ruch powietrza, natomiast w okresie letnim lepiej stymulować przepływ powietrza za pomocą pracy wentylatorów.

Rozwiązanie problemu nadmiernej ilości wilgoci

Najczęstszym problemem mikroklimatu piwnicy jest nadmiar wilgoci. Odparowanie jej za pomocą promieniowania słonecznego lub działania wiatru jest niemożliwe, dlatego wentylacja jest głównym sposobem osuszania pomieszczeń zagłębionych w gruncie.

Sposoby przedostawania się wilgoci można umownie podzielić na trzy typy:

• Wilgoć może dostać się do piwnicy w postaci wody przez ściany, podłogę lub strop przy braku lub uszkodzeniu warstwy hydroizolacji. Najczęściej dzieje się to wiosną podczas topnienia śniegu.
• Wewnętrznym źródłem wilgoci mogą być przedmioty lub produkty znajdujące się w pomieszczeniu. Warzywa i owoce, zwłaszcza na początkowym etapie przechowywania, wydzielają parę wodną. Wilgotność powietrza wzrasta również podczas procesu fermentacji, oddychania pszczół, jeśli piwnica jest używana jako omszak, i w wielu innych przypadkach.
• W okresie wiosenno-jesiennym, kiedy temperatura w piwnicy jest znacznie niższa niż na zewnątrz, źródłem wilgoci jest kondensat. Dlatego do prawidłowego korzystania z wentylacji niezbędna jest znajomość fizycznych praw kondensacji i parowania.

Proces usuwania wilgoci za pomocą wentylacji przebiega powoli. Dlatego przed rozpoczęciem tej procedury należy określić przyczynę podwyższonej wilgotności w piwnicy i w miarę możliwości ją usunąć.

Parowanie wilgoci podczas wentylacji zachodzi powoli, dlatego jeśli nie usunie się przyczyny pojawiania się wody w piwnicy, procedura suszenia nie przyniesie żadnego efektu.

Obniżenie stężenia niebezpiecznych gazów

Kolejnym powodem wentylacji pomieszczeń jest konieczność zmiany składu chemicznego powietrza. W wyniku przechowywania produktów rolnych dochodzi do wydzielania różnorodnych zapachów, a podczas ich gnicia, a także przy trzymaniu w piwnicy pszczół lub pojemników fermentacyjnych, obficie wydziela się dwutlenek węgla, wypierając tlen.

W słabo wentylowanych piwnicach może dojść do gromadzenia się gazów innego pochodzenia. Nadmierne stężenie dwutlenku węgla (CO₂), metanu, tlenku węgla (CO) lub siarkowodoru może spowodować u człowieka niedobór tlenu we krwi, zadławienie, a w konsekwencji utratę przytomności. W przypadku nieudzielenia natychmiastowej pomocy możliwy jest zgon.

W przypadku braku wewnętrznej cyrkulacji powietrza stężenie niebezpiecznych ciężkich gazów występuje w najniższym punkcie piwnicy. Dlatego jeśli do usunięcia obcych zapachów wystarczy zwykłe wietrzenie, to do zmniejszenia stężenia gazów, których ciężar właściwy w stosunku do powietrza atmosferycznego jest większy niż jeden, konieczna jest wentylacja z umieszczeniem otworu wlotu powietrza w niewielkiej odległości od podłogi.

W przypadku występowania przesłanek do nadmiernego stężenia ciężkich gazów w piwnicy, należy albo przeprowadzić obowiązkowe wietrzenie pomieszczenia przed wejściem, albo użyć czujników lub analizatorów gazów do określenia potrzeby wentylacji.

Proces fermentacji alkoholowej prowadzi do aktywnego wydzielania dwutlenku węgla. Ze względu na konieczność utrzymania stałej temperatury zewnętrznej często umieszcza się pojemniki fermentacyjne w piwnicach. W przypadku braku odpowiedniej wentylacji czasami prowadzi to do uduszenia właścicieli piwnicy.

Teoretyczne podstawy usuwania wilgoci

W przypadku, gdy głównym celem wymiany powietrza jest wysuszenie pomieszczenia, to z punktu widzenia fizyki zadanie można sformułować następująco: należy w piwnicy wykonać wentylację według takiego schematu, aby bezwzględna masa wilgoci wpadającej do środka była mniejsza niż wilgoci wychodzącej na zewnątrz.

Fizyczny opis procesów kondensacji i parowania

Istnieją trzy podstawowe pojęcia, które należy zrozumieć, aby pojąć naturę kondensacji i parowania wilgoci z powietrza:

• Wilgotność bezwzględna określa masę pary wodnej zawartej w jednym metrze sześciennym powietrza. Wartość tę wyraża się w g/m³.
• Wilgotność względna pokazuje stosunek aktualnej masy pary wodnej do maksymalnej możliwej, przy stałym ciśnieniu i temperaturze. Wyrażana jest w procentach.
• Temperatura punktu rosy wskazuje wartość temperatury, po obniżeniu do której para wodna zawarta w powietrzu osiąga stan nasycenia i rozpoczyna się proces kondensacji.

W kontekście piwnicy proces kondensacji można opisać w następujący sposób. Przy określonej temperaturze powietrze ma pewne wartości wilgotności bezwzględnej i względnej.

Wraz ze spadkiem temperatury wartość wilgotności bezwzględnej pozostaje niezmieniona, natomiast wilgotność względna wzrasta. Po osiągnięciu wilgotności względnej wartości 100% następuje punkt rosy i rozpoczyna się wydzielanie wilgoci w postaci kondensatu.

Im niższa temperatura powietrza, tym mniejszą ilość wilgoci jest ono w stanie utrzymać w stanie zawieszonym przy pełnym nasyceniu

Proces parowania jest następujący: przy kontakcie powietrza o wilgotności względnej poniżej 100% z wodą następuje nasycanie go wilgocią, które może trwać aż do osiągnięcia wilgotności względnej wartości 100%. Im wyższa temperatura powietrza, tym większą ilość wilgoci może ono wchłonąć w procesie parowania.

Osuszanie pomieszczeń podziemnych latem

W suchą i upalną pogodę istnieje pokusa, aby na chwilę otworzyć wilgotną piwnicę i wpuścić tam ciepłe suche powietrze w celu usunięcia kondensatu. Jest to jeden z najczęstszych błędów, prowadzący do odwrotnego efektu – napływu wilgoci z atmosfery do podziemia.

Na przykład w dzień podczas antycyklonu, przy temperaturze powietrza +32 stopnie Celsjusza i wilgotności względnej 40%, odczuwa się suchość powietrza. W piwnicy o temperaturze +12 stopni i wilgotności względnej 100% odczuwa się wilgoć. Jednak wilgotność bezwzględna na zewnątrz przy takich parametrach będzie większa niż wewnątrz.

Po dostaniu się do środka ciepłe powietrze zacznie się ochładzać. Temperatura punktu rosy przy podanych powyżej parametrach powietrza zewnętrznego wyniesie 16 stopni. W związku z tym w okresie obniżania temperatury z 16 stopni do 12 będzie zachodziła kondensacja wilgoci, a wilgotność względna powietrza wyniesie 100%.

Ponadto, wilgotność powietrza w piwnicy pozostanie na tym samym maksymalnym poziomie, a dodatkowo nastąpi dopływ wody w wyniku kondensacji

Osuszanie pomieszczeń podziemnych za pomocą wentylacji należy prowadzić przez dłuższy czas. Przy tym objętość powietrza przepływającego przez pomieszczenia powinna zapewniać minimalne spadki temperatury, aby przy niskich wartościach wilgotności względnej zachodził proces parowania.

Jednak po zakończeniu okresu wentylacji, na skutek wymiany ciepła ze ścianami i podłogą, nastąpi stopniowe obniżenie temperatury i kondensacja wody znajdującej się w powietrzu.

Dlatego tymczasowe usuwanie wilgoci za pomocą wentylacji w ciepłym okresie roku przeprowadza się w następujących przypadkach:

• ilość wilgoci w piwnicy wyraźnie przekracza objętość, która znajdzie się tam po kondensacji wody z powietrza atmosferycznego;
• należy stworzyć warunki do zatrzymania intensywnych procesów gnicia, rozprzestrzeniania się pleśni i grzybów;
• należy przeprowadzić zabieg przeciwgrzybiczy, który jest najskuteczniejszy przy nakładaniu antyseptyku na suche powierzchnie.

Usuwanie kondensatu z piwnicy w ciepłym okresie roku przeprowadza się alternatywnymi metodami. Można zbierać wilgoć za pomocą substancji o dobrych właściwościach higroskopijnych (wchłaniających wodę), takich jak popiół lub trociny.

Przy tym, jeśli to możliwe, należy wykluczyć wymianę powietrza z zewnątrz, jeśli nie stoi to w sprzeczności z zachowaniem innych parametrów mikroklimatu pomieszczenia.

Krople kondensatu z sufitu najłatwiej zebrać za pomocą suchej szmatki. Latem jest to najbardziej skuteczny sposób walki z wilgocią w piwnicy.

Wymrażanie wilgoci zimą

Przy ujemnych temperaturach wilgotność bezwzględna powietrza jest niska. Dlatego najbardziej skuteczną metodą usuwania wilgoci za pomocą wentylacji, którą nie do końca poprawnie nazywa się “wymrażaniem”, jest zapewnienie dopływu mroźnego powietrza do piwnicy.

Tak więc, nawet jeśli przy temperaturze -10 stopni Celsjusza powietrze ma maksymalną możliwą wilgotność (2,36 g/m³), to po jego ogrzaniu w pomieszczeniu do wartości +5 stopni, wartość wilgotności względnej wyniesie zaledwie 30%. Jeden metr sześcienny takiego powietrza będzie w stanie wyparować 4,5 grama wody w piwnicy.

Ponieważ dla praktycznie wszystkich piwnic niepożądane jest obniżenie temperatury do wartości ujemnych, dopływ mroźnego powietrza należy prowadzić małymi porcjami.

Wypiera wilgotne powietrze z pomieszczenia i miesza się z pozostałym. Następnie należy odczekać, aż temperatura wzrośnie do zwykłych wartości, i można ponownie przeprowadzić tę procedurę.

Przy osuszaniu piwnicy za pomocą mroźnego powietrza ważne jest, aby nie dopuścić do długotrwałego spadku temperatury poniżej zera. Wpływ zimna na warzywa jest nie mniej szkodliwy niż nadmiar wilgoci.

Taki sposób jest skutecznie stosowany jesienią po złożeniu plonów, otwierając wentylację na pewien czas w nocy.

Techniczne kwestie urządzenia wentylacji

Technicznie poprawna realizacja systemu wentylacji dla piwnicy, wraz ze znajomością zasad jej użytkowania, pozwoli zapewnić odpowiedni mikroklimat w pomieszczeniu. W przypadku niewielkich obiektów wszystkie prace można wykonać samodzielnie, posiadając podstawowe umiejętności z zakresu budownictwa.

Zapoznać się z cechami obliczania systemu wentylacji dla różnych typów pomieszczeń można, czytając polecany artykuł.

Rozmieszczenie kanałów wentylacyjnych i ich obsługa

Jako kanałów wentylacyjnych zwykle używa się rur plastikowych lub metalowych. Plastik musi być odporny na niskie temperatury. Jest to konieczne, aby uniknąć jego uszkodzenia zimą podczas mechanicznych działań, takich jak czyszczenie z lodu.

Zazwyczaj do celów wentylacji pomieszczeń podziemnych używa się dwóch rur, z których jedna służy do nawiewu powietrza, a druga do wywiewu. Stosowanie jednej rury prowadzi do znacznie mniejszej objętości cyrkulującego powietrza.

Wyloty rur najlepiej umieścić w różnych końcach piwnicy. W ten sposób uzyskuje się równomierne wietrzenie całej powierzchni pomieszczenia, bez tworzenia się stref zastoju powietrza.

Miejsce wlotu wentylacji nawiewnej zwykle znajduje się w pobliżu podłogi pomieszczenia, a miejsce poboru powietrza – bliżej sufitu. Jest to konieczne do zachowania fizycznych praw funkcjonowania naturalnej cyrkulacji powietrza. Wyjątkiem jest umieszczenie wlotu do rury wyciągowej w pobliżu podłogi dla bardziej efektywnego odprowadzania niebezpiecznych, ciężkich gazów.

Przy umieszczaniu zewnętrznych wylotów w pobliżu ziemi należy monitorować poziom śniegu, ponieważ utworzenie zaspy powyżej poziomu rury może spowodować zatrzymanie wentylacji. Wilgotne powietrze opuszczające pomieszczenie powoduje powstawanie szronu (kurzaka) w rurze wyciągowej, co może zmniejszyć prędkość przepływu powietrza lub całkowicie zatrzymać wentylację.

Schemat wymiany powietrza przy prawidłowym i nieprawidłowym rozmieszczeniu rur w planie. W przypadku skomplikowanej geometrii piwnicy może zaistnieć potrzeba zastosowania kilku punktów nawiewu lub wywiewu powietrza.

Czyszczenie szronu (kurzaka) stanowi niekiedy trudne zadanie ze względu na zawarty w nim lód lub osady o zwiększonej gęstości. Aby uprościć prace, jesienią do wnętrza rury można włożyć sztywny metalowy pręt o średnicy 8-12 mm. W przypadku całkowitego zamknięcia przekroju rury przez szron (kurzaka), ruchami postępowymi i obracaniem pręta można rozpocząć procedurę czyszczenia wywiewu.

Jeśli rura wyciągowa jest ustawiona pionowo, to pod jej końcem umieszczonym w piwnicy należy ustawić pojemnik, do którego będzie trafiał kondensat oraz fragmenty śniegu i lodu, odpadające podczas czyszczenia rury.

Ziemniaki pod rurą wyciągową są mokre z powodu skraplania się na nich kondensatu. Aby tego uniknąć, należy umieścić pod otworem rury pojemnik, do którego będzie zbierać się woda.

Naturalny i wymuszony obieg powietrza

W przeważającej większości przypadków stosuje się naturalną wentylację małych podziemnych pomieszczeń. W zimie fizyka procesu obiegu masy powietrza opiera się na różnicy gęstości zimnego i ciepłego powietrza. W tym celu wylot z rury nawiewnej umieszcza się bliżej podłogi, a wlot do rury wyciągowej – pod sufitem.

Pole przekroju kanałów wentylacyjnych oblicza się na podstawie wymaganego dla danego pomieszczenia wskaźnika objętości obiegu powietrza i obliczonej prędkości jego przepływu w rurach.

Do regulacji objętości wentylacji lepiej jest zastosować przekrój rury nieco większy od obliczeniowego w komplecie z przepustnicą. Można ją zamontować zarówno na rurze nawiewnej, jak i wyciągowej.

Znany od dawna sposób z płonącą świecą umieszczoną pod rurą wyciągową. Gorące powietrze unosi się do góry, znacznie zwiększając ciąg.

Naturalna wentylacja działa słabo latem, a także długo usuwa gazy o gęstości właściwej większej niż zwykłe powietrze. W tym przypadku, aby wytworzyć ciśnienie powietrza, buduje się mechaniczny typ wentylacji poprzez zainstalowanie wentylatorów osiowych.

Wentylatory można zamontować zarówno na rurze wyciągowej, jak i nawiewnej, a także na obu jednocześnie. Przy dużej wilgotności w piwnicy zaleca się nie montować wentylatora na rurze wyciągowej ze względu na możliwość jego szybkiego uszkodzenia w wyniku działania wilgoci.

Usuwanie wilgoci za pomocą stref kondensacji

Istnieje sposób na usuwanie wilgoci z piwnicy zimą, który nie wymaga rur i otworów do dopływu i odpływu powietrza. Polega na tworzeniu stref do kondensacji wilgoci, a następnie jej usuwaniu. Ten sposób nie jest wentylacją, lecz cyrkulacją, ponieważ nie ma wymiany powietrza między pomieszczeniem a atmosferą.

Najbardziej elementarna realizacja takiej metody polega na użyciu zasłony na zewnątrz uchylonych drzwi piwnicy. Ciepłe powietrze, przenikając z piwnicy przez mały otwór, ochładza się, stykając się z zimną zasłoną, na której pozostaje kondensat w postaci szronu i szadzi. Zimne, suche powietrze wraca z powrotem do pomieszczenia.

Korzystanie ze schematu z zasłoną pozwala uniknąć prac związanych z układaniem kanałów wentylacyjnych z piwnicy na zewnątrz. Jednak taki system nie jest automatyczny – konieczne jest okresowe usuwanie szadzi.

Przy stosowaniu tej metody okresowo trzeba będzie odsunąć zasłonę, zamknąć drzwi, strącić szadź i usunąć ją na zewnątrz. Jako zasłonę należy użyć grubej szmaty, zdolnej wytrzymać ciężar do 20 kg przylegającego śniegu na 1 metr kwadratowy jej powierzchni.

Z zasadami i technologiami budowy systemów wentylacyjnych zapozna następny artykuł.

Podsumowanie i przydatny film na ten temat

Wideo #1. Problem kondensacji wilgoci latem i metody jego usuwania:

Wideo #2. Montaż wentylatora na rurze wyciągowej:

Dla prawidłowego działania systemu wentylacji należy dokładnie podejść do kwestii poznania fizycznych podstaw cyrkulacji powietrza, a także jego kondensacji i parowania. Technologiczne urządzenie wymiany powietrza nie jest skomplikowane i w przypadku małych pomieszczeń jego realizacja jest możliwa własnymi siłami.

Prosimy komentować przedstawione przez nas informacje. Komentarz, pytanie i zdjęcia na ten temat można umieścić w bloku poniżej. Być może zechce Pan/Pani podzielić się osobistym doświadczeniem w urządzeniu systemu wentylacyjnego?