Wentylacja wymuszona w piwnicy: zasady i schematy aranżacji

Pomieszczenia piwniczne i półpiwnice służą różnym celom. Wcześniej urządzano w nich przechowalnie warzyw, umieszczano instalacje. Obecnie piwnicom nadaje się inne funkcje, od garaży po sale sportowe, a nawet biura.

W każdym razie wymuszona wentylacja w piwnicy budynku to uzasadniona potrzeba, podyktowana koniecznością systematycznego dostarczania świeżego powietrza na miejsce zużytego. Proponujemy dobrze się w tę kwestię zagłębić.

Każda piwnica ma swoją wentylację

Głęboka przechowalnia warzyw znajdująca się pod domem prywatnym nie potrzebuje wentylacji wymuszonej, tj. mechanicznej.

Produkty owocowo-warzywne przechowują się lepiej, jeśli wymiana powietrza w pomieszczeniu piwnicznym jest minimalna. Dlatego wystarczą najprostsze otwory wentylacyjne oraz kanały nawiewno-wyciągowe.

Przechowywanych zimą warzyw w piwnicy nie można intensywnie wietrzyć. Po prostu zamarzną – mróz na zewnątrz

Zgodnie z normami projektowymi dla przechowalni warzyw NTP APK 1.10.12.001-02, wietrzenie na przykład ziemniaków i warzyw korzeniowych powinno odbywać się w ilości 50-70 m³/h na tonę warzyw. Ponadto w miesiącach zimowych intensywność wentylacji należy zmniejszyć o połowę, aby nie przemrozić warzyw korzeniowych.

Tj. w zimnej porze roku wentylacja domowej piwnicy powinna być w formacie 0,3-0,5 objętości powietrza pomieszczenia na godzinę.

Konieczność wentylacji wymuszonej w piwnicy pojawia się, jeśli schemat z naturalnym ruchem strumieni powietrza nie działa. Jednak konieczne będzie także usunięcie źródeł nadmiernego nawilżenia powietrza.

Wilgoć w pomieszczeniach piwnicznych

Stęchłość powietrza i wilgoć to częste problemy piwnic. Pierwszy problem wynika z niedostatecznej wymiany powietrza. Piwnica jest zagłębiona w gruncie na 2,5–2,8 m, a jej ściany wykonano z maksymalną szczelnością przeciwwilgociową i powietrzną.

Natomiast wentylacja naturalna, realizowana przez pionowe kanały budowlane, w wielu piwnicach i komorach piwnicznych nie występuje.

Przed omówieniem kwestii wentylacji piwnicy należy wykonać izolację przeciwwilgociową jej ścian. Wentylacja podziemia nie rozwiąże problemu higroskopijności ścian.

Znaczną wilgotność powietrza w piwnicy powoduje słaba izolacja przeciwwilgociowa ścian. Drugą przyczyną są zużyte rurociągi przeciągnięte przez pomieszczenia gospodarcze w piwnicy. Co więcej, kondensat na nich osadza się niezależnie od integralności rur i szczelności połączeń rozłącznych.

Problem nadmiernej wilgotności należy rozwiązać przed opracowaniem projektu i budową systemu wentylacyjnego piwnicy. Konieczne jest przywrócenie lub zwiększenie stopnia szczelności ścian piwnicy, uszczelnienie rurociągów i pokrycie ich izolacją.

Ostatni środek uwolni od wpływu kondensatu na materiał rur. Następnie określane są potrzeby wentylacyjne piwnicy.

Izolacja cieplna rur przed kondensacją

Krople wody pojawiają się tylko na powierzchni rurociągów bytowych, przez które płynie zimny płyn (woda pitna i ścieki). Wilgoć obecna w atmosferze pomieszczeń skrapla się na zimnych rurach z powodu różnicy temperatur między ich powierzchnią a powietrzem.

Im chłodniejsze są rury, im bardziej nasycone wilgocią powietrze – tym aktywniejszy jest proces kondensacji wody.

Jeżeli przez rurę płynie zimna woda, będzie się na niej gromadził kondensat. Każdą taką rurę należy pokryć izolacją termiczną.

Różnica temperatur między powietrzem a powierzchnią rur zimnej wody w domach jednorodzinnych jest zazwyczaj niewielka. Przy rzadkim korzystaniu z zimnej wody przez domowników, woda nie przepływa przez rury, dlatego temperatura powietrza w pomieszczeniu i rurociągu prawie się wyrównują.

Natomiast w budynkach wielopiętrowych, mieszkalnych lub biurowych, zimna woda jest używana prawie nieprzerwanie, a rura pozostaje stale zimna.

Najprostszym sposobem walki z kondensatem na rurach jest wyrównanie temperatur rur i otoczenia. Należy zaizolować zimny rurociąg materiałem paro- i termoizolacyjnym na całej długości.

Kondensat gromadzi się na zimnej rurze niezależnie od materiału, z którego jest wykonana. Polimery, metale żelazne, żeliwo czy miedź – to nie ma znaczenia. Należy zaizolować wszystkie rury instalacji „zimnej” wody!

Zaizolowanie rur wodociągowych przed działaniem kondensatu i wilgotnej zawiesiny w powietrzu nie jest trudne. Potrzebna jest jedynie rurka ze spienionego polietylenu, nóż tapicerski i wzmocniona taśma klejąca.

Zapobieżenie kontaktowi zimnej rury z powietrzem umożliwi rurowy izolator cieplny ze spienionego polietylenu. Ścianka izolującej „rurki” – nie mniej niż 30 mm. Średnicę izolacji rurowej dobiera się nieco większą niż średnica izolowanego rurociągu. Założenie izolacji jest proste – przeciąć wzdłuż, a następnie owinąć nią rurę.

Bezpośrednio po osłonięciu rurociągu izolatorem cieplnym należy owinąć go od góry wzmocnioną taśmą klejącą do rur. Dla maksymalnej izolacji cieplnej i lepszego wyglądu stosuje się taśmę foliową (aluminiową).

Armatura odcinająca oraz skomplikowanie wygięte odcinki zimnego rurociągu, których nie można zaizolować izolacją rurową, owijane są taśmą w kilku warstwach.

Obliczanie wymiany powietrza w pomieszczeniu piwnicznym

Zanim zajmiemy się poszukiwaniem urządzeń wentylacyjnych i planowaniem rozmieszczenia kanałów wentylacyjnych w piwnicy, należy określić potrzeby w zakresie wymiany powietrza. W uproszczonej formie, tj. bez uwzględnienia możliwej zawartości substancji szkodliwych w atmosferze piwnicy, wymianę powietrza w niej oblicza się według wzoru:

L=V_podw • K_r

W której:

• L – obliczeniowe zapotrzebowanie na wymianę powietrza, m³/h;
• V_podw – objętość pomieszczenia piwnicznego, m³;
• K_r – minimalna krotność wymiany powietrza, 1/h (patrz poniżej).

Otrzymana wartość wymiany powietrza pozwoli określić parametry mocy systemu wentylacji wymuszonej w piwnicy.

Obliczanie objętości powietrza w pomieszczeniu piwnicznym wykonuje się poprzez pomnożenie wysokości, szerokości i długości

Jednak do obliczenia wzoru potrzebne są dane dotyczące objętości powietrza w pomieszczeniu i krotności wymiany powietrza.

Pierwszy parametr oblicza się następująco:

V_podw=A•B•H

Gdzie:

• A – długość piwnicy;
• B – szerokość piwnicy;
• H – wysokość piwnicy.

Aby określić objętość pomieszczenia w metrach sześciennych, wyniki pomiarów jego szerokości, długości i wysokości przelicza się na metry. Na przykład dla piwnicy o szerokości 5 m, długości 20 m i wysokości 2,7 m objętość wyniesie 5 • 20 • 2,7 = 270 m³.

Potrzeby wymiany powietrza w danym pomieszczeniu zależą bezpośrednio od liczby przebywających w nim osób. Uwzględnia się również stopień aktywności fizycznej odwiedzających.

Dla przestronnych piwnic minimalna krotność wymiany powietrza K_r określana jest na podstawie zapotrzebowania jednej osoby na świeże (nawiewane) powietrze na godzinę. W tabeli przedstawiono normatywne potrzeby człowieka w zakresie wymiany powietrza w zależności od przeznaczenia danego pomieszczenia.

Ponadto wymianę powietrza można obliczyć na podstawie liczby osób, które będą przebywać (np. pracować) w piwnicy:

L=L_os.•N_l

Gdzie:

• L_os – norma wymiany powietrza dla jednej osoby, m³/h•os;
• N_l – obliczeniowa liczba osób w pomieszczeniu piwnicznym.

Normy przewidują zapotrzebowanie człowieka na 20-25 m³/h powietrza nawiewanego przy słabej aktywności fizycznej, 45 m³/h przy wykonywaniu lekkiej pracy fizycznej i 60 m³/h przy dużej aktywności fizycznej.

Obliczanie wymiany powietrza z uwzględnieniem ciepła i wilgoci

W przypadku konieczności obliczenia wymiany powietrza uwzględniającej usuwanie nadmiaru ciepła stosuje się wzór:

L=Q/(p•Cp•(t_u-t_p))

W której:

• p – gęstość powietrza (przy t 20 °C wynosi 1,205 kg/m³);
• C_p – pojemność cieplna powietrza (przy t 20°C wynosi 1,005 kJ/(kg•K));
• Q – ilość wydzielanego ciepła do piwnicy, kW;
• t_u – temperatura powietrza usuwanego z pomieszczenia, °C;
• t_p – temperatura powietrza nawiewanego, °C.

Konieczność uwzględnienia ciepła usuwanego podczas wentylacji jest niezbędna do utrzymania określonej równowagi temperaturowej w atmosferze piwnicy.

W piwnicach domów jednorodzinnych często urządza się siłownie. W tym wariancie wykorzystania pomieszczenia piwnicznego pełna wymiana powietrza jest szczególnie ważna.

Jednocześnie z usuwaniem powietrza w procesie wymiany powietrza usuwana jest wilgoć wydzielona do niego przez różne obiekty zawierające wilgoć (w tym ludzi). Wzór do obliczenia wymiany powietrza z uwzględnieniem wydzielania wilgoci:

L=D/((d_u-d_p)•p)

W której:

• D – ilość wilgoci wydzielanej podczas wymiany powietrza, g/h;
• d_u – zawartość wilgoci w powietrzu usuwanym, g wody/kg powietrza;
• d_p – zawartość wilgoci w powietrzu nawiewanym, g wody/kg powietrza;
• p – gęstość powietrza (przy t 20^oC wynosi 1,205 kg/m³).

Wymiana powietrza uwzględniająca wydzielanie wilgoci jest obliczana dla obiektów o podwyższonej wilgotności (na przykład basenów). Wydzielanie wilgoci jest również brane pod uwagę dla pomieszczeń piwnicznych odwiedzanych przez ludzi w celu ćwiczeń fizycznych (na przykład siłownia).

Stała wysoka wilgotność powietrza znacznie utrudni pracę wymuszonej wentylacji piwnicy. Konieczne będzie uzupełnienie wentylacji o filtry do zbierania skroplonej wilgoci.

Obliczanie parametrów kanałów wentylacyjnych

Mając dane dotyczące objętości powietrza wentylacji, przechodzimy do określenia charakterystyk kanałów wentylacyjnych. Potrzebny jest jeszcze jeden parametr – prędkość przepływu powietrza w kanale wentylacyjnym.

Im szybciej przepływa strumień powietrza, tym mniejszych przekrojów kanały wentylacyjne można zastosować. Zwiększy się jednak hałas systemu oraz opór sieci. Optymalnie jest przepuszczać powietrze z prędkością 3-4 m/s lub mniejszą.

Znając obliczeniowy przekrój kanałów wentylacyjnych, można wybrać ich rzeczywisty przekrój i kształt według tej tabeli. Można również określić przepływ powietrza przy określonych prędkościach jego podawania.

Jeśli wystrój piwnicy pozwala na zastosowanie kanałów wentylacyjnych o przekroju okrągłym, korzystniej jest je zastosować. Ponadto sieć kanałów wentylacyjnych z okrągłych przewodów jest łatwiejsza w montażu, ponieważ są one elastyczne.

Oto wzór umożliwiający obliczenie powierzchni przewodu wentylacyjnego na podstawie jego przekroju:

S_SW=L•2,778/V

W której:

• S_sw – obliczeniowa powierzchnia przekroju kanału wentylacyjnego (przewodu), cm²;
• L – przepływ powietrza podczas przepływu przez przewód, m³/h;
• V – prędkość, z jaką powietrze porusza się w przewodzie, m/s;
• 2,778 – wartość współczynnika pozwalającego uzgodnić niejednorodne parametry we wzorze (centymetry i metry, sekundy i godziny).

Powierzchnię przekroju kanału wentylacyjnego wygodniej obliczać w cm². W innych jednostkach miary ten parametr systemu wentylacji jest trudny do odbioru.

Do każdego elementu systemu wentylacji lepiej doprowadzać strumień powietrza z określoną prędkością. W przeciwnym razie wzrośnie opór w systemie wentylacji.

Jednak określenie obliczeniowej powierzchni przekroju kanału wentylacyjnego nie pozwoli poprawnie dobrać przekroju przewodów, ponieważ nie uwzględnia ich kształtu.

Obliczyć wymaganą powierzchnię przewodu wentylacyjnego na podstawie jego przekroju można za pomocą następujących wzorów:

Dla okrągłych przewodów wentylacyjnych:

S=3,14•D²/400

Dla prostokątnych przewodów wentylacyjnych:

S=A•B /100

W tych wzorach:

• S – rzeczywista powierzchnia przekroju kanału wentylacyjnego, cm²;
• D – średnica okrągłego przewodu wentylacyjnego, mm;
• 3,14 – wartość liczby π (pi);
• A i B – wysokość i szerokość przewodu o przekroju prostokątnym, mm.

Jeśli kanał głównej magistrali powietrznej jest jeden, to rzeczywista powierzchnia przekroju obliczana jest tylko dla niego. Jeśli natomiast od głównej magistrali będą wykonane odgałęzienia, to ten parametr oblicza się dla każdej „gałęzi” osobno.

Obliczanie oporu sieci wentylacyjnej

Im wyższa prędkość przepływu powietrza w kanale wentylacyjnym, tym większy opór ruchu mas powietrza w systemie wentylacji. To nieprzyjemne zjawisko nazywane jest „stratą ciśnienia”.

Jeśli stopniowo zwiększać przekrój kanałów wentylacyjnych, można osiągnąć stabilną prędkość powietrza na całej ich długości. Opór przepływu powietrza przy tym nie wzrośnie.

Instalacja wentylacyjna musi wytworzyć ciśnienie powietrza umożliwiające pokonanie oporu sieci dystrybucji powietrza. Tylko w ten sposób można osiągnąć wymagany przepływ powietrza w systemie wentylacyjnym.

Prędkość powietrza przepływającego przez kanały wentylacyjne określa się wzorem:

V=L/(3600•S)

W której:

• V – obliczeniowa prędkość przepływu mas powietrza, m³/h;
• S – pole przekroju kanału wentylacyjnego, m²;
• L – wymagany przepływ powietrza, m³/h.

Wybór optymalnego modelu wentylatora dla systemu wentylacyjnego należy przeprowadzić poprzez porównanie dwóch parametrów – ciśnienia statycznego wytwarzanego przez instalację wentylacyjną oraz obliczeniowych strat ciśnienia w systemie.

Umieszczając instalację wentylacyjną w centrum rozgałęzionego systemu kanałów, można ustabilizować prędkość podawania powietrza na całej jego długości.

Straty ciśnienia w rozległym kompleksie wentylacyjnym o złożonej architekturze określa się poprzez sumowanie oporów przepływu powietrza w jego zakrzywionych odcinkach i elementach składowych:

• w zaworze zwrotnym;
• w tłumikach hałasu;
• w dyfuzorach;
• w filtrach dokładnego oczyszczania;
• w innych urządzeniach.

Nie ma potrzeby samodzielnego obliczania straty ciśnienia w każdym takim „przeszkodzie”. Wystarczy skorzystać z wykresów strat ciśnienia w odniesieniu do przepływu powietrza oferowanych przez producentów kanałów wentylacyjnych i odpowiedniego wyposażenia.

Zresztą, przy obliczaniu uproszczonego układu wentylacyjnego (bez elementów modułowych) dopuszczalne jest stosowanie typowych wartości strat ciśnienia. Na przykład w pomieszczeniach piwnicznych o powierzchni 50-150 m² straty oporu w kanałach wentylacyjnych wyniosą około 70-100 Pa.

Wybór wentylatora wyciągowego

Aby zdecydować się na wybór urządzenia wentylacyjnego, należy znać wymaganą wydajność zespołu wentylacyjnego oraz opór kanałów powietrznych. Dla wymuszonej wentylacji piwnicy wystarczy jeden wentylator wbudowany w kanał wyciągowy.

Kanał nawiewny z reguły nie wymaga urządzenia wentylacyjnego. Wystarczy niewielka różnica ciśnień między punktem nawiewu a punktem wyciągu, zapewniana przez pracę wentylatora wyciągowego.

Znając obliczeniowe (wymagane) ciśnienie w systemie kanałów powietrznych można określić, czy dany model urządzenia wentylacyjnego nadaje się do pełnego zaopatrzenia pomieszczeń w powietrze. Wystarczy znaleźć punkt odpowiadający ciśnieniu, poprowadzić linię do wykresu, a następnie w dół.

Potrzebny jest model wentylatora, którego wydajność jest nieco (o 7-12%) wyższa od obliczeniowej.

Można sprawdzić przydatność urządzenia wentylacyjnego na podstawie wykresu zależności wydajności od strat ciśnienia.

Korzystając z danych dotyczących obliczeniowego przepływu powietrza, można określić straty ciśnienia w zakrzywionych odcinkach kanałów powietrznych.

Jeśli trzeba wybrać między urządzeniem wentylacyjnym o zdecydowanie większej mocy a zbyt słabym – priorytetem pozostaje mocniejszy model. Jednak konieczne będzie jakoś obniżenie jego wydajności.

Optymalizacja zbyt mocnego wentylatora wyciągu osiągana jest następującymi sposobami:

• Zamontować przed urządzeniem wentylacyjnym zawór równoważący (przepustnicę), co pozwoli je „zdusić”. Przepływ powietrza przy częściowym zamknięciu kanału wyciągowego zmniejszy się, ale wentylator będzie musiał pracować ze zwiększonym obciążeniem.
• Włączać urządzenie wentylacyjne do pracy na niskich i średnich ustawieniach prędkości. Jest to możliwe, jeśli urządzenie obsługuje regulację z 5-8 prędkościami lub płynne przyspieszanie. Jednak w niedrogich modelach wentylatorów nie ma obsługi wieloprędkościowych trybów pracy – mają one maksymalnie 3 stopnie regulacji prędkości. A do poprawnego ustawienia wydajności trzy prędkości to za mało.
• Zminimalizować maksymalną wydajność urządzenia wyciągowego. Jest to wykonalne, jeśli automatyka wentylatora pozwala na sterowanie jego najwyższą prędkością obrotową.

Oczywiście można nie zwracać uwagi na nadmiernie wysoką wydajność wentylacji. Będzie się jednak za nią przepłacać za energię elektryczną i cieplną, ponieważ wyciąg będzie zbyt aktywnie wyciągał ciepło z pomieszczenia.

Schemat kanałów wentylacji piwnicznej

Kanał nawiewny wyprowadza się za elewację piwnicy, urządza się z otworem wlotowym zabezpieczonym siatką. Jego wylot powrotny, przez który dopływa powietrze, opuszcza się do podłogi w odległości pół metra od niej.

Aby zminimalizować powstawanie kondensatu, kanał nawiewny należy zaizolować termicznie z zewnątrz, szczególnie jego część „uliczną”.

Aby określić straty ciśnienia w systemie prostych przewodów wentylacyjnych, należy znać prędkość powietrza i korzystać z tego wykresu.

Wlot powietrza wyciągu umieszcza się przy suficie, na przeciwnym końcu pomieszczenia od punktu otworu nawiewnego. Umieszczanie otworów wyciągu i kanału nawiewnego po tej samej stronie piwnicy i na tym samym poziomie jest bezcelowe.

Ponieważ normy budownictwa mieszkaniowego nie dopuszczają wykorzystania pionowych kanałów wyciągu naturalnego do wentylacji mechanicznej, nie wolno do nich podłączać przewodów wentylacyjnych.

W przypadku gdy umieszczenie kanałów nawiewnego i wywiewnego (poboru i wyrzutu powietrza) po różnych stronach piwnicy jest niemożliwe (jest tylko jedna ściana elewacyjna), wówczas należy rozdzielić punkty poboru i wyrzutu powietrza w pionie o 3 metry lub więcej.

Podsumowanie i przydatny film na ten temat

W tym filmie wyraźnie przedstawiono oznaki złej jakości wentylacji w pomieszczeniu piwnicznym. Kanały wymiany powietrza nawiewno-wywiewnego w tej piwnicy niby istnieją, ale powietrze nimi nie przepływa. Widać wszystkie problemy piwnicy – wilgoć, stęchłe powietrze i obfity kondensat na konstrukcjach przegrodowych:

Na poniższym filmie przedstawiono praktyczne rozwiązanie wymuszonego wyciągu z piwnicy za pomocą wentylatora z komputera i baterii słonecznej. Zwracamy uwagę na oryginalność wykonania tego projektu wentylacji. Dla piwnicy typu „przechowalnia warzyw” taka realizacja wymiany powietrza jest całkowicie dopuszczalna:

Ponieważ pełne obniżenie wilgotności w piwnicy jest niemożliwe bez izolacji termicznej „zimnych” rurociągów, przedstawiamy film o nakładaniu izolacji rurowej. Zwracamy uwagę, że przy technicznym przeznaczeniu piwnicy racjonalne jest pełne owinięcie zaizolowanej termicznie rury taśmą zbrojoną – tak jest trwalej:

„Bezpańską” piwnicę można całkowicie przekształcić w pomieszczenie o pożądanym przeznaczeniu. Wystarczy tylko rozwiązać w niej problem wymiany powietrza i wyeliminować źródła wilgoci. W każdym razie kondygnacja piwniczna budynku nie powinna być mokrym, porośniętym pleśnią miejscem. Wszak jej ściany to fundament budowli, którego zniszczenie jest niedopuszczalne.

Czy chcą Państwo samodzielnie urządzić wentylację w piwnicy, ale nie są Państwo pewni, czy robią wszystko prawidłowo? Proszę zadawać pytania na temat artykułu w bloku poniżej. Tutaj również można podzielić się doświadczeniem samodzielnego urządzania wentylacji w piwnicy lub w podziemiu.