Wentylacja nawiewno-wywiewna: zasada działania i cechy instalacji

W pomieszczeniu wypełnionym świeżym powietrzem łatwiej się oddycha, pracuje się wydajniej i śpi się spokojniej. Ale otwieranie okna w celu wietrzenia co 2-3 godziny jest problematyczne, czy zgadza się Pan/Pani? Zwłaszcza w nocy, gdy wszyscy członkowie rodziny słodko śpią.

Jednym z zautomatyzowanych rozwiązań dla tego zadania jest wentylacja nawiewno-wywiewna (WNW) pomieszczenia. Ale jak ją poprawnie wykonać? Pomożemy Państwu poznać zasadę działania i zapoznać się z cechami aranżacji.

W naszym artykule omówiono elementy składowe systemu nawiewno-wywiewnego, zasady ich obliczania i normy wymiany powietrza w pomieszczeniach różnego typu.

Dobrano schematy aranżacji wentylacji, zdjęcia przedstawiające poszczególne elementy systemu, oraz przydatne zalecenia wideo dotyczące budowy systemu wentylacyjnego w domu jednorodzinnym własnoręcznie.

Czym jest wentylacja?

Jak często wietrzymy pomieszczenie? Odpowiedź powinna być jak najbardziej szczera: 1–2 razy dziennie, jeśli nie zapomnieliśmy otworzyć okna. A w nocy ile razy? Retoryczne pytanie.

Zgodnie z normami sanitarno-higienicznymi całkowita masa powietrza w pomieszczeniu, w którym stale przebywają ludzie, powinna być całkowicie wymieniana co 2 godziny.

Pod zwykłą wentylacją rozumie się proces wymiany mas powietrza między zamkniętą przestrzenią a otoczeniem. Ten molekularno-kinetyczny proces umożliwia usuwanie nadmiaru ciepła i wilgoci za pomocą systemu filtracji.

Wentylacja zapewnia również zgodność powietrza w pomieszczeniu z wymaganiami sanitarno-higienicznymi, co nakłada własne ograniczenia technologiczne na urządzenia, które będą generować ten proces.

Podsystem wentylacyjny – zespół urządzeń technologicznych i mechanizmów do pobierania, odprowadzania, przemieszczania i oczyszczania powietrza. Jest częścią kompleksowego systemu komunikacji pomieszczeń i budynków.

Zalecamy nie porównywać pojęć wentylacji i klimatyzacji – bardzo podobnych kategorii, które mają szereg różnic.

1. Główna idea. Klimatyzacja zapewnia utrzymanie określonych parametrów powietrza w zamkniętej przestrzeni, a mianowicie temperatury, wilgotności, stopnia jonizacji cząstek i tym podobne. Wentylacja natomiast dokonuje kontrolowanej wymiany całej objętości powietrza przez nawiew i wywiew.
2. Główna cecha. System klimatyzacji pracuje z powietrzem, które znajduje się w pomieszczeniu, a sam dopływ świeżego powietrza może w ogóle nie występować. System wentylacji zawsze pracuje na granicy zamkniętej przestrzeni i otoczenia poprzez wymianę.
3. Środki i metody. W odróżnieniu od wentylacji w uproszczonej formie klimatyzacja stanowi modułowy schemat z kilku bloków, który przetwarza niewielką część powietrza i w ten sposób utrzymuje parametry sanitarno-higieniczne powietrza w określonym zakresie.

System wentylacji w domu może być rozbudowany do dowolnej niezbędnej skali i zapewnia, w przypadku sytuacji awaryjnej w pomieszczeniu, dość szybką wymianę całej objętości masy powietrza. Co następuje za pomocą wydajnych wentylatorów, nagrzewnic, filtrów i rozgałęzionego systemu rurociągów.

Może być Państwu interesująca informacja o urządzaniu rurociągu wentylacyjnego z plastikowych kanałów wentylacyjnych, omówiona w innym naszym artykule.

Oprócz swojej podstawowej funkcji, systemy wentylacyjne mogą stanowić część wnętrza w stylu industrialnym, który jest stosowany w biurach, lokalach handlowych i miejscach rozrywki.

Wyróżnia się kilka klas wentylacji, które można podzielić ze względu na sposób generowania ciśnienia, dystrybucję, architekturę i przeznaczenie.

Sztuczne tłoczenie powietrza w systemie odbywa się za pomocą urządzeń ciśnieniowych – wentylatorów, dmuchaw. Zwiększając ciśnienie w systemie rurociągów, można przemieszczać mieszaninę gazowo-powietrzną na duże odległości i w znacznej objętości.

Jest to charakterystyczne dla obiektów przemysłowych, pomieszczeń produkcyjnych oraz obiektów użyteczności publicznej z centralnym systemem wentylacji.

Generowanie ciśnienia powietrza w systemie może być kilku rodzajów: sztuczne, naturalne lub mieszane. Często stosuje się metodę mieszaną.

Rozpatruje się systemy wentylacji miejscowe (lokalne) i centralne. Lokalne systemy wentylacji to “punktowe” rozwiązania ściśle ukierunkowane dla konkretnych pomieszczeń, gdzie wymagane jest ścisłe przestrzeganie norm.

Centralna wentylacja umożliwia regularną wymianę powietrza w znacznej liczbie pomieszczeń o tym samym przeznaczeniu.

I ostatnia klasa systemów: nawiewne, wywiewne i mieszane. Systemy wentylacji nawiewno-wywiewnej zapewniają jednoczesny nawiew i wywiew powietrza w przestrzeni. To najbardziej rozpowszechniona podgrupa systemów wentylacyjnych.

Takie konstrukcje zapewniają łatwe skalowanie i obsługę dla różnorodnych pomieszczeń przemysłowych, biurowych i mieszkalnych.

Fizyczna podstawa systemu wentylacyjnego

System wentylacji nawiewno-wywiewnej jest wielofunkcyjnym układem do bardzo szybkiej obróbki mieszaniny gazowo-powietrznej. Choć jest to system wymuszonego transportu gazu, to u jego podstaw leżą w pełni wyjaśnialne procesy fizyczne.

Aby osiągnąć efekt naturalnej konwekcji strumieni powietrza, źródła ciepła umieszcza się jak najniżej, a elementy wywiewne w suficie lub pod nim.

Samo słowo “wentylacja” jest ściśle związane z pojęciem konwekcji. Jest ona jednym z kluczowych elementów przemieszczania mas powietrza.

Konwekcja – zjawisko cyrkulacji energii cieplnej pomiędzy zimnymi i ciepłymi strumieniami gazu. Istnieje konwekcja naturalna i wymuszona.

Trochę fizyki ze szkoły, aby zrozumieć istotę rzeczy. Temperatura w pomieszczeniu jest określana przez temperaturę powietrza. Nośnikami energii cieplnej są cząsteczki.

Powietrze to wielocząsteczkowa mieszanina gazów, składająca się z azotu (78%), tlenu (21%) i pozostałych zanieczyszczeń (1%).

Będąc w zamkniętej przestrzeni (pomieszczeniu), mamy niejednorodność temperatury względem wysokości. Jest to związane z niejednorodnością stężenia cząsteczek.

Biorąc pod uwagę równomierność ciśnienia gazu w zamkniętej przestrzeni (pomieszczeniu), zgodnie z podstawowym równaniem kinetyczno-molekularnej teorii: ciśnienie jest proporcjonalne do iloczynu stężenia cząsteczek i ich średniej temperatury.

Jeśli ciśnienie jest wszędzie takie samo, to iloczyn stężenia cząsteczek i temperatury w górnej części pomieszczenia będzie równoważny takiemu samemu iloczynowi stężenia i temperatury:

p=nkT, n_góra*T_góra=n_dół*T_dół, n_góra/n_dół=T_dół/T_góra

Im niższa temperatura, tym większe stężenie cząsteczek, a więc i większa całkowita masa gazu. Dlatego mówi się, że ciepłe powietrze jest “lżejsze”, a zimne — “cięższe”.

Prawidłowa wentylacja w połączeniu z efektem konwekcji jest w stanie utrzymać w pomieszczeniu ustalony reżim temperaturowy i wilgotność w okresach automatycznego wyłączania głównego ogrzewania.

W związku z powyższym staje się jasna podstawowa zasada urządzania wentylacji: doprowadzenie (nawiew) powietrza zwykle jest instalowane na dole pomieszczenia, a odprowadzenie (wywiew) — na górze. Jest to aksjomat, który należy uwzględnić podczas projektowania systemu wentylacji.

Cechy wentylacji nawiewno-wywiewnej

Wentylacja nawiewno-wywiewna współdziała z dwoma różnymi pod względem składu i przeznaczenia strumieniami powietrza, które są następnie przetwarzane.

W wentylacji nawiewno-wywiewnej całe niezbędne wyposażenie i dodatkowe systemy są umieszczone w jednej ramie, którą można zainstalować wewnątrz loggii, na strychu, na ścianie zewnętrznej domu itp.

Specjalna konstrukcja urządzenia zapewnia szerokie możliwości wentylacji praktycznie dowolnej liczby pomieszczeń w budynku.

Oprócz podstawowej funkcji przemieszczania powietrza, wentylacja nawiewno-wywiewna obejmuje następujący arsenał podsystemów pomocniczych i dodatkowych funkcji.

Wśród których są następujące:

• chłodzenie i ogrzewanie powietrza;
• jonizacja i nawilżanie cząstek;
• dezynfekcja i filtracja powietrza.

Rozważmy typowy cykl pracy systemu wentylacji nawiewno-wywiewnej, który opiera się na dwuobwodowym modelu transportu.

Na pierwszym etapie następuje pobór zimnego powietrza z otoczenia i wyciąg ciepłego powietrza z pomieszczenia. Z obu stron powietrze przechodzi przez system oczyszczania.

Następnie zimne powietrze przekazywane jest do kaloryfera (nagrzewnicy) — charakterystyczne dla systemów nawiewno-wywiewnych z rekuperacją ciepła. Ponadto ciepło zimnemu gazowi jest przekazywane od wyciągowego ciepłego powietrza — charakterystyczne dla zwykłych systemów.

Po nagrzaniu i wymianie ciepła wyciągowe zużyte powietrze jest odprowadzane przez zewnętrzny kanał, a ogrzane świeże powietrze jest dostarczane do pomieszczenia.

Popularna konfiguracja modułu wentylacyjnego obejmuje komorę wymiany ciepła (rekuperator), w której następuje wymiana energii cieplnej między przeciwbieżnymi strumieniami powietrza. W każdym przypadku każdy strumień przechodzi przez podwójny system filtracji.

Głównymi zasadami działania wentylacji nawiewno-wywiewnej są efektywność i oszczędność.

Klasyczny schemat wentylacji nawiewno-wywiewnej ma następujące zalety:

• wysoki stopień oczyszczania strumienia nawiewanego
• dostępna eksploatacja i obsługa elementów demontowalnych
• integralność i modułowość konstrukcji.

W celu rozszerzenia funkcjonalności, centrale nawiewno-wywiewne wyposaża się w pomocnicze bloki sterowania i kontroli, systemy filtrów, czujniki, automatyczne timery, tłumiki hałasu, sygnalizatory przeciążenia silników elektrycznych, bloki rekuperacyjne, tace na kondensat itp.

Dynamiczne parametry wentylacji

Z projektowaniem systemu wentylacji wiąże się dość wiele pytań, ponieważ w przypadku błędnego obliczenia parametrów z całkiem ekonomicznego kompleksu wentylacyjnego można uzyskać marnotrawnego “potwora” zasobów energetycznych.

Co bezpośrednio wpływa na koszty finansowe jego obsługi. W rezultacie sama idea ekonomicznej eksploatacji urządzenia nie jest rozważana.

Główne obciążenie systemu wentylacyjnego spada na wentylator. Wydajność wentylatora zależy od kształtu wirnika (koła z łopatkami), jakości materiałów i montażu urządzenia.

Aby poprawnie zaprojektować wentylację nawiewno-wywiewną, zaleca się wykonanie algebraicznych obliczeń wydajności jednostki oraz dynamicznych parametrów strumieni powietrza.

Istnieje kilka różnych metod i algorytmów obliczeniowych, ale naszej uwadze zostanie przedstawiony jeden z najprostszych i najbardziej niezawodnych wariantów.

Wszystko, co jest związane z drugorzędnymi procesami nawilżania, dodatkowej jonizacji i wtórnego oczyszczania, na tym etapie można pominąć.

Normy dotyczące aranżacji

Przedstawianie pełnej listy norm i przepisów sanitarnych (SNiP), które są stawiane różnym systemom wentylacji, jest nieracjonalne, ponieważ materiału wystarczyłoby na kilka książek, ale znajomość podstawowych stałych dla pomieszczeń mieszkalnych i biurowych jest konieczna.

Jeśli chodzi o pomieszczenia biurowe, przy budowie systemu wentylacji główną uwagę zwraca się na pomieszczenia, w których będzie przebywać personel biura.

Ponadto wszystkie normy podawane są w przeliczeniu na jedną osobę. W klasycznym budynku biurowym na jednym piętrze znajduje się pełen zestaw pomieszczeń o różnym przeznaczeniu.

Na przykład w gabinecie w ciągu jednej godziny powinna nastąpić wymiana 60 m³ powietrza, w salach operacyjnych — 30-40 m³, w toalecie — 70 m³, w palarni — ponad 100 m³, na korytarzach i w holach — 10 m³.

Zgodnie z ogólnymi normami sanitarnymi dla pomieszczeń mieszkalnych, w ciągu jednej godziny następuje pełna wymiana masy powietrza w ilości 30 m³ w przeliczeniu na jedną osobę — obliczenia według liczby mieszkańców.

Istnieje jeszcze jedno podejście do obliczania objętości powietrza — według powierzchni. Na każdy metr kwadratowy przestrzeni mieszkalnej przypada 3 m³.

Osobno warto wspomnieć o wentylacji obiektów przemysłowych i hangarów magazynowych — 20 m³ na jednostkę powierzchni. W takich ogromnych pomieszczeniach systemy wentylacji budowane są w oparciu o wieloskładnikowy system parowych wentylatorów (4, 8, 16 i więcej sztuk w ramie).

Dla pozostałych pomieszczeń pomocniczych istnieją gotowe parametry normatywne. I tak, kuchnia z płytą elektryczną — ponad 60 m³, z kuchenką gazową — ponad 80 m³, łazienka — nie mniej niż 25 m³ itd.

Ponadto należy pamiętać, że dla pokoi mieszkalnych prędkość przepływów powietrza wynosi nie więcej niż 2 m/s, a dla kuchni i toalety prędkość powinna wynosić 4-6 m/s.

Wzory i objaśnienia do nich

Przechodzimy bezpośrednio do charakterystyk i wzorów. Obliczenia odbywają się w kilku etapach, na każdym z których obliczamy jedną z charakterystyk systemu wentylacji.

Objętość robocza powietrza

Rozważmy obliczenie objętości roboczej powietrza (m³/h).

W przypadku biura zalecamy wykonywanie obliczeń według liczby osób:

V=35*N,

Gdzie N to liczba osób jednocześnie przebywających w pomieszczeniu.

W przypadku mieszkań i domów prywatnych należy przeprowadzić obliczenia względem objętości przestrzeni mieszkalnej:

V=2*S*H,

Gdzie: 2 — współczynnik krotności wymiany powietrza w jednostce czasu (na 1 godzinę); S — powierzchnia mieszkalna; H — wysokość pomieszczeń.

Obliczanie przekroju kanału wentylacyjnego

Przekrój kanału wentylacyjnego oblicza się w cm². Główne kanały wentylacyjne występują w dwóch typach przekroju: okrągłe i prostokątne.

Pole przekroju rury oblicza się według zależności:

S_przekr=V*2,8/ω,

Gdzie: S_przekroju — pole przekroju; V — objętość powietrza (m³/h); 2,8 — współczynnik dopasowania wymiarów; ω — prędkość przepływu w magistrali (m/s).

Prędkość przepływu powietrza w magistrali jest zwykle równoważna 2-3 m/s.

Po obliczeniu pola przekroju kanału wentylacyjnego można określić średnicę dla kanału okrągłego lub szerokość/wysokość dla prostokątnego. Znając szerokość, możemy znaleźć wysokość przekroju i na odwrót. Średnica przekroju okrągłego będzie równa √4*S_przekroju/pi

Liczba i rozmiar dyfuzorów

Rozważmy dalej, jak obliczyć liczbę i rozmiar dyfuzorów. Wymiary rozpylacza zazwyczaj wybiera się 1,5–2 razy większe niż pole przekroju magistrali głównej.

Z liczbą dyfuzorów jest nieco trudniej, oblicza się je według wzoru:

N=V/(2820*ω*d²),

Gdzie: N – szukana liczba dyfuzorów; V – przepływ masy powietrza (m³/h); ω – prędkość przepływu powietrza (m/s); d – średnica dyfuzora (m), jeśli jest okrągły.

Jeśli dyfuzor ma przekrój prostokątny, wtedy:

N=π*V/(2820*ω*4*a*b),

Gdzie: π — liczba Pi, a i b — wymiary przekroju.

Parametry wydajności urządzenia

Znane są dwie najważniejsze cechy bloku wentylacyjnego – moc i poziom generowanego ciśnienia. Moc stacji wentylacyjnej oblicza się następująco:

P=ΔT*V*Cv/1000,

Gdzie: ΔT — delta temperatur powietrza na wejściu/wyjściu (°C); V — przepływ masy powietrza (m³/h); Cv — pojemność cieplna powietrza (0,336 Wh/m³·°C).

Generowane ciśnienie jest określane na podstawie krzywej charakterystycznej wydajności głównego wentylatora.

Ten parametr powinien być równoważny oporowi aerodynamicznemu sieci powietrznej. Producenci wentylatorów dostarczają wykres krzywej w karcie technicznej produktu.

Ponadto ważne jest, aby mieć ogólne pojęcie o nagrzewnicy przepływu powietrza wejściowego — kaloryferze. Jest to oddzielna część systemu wentylacyjnego, w której następuje ogrzewanie powietrza. Przechodząc na przykład przez grzejnik cieplny, powietrze w ten sposób się nagrzewa.

Kaloryfer, w którym ogrzewanie odbywa się przez grzejnik i wymianę energii cieplnej z przepływem wywiewnym, nazywa się rekuperatorem. Istnieją rekuperatory jedno- i wielosekcyjne, które umożliwiają mieszanie strumieni powietrza o dużej różnicy temperatur wejściowych.

Podsumowując, warto wspomnieć o napięciu sieci zasilającej dla bloku wentylacyjnego. Zaleca się stosowanie sieci o napięciu 380 V, zapewni ona niezawodną eksploatację urządzenia o dowolnej mocy.

Specyfika instalacji wentylacji mechanicznej

Z montażem nawiewnej instalacji wentylacyjnej domowy majster, bez wątpienia, poradziłby sobie bez angażowania pracowników.

Należy jednak pamiętać, że prace są prowadzone na wysokości niebezpiecznej dla niedoświadczonego wykonawcy. Dlatego lepiej zaangażować osoby, które mają doświadczenie, narzędzia i sprzęt asekuracyjny do realizacji następujących etapów:

Po zakończeniu całkiem skomplikowanych manipulacji związanych z montażem samego urządzenia nawiewnego pozostanie tylko podłączenie go do instalacji.

Przyjrzyjmy się bliżej temu procesowi za pomocą poniższej fotorelacji.

Informacje o kolejności montażu wymuszonych systemów wentylacyjnych pomogą uniknąć wielu rażących błędów popełnianych przez niedoświadczonych monterów.

Cechy budowy naturalnego WNW

Podczas opracowywania wysokiej jakości naturalnej wentylacji nawiewno-wywiewnej, większość specjalistów przestrzega swoistego „regulaminu” prac projektowo-montażowych.

Te zasady pomagają tworzyć naprawdę efektywne i ekonomiczne rozwiązania nawet dla najbardziej niestandardowych układów pomieszczeń i pomieszczeń gospodarczych w domu jednorodzinnym i w wielopokojowym mieszkaniu w wieżowcu.

Podczas projektowania wentylacji należy dążyć do stworzenia naturalnego przepływu powietrza od pomieszczeń mieszkalnych przez korytarze do łazienki i kuchni.

Korytarze pełnią w tym przypadku rolę przestrzeni przepływowych. Dlatego główny moduł wentylacyjny systemu należy umieścić w centrum domu, w górnej części korytarzy lub pomieszczeń gospodarczych.

Na przykład moduł wentylacyjny dla 2-piętrowego domu jednorodzinnego można umieścić na parterze, w górnej części pomieszczenia gospodarczego lub głównego korytarza. Dla domu 1-piętrowego, alternatywnie, w dolnej części strychu.

Podczas układania rurociągu głównego należy pamiętać, że powietrze nawiewne powinno płynąć do pomieszczeń mieszkalnych, a wywiewne – odprowadzać przez kuchnie i pomieszczenia gospodarcze.

Dlatego dyfuzory nawiewne umieszcza się na umownej granicy „pomieszczenie-środowisko”, a wywiewne w kuchni, łazience, pomieszczeniu gospodarczym, toalecie.

Dyfuzor łączy w sobie dwie funkcje: równomierne rozprowadzanie świeżego powietrza i odprowadzanie już zużytego. Występują w różnych kształtach. Wykonane są z cienkiej blachy metalowej i tworzywa sztucznego.

Istnieją uwagi dotyczące wysokości umieszczenia otworów wlotowych i wylotowych powietrza. Wylot systemu wentylacyjnego należy umieścić koniecznie powyżej poziomu dachu budynku.

To zabezpieczy WNW przed wtórnym pobraniem właśnie odprowadzonego powietrza przez otwory wywiewne.

Pobór świeżego powietrza należy wykonać na wysokości co najmniej 2 metrów od powierzchni ziemi.

Ponieważ drobne cząstki ścierne i pył mogą być unoszone przez przepływy wiatru na wysokość ponad 1 metra i wlatywać do dyfuzorów nawiewnych, szybko zanieczyszczając filtry wstępne.

Podsumowanie i przydatny film na ten temat

W filmie opowiadają i demonstrują cechy projektowania i montażu WNW w domu jednorodzinnym:

Jeszcze jeden obrazowy przykład gotowego rozwiązania do wentylacji prywatnego, 1-piętrowego domu drewnianego:

Podsumowując powyższe informacje, zauważmy, że wentylacja nawiewno-wywiewna jest systemem nieskomplikowanym w projektowaniu, dostępnym do zakupu i montażu.

Wentylacja w połączeniu z systemem ogrzewania pozwala na zorganizowanie równowagi świeżego i ciepłego powietrza w pomieszczeniu.

Czy zajmował się Pan/Pani urządzaniem wentylacji w domku letniskowym? A może zna Pan/Pani sekrety projektowania i montażu systemu wentylacyjnego w mieszkaniu? Proszę podzielić się swoim doświadczeniem – zostawiać swoje komentarze pod tym artykułem.