prawdy i mity - czyli co mówi fizyka budowli

Jerzy Bogdan Zembrowski

dział 708
temat nr 032

Historycznie o wentylacji w budynkach

Historycznie rzecz biorąc, pierwsze systemowe rozwiązania wentylacji grawitacyjnej pojawiły w okresie międzywojennym. Były one projektowane i wykonywane zgodnie z zasadami fizyki budowli, bo wtedy odstępstwa od projektu traktowano na równi z grzechem. Można się o tym przekonać przyglądając się budynkom z tamtych lat: na dachach wiele kominów z wieloma wylotami kanałów wentylacyjnych. Wtedy każde większe pomieszczenie w budynku miało swoją wentylację wywiewną, zaś nawiewy odbywały się przez nawiewniki w oknach lub pod nimi, a częściowo także przez nieszczelną stolarkę.

Po II wojnie światowej w naszych krajach demoludów nastał okres szukania oszczędności na wszystkim - uzasadniony, bo kraj był maksymalnie zniszczony, a żyć trzeba było i budować. Wiedząc, że się ucieka od komfortu cieplnego, świadomie przymknięto na to oko i zredukowano ilość kominów - lokując wywiewy tylko w kuchniach i łazienkach. To był kompromis, którego skutkiem był klimat w mieszkaniach daleki od komfortu cieplnego i zasad fizyki budowli, co doprowadziło do mieszkań z tzw. chorym klimatem. Jedynie duża infiltracja powietrza zewnętrznego przez ściany jakoś wspomagała wentylację, bo ściany nie były izolowane termicznie (współczynniki przenikania ciepła U wynosiły od 1,5 do 2,0 W/m2K).

W latach pięćdziesiątych ub. wieku i później, masowo wyburzano piece kaflowe i instalowano grzejniki, co wywołało lawinowy wzrost zapotrzebowania na węgiel i koks, a ich wydobycie i produkcja były niewielkie. Wtedy zaczęto stosować pierwsze ocieplenia ścian i dachów oraz coraz lepszą stolarkę drewnianą. Wtedy wentylacja jeszcze bardziej nie spełniała roli, bo infiltracja spadła do roli śladowej. Ponieważ opłaty za energię cieplną silnie rosły, to mieszkańcy wpadli na pomysł, by zmniejszyć strumienie powietrza wentylacyjnego, bo na miejsce wywiewanego wpływało zimne - więc chłodziło wnętrza. Zaczęto prześcigiwać się w pomysłach i ... zakrywano lub zaklejano kratki wywiewne w kuchniach i łazienkach. To oczywiście zmniejszyło wychłodzenie pomieszczeń i zmniejszyło rachunki za ciepło, ale powstały mieszkania wilgotne i wręcz mokre zimą. Masowo pojawiła się pleśń, co doprowadziło do wprowadzenia nowego terminu „syndromu domu chorego” - co w gruncie rzeczy było odzwierciedleniem rzeczywistości. W wilgotnych domach doskonale rozwijały się zarodniki grzybów pleśniowych, więc ludzie masowo chorowali na szereg chorób - tyle, że powszechnie nie przypisywano tego wadliwej wentylacji, a raczej zrządzeniu Opatrzności.

Ponieważ społeczeństwo nadal było biedne, to nadal nie projektowano wielu kominów, lecz dla poprawy wentylacji ratowano się najróżniejszymi nasadami kominowymi na dachach - wzmacniającymi ciąg, a także wentylatorkami w kanałach wywiewnych. Doprowadziło to do kompletnego rozregulowania wentylacji grawitacyjnej, bo zgodnie z prawem Bernouli’ego, uległy zniekształceniu rozkłady ciśnień powietrza w pomieszczeniach i kanałach do tego stopnia, że w najwyższych kondygnacjach pojawiły się cofki strumieni powietrza i zamiast wywiewania z kuchni i łazienek, nawiewało zimnym powietrzem. Skutkowało to nie tylko wychłodzeniem pomieszczeń, ale też zalewaniem ścian i kanałów skroplinami pary. Efekty te zostały spotęgowane, gdy masowo zaczęto stosować okapy kuchenne wyposażone w wentylatory podłączone do kanałów wentylacyjnych w kominach.

Potem z zagranicy do Polski napłynęły systemy ociepleń ścian i ... szczelna stolarka. Wtedy też pojawił się nowy termin „syndrom dom jak torba foliowa” - czyli domów zbyt szczelnych dla powietrza.

Zaraz pojawili się producenci i sprzedawcy wentylacji mechanicznych - wołający, że tylko one zapewnią komfort cieplny w budynkach i zostaną wyeliminowane wady wentylacji grawitacyjnej - oczywiście przemilczający wady wentylacji mechanicznej. Wtedy też krajowe środowisko naukowe zaspało, bo było zbyt zajęte dorabianiem na boku (niskie płace na uczelniach). Natychmiast wykorzystali dostawcy tych systemów wprowadzając nową zachętę w postaci rekuperatorów nagminnie wyolbrzymiając ich rolę. I tak do dzisiaj zalęgło się powszechne przekonanie, że tylko wentylacja mechaniczna zapewnia poprawną wentylację. Jest to nieprawda, bo owszem wentylacja grawitacyjna ma swoje wady, ale też i zalety, zaś wentylacja mechaniczna ma swoje zalety, ale też i wady - tyle że nie te same.

W reklamach nie mówi się o wadach. Co gorsza, to w tych czasach z uczelni wywiało zdolnych i prężnych naukowców szukających godnych wynagrodzeń, zaś starszej daty profesorowie poumierali. W efekcie, dzisiaj na uczelniach naucza się na żenująco niskim poziomie, a niedouczeni inżynierowie uzyskują uprawnienia i projektują, bo ktoś musi. Projekty jednak zawierają wiele błędów z zakresu fizyki budowli. Jak oglądam projekty instalacji ogrzewania czy wentylacji, to włos mi się jeży na głowie z powodu dużej ilości błędów merytorycznych. Swoją drogą, nie wiem, czy jeden projektant na stu zdałby dzisiaj egzamin z fizyki budowli u mnie czy innego specjalisty?

Fizyka budowli wymaga, by każde pomieszczenie, gdzie przebywa człowiek miało zapewnione cztery parametry: temperaturę, wilgotność i prędkość powietrza w strefie przebywania - zgodnie z badaniami Fanger’a oraz odpowiednią ilość tlenu czyli powietrza świeżego z zewnątrz - zgodnie z wymaganiami fizjologicznymi człowieka. Zauważmy, że tu nie ma mowy o rodzaju wentylacji, bo rodzaj jest bez znaczenia. Jak zatem spełnić te cztery warunki? Otóż, jest tylko jeden sposób: klimatyzacja! Tylko za pomocą klimatyzacji można regulować te cztery parametry - stosując jednocześnie poprawny rozdział powietrza w pomieszczeniach. Rzecz w tym, że klimatyzacja jest droga - nadal za droga na niską zamożność naszego społeczeństwa.

Z tego względu - niejako z konieczności, nadal skazani jesteśmy na substytut klimatyzacji - przynajmniej do czasu, zanim rządy nie pomogą społeczeństwu osiągnąć zamożności na poziomie średniej krajów zachodnich. Przez ostatnie 4 lata idziemy w dobrym kierunku i jest szansa, że za 10 lat w Polsce będą powszechnie stosowane instalacje klimatyzacyjne.

Tak czy inaczej, substytut klimatyzacji siłą rzeczy musi czegoś nie spełniać - mianowicie nie da się regulować wilgotności powietrza i ilości tlenu. Aby zrozumieć tego istotę, należy porównać do wstawienia auta osobowego na tor formuły F1. Kierowców tej formuły tylko to rozbawi, zaś kierowcę auta mocno zmartwi jeśli się nie podda i dojedzie do mety, gdy ci kierowcy zdążą już wziąć natrysk i zjeść obiad.

Zatem, by substytut klimatyzacji nie dawał tak tragicznych efektów, projektant powinien dopracować projekt do maksimum, tj. mają być obliczone i dobrane przepływy powietrza w każdym pomieszczeniu, jego temperatury oraz prędkości podczas wentylacji. Idę w zakład, że z kilkudziesięciu tysięcy projektantów instalacji sanitarnych, dzisiaj nie spotkam więcej niż 100 potrafiących takich obliczeń dokonać. Ale nawet i te 100 nie projektuje rzetelnie, lecz na skróty. Dlaczego? Bo nikt im za to nie zapłaci, skoro zdecydowana większość projektuje na zasadzie „kopiuj - wklej” i odwala chałturę za grosze.

Mało kto wie, ale w dzisiejszym czasie powszechności komputerów dużej mocy, bez trudu można w szybkim tempie tak zaprojektować wentylację grawitacyjną lub hybrydową, że będą spełnione wszystkie warunki komfortu cieplnego w każdym budynku - zarówno jednorodzinnym, jak i wielorodzinnym. Na świecie, są takie programy. Nie ma na to pędu, bo lobby wentylacji mechanicznej, przy silnym udziale monterów propaguje wentylację mechaniczną, ponieważ na tym się zarabia kilkaset milionów złotych rocznie i więcej. A cóż się zarobi na wentylacji grawitacyjnej? Grosze, bo najwyżej na kratkach wentylacyjnych i nasadach. Dla średniej wielkości domu jednorodzinnego wentylacja mechaniczna z rekuperacją to wydatek 30-60 tys. zł, zaś wentylacja hybrydowa (wentylacja grawitacyjna wspomagana), to wydatek zaledwie 1-2 tys. zł lub mniej.

Należy pamiętać, że zgodnie z zasadami fizyki budowli powietrze nawiewane jest traktowane jako świeże, zaś powietrze które przepłynęło przez choć jedno pomieszczenie, jest traktowane jako zużyte. Projektując instalację wentylacji nie wiemy, w którym pomieszczeniu akurat będą przebywać użytkownicy. Jedni lubują się siedzieć godzinami w salonie, inni w łazience spędzają 2-4 godziny dziennie. Czasami są też odwiedzający goście i to często licznie, czasami się też pali papierosy we wnętrzach. Dlatego, projektant musi przewidzieć dowolne obciążenie pomieszczeń ludźmi i ich skutkiem - wydzielaniem ciepła i pary wodnej. W każdym pomieszczeniu muszą być zapewnione warunki komfortu cieplnego. Idealnie jest, jeśli do każdego pomieszczenia doprowadza się powietrze świeże i wymusza taką jego prędkość, temperaturę i wilgotność, by zapewnić wymagany mikroklimat. Dążyć należy do ideału, tj. wymiany całej objętości powietrza w każdym pomieszczeniu. Oczywiście, gdzieś jest też zdrowy rozsądek, np. w pomieszczeniach podrzędnych jak: spiżarnia, garderoba czy magazynek - odchodzimy od warunków mikroklimatu, bo w nich człowiek przebywa stosunkowo krótko.

W przypadku wentylacji grawitacyjnej często nie ograniczamy się do wywiewów tylko w łazienkach, wc czy w kuchni, ale też w salonie, pokojach czy sypialniach. Jest to łatwe w domach parterowych, ale w dwukondygnacyjnych też nie jest trudne - szczególnie, gdy się zastosuje wspomaganie czyli wentylację hybrydową. Nie trzeba dzisiaj kominów, bo mamy dostępne i tanie rury spiro, więc murowane kominy do wentylacji są zbędne. Nie jest prawdą, że wentylacja grawitacyjna źle działa. Poprawnie zaprojektowana działa niezawodnie i zapewnia komfort cieplny - tyle, że trzeba chcieć i umieć taką wentylację zaprojektować.

W przypadku wentylacji mechanicznej mamy te same zasady organizacji i regulacji rozdziału powietrza. Koszt wykonania takiej instalacji jest kilkadziesiąt razy wyższy niż hybrydowej, bo dochodzi jeszcze rekuperator i grzałki elektryczne. Dochodzi też znaczny koszt jej serwisowania.

Są budynki, dla których analizy ekonomiczne wykazują zasadność wentylacji grawitacyjnej czy hybrydowej, ale są też wykazujące zasadność wentylacji mechanicznej. Wybór rodzaju wentylacji nie powinien być zdany na przypadek czy modę. Jeśli ma być zachciewajką inwestora, to świadomą wg zasobności jego kieszeni, ale zawsze wg poprawnie opracowanego projektu instalacji.

patrz także: analizy optymalizacyjne fizyka budowli wentylacja grawitacyjna wentylacja hybrydowa wentylacja mechaniczna wentylacja porady architektom porady inwestorom porady inżynierom porady wykonawcom

MarCin-Bar		2019-11-07 14:19:59

Zapytam - czy w domu z wentylacją grawitacyjną albo hybrydową w każdym oknie musi być nawiewnik czy tylko w co drugim? Jak to rozwiązać?

Jerzy Bogdan Zembrowski		2019-11-08 14:45:17

Ani w każdym, ani w co drugim. Ilość nawiewników określa się z ich przepustowości i wymaganej krotności wymian powietrza w pomieszczeniu lub wymaganego strumienia powietrza świeżego. Także ich usytuowanie należy przemyśleć, by uniknąć stref martwych.

sebico_sp		2020-01-05 21:44:49

Witam,
Panie Jerzy, czy zna Pan osobę, która wykona prawidłowo projekt rekuperacji domu jednorodzinnego? Poleca Pan firmę od okien itd.. może znajdzie się ktoś to zrobi projekt?

Jerzy Bogdan Zembrowski		2020-01-06 00:23:58

Jak wiadomo staram się nie polecać nikogo - za wyjątkiem projektantów, którzy przynajmniej dwa projekty ze mną konsultowali i są zainteresowani nowoczesnym modelem projektowania, o którym piszę w książce i tutaj w serwisie BDB. Nie ma wśród nich projektantów wentylacji, ale powinien z tym bez trudu poradzić każdy projektant o specjalności ogrzewnictwa i wentylacji.

Odnośnie stolarki okienno-drzwiowej, to polecam firmę DMD, która jest w naszym serwisie pod zakładką "produkty i technologie". Można kliknąć kupon do otrzymania rabatu dla naszych użytkowników. Działają na terenie całego kraju. Uważam ich jakość za najwyższą w tej dziedzinie.

sebico_sp		2020-01-06 13:45:33

No właśnie okazuje się, że nie jest to takie proste, jak w innych wątkach Panowie wspominają, wszyscy "projektanci" robią to samo, w kuchni i łazienkach wywiew, w pozostałych nawiew i ewentualnie niektórzy wspomną o podcięciu w drzwiach... wszyscy to samo

Jerzy Bogdan Zembrowski		2020-01-06 14:47:07

Stan taki wynika z tego, że "rynek" zdeformowany został przez masówkę i bylejakość. Zapewne trochę czasu minie, zanim jakość stanie się pierwszoplanowa, a nie "przerób" dla klientów naiwnych i ciemnych.

Dam ciekawy przykład. Otóż, w ub. roku podobny inwestor jak Pan po wykonaniu mu kompletu analiz, też zwrócił się do mnie o pomoc w znalezieniu projektanta wentylacji mechanicznej z rekuperacją. Ponieważ inwestor z mojego miasta, to pomyślałem że kto lepiej nie zaprojektuje jak jakiś absolwent, którego kształciłem na studiach. U mnie była zasada, że student musi wiedzieć tyle co ja - dopiero wtedy otrzymywał ocenę poprawną. Może być więc każdy, kogo uczyłem.

Sięgnąłem więc po internet i wstawiwszy nazwisko pierwszej z brzegu osoby uzyskałem nr telefonu do pracowni projektowej. Kiedy otrzymałem pozytywną odpowiedź w sprawie wykonania projektu, umówiłem inwestora z projektantem, ale zapowiedziałem też swoją przy tym wizytę, bo chciałem odświeżyć znajomość, gdyż ostatni raz widziałem się podczas egzaminu dyplomowego czyli 35 lat temu.

Spotkaliśmy się w gronie: ja, inwestor, architekt, projektant i ... jego żona, którą też uczyłem, ale nie wiedziałem, że mają się ku sobie. Kiedy omawialiśmy projekt, okazało się, że w planie jest projekt "urawniłowka" z nawiewem w pokojach i wywiewem w łazienkach i kuchni. Na moje pytanie: a co to za partyzantka? Padła odpowiedź, że wszyscy tak projektują. Kiedy podniosłem jedno oko ze zdziwieniem i zapytałem: czy tego uczyłem? Mąż i żona spojrzeli po sobie z zażenowaniem i wystękali: - No nie, ale projekt zgodny z fizyką budowli będzie inwestora kosztować więcej. Wtedy zapytałem z uśmiechem: czy dla oszczędności auto ma mieć 3 koła? Odpowiedzi nie było.

Potem powstał projekt poprawny, ale na brudno. Sprawdziłem go i w jednym miejscu wniosłem poprawki, które uwzględniono. Powstał projekt końcowy.Podczas robót, z kolei instalator walił głową w mur i powiedział, że takiego projektu jeszcze nie miał w ręku, a już 20 lat buduje. Namawiał inwestora, by odstąpił od projektu i zgodził się na "urawniłowkę", bo ... wszyscy tak robią.

Inwestor nakazał trzymać się ściśle projektu i ... roboty zamiast trwać 10 dni jak planował instalator trwały 4 tygodnie, ale wykonano poprawnie.