Wytyczne dla budynków mieszkalnych w zakresie efektywności energetycznej wymagają od projektantów stosowania energooszczędnych rozwiązań ogrzewania, wentylacji, a także chłodzenia. Czy odzysk ciepła w systemach wentylacji mechanicznej jest obecnie praktycznie niezbędny?
Zapotrzebowanie na energię końcową na cele wentylacji jest bardzo duże. Chaos związany z rewolucją energetyczną, jaka się dokonuje na naszych oczach, nie sprzyja zastosowaniu nowoczesnych rozwiązań. Na siłę szuka się możliwości wprowadzenia znanych technologii, tak by pozwalały one na spełnienie nowych, rygorystycznych wymagań. Jednak istniejące rozwiązania nie są dopasowane do nowych wymogów i zeroemisyjnych celów długofalowych.
Fot. stock.adobe.com/ronstik
Wentylacja z odzyskiem ciepła – nonsens czy konieczność
Na potrzeby niniejszej publikacji autor dokonał szybkiej i pobieżnej analizy strat ciepła dla prostej, prostopadłościennej konstrukcji budynku jednorodzinnego o powierzchni 200 m2. Straty ciepła obliczono z uwzględnieniem izolacji cieplnej zgodnej z zaostrzonymi standardami WT 2021. Dla powierzchni 200 m2 straty te wyniosły ok. 6,0 kW i nie obejmują one podgrzania świeżego powietrza wentylacyjnego. Uśrednione zapotrzebowanie na moc cieplną (równe ok. 50% maksymalnego zapotrzebowania) przy uśrednionej temperaturze zewnętrznej 0oC wynosi ok. 3,0 kW. Przy założeniu liczby godzin pracy źródła ciepła równej 2500 uśrednione zapotrzebowanie na energię cieplną na pokrycie strat ciepła wynosić będzie ok. 7500 kWh. W odniesieniu do 1 m2 powierzchni analizowanego budynku daje to zapotrzebowanie na energię użyteczną na cele tylko pokrycia strat cieplnych w wysokości 37,5 kWh/m2.
Ten sam budynek o wysokości 2,75 m ma kubaturę rzędu 550 m3, zatem przy jednej krotności wymiany powietrza w pomieszczeniu będzie mieć zapotrzebowanie na powietrze wentylacyjne na poziomie 550 m3/h powietrza świeżego. Przy uśrednionej dla sezonu grzewczego temperaturze powietrza zewnętrznego rzędu 0oC oraz temperaturze w pomieszczeniu 20oC dla okresu zimowego taka ilość powietrza wentylacyjnego (550 m3/h) daje bez odzysku ciepła uśrednione zapotrzebowanie na moc grzewczą w wysokości 3,66 kW.
Przy założeniu takiej samej liczby godzin pracy systemu wentylacyjnego, co grzewczego (2500 h) zapotrzebowanie na energię cieplną na podgrzanie powietrza wentylacyjnego wynosić będzie 9150 kWh. Dla analizowanej powierzchni budynku jednostkowe zapotrzebowanie na energię użyteczną tylko do podgrzania powietrza wentylacyjnego wynosi 45 kWh/m2. Jest ono wyższe niż zapotrzebowanie na energię na pokrycie strat ciepła w sezonie zimowym! Nawet jeśli wydatek powietrza jest mniejszy przy projektowaniu budynków mieszkalnych (nawiewy w pomieszczeniach czystych i wyciągi w pomieszczeniach brudnych), np. rzędu 400 m3/h świeżego powietrza, to bez odzysku ciepła dla wymienionych warunków zapotrzebowanie jednostkowe na energię użyteczną do podgrzania takiej ilości powietrza wentylacyjnego wynosić będzie ok. 35 kWh/m2.
>>> Osuszanie powietrza w wentylacji i klimatyzacji
>>> Zastosowanie pomp ciepła w wentylacji i klimatyzacji
>>> Rekuperacja: wentylacja z odzyskiem ciepła – zalety, wady i koszty
>>> Wymienniki ciepła – budowa i sprawność
Warto zatem zaznaczyć, że przy braku odzysku ciepła i wentylacji o wydajności na poziomie już ok. jednej krotności wymian powietrza w pomieszczeniu zapotrzebowanie na energię użyteczną na cele wentylacyjne wynosić będzie co najmniej tyle samo, co na pokrycie strat ciepła budynku.
Oznacza to, że roczne koszty ogrzewania budynków mających wentylację bez odzysku ciepła są dwukrotnie wyższe od kosztów ogrzewania związanych z pokryciem samych strat ciepła. Mówiąc prościej, jeśli budynek wyposażony jest w jakikolwiek system doprowadzania świeżego powietrza, ale bez odzysku ciepła, każdy z użytkowników takiego obiektu ponosi dwukrotnie wyższe koszty ogrzewania tytułem pracy urządzeń grzewczych. Wszelkie systemy wentylacji grawitacyjnej, mechanicznej i wyciągowej (bez względu na to, czy są wyposażone w nawiewniki higrosterowane, czy nie), różne klimatyzatory z doprowadzeniem tylko powietrza świeżego powodują, że koszty ogrzewania wzrastają dwukrotnie. Wentylacja jest jednak niezbędna zarówno dla budynków, jak i ludzi w nim przebywających. Jeśli mowa o budynkach mieszkalnych jednoczy wielorodzinnych, każdy system wentylacji znajdujący się w nich winien być wyposażony w odzysk ciepła. W przeciwnym razie wszystkie systemy wentylacji o wydatku świeżego powietrza odpowiadającym jednej krotności wymian powietrza w pomieszczeniu i bez odzysku ciepła będą powodować dwukrotnie wyższe zapotrzebowanie na energię użyteczną na cele ogrzewania w stosunku do systemów wyposażonych w wentylację z odzyskiem ciepła.
Jak to możliwe, że wiele obecnych publikacji podaje łączne zapotrzebowanie na energię użyteczną na cele ogrzewania i wentylacji bez odzysku ciepła w wysokości ok. 45 kWh/m2? Błędem popełnianym przez stowarzyszenia międzybranżowe jest łączenie zapotrzebowania na cele wentylacji i ogrzewania.
W dalszej części artykułu:
Transformacja energetyczna budynków. Czy grozi nam „fotopaneloza”?
Systemy powietrzno-wodne w budynkach mieszkalnych.
Najbardziej efektywne systemy wentylacyjne i wentylacyjno-klimatyzacyjno-ogrzewcze:
– Tylko wentylacja lub oddzielna wentylacja powiązana z niezależną pracą urządzeń ogrzewczych i klimatyzacyjnych.
– Wentylacja ze schładzaniem i/lub ogrzewaniem powietrza.
– Tylko schładzanie lub ogrzewanie powietrza.
Cały artykuł dostępny jest w numerze 6/2023 miesięcznika „Inżynier Budownictwa”.
 |
Bartłomiej Adamski |
