Strona główna | TechnikaBadania termowizyjne ciągu wentylacyjnego

Badania termowizyjne ciągu wentylacyjnego

Artykuł przedstawia szczegółową analizę temperaturową powietrza wentylacyjnego przy kratce wywiewnej murowanego trzonu kominowego. Ze względu na występujące uciążliwości eksploatacyjne w pracy wentylacji naturalnej analiza wykonana została dwiema metodami: poprzez długotrwały pomiar za pomocą termoanemometru oraz pomiar chwilowy za pomocą kamery termowizyjnej. Uzyskane wyniki pozwoliły na sformułowanie wniosków co do przyczyn powstawania odwróconego ciągu kominowego w przewodach wentylacji naturalnej.

Wstęp

W budynkach z wentylacją naturalną, określaną w literaturze technicznej również jako grawitacyjna, zanieczyszczone powietrze usuwane jest przez kanały wentylacyjne. Skuteczność działania tego typu wentylacji zależy od siły ciągu. która wytwarzana jest przez siły natury (wiatr i różnica temperatur) [1]–[2]. Często z powodu niesprzyjających warunków klimatycznych dochodzi do odwrócenia ciągu (kierunku przepływu powietrza) i wpływania zimnego powietrza przez otwory wylotowe usytuowane w trzonach kominowych w pomieszczeniach mieszkalnych. W praktyce nie tylko warunki klimatyczne mają wpływ na wentylację naturalną – istotną przyczyną odwracania kierunku przepływu powietrza może być też nieodpowiedni sposób doboru rozwiązań projektowych, które oczywiście mieszczą się w granicach norm.

Negatywne skutki zastosowanych na etapie projektowania rozwiązań zostały przedstawione już wcześniej w licznych publikacjach, miedzy innymi w [3]. W niniejszym artykule opisano w sposób szczegółowy wpływ braku ocieplenia dachu stromego nad przestrzenią poddasza nieużytkowego na sprawność wentylacji naturalnej w pomieszczeniu mieszkalnym.

W pracy szczegółowo przedstawiono zjawisko odwracanie ciągu wentylacyjnego w mieszkaniu na ostatniej kondygnacji, nad którym znajduje się poddasze nieużytkowe (rys. 1). Ocenę poprawności działania wentylacji naturalnej oparto na dwóch metodach pomiaru: szczegółowej (związanej z kontynualnymi pomiarami bezpośrednimi temperatury) i uproszczonej (polegającej na pomiarach termowizyjnych w wybranych chwilach czasowych).


Rys. 1. Konstrukcja drewnianego dachu stromego budynku mieszkalnego (na podstawie archiwalnej dokumentacji projektowej)

System wentylacyjny w budynku mieszkalnym, w którym prowadzone były pomiary spełniał wymagania w zakresie wentylacji naturalnej określone w przepisach szczegółowych obowiązującymi w czasie opracowywania projektu budowlanego [4]–[6].

Dane ogólne
Budynek zrealizowany został jako czterokondygnacyjny, całkowicie podpiwniczony, w technologii tradycyjnej udoskonalonej. Mury zewnętrzne zaprojektowane zostały z bloków wapienno-piaskowych 6NFD W+W klasy 15 o grubości 25 cm, a stropy międzykondygnacyjne jako masywne, żelbetowe o grubości 20 cm. Ocieplenie murów zewnętrznych w poziomie kondygnacji nadziemnych zaprojektowane zostało z zastosowaniem technologii BSO (Bezspoinowy System Ocieplania) z materiału termoizolacyjnego-polistyrenu ekspandowanego (styropianu) FS-20 o grubości 14 cm. Więźba dachowa została zrealizowana jako dach drewniany stromy, wielospadowy o konstrukcji jętkowej (rys. 2).


Rys. 2. Budynek mieszkalny – widok wnętrza poddasza nieużytkowego

Opis usterek wentylacji naturalnej
Realizacja budynku zakończyła się w czerwcu 2010 r., po ok. 20 miesiącach prowadzenia robót budowlanych. W roku 2012 zgłoszone zostały pierwsze usterki w lokalach mieszkalnych w poziomie III piętra, polegające na zaburzeniach pracy wentylacji grawitacyjnej. Użytkownicy lokali mieszkalnych zgłaszali nawiewanie do wnętrza mieszkań chłodnego powietrza z kratek wentylacyjnych w kuchniach i w łazienkach oraz odczuwalne wychłodzenie ścian trzonów kominowych. W mieszkaniach w poziomie III piętra, w szczególności w pomieszczeniach kuchni tynk na trzonach kominowych uległ złuszczeniu, spęcherzeniu i spękaniu. W części mieszkań widoczne były ślady zawilgocenia i lokalnego zagrzybienia wokół kratek wentylacyjnych [3]. Ponadto występowało zjawisko ciągu odwróconego, które było odczuwalne w szczególności w pomieszczeniach łazienek.

Analiza sprawności systemu wentylacji naturalnej
Na wydajność i poprawność działania systemu wentylacyjnego w postaci wentylacji naturalnej bardzo istotnie wpływa sposób wyprowadzenia przewodów wentylacyjnych poza obrys bryły budynku. Przewody wentylacyjne muszą być wyprowadzone poza cień aerodynamiczny bryły budynku [7] – warunek ten był zachowany w analizowanym obiekcie. Przewody wentylacji naturalnej zaprojektowano i wykonano z pustaków ceramicznych 19×19 cm o przekroju przewodu ?15 cm, które zostały obmurowane kształtkami wapienno-piaskowymi (silikatowymi) o grubości 8 cm klasy 7,5 na zaprawie cementowo-wapiennej marki M7.

Powyżej ostatniej kondygnacji w obszarze poddasza nieużytkowego przewody obmurowane zostały ścianami grubości 12 cm z cegły wapienno-piaskowej (silikatowej) pełnej klasy klasy 7,5 na zaprawie cementowo-wapiennej marki M7, uszczelnione betonem w poziomie wylotów. W części wyprowadzonej powyżej połaci dachowej boczne wyloty kominów o wysokości 20 cm zostały obustronnie osiatkowane i przykryte czapą żelbetową z nadwieszeniem 15 cm. Przewody wentylacji naturalnej zostały wyprowadzone bez załamań. Wyloty kominów znajdowały się na wysokości ok. 0,8 m powyżej poziomu kalenicy (rys. 3).


Rys. 3. Budynek mieszkalny – widok trzonów kominowych na połaci dachowe

W ramach badań szczegółowej analizie poddano rozkład temperatury przy kratce wywiewnej w łazience w mieszkaniu testowym w poziomie III piętra, w którym stwierdzono najbardziej intensywne w czasie występowania zjawiska ciągu wstecznego. Badania zostały wykonane dwiema metodami:
  1. metodą szczegółową – pomierzono w sposób ciągły (kontynualny) temperaturę powietrza przy kratce wentylacyjnej z czasem próbkowania co 60 s. Do pomiarów zastosowano termoanemometr typu LB-801A firmy Lab-el (rys. 4),
  2. metodą uproszczoną – pomierzono w sposób chwilowy temperaturę powietrza przy kratce wentylacyjnej. Pomiary chwilowe temperatury wykonano za pomocą kamery termowizyjnej-ThermaCAMTM E300 firmy Flir.


Rys. 4. Pomiar temperatury powietrza przy kratce wentylacyjnej wywiewnej w łazience mieszkania testowegokominowych na połaci dachowe

Wyniki badań wykazały, że podczas badań dochodziło do odwrócenia kierunku przepływu powietrza wentylacyjnego. Rys. 5 pokazuje rozkład temperatury mierzonej przy kratce wywiewnej w sposób ciągły – zaznaczono przedziały czasu, podczas których występowało odwrócenie kierunku przepływu powietrza. Z analizy wynika, że 38% badanego czasu to okres, w którym występował nieprawidłowy kierunek powietrza wentylacyjnego.

Rys. 5. Rozkład temperatury przy kratce wentylacyjnej wywiewnej w łazience mieszkania testowego

Wyniki z analizy szczegółowej (długoterminowej) zostały zweryfikowane za pomocą badań chwilowych. Przy użyciu kamery termowizyjnej udało się uchwycić czas, w którym kierunek przepływu powietrza był poprawny oraz odwrócony (rys. 6). Wyniki termowizyjnych pomiarów chwilowych potwierdziły występowanie odwróconego kierunku przepływu powietrza wentylacyjnego w kanale. Rys. 7 przedstawia rozkład temperatury podczas odwróconego ciągu przepływu powietrza w kratce wentylacyjnej. Moment pomiaru kamerą termowizyjną został oznaczony jako T1 – poprawny kierunek wentylacji (rys. 6a) oraz T2 – odwrócony kierunek wentylacji (rys. 6b). Okresy trwania odwróconego kierunku przepływu powietrza wentylacyjnego pojawiały się cyklicznie i wynosiły w kratce wentylacyjnej wylotowej w łazience badanego mieszkania 46,96% (62 h w okresie trwania pomiarów). Zjawisko odwróconego przepływu powietrza związane było ze zbyt niską temperaturą powierzchni kanału wentylacyjnego w części poddasza nieogrzewanego, spowodowaną niską temperaturą powietrza w tej przestrzeni poddasza nieogrzewanego.

a)

b)

Rys. 6. Termogram kratki wentylacyjnej wywiewnej w łazience mieszkania testowego: a) poprawny (T1), b) odwrócony (T2) kierunek przepływu powietrza


Rys. 7. Rozkład temperatury podczas odwróconego ciągu przepływu powietrza w kratce wentylacyjnej wywiewnej w łazience mieszkania testowego

Propozycje poprawy sprawności systemu wentylacji naturalnej
Działanie systemu wentylacji naturalnej zależy głównie od parametrów klimatu zewnętrznego i wewnętrznego w pomieszczeniach, a jedynym jego wykładnikiem jest użytkownik, który ma wpływ na charakterystykę przepływu powietrza [8]. System wentylacji naturalnej wyposażony jest w nawiewniki powietrza oraz otwory wylotowe powietrza o regulowanym polu powierzchni wolnego przekroju. Poprzez zmianę pola powierzchni wolnego przekroju otworu wlotowego/wylotowego można regulować intensywność przepływu powietrza.

Osiągnięcie pożądanych efektów działania systemu wentylacji grawitacyjnej wymaga od użytkownika stosowania się do kilku ogólnych zasad postępowania:
  • jeżeli znajdujący się w pomieszczeniu człowiek odczuwa zbyt dużą prędkość przepływu powietrza (powiewy chłodnego powietrza), powinien zmniejszyć pole powierzchni wolnego przekroju otworu, przez który wlatuje powietrze (nawiewnik okienny),
  • jeżeli regulacja poprzez redukcję pola powierzchni wolnego przekroju otworu nawiewnika okiennego nie daje wystarczających efektów, należy zwiększyć dopływ powietrza poprzez otwarcie okien,
  • jeżeli użytkownik odczuwa pogorszenie jakości powietrza wewnątrz pomieszczenia, np. odczucie duszności lub przykrych zapachów, należy zwiększyć intensywność przepływu powietrza wentylacyjnego za pomocą regulowanych wlotów/wylotów powietrza lub poprzez okresowe otwarcie okien.
Dobrą praktyką jest wyposażenie mieszkania w stację klimatyczną mierzącą podstawowe parametry klimatu wewnętrznego: temperaturę, wilgotność i ciśnienie atmosferyczne powietrza wewnętrznego. Wspomagając subiektywne odczucia komfortu odczytami parametrów klimatu można dostosować (w pewnym zakresie) działanie systemu wentylacyjnego i grzewczego do indywidualnych potrzeb użytkownika.

Analizując odczyty stacji klimatycznej należy kierować się ogólną definicję zakresu komfortu w okresie zimowym:
  • 20°C ≤ temperatura powietrza wewnętrznego ≤ 22°C,
  • 35% ≤ wilgotność względna powietrza ≤ 55%,
  • 400 ppm ≤ zawartość CO2 ≤ 1500 ppm
i w okresie letnim:
  • 23°C ≤ temperatura powietrza wewnętrznego ≤ 26°C,
  • 35% ≤ wilgotność względna powietrza ≤ 55%,
  • 400 ppm ≤ zawartość CO2 ≤ 1500 ppm.
Pomimo zaproponowanych teoretycznych parametrów zapewniających poprawę komfortu eksploatacyjnego w zakresie działań inżynierskich dla objętego opracowaniem budynku Autorzy artykułu proponują: a) wykonanie ocieplenia trzonów kominowych w przestrzeni poddasza nieużytkowego, b) montaż obrotowych nasad kominowych polepszających ciąg kominowych i zabezpieczających przed pojawianiem się ciągu wstecznego[3]
Wnioski

Przeprowadzona analiza projektu i wykonania systemu wentylacji naturalnej pozwoliła stwierdzić, że system wentylacyjny został zaprojektowany prawidłowo, zgodnie z wymaganiami określonymi w przepisach szczegółowych.

Z wykonanych badań jednoznacznie wynikało, że bezpośrednią przyczyną powstawania ciągu wstecznego w lokalach mieszkalnych na ostatniej kondygnacji była zbyt mała siła wyporu powietrza w kanale wylotowym oraz zbyt duże ciśnienie dynamiczne w wylocie z kanału kominowego które były konsekwencją, między innymi, braku ocieplenia połaci dachowej nad poddaszem nieużytkowym.

Wyniki pomiarów pozwalają na stwierdzenie, że brak stosowania ocieplenia dachów stromych nad poddaszami nieużytkowymi może w określonych sytuacjach, uwzględniając specyfikę rozwiązań projektowych budynków oraz ich usytuowanie prowadzić do powstawania zaburzenia w pracy wentylacji naturalnej, w tym do powstawania niebezpiecznego ze względów eksploatacyjnych zjawiska ciągu wstecznego.

Literatura
1. Mochida A., Yoshino H., Takeda T., Kakegawa T., Miyauchi S.: Methods for controlling airflow in and around a building under cross ventilation to improve indoor thermal comfort. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 93, 2005
2. Santamouris M., Wouters P.: Building Ventilation: The state of the art. Earthscan, 2006.
3. Antczak-Jarząbska R, Niedostatkiewicz M: Termoizolacja dachu a poprawny kierunek przepływu powietrza w wentylacji naturalnej. Dachy, 10, 16–19, 2015.
4. Rozporządzenie ministra infrastruktury w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie z dnia 12 kwietnia 2002r.
5. Rozporządzenie ministra infrastruktury zmieniające rozporządzenie w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie z 13 lutego 2003r.
6. Rozporządzenie ministra infrastruktury zmieniające rozporządzenie w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie z 7 kwietnia 2004r.
7. PN-B-10425:1989 Przewody dymowe, spalinowe i wentylacyjne murowane z cegły. Wymagania techniczne i badania przy odbiorze
8. Tsutsumia H., Tanabea S., Harigayaa J., Iguchib Y., Nakamura G.: Effect of humidity on human comfort and productivity after step changes from warm and humid environment. Building and Environment, 2006



mgr inż. Romana Antczak-Jarząbska
Politechnika Gdańska, Wydział Inżynierii Lądowej i Środowiska


dr hab. inż. Maciej Niedostatkiewicz
Politechnika Gdańska, Wydział Inżynierii Lądowej i Środowiska
Pracownia Projektowo-Inżynierska Maciej Niedostatkiewicz


Źródło: Dachy, nr 1 (193) 2016
DODAJ KOMENTARZ
Wymagane: Zaloguj się aby dodać komentarz > Zaloguj się