Wentylacja mieszkaniowa - potrzeby, trendy i oczekiwania | Claus Händel

Nowe wymagania dotyczące budynku mieszkalnego i jego wentylacji to przede wszystkim:

• efektywność energetyczna i wykorzystanie energii odnawialnej
• ochrona przed szkodliwym oddziaływaniem wewnętrznym i zewnętrznym
• dobre i zdrowe środowisko wewnętrzne
• automatycznie obsługiwane i przyjazne dla użytkownika (inteligentne) rozwiązania

Budynki odpowiadają za około 40% całkowitego zużycia energii w UE i za 36% emisji gazów cieplarnianych. Obok budynków niemieszkalnych i przemysłowych budynki mieszkalne stanowią główne źródło emisji i zużycia energii.

Dyrektywa w sprawie charakterystyki energetycznej budynków (EPBD) ma na celu zachęcenie państw członkowskich UE do ułatwienia przejścia na rynek budynków o niemal zerowym zużyciu energii (NZEB) o bardzo wysokiej wydajności energetycznej. Chociaż dążenie do zapewnienia poprawy efektywności energetycznej jest godnym pochwały celem, zapotrzebowanie na oszczędności energii jest takie, że nasze domy stają się coraz bardziej szczelne.

To z kolei stawia nowe wymagania w zakresie wentylacji mieszkalnej: z jednej strony zapewnia mieszkańcom dobry klimat w pomieszczeniach, z drugiej strony chroni budynek przed uszkodzeniami spowodowanymi nadmierną wilgotnością powietrza, np. wzrost pleśni.

Ustawodawstwo wymagające coraz mniejszego zużycia energii w połączeniu z oczekiwaniem odpowiedniej wentylacji stanowi wyzwanie dla rynku wentylacji. Dlatego ważne jest, aby wybrać właściwe rozwiązanie, zamiast koncentrować się na najtańszych opcjach.

Jakość środowiska wewnętrznego i jakość powietrza w pomieszczeniach.
Obecnie głównymi celami politycznymi i gospodarczymi dyrektywy EPBD są oszczędności energii, wpływ na środowisko i jej koszt. Zapominamy, że budynki nie są budowane, aby oszczędzać energię, pieniądze lub emitować niski poziom CO2. Budynki są zasadniczo zaprojektowane w celu ochrony ludzi poprzez zapewnienie schronienia przed zimnem, ciepłem, deszczem, słońcem, pyłem, wiatrem itp. Ponadto budynki powinny nie tylko zapewniać ochronę przed żywiołami, ale także powinny zapewniać wysoki poziom jakości środowiska wewnętrznego (IEQ ) włącznie z:

• jakością powietrza w pomieszczeniach (IAQ)
• komfortem termicznym
• oświetleniem i środowiskiem akustycznym

Współcześni obywatele Europy spędzają średnio w domu ponad 90% czasu. Powietrze w pomieszczeniach pochodzi z zewnątrz, przenosząc zanieczyszczenia powietrza z zewnątrz o różnym stopniu penetracji: niektóre z nich są skutecznie przenoszone w pomieszczeniach (np. w przypadku penetracji PM2,5 z 50-90%), inne są adsorbowane na powierzchniach wewnętrznych lub łatwo reagują z powietrzem w pomieszczeniu -zanieczyszczenia (np. ozon). Ponadto, środowiska wewnętrzne same zawierają źródła zanieczyszczeń, które ze względu na szybkość wymiany powietrza w porównaniu ze środowiskiem zewnętrznym mogą znacznie przyczynić się do wysokiego poziomu zanieczyszczeń. Środowiska wewnętrzne zostały szeroko przebadane pod kątem szeregu substancji chemicznych i zanieczyszczeń biologicznych; w obecności źródeł wewnętrznych stężenie zanieczyszczeń w pomieszczeniach jest wyższe, czasem 10- lub 20-krotnie wyższe (na przykład formaldehyd) niż w środowisku zewnętrznym.

Figure 1. French National IAQ Survey, CSTB.

W połączeniu, ogólnie wyższe stężenia zanieczyszczeń w pomieszczeniach i przytłaczająca część czasu spędzanego przez osoby przebywające w pomieszczeniach, oznaczają, że zanieczyszczenie powietrza w pomieszczeniach jest dominującym źródłem narażenia na zanieczyszczenie powietrza, niezależnie od tego, czy źródła znajdują się w pomieszczeniu, czy na zewnątrz. Jakość powietrza w pomieszczeniach jest złożonym wynikiem czynności użytkownika, reakcji człowieka, emisji źródła i usuwania zanieczyszczeń.

Większość zanieczyszczeń powietrza w pomieszczeniach domowych pochodzi z chemikaliów, dzięki zastosowaniu środków czyszczących, odświeżaczy powietrza i pestycydów, a także dzięki emisjom z mebli i materiałów budowlanych, a także z ogrzewania i gotowania. Na przykład od dawna emisje związane z gotowaniem są postrzegane przede wszystkim jako problem z zapachami. Jednak ostatnie badania terenowe wykazały, że pył zawieszony (PM) stanowi znaczące zagrożenie dla zdrowia powietrza w pomieszczeniach (Logue, 2013), a gotowanie może być głównym źródłem PM2,5 [2].

Ponadto źródła zewnętrzne mogą znacznie przyczynić się do zanieczyszczenia powietrza w pomieszczeniach. Zanieczyszczenia mikrobiologiczne, które mogą wywoływać alergie i astmę, również wymagają uwzględnienia jako zanieczyszczenia powietrza w pomieszczeniach. Przykłady potencjalnych poważnych skutków obejmują zaburzenia oddechowe, w tym astmę i raka.

Figure 2. Health Effects of indoor air quality. [1]

Chociaż CO2 jest uważany za nietoksyczny, bardzo wysokie poziomy (zazwyczaj nie w budynkach mieszkalnych) sprawiają, że powoduje on problemy zdrowotne dla mieszkańców.

Jednakże, z punktu widzenia jakości powietrza w pomieszczeniach, CO2 jest zastępczym miernikiem zanieczyszczeń w pomieszczeniach emitowanych przez ludzi, ponieważ jest on skorelowany z ludzką aktywnością metaboliczną, a ludzie są głównym wewnętrznym źródłem CO2. Niezwykle wysoki poziom CO2 w pomieszczeniach może wywoływać senność, bóle głowy i upośledzenie aktywności [3] (ryc. 3). Krytyczne poziomy CO2 są wskaźnikiem adekwatności wentylacji powietrza zewnętrznego w stosunku do wewnętrznej gęstości mieszkańców i aktywności metabolicznej; z najwyższymi poziomami CO2 zwykle rejestrowanymi w sypialniach. Dlatego poziomy CO2 we wnętrzu są stosowane jako naukowo akceptowana metoda pomiaru wydajności systemu wentylacji przy utrzymaniu szybkości wentylacji wymaganej do odświeżenia powietrza.

Figure 3. Impact of CO2 on Human Decision-Making Performance. Error bars indicate one standard deviation. [3].

Ludzie są głównym wewnętrznym źródłem CO2. Poziomy wewnętrzne są wskaźnikiem adekwatności wentylacji powietrza na zewnątrz w stosunku do wewnętrznej gęstości mieszkańców i aktywności metabolicznej. Zazwyczaj najwyższe poziomy CO2 są mierzone w sypialniach. Poziomy CO2 we wnętrzu są więc użytecznym sposobem mierzenia skuteczności systemu wentylacji przy utrzymywaniu prędkości wentylacji wymaganej do odświeżenia przepływu powietrza.

Biorąc pod uwagę powyższe aspekty, możemy podsumować wymagania dotyczące budynku mieszkalnego i jego wentylacji. Budynek powinien być:

• energooszczędny i powinien wykorzystywać energię odnawialną
• zapewniać ochronę przed wszelkim szkodliwym oddziaływaniem wewnętrznym i zewnętrznym
• zapewniać dobre i zdrowe środowisko wewnętrzne
• działać automatycznie i w sposób przyjazny dla użytkownika (inteligentny)

Mieszkaniowe systemy wentylacyjne

Europa ma szeroką gamę stref klimatycznych i różnorodne tradycje budowlane . Prowadzi to równolegle do szerokiej gamy rozwiązań wentylacyjnych. Jest to zaletą, ponieważ właściciel budynku może wybrać preferowane rozwiązanie.

Wpływ systemów wentylacyjnych na energię objęty jest europejskimi i krajowymi zasadami obliczania EPB, co wynika z norm EPB. Ocena energetyczna produktów wentylacyjnych jest deklarowana zgodnie z dyrektywami w sprawie ekoprojektu i etykietowania energetycznego.

Istnieje jednak wyraźny brak informacji na temat wyników IAQ. Aby skorygować tę rozbieżność, EVIA wspiera opracowanie procedury obliczania IAQ [5], której celem jest dostarczenie lepszych informacji na temat wydajności domowych systemów wentylacyjnych i jednostek w odniesieniu do IAQ.

Rynek wentylacji mieszkaniowej.

Nowoczesne systemy wentylacji mieszkalnej zapewniają wysoki poziom IAQ przy niskim zużyciu energii. Dlatego zaskakujące jest, że do tej pory około 60% zasobów budowlanych w UE nie ma dedykowanego systemu wentylacyjnego (rysunek 4) [5]. Konsekwencją są rosnące problemy z pleśnią i słabym IAQ. Aby zapewnić dobrą jakość powietrza, konieczne jest wprowadzenie przepisów zachęcających do prawidłowego montażu systemów wentylacyjnych na rynku renowacji.

Figure 4. Ventilations systems in Building stock. [5]

W większości państw członkowskich istnieją wymagania dotyczące instalowania specjalnych systemów wentylacyjnych w nowych budynkach mieszkalnych. Nie ma jednak prawodawstwa UE dotyczącego kwestii IAQ w zakresie renowacji i nie ma przepisu w EPBD wymagającego włączenia informacji o IAQ do świadectw charakterystyki energetycznej. Architekt, projektant, użytkownik i użytkownicy budynku są zobowiązani do podejmowania decyzji z niewystarczającymi wskazówkami na temat wpływu IAQ, z towarzyszącym ryzykiem, które mogą podążać projektanci, a konsumenci szukają optymalizacji energetycznej kosztem wydajnej wentylacji.

Pomimo tych wad rynek wentylacji rozrósł się w ostatnich latach silnie dzięki wprowadzeniu EPBD. Mechaniczne jednostki wyciągowe (MEU) wciąż dominują na rynku, ale jednostki odzysku ciepła zaczęły stanowić większy udział w rynku.

Figure 5. Ventilation in Europe. [6]

Jednak obraz różni się znacznie w poszczególnych państwach członkowskich, w dużej mierze ze względu na zmiany klimatu. Skandynawskie państwa członkowskie mają zwykle większy udział jednostek odzysku ciepła, w umiarkowanym klimacie jest mniej więcej równowaga, a w południowych państwach członkowskich MEU i sporadyczne wentylatory pozostają normą.

Różnice między państwami członkowskimi ilustruje skutecznie porównanie rynków francuskich i niemieckich. W Niemczech silny wzrost jest widoczny w sprzedaży pojedynczych pomieszczeń z odzyskiem ciepła i jednostek z naprzemiennym przepływem powietrza (push-pull), które są montowane bezpośrednio w elewacji.

We Francji jednostki odzysku ciepła stanowią bardzo mały udział w rynku wynoszący około 5%, w przeciwieństwie do niektórych rynków, na których udział rynkowy MEU / MVHR może wynosić od 60/40 do 50/50 w nowych budynkach.

Czy to wystarczy? Jako EVIA mówimy "nie", ponieważ problemy ze złym IAQ rosną znacznie szybciej, a przepisy (krajowe i europejskie) muszą zwracać uwagę na ten fakt i powinny zapewniać:

Minimalne wymagania (krajowe lub europejskie)
Informacje konsumenckie w istniejącej dokumentacji i EPC.

Inteligencja systemu wentylacyjnego

Czy rozwiązania "inteligentnego domu" mogą stanowić odpowiedź na nasze problemy?

Jeśli będziemy słuchać toczących się dyskusji, niektórzy ludzie mogą tak myśleć, zapominając, że nikt nie wie, co oznacza "mądry" w tym kontekście. Definicja nie może obejmować jedynie prostego połączenia z jakąkolwiek siecią, która pozwala na zdalne włączanie i wyłączanie lub zmianę godzin pracy lub wartości zadanych.

Inteligencja może oznaczać, że czujniki IAQ (CO2 / VOC / Wilgotność / temperatura) są używane do ciągłego pomiaru i monitorowania warunków otoczenia w domu i dostarczania informacji zwrotnych w czasie rzeczywistym do kontrolera strefowego, który manipuluje szybkością wentylacji w celu dopasowania do konkretnego zastosowania i obłożenia budynku przy jednoczesnym zapewnieniu możliwie najniższego zużycia energii.

Niedawne badania europejskie [8] dotyczące inteligentności i zachowań użytkowników wykazały, że "systemy Home Energy Management jako połączenie inteligentnych elementów sterujących do ogrzewania wentylacji i oświetlenia konsekwentnie powodują najniższe zużycie energii pierwotnej przy najniższym koszcie ...

Fakt, że innowacyjne inteligentne systemy kontroli nie mogą obecnie być waloryzowane w ramach oficjalnych narzędzi oceny efektywności energetycznej różnych państw członkowskich UE, wyraźnie spowalnia wdrażanie na szeroką skalę tych obiecujących środków oszczędzania energii. "

Ponadto, inteligentne systemy wentylacyjne mogłyby zapewnić dalszą poprawę efektywności energetycznej, informując właściciela budynku, kiedy konieczna jest obsługa serwisowa lub jakie dokładnie elementy wymagają wymiany.

Dlatego każda definicja inteligentności w kontekście wentylacji powinna obejmować cele wykraczające poza efektywność energetyczną, w tym:

Zapewnienie dobrego IAQ przy użyciu odpowiednich rozwiązań kontroli popytu,
Wysoki komfort cieplny,
Filtracja w zależności od jakości powietrza zewnętrznego,
Serwis i konserwacja,
Połączenie sieciowe i funkcje.
Instalacja

Nowe budynki, a także remonty istniejących budynków, powinny mieć na celu nie tylko dobrą wydajność energetyczną, ale także wysokie standardy jakości w odniesieniu do podjętych prac, ponieważ jest to warunek wstępny do uzyskania wysokiej wydajności energetycznej budynków. Różne doświadczenia pokazują, że są przypadki, w których jakość prac jest (poważnym) problemem [9]. Niektóre państwa członkowskie UE nałożyły lub będą nakładać w najbliższej przyszłości niezależne kontrole zgodności w celu zapewnienia prawidłowej instalacji systemów wentylacyjnych.

Figure 6. Installations of residential ventilation systems.

Odzyskiwanie ciepła i ciepło odpadowe

Dyrektywa w sprawie odnawialnych źródeł energii (RED) uznaje pompy ciepła za technologię energii odnawialnej i powszechnie przyjmuje się, że powietrze z zewnątrz jest źródłem energii odnawialnej. W tym kontekście inne technologie wykorzystujące powietrze wywiewne (które stanie się powietrzem zewnętrznym po opuszczeniu budynku) powinny być traktowane w taki sam sposób jak energia ze źródeł odnawialnych w zmienionej dyrektywie.

Nie ma technologicznego ani fizycznego powodu, aby traktować odzyskane powietrze wywiewane inaczej niż powietrze z otoczenia (patrz rysunek 7).

W wysoko wydajnych generatorach NZEB zapotrzebowanie na moc grzewczą i chłodniczą dla wentylacji jest dominującym elementem zużycia energii. Najbardziej efektywnym urządzeniem do "generowania" lub odzyskiwania zapotrzebowania na energię do ogrzewania i chłodzenia jest odzyskiwanie ciepła w jednostkach wentylacyjnych (przy użyciu systemów pasywnych lub pomp ciepła w systemach wentylacyjnych).

Figure 7. Energy flow in a building and renewable and waste energy.

Podsumowanie

Trwająca obecnie rewizja EPBD jest doskonałą okazją do wprowadzenia niezbędnych ulepszeń w istniejących budynkach oraz do promowania systemów i rozwiązań, które łączą się w celu zapewnienia wysokiej jakości powietrza w pomieszczeniach, niskiego zużycia energii i wzmocnienia pozycji konsumentów. Jest to niezbędne narzędzie do realizacji celów UE w zakresie klimatu i energii oraz poprawy zdrowia, komfortu i produktywności obywateli. Dlatego też EVIA i inne organizacje (w tym REHVA) zwróciły się do posłów do PE i do państw członkowskich o podjęcie następujących kwestii podczas międzyinstytucjonalnych negocjacji dotyczących przeglądu dyrektywy EPBD:

Zapewnienie odpowiedniej jakości powietrza w pomieszczeniach w budynkach europejskich
Regularne kontrole systemów wentylacyjnych w celu uzyskania zdrowych i energooszczędnych budynków
Sprawdzenie zgodności w celu zapewnienia prawidłowej instalacji

Literatura

[1] Olliviera Fernandes et al. Health Effects of indoor air quality… REHVA Journal 4/2009 pp 13-17.

[2] Efficiency of recirculation hoods, Piet Jacobs, Wouter Borsboom, AIVC 2017.

[3] Is CO2 an Indoor Pollutant? Higher Levels of CO2 May Diminish Decision Making Performance; William J. Fisk, Usha Satish, Mark J. Mendell, Toshifumi Hotchi, Douglas Sullivan, Lawrence Berkeley National Laboratory Berkeley, CA; State University of New York Upstate Medical University Syracuse, NY.

[4] Methodology for assessing the air-exchange performance of residential ventilation systems Rob C.A. van Holsteijn, Jelle Laverge, William L.K. Li; AIVC 2017.

[5] Ecodesign Lot 10 Study and Supplementary Study, FGK, 2010.

[6] EVIA estimations on current ventilation market.

[7] FGK BDH statistics – residential ventilation units with heat recovery 2016

[8] Impact of user behaviour and intelligent controls on the energy performance of residential buildings, 3E, 2014.

[9] ICHAQAI - Impact de la phase CHAntier sur la

Qualité de l’Air Intérieur, Charline Dematteo, 2017

Claus Händel
Sekretarz techniczny
EVIA Europejskie Stowarzyszenie Przemysłu Wentylacyjnego
Bruksela.