1. WSTĘP

Strumienie objętości powietrza zewnętrznego w salach i audytoriach określa się dla dwóch okresów roku, dla okresu zimowego i letniego.

W okresie zimy, strumień objętości powietrza zewnętrznego określa się na podstawie zaleceń normy PN83/B-03430/Az; 2000 [l], która przewiduje: "Pomieszczenia przeznaczone na stały lub czasowy pobyt ludzi powinny mieć zapewniony dopływ co najmniej 20 m3/h powietrza zewnętrznego dla każdej przebywającej osoby. W pomieszczeniach publicznych, w których dozwolone jest palenie tytoniu, strumień powietrza powinien wynosić 30 m3/h dla każdej osoby".

W okresie lata, strumienie powietrza zewnętrznego określa się przeważnie na podstawie zysków ciepła w pomieszczeniu, w których największy udział mają zyski od nasłonecznienia przegród budowlanych, zwłaszcza zyski ciepła przez okna.

W założeniach projektowych, stosowane są również wskaźniki jednostkowych strumieni powietrza zewnętrznego, przypadające na jednego użytkownika lub zalecane w literaturze krotności wymian w pomieszczeniach sal i audytoriów.

Uzyskane na podstawie powyższych metod obliczeniowych strumienie powietrza wentylacyjnego sal i audytoriów są znacznie zróżnicowane. Często trudno jest wybrać, która wartość obliczeniowa powinna stanowić podstawę do zaprojektowania wentylacji tych sal.
Rozpatrzmy ważniejsze problemy związane z wentylacją sal i audytoriów.


2. JEDNOSTKOWE STRUMIENIE OBJĘTOŚCI POWIETRZA ZEWNĘTRZNEGO

W pomieszczeniu, w którym przebywają ludzie, zanieczyszczenie powietrza od nich pochodzi. Człowiek do pomieszczenia wydziela jednocześnie ciepło, parę wodną, dwutlenek węgla oraz "zapachy" (substancje potne). Zanieczyszczenia te wydzielane są w różnych natężeniach w zależności od czynności, jakie w pomieszczeniu wykonuje, temperatury powietrza w pomieszczeniu, odzieży w jakiej przebywa itp. Stąd wynikają trudności w wyznaczaniu strumienia objętości powietrza niezbędnego do usunięcia tych zanieczyszczeń z pomieszczenia.

Pierwszym, który na podstawie badań podał przyczyny złego samopoczucia ludzi w pomieszczeniu, był lekarz higienista Max Pettenkofer (1818 - 1901 r.). Według niego złe samopoczucie wywołane jest "wyziewami ludzkimi pochodzącymi z płuc, jamy ustnej, pocącej się skóry itp." [2]. Ustalił on, że powietrze zaczyna nabierać w pokojach "złej woni", gdy zawartość w nim dwutlenku węgla przekracza wartość 0,075-0, l % i taką wartość przyjął jako miernik zanieczyszczenia powietrza przez wyziewy ludzkie. Jest to umowny miernik zanieczyszczenia powietrza w pomieszczeniu, gdyż dla dwutlenku węgla najwyższe dopuszczalne stężenie (NDS) jest l0-krotnie większe.

Na podstawie zaleceń podanych przez Pettenkofera, w literaturze określone zostały jednostkowe strumienie powietrza zewnętrznego przypadające na jedną osobę. Wartości te przedstawione w literaturze krajowej są następujące:

Łęcki [2] przyjął ilość CO2 wydzielanego przez dorosłego człowieka K = 17-22,6 dm3/h, zawartość CO2 w pomieszczeniu kw = 0, l % oraz w powietrzu zewnętrznym kn = 0,03%, otrzymując:
vw = K / ( kw - kn ) = 22,6 / (0,00 l - 0,0003) 1000 = 32 m3/h os.
Recknagel [3] przyjął wartości: K = 0,02 m3/h os, kw = 0,15 %, kn = 0,04 % otrzymując:
vw = 0,02 / (0,0015 - 0,0004) = 18 m3/h os.
Gdyby przyjął górną wartość koncentracji K = 0,0226 m3/h, otrzymałby vw = 20,5 m3/h os.
Ferencowicz [4] przyjął wartości: K = 0,0226 m3/h os, kw = 0,125 %, kn = 0,035 %, otrzymując:
vw = 0,0226 / (0,00125 - 0,00035) = 25 m3/h os.
Jednocześnie zaleca on, aby "dla środowisk społecznych, gdzie higiena ciała i czystość ubrania nie jest powszechnie doceniana", przyjmować stężenie CO2, K = 0,1 %, dla którego wartość vw = 35 m3/h os.
Kołodziejczyk [5] przewidział: K = 23 dm3/h os., kw = 2 dm3/m3; kz = 0,4 dm3/m3, otrzymując:
vw = 23 / (2 - 0,4) = 14,4 m3/h os.
Bradtke [6] korzystając z ustaleń Pettenkofera, przyjął, że jednostkowy strumień powietrza zewnętrznego przypadający na jednego użytkownika (w stanie spoczynku), jest zależny od wartości przyjętej jako "dopuszczalna koncentracja CO2" i wynosi on:
- dla 0,07 %, vw = 56,5 m3/h os,
- dla 0,1 %, vw = 32,3 m3/h os,
- dla 0,15 %, vw = 18,8 m3/h os.

Z powyższych obliczeń wynika, że ze względów higienicznych, jednostkowy strumień powietrza zewnętrznego wynosi vw = 15-35 m3/h osobę.
Związek Niemieckich Inżynierów (VDI) ustalił (1937 r.), że dopływ powietrza zewnętrznego dla jednego człowieka musi wynosić co najmniej 20 m3/h, a czasami bywają niezbędne wielkości na poziomie 40 m3/h [6]. Przypuszczalnie na tych samych przesłankach opierają się normy: PN-641 B-03430 (1964 r.) oraz obecnie obowiązująca PN-831 B-03430IAz 3: 2000 [l].

Badania Pettenkofera przeprowadzone były ponad 100 lat temu, nie uwzględniały zatem wielu czynników, które wywierają wpływ na komfort cieplny pomieszczenia, jak również dodatkowych źródeł zanieczyszczeń powietrza, takich jak: zyski ciepła z oświetlenia elektrycznego, zyski ciepła i pary wodnej ze spożywanych posiłków itp.

W literaturze zaleca się stosowanie wartości wyższych od zalecanych w normie [l]. Wynika to z różnych powodów, między innymi z przyjęcia w normie minimalnych strumieni powietrza zewnętrznego na podstawie kryterium dobrego samopoczucia użytkownika sali. W określaniu minimalnego strumienia powietrza nie uwzględniono takich zjawisk, jak:
- wpływ pór roku na wydzielanie zanieczyszczeń przez człowieka;
- występujących w pomieszczeniu innych źródeł zanieczyszczenia powietrza, jak zyski ciepła z oświetlenia elektrycznego pomieszczenia, zyski ciepła i pary wodnej ze spożywanych posiłków;
- możliwości palenia tytoniu w pomieszczeniu itp.

Zalecane w literaturze strumienie powietrza zewnętrznego odniesione do użytkownika sali, podano w tabeli l. Z powyższego zestawienia wynika, że są to wartości znacznie zróżnicowane i nie zależą one tylko od rodzaju pomieszczenia, ale również od innych czynników. Przykładowo Przydróżny [7] zaleca, aby wartości mniejsze przyjmować w salach o dużych zdolnościach akumulacji ciepła przegród budowlanych, co świadczyć może o tym, że ustalone wartości dotyczą nie tylko okresu zimowego, ale również letniego. W literaturze nie podaje się jednoznacznego stwierdzenia jakiego okresu dotyczą zalecane wartości strumieni powietrza zewnętrznego. Jednoznacznie można stwierdzić, że strumienie minimalne dotyczą okresu zimowego (sezonu grzewczego).

W okresie letnim wartości strumieni powietrza zewnętrznego są przeciętnie 3-krotnie wyższe w porównaniu do strumieni minimalnych.

Ze względu na złożoność problemów w ustalaniu jednostkowych strumieni powietrza zewnętrznego, zagadnienia te wymagają dodatkowego omówienia w oddzielnym artykule.


3. KROTNOŚCI WYMIAN POWIETRZA W POMIESZCZENIU


Zgodnie z dotychczas stosowaną zasadą, krotnością wymian nazywamy stosunek powietrza wentylacyjnego pomieszczenia odniesiony do jego kubatury:

n = Vw / Vk (1)

Podane w literaturze krotności wymian powietrza w pomieszczeniu mają wartości orientacyjne (są przeważnie zawyżone) i powinno się z nich korzystać w przypadkach, gdy strumieni powietrza zewnętrznego nie można wyznaczyć innymi metodami obliczeniowymi.
W przypadku sal i audytoriów, z krotności wymian korzystać można tylko w fazie projektowania wstępnego wentylacji. Krotność wymian powietrza w pomieszczeniu umożliwia również ocenę stopnia trudności projektowanej wentylacji, zwłaszcza doboru wysokości pomieszczenia i rozdziału powietrza nawiewanego. Zalecane w literaturze krotności wymian powietrza w salach i audytoriach podano w tabeli 2. Z zestawienia tego wynika również, że zalecane wartości wymian powietrza są w znacznym stopniu zróżnicowane. W związku z tym w wyborze krotności wymian powietrza należy zachować znaczną ostrożność. W salach i audytoriach strumienie powietrza zewnętrznego określać należy na podstawie wskaźników jednostkowych powietrza przypadających na jednego użytkownika sali. Krotność wymian powietrza w pomieszczeniu, ma więc charakter pomocniczy.
Charakterystyka techniczna sal i audytoriów jest określona na podstawie liczby użytkowników. Znane są więc wskaźniki: powierzchni jednostkowej (f, w m2/osobę), wysokości pomieszczenia (h, w m) oraz kubatury jednostkowej (vk, w m3/osobę). Znając powyższe wartości, krotność wymiany powietrza określić możemy z nowej zależności:

n = vjw / vk (2)

Wskaźnik jednostkowego strumienia powietrza zewnętrznego vjw jest zależny nie tylko od minimalnych wymagań higienicznych, ale również od zastosowanego rozdziału powietrza w pomieszczeniu i mieści się on w zakresie 20-60 m3/h osobę. Odnoszenie krotności wymian powietrza do wskaźnika kubaturowego pomieszczenia (pośrednio do wysokości pomieszczenia) jest niezbędne, ponieważ przy często zmienianych wysokościach normatywnych, również wskaźnik ten ulega zmianie. Do niedawna minimalna wysokość sal i audytorów wynosiła 3,2-3,5 m, obecnie obowiązujące rozporządzenie [11] przewiduje wysokość 3 m. Trudno jest obecnie ocenić dla jakich wysokości pomieszczeń określono w literaturze krotności wymian powietrza. Jak znaczne zróżnicowanie tych wartości może występować w salach konferencyjnych, niech posłuży przykład podany w tabeli 3.
Znając jednostkowe strumienie powietrza zewnętrznego vjw = 20 - 60 m3/h i osobę, normatywne wskaźniki powierzchni f, m2/osobę oraz wysokość pomieszczenia, z zależności (2) określić możemy rzeczywistą krotność wymiany powietrza w rozpatrywanym pomieszczeniu. Z zależności tej w tabeli 4 określono krotności wymian powietrza, jakie występować będą w salach o znanych wielkościach f, h i vjw. Podane w tej tabeli krotności wymian powietrza w salach potwierdziły wcześniejsze moje spostrzeżenie [12], że wzrost wysokości pomieszczenia:
- powoduje zmniejszanie się krotności wymian powietrza, - poprawia warunki komfortu cieplnego dla tej samej wartości jednostkowego strumienia zewnętrznego.

Strumienie powietrza zewnętrznego dla jednej osoby

Krotności wymian powietrzach w salach

Krotności wymian powietrza w salach konferencyjnych

Krotności wymian powietrza w salach i audytoriach


4. WNIOSKI

• Podawane w literaturze z dziedziny wentylacji zalecenia, aby strumienie powietrza zewnętrznego dla sal i audytoriów określać na podstawie krotności wymian mogą być stosowane tylko w fazie projektowania wstępnego wentylacji.
• Strumienie objętości powietrza zewnętrznego w salach określać należy tylko na podstawie jednostkowych strumieni powietrza przypadających na jednego użytkownika sali.
• Minimalne jednostkowe strumienie powietrza zewnętrznego podane w normie PN-83/B-03430/ Az: 2000 opracowane na podstawie badań Pettenkofera (liczących ponad 100 lat) nie w każdym przypadku mogą być uznane za strumienie minimalne.
• Określone w tabeli 4 krotności wymian powietrza w pomieszczeniu umożliwiają właściwy wybór wysokości pomieszczenia oraz korzystny dla użytkowników pomieszczenia rozdział powietrza, zwłaszcza układu nawiewnego wentylacji.

Autor: dr inż. Edmund NOWAKOWSKJI, Politechnika Wrocławska

Technika Chłodnicza i Klimatyzacyjna 1/2004

LITERATURA
[l] PN-83/B-03430/ Az; 2000: Wentylacja w budynkach mieszkalnych, zamieszkania zbiorowego i użyteczności publicznej. Wymagania.
[2] Łęcki S.: Stała naturalna wentylacja mieszkań. Instytut Budownictwa KBUiA. Materiały i Dokumentacje. Seria B, Zeszyt 7/104/ 61. Warszawa 1961.
[3] Recknagel-Sprenger: Ogrzewanie i klimatyzacja. Poradnik. Arkady, Warszawa 1976.
[4] Ferencowicz 1.: Wentylacja i klimatyzacja. Arkady, Warszawa 1962.
[5] Kołodziejczyk S.: Mechaniczne Urządzenia Sanitarne. Cz. II, Zakłady żywienia zbiorowego. PWN Warszawa-Łódź, 1958.
[6] Bradtke F., Liese W: Pomiary klimatyczne wewnętrzne i zewnętrzne budynków. Poradnik. Arkady, Warszawa 1958.
[7] Przydróżny S.: Wentylacja. Skrypt, Politechnika Wrocławska. Wrocław 1991.
[8] Ogrzewanie i wentylacja. Poradnik. Arkady, Warszawa 1966. [9] Malicki M.: Wentylacja i klimatyzacja. PWN, Warszawa 1977.
[10] Biuro Projektów Typowych i Studiów Budownictwa Miejskiego. Wentylacja, wielkości wymian powietrza w pomieszczeniach. Zbiór danych. Warszawa 1958.
[11] Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r w sprawie warunków techmicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie. Dz. U. Nr 75 poz. 690.
[12] Nowakowski E.: Wentylacja w salach konsumpcyjnych zakładów żywienia. Polski Instalator 3/ 200 I.
[13] Normatyw techniczny projektowania domów towarowych. Zarz. Nr 15 Min. Budownictwa i PMB z dnia 16 marca 1971 r., Dz. Bud. Nr 4, poz. 12.


Foto: sxc.hu