Ta sama instalacja wentylacyjna może zachowywać się zupełnie inaczej w różnych porach roku – mimo że technicznie pozostaje niezmieniona. Zimą system „daje radę” i problemy z wilgocią są rzadkie, latem pojawia się nadmiar wilgoci, a wiosną czy jesienią panuje niestabilność i nagłe wahania parametrów. Na pierwszy rzut oka wydaje się, że „coś się popsuło” – ale w praktyce przyczyna leży nie w usterce urządzeń, lecz w zmiennych własnościach powietrza zewnętrznego. Wentylacja bowiem działa na realnym powietrzu atmosferycznym, którego parametry (temperatura, wilgotność, ruch) przez cały rok mocno się zmieniają.

Wentylacja projektowana na punkty obliczeniowe, a eksploatowana cały rok

Systemy wentylacyjne są projektowane w oparciu o dwa ekstremalne punkty obliczeniowe: zimowy i letni. Projektant wybiera warunki tzw. obliczeniowe letnie (najczęściej T = 32ᵒC, Rh = 45%), oraz zimowe (od -16 na północnym zachodzie polski do -24 na północnym wschodzie) i na ich podstawie dobiera układ wentylacji, ogrzewania i chłodzenia.

Na tej podstawie definiuje się moc nagrzewnic, chłodnic i wentylatorów oraz średnice przewodów. Tymczasem rzeczywista eksploatacja trwa 365 dni w roku i większość tego czasu przypada na warunki umiarkowane – dalekie od tych punktów ekstremalnych. Projekt odpowiada więc na pytanie: „czy instalacja poradzi sobie w skrajnych warunkach?”, podczas gdy w praktyce ważniejsze jest pytanie: „jak instalacja będzie zachowywać się na co dzień?”. Brak uwzględnienia pracy systemu w szerokim zakresie zmian pogodowych wprowadza rozbieżności między projektem a realnym użytkowaniem.

Zima – okres, w którym wentylacja „wydaje się najlepsza”

Zimą instalacja pracuje zwykle najłatwiej i najbardziej bezproblemowo. Powietrze zewnętrzne jest bardzo suche (ma niską wilgotność bezwzględną), a po ogrzaniu w centrali dysponuje dużą „rezerwą” na przyjęcie pary wodnej. Dodatkowo duża różnica temperatur między pomieszczeniem a warunkami zewnętrznymi sprzyja naturalnym ruchom konwekcyjnym (ciepłe powietrze unosi się), co dodatkowo ułatwia cyrkulację. W praktyce oznacza to, że nawet przeciętna wentylacja radzi sobie zimą – ewentualne niedostatki i nieszczelności systemu często pozostają niewidoczne. Wentylacja „daje radę” pracować efektywnie, a użytkownicy rzadko zgłaszają problemy z nadmierną wilgocią czy kondensacją.

Problemy jakie okresie zimy się pojawiają, to nadmierne wysuszenie powietrza, szczególnie tam, gdzie nie ma dużych zysków wilgoci, oraz ewentualnie niedogrzewanie w przypadku temperatur ekstremalnie niskich, które jednak w ostatnich latach występują niezmiernie rzadko.

Zima skutecznie maskuje niedoskonałości instalacji wentylacyjnej – aż do momentu, gdy pojawią się przejściowe lub letnie warunki.

Lato – gdy wentylacja przestaje osuszać

Latem role się odwracają. W wielu budynkach temperatura utrzymywana jest podobnie jak zimą (np. ok. 20–22°C), ale powietrze zewnętrzne jest już gorące i bardzo wilgotne. I tu pojawia się kluczowy problem: wentylacja, o ile nie ma funkcji osuszania, nie działa jak osuszacz. Jej zadaniem jest wymiana powietrza, a nie usuwanie wilgoci z układu. W praktyce jeśli powietrze nawiewane (zewnętrzne) ma zbliżoną lub wyższą zawartość pary wodnej niż to wywiewane (wewnętrzne), to wentylacja nie tyko nie obniża wilgotności – ale często wprowadza jej wnętrza jeszcze więcej.

Innymi słowy, wentylacja latem często cyrkuluje wilgoć w obiegu, zamiast ją usuwać. Zwiększanie wydajności systemu w takich warunkach zwykle prowadzi tylko do wzrostu zużycia energii, zaś nadmiar pary wodnej i tak pozostaje w budynku, gdyż usuwając bardzo wilgotne powietrze często zamieniamy je na równie, lub nawet bardziej wilgotne z zewnątrz. W efekcie pojawiają się skropliny na kanałach, ścianach działowych czy pod dachem, a użytkownik widzi wilgoć – jednak źródło problemu leży nie w awarii centrali, lecz w fizycznych ograniczeniach wilgotnego powietrza.

Największy problem jednak pojawia się np. w zakładach spożywczych, w pomieszczeniach produkcyjnych, gdzie trzeba utrzymać niską temperaturę w pomieszczeniach cały rok. Samo chłodzenie powietrza, bez jego osuszania np. w centrali wentylacyjnej z funkcją osuszania kondensacyjnego lub w osuszaczu a adsorpcyjnym, owszem, utrzyma niską temperaturę, ale nie wyeliminuje zjawiska skroplin.

Zatem podstawowym problemem wentylacji w warunkach letnich jest takiej jej zaprojektowanie, żeby utrzymywała nie tylko przyjazną temperaturę , ale także regulowała i usuwała nadmiar pary wodnej.

Okresy przejściowe – zmienność warunków i konieczność szybkiej adaptacji systemu wentylacji

Okres przejściowy to czas gwałtownych zmian pogodowych – w ciągu dnia temperatura może skakać nawet o kilkanaście stopni, wilgotność zewnętrzna szybko się zmienia (np. po deszczu lub z powodu nasłonecznienia), a kierunek naturalnych przepływów powietrza może się odwrócić. Często zdarza się, że rano system pracuje jak „zimą”, a popołudniu – jak „latem”. Taka zmienność jest trudna do przewidzenia i skorygowania w czasie rzeczywistym. Standardowa automatyka wentylacyjna, zaprogramowana pod ustalone punkty zimowe/letnie, może mieć problem z nadążeniem za takimi wahaniami. W rezultacie pojawiają się niestabilne warunki wewnątrz: w nocy gdy temperatura spada musi pracować układu dogrzewania, a w szczycie dnia warunki są bliskie letnich i warunki wymagają dochładzania.

Charakterystyczne cechy okresów przejściowych to między innymi:

  • Duże dobowe wahania temperatury – zimny poranek i ciepły dzień zmieniają charakter pracy wentylacji.
  • Szybkie zmiany wilgotności zewnętrznej – naprzemienne okresy opadów i suszy powodują dużą fluktuację pary wodnej.
  • Brak stabilnej konwekcji – powietrze zewnętrzne może być zarówno cieplejsze, jak i chłodniejsze od wewnętrznego w krótkim odstępie czasu.
  • Przełączanie „trybów” – rano instalacja może działać jak w sezonie grzewczym, popołudniu musi sprostać letnim warunkom.

Automatyka zaprojektowana na skrajne, ustalone stany często nie nadąża za taką dynamiką.

Warunki średnie wg Eco Design – odpowiedź dla większej części roku

Rozporządzenie UE nr 1253/2014, tzw. Eco Design, określające aktualne wymogi, które muszą spełniać nowoczesne centrale wentylacyjne, definiuje sprawność temperaturową odzysku ciepła jako stosunek wzrostu temperatury powietrza nawiewanego do spadku temperatury powietrza wywiewanego, przy czym kluczowe są warunki, w jakich ten stosunek jest wyznaczany.

O ile obliczenia dla warunków letnich i zimowych przyjmuje się warunki ekstremalne, to Eco Design zakłada różnicę między temperaturą pomieszczenia a temperaturą zewnętrzną na poziomie:

  • 20 stopni dla obiektów mieszkalnych
  • 13 stopni dla obiektów niemieszkalnych

Od pewnego czasu w kartach doboru urządzeń widzimy zazwyczaj 2 sprawności odzysku ciepła – jedną przy wymienniku odzysku ciepła – tutaj są podawane są wartości sprawności odzysku dla warunków ekstremalnych – czyli tzw. sprawność temperaturowa dla warunków zimowych i letnich, oraz drugą – podawaną zazwyczaj na początku lub na końcu karty doboru urządzenia i tą sprawność nazywamy sprawnością Eco Design.

W praktyce wartość sprawności Eco Design pokazuje właśnie jak sprawny jest odzysk ciepła urządzenia w warunkach najczęściej występujących w naszej strefie klimatycznej – czyli w okresie przejściowym.

Co powinien wiedzieć użytkownik i służby utrzymania ruchu

W praktyce eksploatacyjnej, szczególnie w zakładach branży spożywczej, najważniejsza zasada brzmi: zwiększanie wydajności nie zawsze rozwiązuje problem nadmiernej wilgoci latem. Istnieją sytuacje, w których wentylator już nie przyspieszy procesu osuszania, bo wentylacja osiągnęła granicę swoich możliwości. Częściej przyczyna nie leży w zbyt małym przepływie powietrza, lecz w jego niekorzystnych właściwościach (wysoka wilgotność zewnętrzna). W takich przypadkach zamiast walczyć „przepływem” trzeba zmienić strategię działania. Oto kilka kluczowych wskazówek dla użytkownika i zespołów technicznych:

  • Wentylacja może osiągnąć limit osuszania – gdy powietrze zewnętrzne jest bardzo wilgotne, system już nie odprowadzi więcej pary wodnej bez dodatkowego wsparcia w postaci osuszania.
  • Problemem są właściwości powietrza, nie sama ilość powietrza – w wilgotnych warunkach wymiana objętości może nie przynieść osuszenia.
  • W takich momentach potrzebna jest zmiana strategii systemu: zamiast tylko podnosić wydajność, należy stosować dodatkowe metody eliminujące nadmierną wilgotność.

Świadome podejście do wentylacji oznacza przede wszystkim zrozumienie fizyki wentylacji i klimatyzacji, bez niej możemy w nieskończoność zwiększać wymiany powietrza, dokładać dodatkowe wyciągi a problem i tak pozostanie.

Podsumowując: projektując wentylację mechaniczną, trzeba pamiętać, że jej efektywność zależy nie tyle od temperatur dla których dobierane są urządzeń, ale przede wszystkim od reakcji urządzenia na niepożądane zjawiska.

Podsumowanie

Ten sam system wentylacyjny może działać zupełnie inaczej zimą, latem i w okresach przejściowych, mimo że technicznie nic się w nim nie zmienia. Nie jest to wada instalacji, lecz naturalna konsekwencja pracy z czynnikiem zmiennym – powietrzem atmosferycznym. Przy bardzo niskich temperaturach wyzwaniem jest odzyskiwanie jak największej ilości ciepła, aby obiżyć koszty ogrzewania, ale dzięki niskiej wilgotności zewnętrznej łatwo jest usuną nadmiar pary wodnej.

Latem natomiast powietrze nawiewane zawiera znacznie więcej pary wodnej niż zimą, więc szczególnie przy dużych amplitudach chłodzenia, szczególnie z przemyśle spożywczym najważniejszym wyzwaniem staje się utrzymanie wilgotności przyjaznej procesom przetwórczym i zapobieganie kondensacji.

Sama wymiana powietrza nie obniża wilgotności ani nie osusza powietrza z definicji. Dzieje się tak tylko wtedy, gdy powietrze nadmiernie wilgotne zastępujemy znacznie mniej wilgotnym, czyli osuszoanym i na odwrót – powietrze nadmiernie suche zastępujemy powietrzem mniej suchym, czyli nawilżonym.