Jakkolwiek są one zbliżone do układów tradycyjnych, jednak muszą charakteryzować się wysokimi sprawnościami i uwzględniać wiele nietypowych oddziaływań. Ze względu na wpływ instalacji na budynki, znacznie większy w przypadku budynków pasywnych, ewentualne błędy projektowe mogą prowadzić do wadliwego funkcjonowania układów i niezachowania parametrów komfortu klimatycznego. Złe przykłady mogą oddziaływać zniechęcająco na przyszłych potencjalnych inwestorów.
W budynkach pasywnych ciepło niezbędne do pokrycia zapotrzebowania na cele grzewcze jest generowane z wykorzystaniem gruntowego wymiennika ciepła, urządzenia do odzysku ciepła w centrali oraz pompy ciepła. W okresach niedostatecznego pokrycia ciepło dostarcza dodatkowo nagrzewnica elektryczna zlokalizowana na nawiewie, co zilustrowano na rysunku 15. Na rysunku 16 przedstawiono przykład struktury pokrycia zapotrzebowania ciepła przez poszczególne źródła w urządzeniu kompaktowym. W przypadku niewielkiego udziału ogrzewania elektrycznego w skali roku takie rozwiązanie jest dopuszczalne, w innych wypadkach należy rozważyć wykorzystanie dodatkowego źródła ciepła.
Dodatkowe źródła ciepła w budynkach pasywnych muszą charakteryzować się małą bezwładnością oraz niewielką mocą cieplną. Warto zauważyć, iż niewielkie zapotrzebowanie ciepła przyczynia się do braku indywidualnych rozliczeń najemców w wielorodzinnych domach pasywnych, ze względu na zbyt wysokie koszty opomiarowania instalacji i wykonywania odczytów oraz rozliczeń. Pomieszczenie o powierzchni 30 m² wymaga dostarczenia zaledwie 300 W energii cieplnej, co stanowi równowartość strumienia 30 m³/h powietrza o temperaturze 50°C, 5 żarówek o mocy 60 W bądź 4 osoby generujących jednostkowe zyski ciepła 80 W/os. Wykorzystanie dodatkowego źródła ciepła umożliwia, wątpliwy co prawda w aspekcie higienicznym, efekt podwyższenia wilgotności względnej, podczas okresów obniżenia wilgotności w pomieszczeniach, poprzez ograniczenie strumienia powietrza wentylacyjnego i doprowadzenie do pomieszczeń ciepła poprzez układ ogrzewania. Większość kompaktowych urządzeń grzewczo-wentylacyjnych oferuje przyłącza obiegów grzewczych. Preferowane są w tym względzie układy niskotemperaturowe, płaszczyznowe. Często w łazienkach instalowane są grzejniki. Dzięki wyrównaniu temperatur powierzchni przegród usytuowanie grzejnika w pomieszczeniu może być dowolne, nie musi się on znajdować pod oknem. Pozwala to na większą elastyczność w prowadzeniu instalacji i zmniejszenie długości przewodów zasilających i obiegów wodnych.
Wykorzystanie popularnych w ostatnich latach kominków i pieców na drewno lub biomasę rodzi problemy eksploatacyjne w budynkach pasywnych. Urządzenia zwykle charakteryzują się zbyt dużą mocą cieplną rzędu 2÷10 kW, co powoduje ryzyko przegrzania w dobrze izolowanym budynku pasywnym. Doprowadzenie powietrza do zamkniętej komory spalania musi się odbywać poprzez kanał powietrza zewnętrznego, a odprowadzenie spalin przez układ kominowy (zalecany komin zewnętrzny). Przejście obu kanałów przez powłokę budynku stanowi miejsce potencjalnych nieszczelności i mostków cieplnych. Kanały muszą być bardzo dobrze izolowane cieplnie, co zmniejsza powierzchnię użytkową mieszkań. Wskazane jest wykorzystywanie urządzeń, które umożliwiają przekazanie większej części ciepła (nawet do 80%) do układu przygotowania CWU.
Ważnym zagadnieniem związanym z eksploatacją budynków pasywnych jest możliwość pokrywania zmiennego indywidualnego zapotrzebowania ciepła poszczególnych pomieszczeń. Może to być realizowane za pomocą następujących rozwiązań:
W budynkach pasywnych wykorzystywane są gruntowe wymienniki ciepła powietrzne przeponowe oraz wodne z czynnikiem pośredniczącym.
Projektowanie parametrów wymienników gruntowych opiera się na zdefiniowanej funkcji nawiewnika. Zabezpieczenie wymiennika przed zamarznięciem wymaga uzyskania temperatury za wymiennikiem na poziomie -4°C, a nawet wyższej w przypadku współpracy z układami odzysku o wysokiej sprawności. Funkcja zwiększenie temperatury powietrza dla zwiększenia strumienia ciepła uzyskiwanego przez pompę ciepła wymaga uzyskania za wymiennikiem temperatur przekraczających +4°C. Efekt chłodzenia budynku w lecie jest niewielki i choć temperatury za wymiennikiem nie przekraczają 15÷16°C, to jednak moc chłodnicza mieści się w granicach 200÷400 W [3].
Gruntowe przeponowe powietrzne wymienniki ciepła wykorzystywane w budynkach pasywnych wykonywane są z rur PE/PP o średnicach fi 160÷315 mm posiadających wewnętrzną warstwę antybakteryjną. Na wlocie do czerpni zlokalizowany jest filtr G4. Strata ciśnienia w wymienniku nie powinna przekraczać 50 Pa, a prędkość przepływu powietrza 3 m/s. W okresach niesprzyjających, dla ograniczenia kosztów przetłaczania powietrza, układ wentylacyjny powinien mieć możliwość czerpania powietrza bezpośrednio z otoczenia, z pominięciem wymiennika gruntowego (bypass).
Istnieją różne propozycje prowadzenia wymiennika gruntowego w otoczeniu budynku lub pod nim (rysunek 21), jak też wytyczne oraz programy obliczeniowe określające długość i średnicę wymiennika (tablica 3).
Przejście powłoki budynku przez kanał wymiennika jest potencjalnym miejscem występowania nieszczelności powietrznych i mostków cieplnych. Z powyższego względu wskazane jest wspólne, szczelne wyprowadzenie instalacji (kanalizacja, wymiennik gruntowy, instalacje elektryczne, woda) w ramach pojedynczego kanału. Producenci wymienników oferują także indywidualne przejścia szczelne.
Przeponowe wymienniki gruntowe prowadzone są na głębokości 1,5÷2,0 m, ewentualnie płycej, w przypadku zlokalizowania pod izolowaną płytą fundamentową. Powinny być kładzione w warstwie gruntu rodzimego, dobrze zagęszczonego. Ze względów finansowych wskazane jest wykorzystanie istniejącego wykopu fundamentowego (prowadzenie pod budynkiem). Należy zachować odstęp 1 metra od ścian budynku oraz pomiędzy odcinkami wymiennika. W okresach letnich w wymienniku może dochodzić do kondensacji i wykraplania wilgoci. Z tego względu kanał wymiennika należy prowadzić ze spadkiem 2% w kierunku studzienki kondensatu, znajdującej się na końcu wymiennika. Strumień powstającego kondensatu dla typowej instalacji w budynku jednorodzinnym (strumień powietrza 150 m³/h) jest szacowany przez firmę Rehau na poziomie 0,4 L/h (dla przypadku Dt=18K, 35°C/45%) lub nawet 0.8 L/h (Dt=12K, 28°C/80%). Innym rozwiązaniem umożliwiającym wykorzystanie ciepła z gruntu jest gruntowy wymiennik wodny z niezamarzającym, glikolowym czynnikiem pośredniczącym, przepływającym zwykle w kilku pętlach obiegowych wykonanego z rur PE. Instalacja wymaga wykorzystania pomp obiegowych, armatury zabezpieczającej, naczynia wzbiorczego i nagrzewnicy.
Pojawiające się wątpliwości związane z higienicznymi aspektami pracy wymiennika powietrznego, w wymienniku gruntowym nie stanowią zagrożenia. W zależności od funkcji przyjmowane są następujące długości obiegów wymiennika gruntowego: 0.3÷0.45 m/m³/h w przypadku funkcji zabezpieczenia wymiennika ciepła przed zamarznięciem lub 0.6 m/m³/h w celu zwiększenie temperatury powietrza dla potrzeb pompy ciepła [3]. Oprócz klasycznych obiegów układanych na jednej płaszczyźnie w gruncie stosowane są także spiralne wymienniki o kształcie odwróconego stożka.
Wielorodzinne pasywne budynki mieszkalne charakteryzują się innymi rozwiązaniami technicznymi w porównaniu z budynkami jednorodzinnymi. Można powiedzieć, iż wentylacja w budynkach pasywnych to każdy system wentylacji umożliwiający utrzymanie komfortu klimatycznego, współpracujący z układem grzewczym lub pełniący jego funkcje, charakteryzujący się niskim zużyciem energii pierwotnej. W budynkach pasywnych wielorodzinnych są zatem stosowane typowe rozwiązania wentylacji, współpracujące w różnym stopniu z układem ogrzewania budynku.
Na rysunku 22 przedstawiono przykładowe rozwiązania układów wentylacyjnych w budynkach pasywnych mieszkalnych wielorodzinnych. W budynkach wykorzystywane są zdecentralizowane centralki wentylacyjne pracujące na powietrzu zewnętrznym lub korzystające ze wstępnie obrobionego powietrza. Istnieją także rozwiązania małych ściennych modułów wentylacyjnych z odzyskiem ciepła. Układy centralne umożliwiają wykorzystanie gruntowego wymiennika ciepła zarówno powietrznego jak i wodnego.
Moduły umożliwiają indywidualne sterowanie strumieniem powietrza.
Utrudnieniem jest konieczność konserwacji urządzeń i prac eksploatacyjnych w mieszkaniach najemców. Zdecentralizowane systemy wentylacyjne spotykane są także w szkołach o standardzie pasywnym. Powietrze nawiewane jest bezpośrednio z kratki zlokalizowanej na urządzeniu. Czerpnia i wyrzutnia są zintegrowane z prefabrykowanym elementem fasady budynku.
Instalacje wentylacyjne w budynkach pasywnych charakteryzują się wysokimi sprawnościami i jakością wykonania. Jest to niezbędne ze względu na bardzo wysokie wymogi energetyczne stawiane rozwiązaniom. Dodatkowo kryterium ograniczające całkowite zużycie energii pierwotnej przez budynek zmusza do wykorzystania rozwiązań o niskim zużyciu energii. W aspekcie budownictwa wielorodzinnego proponowane są rozwiązania klasyczne charakteryzujące się niskimi stratami energii, a także systemy z modułami wentylacyjnymi. To ostatnie rozwiązanie może w przyszłości znaleźć zastosowanie także w termomodernizowanych budynkach tradycyjnych, gdyż w sposób nie zakłócający struktury funkcjonalnej budynku umożliwia rozwiązanie problemów związanych z eksploatacją wentylacji naturalnej. Spełnienie jednego z podstawowych kryteriów – obciążenia grzewczego na poziomie 10 W/m2, umożliwia zastosowanie systemu powietrznego jako wspólnego układu wentylacji i ogrzewania zarazem. Dodatkowo w budynkach pasywnych można do w/w instalacji dołączyć również instalację przygotowania CWU. „Sercem” tak zintegrowanego układu instalacyjnego staje się kompaktowy agregat grzewczo-wentylacyjny.
[1] Dorer V., Breer D.: Residential mechanical ventilation systems: performance
criteria and evaluations, Energy and Buildings, 27/1998
[2] Pakiet do projektowania budynków pasywnych PHPP 2007 EN
[3] Strona internetowa firmy drexel und weiss www.drexel-weiss.de
[4] Strona internetowa Ingenieurbüro Prof. Dr. Harald Krause
www.btec-rosenheim.de
[5] Strona internetowa Passivhaus Instytut www.passiv.de
[6] Strona internetowa projektu CEPHEUS www.cepheus.de
[7] Strona internetowa firmy Viessmann, www.viessmann.pl