Wentylacja hybrydowa – jak działa i kiedy warto ją stosować?

Wentylacja hybrydowa łączy zalety wentylacji naturalnej i wentylacji mechanicznej, co pozwala na optymalizację zużycia energii w budynkach. Dzięki elastyczności działania, a także ze względu na aspekty ekonomiczne i ekologiczne ten system wentylacji jest obecnie chętnie stosowany w budownictwie mieszkaniowym.

Spis treści

1. Czym jest wentylacja hybrydowa?
2. Wentylacja hybrydowa – zasada działania
3. Zalety wentylacji hybrydowej 
4. Wady wentylacji hybrydowej
5. Efektywność energetyczna wentylacji hybrydowej
6. Zastosowanie wentylacji hybrydowej w różnych budynkach – porównanie

Czym jest wentylacja hybrydowa?

Wentylacja hybrydowa stanowi połączenie wentylacji naturalnej (grawitacyjnej) i mechanicznej. Teoretycznie, można wyróżnić kilka konfiguracji wentylacji hybrydowej. Obejmują one naprzemienne działanie wentylacji grawitacyjnej i naturalnej; przeważającą pracę wentylacji naturalnej lub mechanicznej. W praktyce jednak w Polsce najczęściej stosowanym rozwiązaniem wentylacji hybrydowej jest wentylacja naturalna wspomagana pracą wentylatorów niskociśnieniowych. W modelu tym w sprzyjających warunkach dominuje wentylacja naturalna, a gdy ta jest już niewystarczająca – wówczas system przestawia się na wentylację mechaniczną. Za przełączanie poszczególnych trybów pracy odpowiada układ sterowania wyposażony w specjalne czujniki sprzężone. Celem wentylacji hybrydowej jest zapewnienie efektywnej wymiany powietrza zgodnej z wymaganiami komfortu i jakości powietrza wewnętrznego, przy jednoczesnym minimalizowaniu strat energii, co przekłada się na niższe koszty eksploatacji.

Wentylacja hybrydowa – zasada działania

Dostępne w Polsce rozwiązania wentylacji hybrydowej opierają się na tradycyjnym schemacie wymiany powietrza w budynku (wentylacja naturalna) wspomaganym pracą wentylatorów. Główny element wentylacji hybrydowej – nasady hybrydowe – montuje się na wylotach kominów wentylacyjnych. Ze względów bezpieczeństwa należy pamiętać, że zabronione jest stosowanie mechanicznej wentylacji wyciągowej w pomieszczeniach z urządzeniami spalającymi paliwa.  Za regulację ilości powietrza do wartości zgodnej z normą odpowiada stabiler wyposażony w przepustnice, instalowany na wlocie do przewodów wentylacyjnych. Kolejnym elementem systemu hybrydowego są nawietrzaki ścienne, które służą do doprowadzania powietrza do budynku. 

W korzystnych warunkach wentylacja hybrydowa działa pasywnie, wykorzystując naturalne zjawiska, takie jak różnica temperatur i wiatr, do cyrkulacji powietrza. Optymalne warunki występują zazwyczaj w chłodniejsze dni, kiedy temperatura na zewnątrz jest znacznie niższa niż w środku, oraz w miejscach o umiarkowanym lub silnym wietrze, gdzie różnica ciśnień poprawia wentylację.

Świeże powietrze napływa przez nawiewniki (nawietrzaki), a ciepłe, zużyte unosi się i jest usuwane przez przewody wentylacyjne. W momencie, gdy warunki naturalne okazują się niewystarczające, włączają się wentylatory wspomagające, które zwiększają efektywność wymiany powietrza.

W podstawowych systemach wentylacji hybrydowej wentylatory uruchamiają się np. za pomocą czujników różnicy ciśnień, które monitorują ciśnienie w kanałach i otoczeniu oraz za pomocą czujników temperatury. Oprócz tego w budynkach biurowych lub mieszkalnych stosuje się sterowanie cykliczne do aktywowania wentylacji mechanicznej w określonych godzinach. W najprostszych systemach wykorzystywane są przełączniki ręczne – użytkownik może ręcznie włączyć wentylator, np. w łazience czy kuchni, gdy odczuwa brak wystarczającej wymiany powietrza.

W instalacjach indywidualnych regulatory do nasad umieszczane są na ścianach wentylowanych pomieszczeń. Dzięki temu użytkownicy mogą samodzielnie zarządzać wydajnością wentylacji. Inaczej jest w przypadku wentylacji zbiorczej – regulatory obrotów zazwyczaj znajdują się w szafach sterujących, co uniemożliwia sterowanie z poziomu użytkownika. Taka funkcjonalność jest jednak coraz powszechniejsza w nowoczesnych budynkach, wyposażonych w systemy inteligentnego zarządzania. 

Nowoczesne systemy wentylacji hybrydowej opierają się na inteligentnej automatyce, która dynamicznie dostosowuje pracę systemu do aktualnych warunków. Jej elementy składowe to:

• czujniki jakości powietrza (CO₂, wilgotności, lotnych związków organicznych - VOCs) – wentylatory uruchamiają się, gdy przekroczone zostaną ustalone normy jakości powietrza;
• sterowanie zintegrowane z systemem BMS (Building Management System) – pełna automatyzacja umożliwia monitorowanie i regulację przepływu powietrza w całym budynku;
• regulatory prędkości obrotowej wentylatorów – pozwalają na płynne dostosowanie wydajności wentylacji do aktualnego zapotrzebowania;
• moduły IoT – systemy komunikujące się z użytkownikami poprzez aplikacje mobilne lub komputerowe, umożliwiające zdalne zarządzanie i optymalizację parametrów wentylacji.

Zalety wentylacji hybrydowej 

Wśród najważniejszych zalet wentylacji hybrydowej można wskazać:

• Oszczędność energii: wentylatory mechaniczne uruchamiają się tylko wtedy, gdy naturalny przepływ powietrza jest niewystarczający, co redukuje zużycie energii (w porównaniu do systemów w pełni mechanicznych); system może też współpracować z inteligentnym zarządzaniem budynkiem (BMS), zwiększając swoją efektywność.
• Poprawa komfortu użytkowników: zapewnienie stałej wymiany powietrza niezależnie od warunków pogodowych.
• Lepsza jakość powietrza: system przyczynia się do poprawy jakości powietrza – właściwego poziomu tlenu, wilgotności i CO₂; wspomaga usuwanie zanieczyszczeń i lotnych związków organicznych z wnętrza budynku.
• Wysoka niezawodność: w razie problemów z wentylatorem, wentylacja naturalna może przejąć funkcję cyrkulacji powietrza, zapewniając ciągłość wymiany powietrza.
• Elastyczność systemu: przełączanie między trybem naturalnym a mechanicznym zapewnia dostosowanie do zmieniających się warunków atmosferycznych i wewnętrznych w budynku.
• Niższe koszty inwestycyjne i eksploatacyjne: wentylacja hybrydowa jest tańsza w instalacji i eksploatacji niż pełna wentylacja mechaniczna.
• Ekologiczność: system przyczynia się do ograniczania emisji CO₂.

Wady wentylacji hybrydowej

Wentylacja hybrydowa, jak każde rozwiązanie techniczne, ma swoje ograniczenia. Oto najistotniejsze wady: 

• zależność od warunków atmosferycznych;
• wymaga odpowiedniego zaprojektowania i dopasowania do budynku;
• wymaga regularnej konserwacji (np. czyszczenie, kontrola szczelności i pracy automatyki);
• możliwy hałas pochodzący od wentylatorów;
• wyższe koszty początkowe (w porównaniu do wentylacji naturalnej);
• ryzyko niskiej wydajności w przypadku braku odpowiedniej regulacji.

Efektywność energetyczna wentylacji hybrydowej

Dobrze zaprojektowany system wentylacji hybrydowej pozwala uzyskać znaczne oszczędności energetyczne, a także przyczynia się do poprawy komfortu użytkowników. System zmniejsza straty ciepła związane z wentylacją, ponieważ wentylatory wspomagające włączają się tylko wtedy, gdy naturalna wentylacja nie zapewnia dostatecznej wymiany powietrza. W budynkach, w których wykorzystuje się głównie wentylacją naturalną straty energii związane z wentylowaniem mogą być znaczne, ponieważ ciepłe powietrze jest stale usuwane na zewnątrz. W wentylacji hybrydowej to zjawisko jest ograniczone; mniejsze jest też zużycie energii elektrycznej (w porównaniu do systemów w pełni mechanicznych). 

Sterowanie pracą nasad i dostosowywanie odpowiedniej wydajności odbywa się poprzez zmiany prędkości obrotowej turbiny. W ten sposób można uzyskać lepszą kontrolę nad zużyciem energii elektrycznej, dostosowując pracę systemu do aktualnych potrzeb. Na przykład, jeśli jakość powietrza w budynku jest odpowiednia, wentylatory działają na minimalnych obrotach.

Wentylacja hybrydowa wspomaga także działanie innych systemów HVAC (ogrzewania, wentylacji, klimatyzacji). Dzięki regulowanemu przepływowi powietrza, wymiana ciepła jest lepiej zbalansowana, co poprawia wydajność innych systemów grzewczych i chłodzących, zmniejszając ogólne zapotrzebowanie na energię. W nowoczesnych systemach, wentylacja hybrydowa jest wyposażona w czujniki i systemy sterowania. Dzięki temu, wentylacja może automatycznie dostosowywać się do zmieniających się warunków wewnętrznych i zewnętrznych, dbając o optymalny przepływ powietrza przy minimalnym zużyciu energii.

Zastosowanie wentylacji hybrydowej w różnych budynkach – porównanie

Wentylacja hybrydowa staje się coraz bardziej popularnym rozwiązaniem zarówno w budownictwie mieszkalnym, jak i biurowym. W zależności od typu budynku, jego przeznaczenia czy warunków lokalnych, korzyści i ograniczenia związane z wdrożeniem systemu różnią się. 

Budynki mieszkalne

Korzyści:

• oszczędność energii: przez większość roku wentylacja działa pasywnie, co ogranicza pracę wentylatorów mechanicznych;
• zwiększenie komfortu mieszkańców: zapewnia odpowiednią wymianę powietrza oraz poprawia jego parametry; użytkownik może samodzielnie zarządzać wentylacją;
• możliwość integracji z odnawialnymi źródłami energii (np. fotowoltaika). 

Ograniczenia:

• koszty początkowe: stosunkowo wysokie koszty inwestycji, w porównaniu do tradycyjnych systemów wentylacyjnych;
• wymagania dotyczące projektowania: optymalne działanie systemu wymaga starannego i przemyślanego projektu; szczególnie w budynkach wielorodzinnych; 
• modernizacja infrastruktury: w przypadku montażu w starszych blokach i domach jednorodzinnych dostosowanie instalacji może generować spore koszty.

Opłacalność:

• ponadprzeciętna opłacalność: wentylacja hybrydowa będzie opłacalna w dłuższym okresie użytkowania; koszty instalacji mogą się zwrócić dzięki oszczędnościom na energii i niższych kosztach eksploatacyjnych;
• dopłaty i ulgi: w Polsce, w ramach programów wsparcia budownictwa ekologicznego i zrównoważonego, można uzyskać dopłaty lub ulgi na instalację systemów energooszczędnych, co zwiększa opłacalność.

Budynki biurowe

Korzyści:

• zwiększona efektywność energetyczna: efekty zmniejszenia kosztów energii w budynkach biurowych są szczególnie odczuwalne, ze względu na znaczne zużycie energii w takich obiektach;
• lepsze warunki pracy: optymalny komfort w pomieszczeniach biurowych przyczynia się do poprawy efektywności pracy i zdrowia pracowników;
• integracja z systemami smart building: coraz częściej spotykane w biurowcach systemy zarządzania budynkiem (BMS) mogą być zintegrowane z wentylacją hybrydową, co wpłynie na precyzyjne monitorowanie jakości powietrza i optymalizować zużycie energii.

Ograniczenia:

• koszty instalacji: wdrożenie wentylacji hybrydowej w biurowcach jest szczególnie kosztowne i trudne w budynkach, które nie zostały zaprojektowane pod kątem takich systemów;
• zależność od warunków zewnętrznych: w okresach ekstremalnych warunków pogodowych (np. upałów) wentylacja mechaniczna może być konieczna przez dłuższy czas, co zwiększa zużycie energii.

Opłacalność:

• wysoka opłacalność w perspektywie czasu: systemy wentylacji hybrydowej w biurowcach są opłacalne w dłuższym okresie eksploatacji, zwłaszcza w kontekście wysokich oszczędności na energii i zwiększonej wydajności pracowników;
• korzyści związane z certyfikatami ekologicznymi: budynki biurowe, które wdrażają systemy energooszczędne, mogą uzyskać prestiżowe certyfikaty ekologiczne (np. LEED, BREEAM). 

• Zobacz: TOP 10 największych osiedli mieszkaniowych w Polsce

Zobacz galerię 28 zdjęć

Autor: Archicom

Olimpia Port, inwestycja firmy Archicom. Zakończenie przedsięwzięcia nad Odrą

inż. Marianna Leśniewicz