Prozračivanje i hlađenje prostora

Za ugodan boravak i rad u zatvorenom prostoru bitna je kvaliteta zraka i njegova temperatura. Načini kojima to postižemo mogu biti prirodni i prisilni, što znači da koristimo dodatnu energiju. Danas se sve više energije troši na rad rashladnih uređaja, dok se pravilnim projektiranjem zgrada u brojnim slučajevima može potpuno izbaciti upotreba tih velikih potrošača električne energije.

Prozračivanje prostora

Za ugodan boravak i rad u unutrašnjem prostoru bitna je kvaliteta zraka. Kvalitetu određuje udio kisika u zraku, vlaga i količina štetnih tvari te neugodnih mirisa. Pravilan odnos ovih uvjeta može se postići prozračivanjem, koje se prije svega radi zbog uklanjanja neugodnih mirisa. Izvori tih mirisa su predmeti i tvari koje mogu isparavati boje i lakove, mikroorganizmi, prašina i čovjekve aktivnosti - kuhanje, kupanje, uzgoj biljaka, itd.

Prozračivanje je potrebno provoditi i zbog uklanjanja radona, plina koji je prirodno prisutan u zgradama, a njegova previsoka koncentracija u prostoriji može imati negativne posljedice po zdravlje. Većina ljudi smatra da otvaranjem prozora omogućuju ulazak dovoljno zraka za disanje, međutim najveći dio zraka za disanje ulazi kroz pukotine zbog nebrtvljenosti prostora. Taj zrak ulazi radi razlike unutarnjeg i vanjskog tlaka, te pomoću vjetra. Zimi je ulazak zraka u prostor veći jer je temperaturna razlika vanjskog i unutarnjeg zraka veća i postoji gibanje toplog i hladnog zraka.

Čovjek treba za disanje prosječno 0,4 m3 zraka u jednom satu. To je istovremeno potrebna izmjena zraka u prostoru kako bi postigli dovoljnu količinu kisika u zraku. U prostoru površine 12 m2, visine 3m, u jednom satu treba izmijeniti samo 1% volumena prostorije ili 0,01 izmjena u satu (0,01 h-1). U normalno zabrtvljenim zgradama, prema mjerenjima, izmjena zraka kreće se od 0,1 do 0,3 h-1, što je sasvim dovoljno za disanje. U skladu s namjenom prostorije, preporučene vrijednosti izmjene zraka su sljedeće:

WC

4 - 5 / h

Kupaonica

5 - 8 / h

Kuhinja (ovisi o broju uređaja)

15 - 25 / h

Garderoba

3 - 6 / h

Dovoljan udio vlage u zraku je važan uvjet da bi se postigla udobnost prostora, naročito kod ljudi sa zdravstvenim problemima povezanim s disanjem. Relativna vlaga u prostoru ovisi o izvorima vlage, a to su ljudi, pri disanju i hlapljenju vlage sa kože, biljke, te kuhanje, kupanje i pranje rublja. Postotak relativne vlage se kreće od 35 do 80%. Manji udio vlage znači suh zrak i više prašine, što može prouzročiti prehlade i oboljenja dišnih putova. Preveliki udio vlage ili "sparina" znači da će se vlaga više kondenzirati na hladnijim površinama u prostoru, pri čemu može doći do pojave plijesni i gljivica. Na dijagramima su prikazana područja udobnosti boravka u zatvorenim prostorijama, u ovisnosti o temperaturi i relativnoj vlažnosti zraka u prostoriji.

Načini prozračivanja prostora mogu biti prirodni i prisilni.

Najčešća metoda prirodnog prozračivanja je otvaranje prozora, pri čemu možemo zračiti kratkotrajno i dugotrajno. Dugotrajno zračenje pomoću prozora je postavljanje prozora u poluotvoreni položaj "oberlicht". Takvim načinom omogućit ćemo 1 - 4 izmjene zraka u prostoru, ali po zimi će se dosta energije za grijanje prostora gubiti na takav način. Istovremeno će se pothlađivati površine u neposrednoj blizini prozora, i više će se dizati prašina zbog bržeg smanjenja relativne vlage tj. isušivanja prostora. Zbog toga je primjerenije kratkotrajno i jače prozračivanje, potpunim otvaranjem svih prozora u jednakim intervalima, npr. svakih 3-4 sata. Tim načinom cijela količina zraka će se izmijeniti za 4-8 minuta. Brzina izmjene zraka ovisi o broju otvora, njihovom položaju i otvorenosti.

Prisilno prozračivanje znači da se zrak uvodi u prostor pomoću sustava kanala i ventilatora koji ga pokreću. Kod takvih sustava preduvjet je da kuća bude dobro zabrtvljena, jer nema potrebe za izmjenom zraka kroz pukotine u prozorima, vratima, itd. Energetska učinkovitost ovakvog sustava može se znatno poboljšati ako se koriste rekuperatori topline. Princip rada je da se pomoću izmjenjivača topline prenese toplina izlaznog zraka, temperature primjerice 22ºC, na ulazni zrak znatno niže temperature, npr. 0 ºC.. Time se svježi ulazni zrak početno ugrije te je potrebno manje energije za njegovo zagrijavanje prije puštanja u unutrašnji prostor. Princip rada rekuperatora dan je na shemi.

Kod sustava prisilnog prozračivanja moguće je postaviti filtere kako bi ulazni zrak bio što čišći. Naravno te filtere treba redovito čistiti. Općenito, kod prozračivanja vrijede ovi savjeti kako bi imali što kvalitetniji zrak i što bolju energetsku učinkovitost:

  • prozračivanje omogućuje zdrave boravišne i radne prostore,
  • prirodno prozračivanje kroz pukotine nije dovoljno,
  • prirodno prozračivanje je efikasnije ako je kratkotrajno i temeljito, u jednakim intervalima,
  • energetski najučinkovitije je zračenje propuhom,
  • dugotrajno zračenje treba izbjegavati,
  • ako se duže vremena ne zadržavate u prostoriji, zatvarajte prozore,
  • centralni sustav prozračivanja omogućuje optimalne boravišne uvjete i štedi energiju, ali se mora redovito održavati,
  • centralni sustav prozračivanja moguće je kombinirati sa sustavom za hlađenje, kako bi tokom cijele godine imali ugodne uvjete za boravak.

Hlađenje prostora

Ljudsko tijelo se hladi pomoću tri procesa: konvekcijom, radijacijom i perspiracijom tj. znojenjem. Konvekcija nastupa kada se toplina odnosi od tijela preko kretanja zraka. Ako je zrak oko tijela hladniji od samog tijela, toplina tijela će se prenijeti na zrak i on će strujati prema gore. Kako taj zrak struji prema gore, novi hladniji zrak nadopunjuje njegovo mjesto i apsorbira još topline. Što se brže ovakav zrak kreće, efikasniji je proces hlađenja. Do radijacije dolazi kada se toplina prenosi između tijela i drugih objekata u prostoriji. Ako su objekti topliji od nas samih, onda će toplina ići prema nama. Pomoću ventilacije može se smanjiti temperatura krova, zidova i pokućstva, i time smanjiti njihovo isijavanje topline. Što su hladniji okolni objekti, manje topline ćemo privlačiti, a time i oslobađati više vlastite topline tijela. Ako su temperature okoline visoke ili se bavimo fizičkim naporima dolazi do perspiracije - znojenja, tj. tjelesnog mehanizma oslobađanja topline.

Tipično prisilno hlađenje u većini kućanstava i poslovnih prostora danas se vrši rashladnim uređajima, i to tzv. "split" sustavima. Takvi sustavi imaju dva dijela, jedan u prostoru koji hladimo i drugi na vanjskoj strani, najčešće pričvršćeni na fasadu. Razlikujemo ih po snazi i tipu, a mogu se koristiti i za zagrijavanje prostora. Snage uređaja su nekoliko kW, pa prema tome spadaju u velika trošila električne energije. Princip rada je identičan radu kućanskog hladnjaka, pa prema tome niža temperatura hlađenja znači veću potrošnju energije. Preporuka je postaviti temperaturu hlađenja najviše 6 - 8ºC nižu od vanjske, što je također zdravstveno bolje jer se izbjegavaju velike i nagle razlike u temperaturi pri ulasku i izlasku.

Pravilnim prozračivanjem prostorija možemo uštedjeti mnogo energije koju bi inače potrošili na rad rashladnih uređaja, koji se tada mogu koristiti samo za najtoplije dane. U toplijim klimama, prirodna ventilacija obično ne može osigurati dovoljno hlađenja, pa je stoga potrebno koristiti mehaničku ventilaciju. Efikasnost i energetska učinkovitost ovakvih uređaja je vrlo raznolika, stoga je potrebna opreznost kod kupnje, te se preporuča da se uređaji kupuju u trgovinama specijaliziranim za takvu vrstu uređaja.

Stropni ventilatori najbolje funkcioniraju kad su lopatice oko dva i pol metra iznad poda i kada su oko trideset centimetara ispod stropa. Lopatice ne bi smjele biti bliže krovu od dvadeset centimetara i zidovima od pola metra. Veći ventilatori mogu prenijeti više zraka od onih manjih. Ventilatori promjera jednog metra mogu ohladiti sobu veličine dvadeset metara kvadratnih. Višestruki ventilatori najbolje rade u sobama dužim od pet metara po dužini. Veće lopatice će pri manjoj brzini pružiti isto hlađenje kao manje lopatice pri većoj brzini. To može biti važno u prostorijama sa mnogo papira ili drugih objekata na koje može utjecati snažniji tok zraka. Ventilator za hlađenje može u većini slučajeva zamijeniti rashladni uređaj.

Kombinacija krovnih i prijenosnih ventilatora može pružiti ugodnu temperaturu u kući čak i za najtoplijih dana, s trideset do šezdeset izmjena zraka po satu u prostoriji. Princip rada malog ventilatora ugrađenog u krovnu kosinu prikazan je na slici gore.

Krovni ventilatori obično su pogonjeni fotonaponskom ćelijom pa ne trebaju dodatno napajanje, a uključuju se automatski po danu i isključuju po noći (fotografija s lijeve strane). Takav je ventilator dovoljan da izvuče višak topline iz krova, koji je najtopliji dio kuće. Uz dobru toplinsku izolaciju krova i ovakav ventilator, rashladni uređaj nije potreban.

Hlađenje vodenom parom je energetski učinkovit način hlađenja, osobito u suhim klimama. Vrući vanjski zrak ulazi u hladnu komoru i prelazi preko vodom namočenih jastučića, pri čemu voda isparava. Zrak je nekoliko stupnjeva hladniji nego onaj koji ulazi direktno u kuću, a topliji zrak izlazi van kroz prozor. Ovakav način hlađenja s istovremenim ovlaživanjem koristi se u podnebljima s niskom ljetnom relativnom vlažnosti. Uređaji koriste manje od trećine energije koju koriste rashladni uređaji, a i cijena ugradnje im je znatno niža. Za razliku od centralnih uređaja za hlađenje koji stalno recirkuliraju isti zrak, hlađenje vodenom parom stalno donosi svježi zrak u kuću.

Tipično prisilno hlađenje u većini kućanstava i poslovnih prostora danas se vrši klima uređajima, i to tzv. "split" sustavima. Takvi sustavi imaju dva dijela, jedan u prostoru koji hladimo i drugi na vanjskoj strani, najčešće pričvršćeni na fasadu. Razlikujemo ih po snazi i tipu, a mogu se koristiti i za zagrijavanje prostora. Snage uređaja su nekoliko kW, pa prema tome spadaju u velike potrošače električne energije. Princip rada je identičan radu kućanskog hladnjaka, pa niža temperatura hlađenja znači veću potrošnju energije. Preporuka je postaviti temperaturu hlađenja najviše 6 - 8ºC od vanjske, što je bolje i za zdravlje jer se izbjegavaju velike i nagle razlike u temperaturi pri ulasku i izlasku.

Jedan od načina smanjenja potrošnje energije prilikom rada klima uređaja je postavljanje vanjske jedinice na hladniju stranu objekta, što znatno olakšava rad jer je razlika u temperaturi vanjske i unutrašnje jedinice manja, tj. manje je potrebno hladiti.

Prirodna ventilacija kojom se kuće održavaju na ugodnoj temperaturi tijekom ljeta postiže se pomoću vjetra i tzv. "efekta dimnjaka". Vjetar struji kroz zgrade i kuće ovisno o njihovoj orijentaciji. Po noći, kada je vanjski zrak hladniji, topli zrak se podiže i izlazi iz kuće kroz za to predviđene otvore.

Ovisno o dizajnu kuće ili zgrade i smjeru vjetra, može se staviti ograda ili niz stabala pokraj prozora čime se stvara prepreka vjetru što ima za posljedicu slobodniju cirkulaciju zraka. Ako vjetar puše usporedno sa zidom, stvaraju se zone niskog tlaka zbog čega se zrak istiskuje iz unutrašnjosti.

"Efekt dimnjaka" se postiže kada hladni zrak ulazi u zgradu na prvom katu ili u podrumu, apsorbira toplinu u sobama, te se uzdiže i izlazi van iz zgrade kroz prozore koji se nalaze u gornjim dijelovima zgrade. Ovo stvara niži tlak zraka što za posljedicu ima da zrak ulazi kroz prozore u donjem dijelu zgrade. Koristeći prozore i vrata možemo stvoriti poprečnu ventilaciju, tako da namještajući veličinu i lokaciju otvora prozračujemo različite dijelove zgrade. Ako su otvori na zgradi ili kući postavljeni nasuprot jedno drugom, onda se prozračuju samo prostor između njih, dok ako zrak mora proći dulji put između ulaza i izlaza iz zgrade, prozračit će se mnogo veći prostor. Zbog toga je potrebno zatvoriti prozore koji skraćuju put kojeg zrak prevaljuje unutar zgrade.

Dobro je koristiti male prozore za ulazak zraka u zgradu, a veće prozore za izlazak zraka iz zgrade, jer to povećava protok zraka što pozitivno utječe na hlađenje. Najbolji je zrak iz vanjskog prostora koji je u sjeni, a može se koristiti i hladni zrak koji prolazi kroz 10 - 15 metara dugu cijev u zemlji. Ovakav princip hlađenja je vrlo efikasan, i zahtijeva ventilator male snage koji upuhuje ohlađeni zrak u prostoriju.