Inteligentna wentylacja w szkołach i mieszkaniach na celowniku NCBR
Sezon grzewczy w pełni. A wraz z nim do atmosfery trafia ogromna ilość pyłów zawieszonych. Stan powietrza jest zły. Problem z jego jakością jest często jeszcze bardziej dotkliwy w pomieszczeniach, zwłaszcza gdy niespełniająca swej funkcji wentylacja grawitacyjna sprawia, że w naszych domach i szkołach, przede wszystkim tych wybudowanych kilkadziesiąt lat temu, jest duszno. Co więcej, stopień zanieczyszczenia powietrza nierzadko jest tam tak samo wysoki jak na zewnątrz. Termomodernizacja budynków bez efektywnych systemów wentylacji nie ma większego sensu, ponieważ wiąże się z ryzykiem, że mikroklimat wnętrza stanie się szkodliwy dla użytkowników. Wymiana powietrza w pomieszczeniach będzie utrudniona, zgromadzi się w nich wilgoć, z kolei otwieranie okien będzie skutkować utratą ciepła. Można jednak zmienić tę sytuację i zwiększyć komfort naszego codziennego życia. Narodowe Centrum Badań i Rozwoju zainicjowało przedsięwzięcie „Wentylacja dla szkół i domów”, realizowane ze środków Funduszy Europejskich w ramach Programu Inteligentny Rozwój. W jego efekcie powstaną zautomatyzowane, inteligentne systemy wentylacji mechanicznej z rekuperacją, czyli z wysokosprawnym odzyskiem ciepła oraz regulacją temperatury powietrza nawiewanego. Będą one montowane indywidualnie w poszczególnych mieszkaniach i salach lekcyjnych, tak aby można było z nich korzystać zgodnie ze swoimi potrzebami.
Cyfryzacja i automatyzacja naszego życia postępują w coraz szybszym tempie. Za pomocą aplikacji możemy otwierać lub zamykać drzwi garażowe, odsłaniać i zasłaniać okienne rolety, regulować oświetlenie. Są to udogodnienia, dzięki którym łatwiej nam się żyje i możemy zaoszczędzić wiele czasu. Narodowe Centrum Badań i Rozwoju nowoczesnymi technologiami chce walczyć o czyste powietrze w mieszkaniach i szkołach – a problem jest ogromny.
Wentylacja „szyta na miarę”
Zdecydowana większość budynków w Polsce, zwłaszcza zabudowy wielorodzinnej, wyposażona jest w system wentylacji grawitacyjnej. System ten charakteryzuje się jednak niską skutecznością wymiany powietrza, a jego funkcjonowanie wiąże się z dużymi stratami energii.
Brak wentylacji oznacza dla mieszkańców oddychanie powietrzem gorszej jakości. Zainstalowanie typowych systemów wentylacyjnych opartych na jednostkach centralnych w starych, nieprzystosowanych do tego budynkach byłoby bardzo drogie, a często wręcz niemożliwe. Dlatego NCBR proponuje kompleksowe rozwiązanie problemu dzięki przedsięwzięciu „Wentylacja dla szkół i domów”, finansowanemu z Funduszy Europejskich. Jego celem, w odpowiedzi na postawiony problem badawczy, jest opracowanie innowacyjnych, efektywnych ekonomicznie technologii wentylacji mechanicznej z regulacją temperatury powietrza nawiewanego, przeznaczonych dla istniejących już budynków mieszkalnych oraz szkół, szczególnie tych budowanych w latach 60.-90. ubiegłego stulecia. Warto wziąć pod uwagę, że takie systemy skracają okres zwrotu z inwestycji w proces termomodernizacji.
Technologie, nad którymi w dwóch równoległych działaniach rozpoczęli już pracę wykonawcy wyłonieni w przedsięwzięciu NCBR „Wentylacja dla szkół i domów”, będą gwarantować czyste, zdrowe powietrze poprzez obniżanie poziomu stężenia CO2 (do poziomu poniżej 1000 ppm) oraz zanieczyszczeń mikrobiologicznych, a także filtrację zanieczyszczeń pyłowych PM2.5 i PM10. Ich innowacyjność polega m.in. na tym, że jednostki wentylacyjne będą instalowane w sposób rozproszony, w postaci niezależnych systemów w każdym mieszkaniu czy w każdej klasie szkolnej. Kolejne atuty tych rozwiązań to zapewnienie odpowiedniej wilgotności, zmniejszenie zapotrzebowania na energię wykorzystywaną do ogrzewania i chłodzenia pomieszczeń oraz prostota instalacji (np. montowanie urządzeń w poszczególnych klasach lekcyjnych nie zdestabilizuje pracy całej szkoły). Dodatkowo w przypadku szkół system będzie miał funkcję ogrzewania i chłodzenia.
Systemy będą sterowane za pomocą aplikacji, które pozwolą w dowolnym momencie na dostosowywanie działania urządzeń do naszych potrzeb. W wyniku realizacji projektu i wdrożenia jego wyników NCBR spodziewa się wzrostu świadomości użytkowników na temat utrzymywania wysokiej jakości środowiska wewnętrznego budynków, m.in. poprzez dostęp do mierzonych parametrów w aplikacji na smartfony.
– W naszej ocenie systemy wentylacji mechanicznej sal lekcyjnych oraz lokali mieszkalnych to jeden z obszarów, w którym zbiegają się istotne potrzeby technologiczne, społeczne i klimatyczne, a także potencjał badawczo-rozwojowy oraz komercyjny. Stawiamy na kompleksowe rozwiązanie problemu poprzez stworzenie urządzeń do wentylacji oraz systemów, za pośrednictwem których będą one sterowane – mówi dr inż. Wojciech Kamieniecki, dyrektor Narodowego Centrum Badań i Rozwoju. – Dzięki opracowaniu technologii innowacyjnego, kompaktowego urządzenia wentylacyjnego z wysokosprawnym odzyskiem ciepła, chłodu i wilgoci z powietrza usuwanego z pomieszczeń, a przy tym wyposażonego w czujniki jakości i system automatyki, chcemy poprawić jakość powietrza w polskich domach i szkołach, ułatwiając zarazem osiągnięcie celów wyrażonych w strategii Europejskiego Zielonego Ładu. Takie urządzenia powinny się znajdować w każdej klasie i każdym mieszkaniu, które tego wymaga, dając jednocześnie sposobność do rozwoju w naszym kraju gałęzi przemysłu o istotnym znaczeniu społecznym – dodaje.
Niebezpieczne pyły. Czas na systemy nowej generacji
Złej jakości powietrze w szkołach i mieszkaniach ma wpływ na nasze samopoczucie. Jak pokazują badania, w przypadku stężenia CO2 w zakresie 1000-1500 ppm (cząsteczek zanieczyszczenia przypadających na milion innych cząstek powietrza) obserwowane są takie efekty, jak: osłabienie koncentracji, senność, bóle głowy czy mdłości, przekładające się np. na pogorszenie wyników w nauce. Powyżej stężenia 2500 ppm CO2 następują zaś zmiany w oddechu i zagrożenie dla zdrowia.
Dużym problemem są pyły zawieszone PM2.5 oraz PM10, czyli pyły, których średnica nie przekracza odpowiednio 2.5 mikrometra oraz 10 mikrometrów. Pył PM2.5 uznaje się za szczególnie groźny dla zdrowia człowieka, ponieważ jest tak drobny, że może przedostać się bezpośrednio do krwiobiegu, odpowiadając m.in. za nasilenie objawów chorób układu krwionośnego i oddechowego. Z kolei PM10 przede wszystkim wpływa negatywnie na układ oddechowy, powodując m.in. ataki kaszlu, świszczący oddech, pogorszenie stanu zdrowia osób z astmą czy ostre, gwałtowne zapalenie oskrzeli.
Jakość powietrza w polskich szkołach i domach pozostawia wiele do życzenia. Poziom stężenia CO2 w salach szkolnych nierzadko przekracza 2000, a nawet 3000 ppm. Także zanieczyszczenia mikrobiologiczne, stężenia cząsteczek pyłu PM2.5 i PM10 (źródła zanieczyszczeń pyłowych to najczęściej produkty procesów spalania) oraz ilość bakterii i grzybów stanowią poważny problem. Szczególnym zagrożeniem są przenoszone drogą kropelkową bakterie i wirusy. Dodatkowo, według ekspertów, szkoły oraz otoczenie domowe są potencjalnymi ogniskami chorób zakaźnych układu oddechowego, takich jak COVID-19, a właściwa wentylacja pomieszczeń i filtrowanie powietrza jest jednym ze środków zaradczych przeciwdziałających powstawaniu takich ognisk. Stąd zmiany na rzecz odpowiednich standardów zdrowotnych i środowiskowych, w tym zapewnienia wysokiej jakości powietrza w pomieszczeniach, w których na co dzień przebywają ludzie, są nieodzowne.
Nowe technologie, potrzeby klimatyczne i Green Deal
Budynki mieszkalne i szkoły mają istotny udział w zapotrzebowaniu na energię (około 40% w skali kraju). Realizacja projektu NCBR może przyspieszyć proces znaczącego obniżania ich energochłonności, wpisując się tym samym w priorytety strategii Europejskiego Zielonego Ładu.
W przedsięwzięciu „Wentylacja dla szkół i domów” powstaną demonstratory wentylacji mechanicznej w koncepcji systemów rozproszonych, z odzyskiem ciepła w salach lekcyjnych oraz w mieszkaniach. Będzie to indywidualny system dedykowany dla pojedynczego pomieszczenia, uwzględniający integrację procesu ogrzewania oraz wentylacji pomieszczeń poprzez system automatyki, który sterować będzie bezprzewodowymi siłownikami zaworów grzejnikowych. Pozwoli to uniknąć przegrzewania pomieszczeń w okresie zimy.
Najlepsze spośród prototypowych rozwiązań, nad którymi pracują wykonawcy w pierwszym etapie przedsięwzięcia, zostaną następnie zamontowane w konkretnych termomodernizowanych szkołach i mieszkaniach. Wyniki projektu będą znane w 2023 roku.
Działanie technologii wentylacji zostanie wsparte systemami jej centralnego zarządzania i nadzoru: dla szkół oraz dla firm serwisowych. Efekty przedsięwzięcia pozwolą na racjonalne gospodarowanie procesem ogrzewania, a tym samym na systematyczne odchodzenie od spalania paliw kopalnych w ciepłownictwie, zakładane w strategii Europejskiego Zielonego Ładu. Wpisuje się to zarazem w plan termomodernizacji budynków wielorodzinnych, czyli unijną strategię na rzecz „fali renowacji” (ang. ‘renovation wave’), której cele to m.in. zwalczanie ubóstwa energetycznego, renowacja budynków użyteczności publicznej oraz dekarbonizacja ogrzewania i chłodzenia. Warto dodać, że termomodernizacja budynków bez efektywnych systemów wentylacji nie ma większego sensu, ponieważ użytkownicy i tak w zimie będą otwierać okna, co będzie się wiązało z utratą energii. Energia będzie też cały czas uciekać przez istniejącą wentylację grawitacyjną.
Przedsięwzięcie „Wentylacja dla szkół i domów” jest tylko jednym z projektów NCBR zgodnych ze strategią Green Deal. W ramach tej transformacji opracowane zostaną również: budynki efektywnie energetycznie i procesowo, nowoczesne oczyszczalnie ścieków, innowacyjne biogazownie, magazyny energii elektrycznej oraz ciepła i chłodu, technologie domowej retencji, ciepłownia przyszłości, czyli system energetyczny z OZE oraz elektrociepłownia w lokalnym systemie energetycznym. Projekty, nad którymi pracuje już NCBR, to szansa dla Polski na czystsze środowisko, zdrowsze społeczeństwo i nowoczesną, konkurencyjną gospodarkę.
Szczegółowe informacje oraz dokumentacja przedsięwzięcia „Wentylacja dla szkół i domów” znajdują się na stronie internetowej Narodowego Centrum Badań i Rozwoju.
(Biuro prasowe NCBR)
