W poniższym artykule opisuję stary, prosty i zdecydowanie odchodzący już w zapomnienie system wentylacji pomieszczeń mieszkalnych, który w okresie zimowym był integralną częścią ogrzewania budynku za pośrednictwem pieca lub pieców akumulacyjnych.
Choć daleko mi do miana specjalisty z zakresu historii budownictwa albo historii wentylacji, w swojej karierze zduńskiej miałem możliwość dość uważnie przyjrzeć się kilkunastu starym, przedwojennym budynkom jednorodzinnym z różnych rejonów Polski.
Robiąc przeglądy tych budynków pod kątem możliwości budowy pieców akumulacyjnych, zauważyłem że w wielu z nich albo nie było wcale, albo był tylko jeden kanał wentylacyjny z jednym tylko wlotem umieszczonym pod sufitem w kuchni. Wlot ten był najczęściej wyposażony w regulowaną zasuwę z możliwością szczelnego zamknięcia. Najprawdopodobniej był otwierany tylko wtedy, gdy w kuchni robiło się nazbyt parno przy okazji intensywnego gotowania. Liczba wszystkich pozostałych kanałów kominowych odpowiadała dokładnie ilości pieców, które funkcjonują lub pierwotnie funkcjonowały w tych budynkach. Były to kanały dymowe.
Każdy z tych domów był wyposażony w trzon kuchenny oraz jeden lub dwa piece akumulacyjne. W przypadku układu z dwoma piecami akumulacyjnymi trzon kuchenny znajdował się w środkowej części domu a piece akumulacyjne odpowiednio w prawym oraz w lewym skrzydle.
Jak zatem odbywała się wentylacja pomieszczeń mieszkalnych, skoro w budynkach nie było znanych nam dzisiaj kanałów i wlotów wentylacyjnych? Odpowiedź jest prosta. Latem oraz w cieplejsze jesienne i wiosenne dni mieszkańcy najzwyczajniej otwierali bądź uchylali okna i drzwi, robiąc mniejsze lub większe przeciągi. W okresie zimowym natomiast silnikiem napędowym wentylacji stawały się paleniska piecowe, które sprawnie wchłaniały znaczne ilości powietrza, wymuszając tym samym napływ świeżego powietrza z zewnątrz. Przyjrzyjmy się teraz mechanice tych przepływów powietrza.
Tlen, jak wiemy, jest niezbędnym składnikiem w reakcjach spalania z udziałem wszelkich paliw. Powietrze zaś jest wszechobecnym źródłem tlenu (blisko 21% objętości powietrza stanowi tlen). Aby spalić jeden kilogram drewna potrzebne jest od 7 do 9 m3 powietrza (w zależności od rodzaju drewna, stopnia jego wilgotności i rozdrobnienia). Przykładowo, w ciągu jednej godziny w średniej wielkości piecu akumulacyjnym może ulec spaleniu od 6 do 10 kg drewna. Palenisko takiego pieca pochłania zatem od 42 do 90 m3 powietrza na godzinę. Oznacza to, że w ciągu jednej godziny pracy paleniska wymianie musi ulec taka ilość powietrza, które wypełnić może pomieszczenie o powierzchni od 16 do 23 m2 (przy założeniu że wysokość pomieszczenia wynosi 260cm). Jeżeli palenisko pieca akumulacyjnego pracuje od 2 do 3 godzin w cyklu dobowym, oznacza to, że w ciągu samej tylko pracy paleniska piec pochłania taką ilość powietrza, która wypełnić może pomieszczenie o wielkości od 32 do 69 m2.
Powietrze zawsze dąży do wyrównywania różnicy ciśnień. Skoro palenisko pieca pochłania powietrze z wnętrza mieszkania, które następnie w postaci gazów spalinowych wylatuje przez komin do atmosfery, oznacza to, że równolegle do mieszkania musi następować napływ powietrza z zewnątrz. Prześledźmy teraz możliwe drogi tego napływu.
Zgodnie z prawem Bernouliego powietrze płynie zawsze taką drogą, której towarzyszy najmniejszy opór. Jeśli okna będą nieszczelne lub uchylone, powietrze będzie napływało właśnie przez szczeliny w oknach. Nie jest to jednak najlepsze rozwiązanie dla komfortu cieplnego, ponieważ zimą, takie powietrze prosto z podwórka jest zwyczajnie zimne. Przy oknach czuć będzie mniej lub bardziej wyraźny powiew chłodu opadającego w kierunku podłogi (zimne powietrze jest gęstsze i cięższe, dlatego opada w dół).
Istnieje jednak pewien prosty sposób, aby znacząco ogrzać napływające z zewnątrz powietrze. Wystarczy w tym celu porządnie uszczelnić wszystkie okiennice i drzwi. I tak właśnie robiono. Nie tylko uszczelniano całoroczne skrzydła okien ale specjalnie na zimę wkładano do okiennic dodatkowe, tak zwane “skrzydła zimowe”. Drewniane okiennice były ponadto dokładnie malowane farbą olejną, co poza walorami estetycznymi również znacząco blokowało efekt “oddychania” okiennic. Rozszczelnienie okien oraz demontaż skrzydeł zimowych następował dopiero po zakończeniu sezonu grzewczego.
Jeśli okna i drzwi były dobrze uszczelnione a ściany zewnętrzne “oddychające” (np. ceglane, drewniane, gliniane), wówczas powietrze było najzwyczajniej zmuszone do tego, aby napływać całymi powierzchniami zewnętrznych przegród, czyli przez ściany, strop i czasami również poprzez podłogę (jeśli była to podłoga z desek posadowionych na drewnianych powałach).
Ponieważ piece akumulacyjne były użytkowane codziennie, wewnętrzna strona ścian domu była w sposób ciągły ogrzewana promieniowaniem pieca oraz konwekcją. Ciepło przenikało ściany. Chłodne powietrze powoli przeciskając się przez ściany zewnętrzne i strop było delikatnie i stopniowo nagrzewane. Można zatem powiedzieć że piec akumulacyjny w połączeniu z oddychającymi ścianami zewnętrznymi domu oraz uszczelnionymi oknami tworzył efekt wentylacji z odzyskiem ciepła.
Jako że powietrze z wnętrza mieszkania było zasysane przez palenisko, uczestniczyło ono w reakcji spalania i tworzeniu energii cieplnej, która nagrzewała nie tylko mieszkanie ale również świeże powietrze napływające poprzez ściany. Zdecydowanie jest to zatem wentylacja z odzyskiem ciepła i to bez żadnej specjalistycznej mechaniki.
Wpływ rodzaju pieca akumulacyjnego na działanie wentylacji
Przyjrzyjmy się teraz możliwościom regulacji tego systemu wentylacji poprzez specyfikę pracy i użytkowania pieca akumulacyjnego.
Piece akumulacyjne charakteryzowały się (i nadal charakteryzują) pracą w dwóch naprzemiennych cyklach. Praca pieca w cyklu pierwszym polegała na ładowaniu masy akumulacyjnej pieca ciepłem poprzez spalanie opału w palenisku. Praca pieca w drugim cyklu polegała na powolnym rozładowywaniu zmagazynowanej energii cieplnej i przekazywaniu jej do pomieszczenia mieszkalnego.
W przedziale dobowym cykl palenia trwał przeciętnie od 2 do 4 godzin. Pozostałe 20 do 22 godzin stanowił cykl rozładowania ciepła zgromadzonego w masie akumulacyjnej pieca.
W regularnie pracującym piecu akumulacyjnym, po 60-120 minutach prawidłowego palenia (w zależności od grubości ścian i ciężaru pieca), ściany akumulacyjne były już w pełni naładowane ciepłem, a zatem dalsze spalanie paliwa nie przekładało się bezpośrednio na efekt ładowania masy akumulacyjnej energią, gdyż masa ta nie była już w stanie więcej ciepła przyjąć. Dłuższe palenie w piecu było zatem równoznaczne z marnowaniem paliwa lub wyrzucaniem energii cieplnej przez komin.
Gdy zatem piec był już porządnie nagrzany, a ogień w palenisku samoczynnie dogasał, wówczas szczelnie zamykano wszystkie wloty powietrza do paleniska. Rozpoczynał się wtedy drugi, znacznie dłuższy cykl pracy pieca, polegający na biernym przekazywaniu ciepła z masy akumulacyjnej do ogrzewanych pomieszczeń. Faza ta trwała przez kolejne 8, 12, 16, lub 22 godziny, w zależności od zdolności akumulacyjnej pieca oraz potrzeb grzewczych domu w konkretnym dniu sezonu grzewczego.
Wejście pieca akumulacyjnego w drugi cykl pracy mogło mieć różne skutki dla opisywanego systemu wentylacji, w zależności od rodzaju i konstrukcji pieca.
Niektóre konstrukcje pieców wchodząc w drugi cykl swojej pracy, umożliwiały dalsze działanie wentylacji a inne znacznie redukowały intensywność jej działania.
Choć w pierwszej połowie XX wieku istniało wiele rodzajów konstrukcji pieców akumulacyjnych i ich palenisk, z punktu widzenia efektywności grzewczej oraz drożność wentylacji w drugim cyklu pracy pieca kluczowe znaczenie miało to czy konstrukcja pieca była szczelna, czyli wyposażona w pancerz, czy też była pozbawiona tego pancerza, czyli oddychająca. Wszystkie inne różnice projektowe i konstrukcyjne między piecami (piece kanałowe, komorowe, kaflowe, ceglane, z takim bądź innym paleniskiem) nie miały istotnego wpływu ani na emisję ciepła przez masę akumulacyjną pieca ani na działanie wentylacji. W dalszym opisie skupimy się zatem tylko na konstrukcyjnym elemencie opancerzenia pieca bądź jego braku.
Po wygaszeniu paleniska i szczelnym zamknięciu wlotów powietrza, ceglany komin wciąż jest nagrzany i nadal generuje podciśnienie, popularnie zwane ciągiem. Jeżeli piec jest oddychający, komin będzie wymuszał przepływ powietrza przez całą powierzchnię ścian pieca z wnętrza mieszkania do wnętrza pieca i do komina. Jest to równoznaczne z kontynuacją wentylacji ale również pociąga za sobą wychładzanie masy akumulacyjnej pieca i wysyłanie energii cieplnej przez komin do atmosfery.
Jeżeli piec był opancerzony czyli szczelny (pancerze mogły być wykonane z blachy stalowej lub naniesione na powierzchnię ścian pieca w postaci farby olejnej) wówczas ściany pieca nie przepuszczały powietrza, nie uczestniczyły w procesie wentylacji i nie ulegały wychłodzeniu. Masa akumulacyjna pieca oddawała całe zmagazynowane ciepło tylko do pomieszczeń mieszkalnych. Taki piec był zdecydowanie bardziej efektywny energetycznie. Według obliczeń inżynierów potrafił on pozostawić w mieszkaniu około 20% energii cieplnej która w przypadku pieca oddychającego, o takich samych parametrach, zostałaby wysłana za pośrednictwem wentylacji przez komin do atmosfery.
Użycie pieca opancerzonego nie oznaczało jednak że wentylacja w domu przestawała działać w drugiej fazie pracy pieca. Ona działała dalej. Pamiętajmy że w kominie cały czas jest podciśnienie, a cegły z których zbudowany jest komin także oddychają. Powietrze przeciska się zatem do komina bezpośrednio przez całą powierzchnię jego oddychających ścian. Aby tego rodzaju wentylacja została całkowicie zamknięta oprócz opancerzonego pieca należałoby również opancerzyć kanał kominowy na całej wysokości w części mieszkalnej. W pierwszej połowie XX wieku tego się jednak nie praktykowało.
Rozważania końcowe
Przenieśmy się teraz do obecnych czasów i zastanówmy chwilę nie tylko nad możliwością zastosowania takiego podwójnego systemu ogrzewania i wentylacji ale również nad możliwością jego usprawnienia, przy wykorzystaniu współczesnych materiałów.
Oddychające ściany domu nie są żadnym problem. Możemy wykonać je w dowolnej, zarówno starej jak i współczesnej technologi. Porządna izolacja także może być oddychająca. Szczelne okna to standard. Szczelny, “opancerzony”, stalowy komin też jest w zasięgu ręki i łatwo się go montuje. Pozostaje tylko zadaszyć dom i zbudować piec akumulacyjny. On również powinien być opancerzony, ale nie całkowicie. Niech to będzie piec w konstrukcji komorowej, opancerzony od ⅕ wysokości do samej góry. Ponieważ połączenie pieca komorowego z kominem znajduje się na samym dole, niech ta ⅕ wysokości pieca oddycha i niech uczestnicy w wentylacji. Niech pozostała wysokość pieca będzie chroniona pancerzem przed wentylacją i studzeniem. Gorące i unoszące się do góry powietrze zostanie unieruchomione i zamknięte wewnątrz szczelnej komory, niczym podgrzane powietrze w balonie lotniczym.
Leave a Reply