A légcsereráta az a szám, amikor óránként új külső levegő jut be egy helyiségbe és keveredik, kicserélődik a régi, belül lévő levegővel, a légcsereráta ennek a számszerűsített mennyisége. Miért fontos ez ? Ha a levegőcsere-ráta túl magas, akkor olyan hőmérsékletű levegőt veszít, amelynek fűtéséért vagy hűtéséért fizet. Ha az arány túl alacsony, akkor a levegő állottá és stagnálóvá válik, ami toxinok, vírusok, kórokozók és hasonlók felhalmozódásához vezethet.

A háza vagy épülete levegőcsere-arányának ismerete fontos az egészség szempontjából. Akkor is fontos tudni, amikor HVAC-berendezéseket vagy szigetelőanyagokat telepít vagy cserél, illetve új építési projektet tervez. Az „ideális” légcsere-értékeket magas és alacsony tartományban adjuk meg, mivel az érték meghatározása nem egzakt tudomány. Az arányok a szerkezet típusától, a használt légtechnikai rendszertől, a kívánt levegőminőségtől és a szerkezet hatékonyságától függően változnak.

Mi befolyásolja a levegőcsere-arányokat ?

Számos tényező befolyásolja a levegő változásának arányát, például a helyszín típusa, az hogy vannak-e káros kibocsátású területek, a személyek száma, vannak-e dohányzóhelyek, és akár hogy vannak-e vírusok a levegőben (vírusidőszak van-e).

A levegőcsere (és a szellőzés) arányait személyenként számítják ki. Azokban a helyiségekben, ahol nagy a kihasználtság, magasabb légcsereszámokra van szükség.

Ugyanez vonatkozik azokra az épületekre is, ahol dohányzóhelyiségek vannak, vagy ahol káros kibocsátások kerülhetnek a levegőbe. Ezeknél a beltéri szennyező anyagoknál fokozott szellőztetésre van szükség – egy jó HVAC-rendszer telepítésével együtt – a beltéri levegő megfelelő cseréjéhez.

Minden épületben kétféle légáramlás létezik: szabályozott és szabályozatlan.

• A nem szabályozott légáramlást természetes tényezők, például a szél vagy a felszálló hő, illetve a nem szabályozott mesterséges elemek okozzák. Egy elromlott ventilátor az egyik példa; a szellőzési szivárgás (például egy csatornából) a másik.
• A szabályozott légáramlás emberi beavatkozás eredménye, olyan gépeken keresztül, amelyeket kifejezetten a levegő elosztására terveztek és helyeztek el a szerkezetben.
• Az építkezés során a szerkezetben folyamatosan „rések” keletkeznek és töltődnek be. Az építőknek biztosítaniuk kell, hogy a szerkezet befejezésekor csak a tervezett rések maradjanak meg.

A nem tervezett rések jelenléte a légáramlás kiegyensúlyozatlanságát okozhatja. Ez azt okozhatja, hogy a levegő gyorsabban szívódik be kívülről (ez az úgynevezett visszatérő áramlás), mint ahogyan azt a HVAC-rendszerrel biztosítani lehet.

Erre valószínűleg ismer példákat az otthonából. Ha egy forró napon nyitva hagyja az ablakot, amikor a légkondicionálót működteti, a légkondicionáló nem tud lépést tartani a kívülről beáramló meleg levegővel. Ez a forró levegő lép a hideg levegő távozásával a helyére. Egy másik példa a meleg levegő – vagy télen a hideg levegő -, amely könnyebben bejuthat az együveges ablakokon vagy egy rosszul szigetelt padláson keresztül, miközben a hűtött vagy fűtött levegő elszökik.

Magában a HVAC-készülékben, például a csatornákban, csövekben vagy a főcsatorna törzsében lévő lyukak ugyanilyen problémát okozhatnak. Ezért fontos gondoskodni arról, hogy megfelelő HVAC-rendszer kerüljön telepítésre, hogy a szellőzés megfelelő legyen, és hogy minden nem tervezett rést betömjenek a légáramlás maximális szabályozása érdekében.

Hogyan kell kiszámítani a levegőcsere-arányokat ?

A levegőcsere sebességét óránkénti levegőcsereként (ACH) számítják ki. A sebesség kiszámításának képlete az óránként mozgatott levegő köbmétermennyiségének és a szerkezet térfogatának hányadosa.

Az óránkénti köbmétermennyiséget gyakran úgy számítják ki, hogy egy (ismert teljesítményű) fúvóteszt segítségével mérik a percenként mozgó köbmétermennyiséget, majd ezt az arányt megszorozzák 60-al (ez a perc). A szerkezet térfogatát úgy számítják ki, hogy megszorozzák az épület hosszát a szélességével és a magasságával. A számítás eredménye megmutatja, hogy óránként hányszor lehet egy szerkezetet kiüríteni és feltölteni levegővel.

Hogyan növelhető a levegőcsere-ráta ?

Egy szerkezet levegőcsere-ráta növelésének nem kell bonyolultnak lennie. Néha ez olyan egyszerű, mint a ventilátorok bekapcsolása, például a fürdőszobában vagy a konyhai páraelszívóban, vagy az ablakok és ajtók kinyitása, hogy friss levegő jusson be.

A ventilátorok használata, valamint az ajtók és ablakok kinyitása azonban nem jelent hosszú távú megoldást a légcsere-ráta növelésére. A beáramló külső levegő mennyiségének növelését az időjárási viszonyok és a külső levegő minősége korlátozhatja. A mechanikus HVAC-rendszeren történő beállítások elvégzése megbízhatóbb módszer, mint például a csappantyúk kinyitása.

Fontos, hogy a levegő folyamatosan cserélődjön, ahogyan azt már említettem, hogy a levegő ne stagnáljon, és a beltéri levegő egészséges maradjon. Két másik HVAC-berendezéssel is javítható a beltéri levegő minősége: a szűrőkkel és a légtisztítókkal. A fokozott szűrés a HVAC szakember által javasolt megfelelő szűrő beépítésével érhető el. A HEPA légtisztítók használata kiegészítheti a levegőcsere hatásait azáltal, hogy eltávolítja a levegőben lévő részecskéket, például a port és a vírusokat a helyiség levegőjéből.

Az óránkénti légcsere

Az óránkénti légcserék a jelenlévők számától és a helyszín típusától függően változnak, és eltérnek az olyan épületek esetében, mint az otthonok, szállodák, irodák, üzletek, iskolák, sportlétesítmények vagy éttermek.

Az ASHRAE 62.1 szabvány („Szellőztetés és elfogadható beltéri levegőminőség lakóépületekben”) szerint a lakásokban a beltéri levegő minőségének fenntartásához óránként legalább 0,35 légcserét kell biztosítani a kültéri levegőből a beltéri levegőre (tehát nagyjából 3 óra alatt a teljesen át kell szellőztetni a helységet). Az ajánlott szellőzési arányok itt is a helyiség méretén, a használaton és a helyiségben tartózkodó személyek számán alapulnak.

Más szervezetek különböző épülettípusokra vonatkozó irányelveket alkalmaznak, amely megmutatja, hogy az óránkénti légcserék száma alapján mennyi idő alatt érhető el a 99%-os hatékonyság például az egészségügyi létesítményekben. Például több mint két óra (138 perc) szükséges a 99%-os hatékonyság eléréséhez óránként két légcserével. A 99,9%-os hatékonyság eléréséhez szükséges idő még hosszabb, közel 3,5 óra (207 perc) két légcserével.

A hatékonysági szintek eléréséhez szükséges percek száma az óránkénti légcserék számának növekedésével csökken, így a például a legtöbb kórházban óránként 20-25, néha akár 30 légcserét is alkalmaznak.

Az ASHRAE-szabványt használó irodák esetében óránként 2-3, iskolák esetében 5-6, kórházak esetében pedig 6-12 szellőztetést javasol, de a szakértői vélemények eltérőek. Joseph Allen harvardi epidemiológus például 4-6 légcserét javasol óránként az iskolákban, míg Christian Kähler fizikus, a németországi Münchenben működő Szövetségi Fegyveres Erők Egyetemének munkatársa szerint hat a minimum.

Az óránkénti nagyobb légcserék előnyei és hátrányai

A szellőztetésnek az ajánlott óránkénti légcserék eléréséhez vannak előnyei és hátrányai.

Ami a COVID-19-et illeti, nincs ajánlás a kockázat csökkentésére szolgáló ideális arányokra vonatkozóan, mivel még nem ismert pontosan, hogy személyenként hány részecske terjed, illetve hogy hány részecske szükséges a fertőzéshez.

A délután háromtól hatig terjedő légcsere-ráta azonban ajánlott. A magasabb arányt ajtók és ablakok kinyitásával és szűrőrendszerek használatával lehet elérni. A légcsere gyakoriságának a világjárvány elleni küzdelem érdekében történő növelésével szemben az energiahatékonyság csökkenése az ellentételezés.

Előnyei a nagyobb légcseréknek

• A szellőztető rendszerek használatával a levegőcsere-ráta növelése segíthet a nedvességproblémák ellenőrzésében, ami segít a penész és a penészgomba megfékezésében.
• A magasabb szellőzési és szűrési arányok gyorsabban távolítják el a levegőből a részecskéket, beleértve a veszélyes részecskéket is.

Hátrányai a a nagyobb légcseréknek

A legtöbb beltéri helyiségre vonatkozó jelenlegi szellőztetési szabványokat az ASHRAE.7 szabvány határozza meg, és ezeket a szabványokat úgy tervezték, hogy a biológiai szennyeződéseket „hígítsák”, és inkább az elfogadható beltéri levegőminőség – tiszta levegő – alapvető szintjeit érjék el, mint a fertőzések elleni védekezést.

A légcsereráták növelése kompromisszumokkal jár, mint például a több helyiség levegőjének mozgatásából, valamint a nagyobb légmennyiség fűtéséből vagy hűtéséből eredő többletköltségek. Ezeket a többletköltségeket energiahatékony rendszerek és olyan „intelligens” rendszerek alkalmazásával lehetne korlátozni, amelyek akkor szállítanak levegőt, amikor a helyiség foglalt.

A szükséges szellőztetés mennyisége széles skálán mozog. A tényezők a helyiség méretétől, a személyek számától (kétszer annyi emberhez, kétszer annyi szellőztetés szükséges) és a helyiségben lévő szennyező anyagoktól függően változnak.

Passzív szellőzés

A passzív szellőzést természetes szellőzésnek is nevezik. Amint a neve is mutatja, ez a fajta szellőztetés a természetes erőket (szél, hőfeláramlás stb.) használja a levegő be és kivezetésére a belső térből.

Mint korábban említettem, az ablakok, ajtók és szellőzőnyílások kinyitásával – valamint ventilátorok és elszívónyílások használatával – a természetes, passzív szellőzést használjuk a levegőcsere mértékének növelésére.

Aktív szellőztetés

Az aktív szellőztetés a HVAC-hez hasonló rendszert használ a levegő szabályozottabb ütemű mozgatására. Más szóval, a HVAC-rendszerek segítségével következetesebben lehet elérni a kívánt óránkénti légcserék számát.

Az aktív szellőztető rendszer nagyobb szerepet játszik a nedvesség és a levegőben lévő szennyező anyagok eltávolításában is a szerkezet környezetéből. Ez mind az épületben tartózkodók egészségének (kevesebb vírus stb.), mind a komfortérzetének (hőmérséklet-szabályozás) előnyére válik.

A megfelelő szellőzés előnyei

A megfelelő szellőztetés növeli a légcsereszám teljesítményét azáltal, hogy csökkenti a légáramlás kiegyensúlyozatlanságát és biztosítja a tiszta levegő eloszlását az egész épületben. Fontos azonban megismételni, hogy a megfelelő szellőztetés nem csupán a tervezést jelenti, hanem a funkcionalitást is, amelyet a szivárgások és a nem tervezett rések akadályozhatnak.

Az ilyen szivárgások veszélyeztethetik a rendszert azáltal, hogy megszakítják a kívánt légáramlást, és a HVAC-rendszer által szolgáltatott levegőt a fűtött, hűtött vagy HVAC-légtisztító esetén a tisztított és visszavezetett téren kívülről visszatérő levegővel helyettesítik. A megfelelő szellőztetés lehetővé teszi, hogy a levegő ott keringjen, ahol szeretné, mivel a levegő csak ellenőrzött légáramlással szívódik be és távozik. Ennek biztosítása számos előnyt teremt.

Csökkenti a szennyezőanyagokat

Csökkentheti a szennyező anyagok és a levegőben lévő szennyeződések szintjét azáltal, hogy korlátozza a levegő beáramlását kívülről. Ez különösen hasznos lehet olyan területeken, ahol az ipari szennyezés miatt rossz a levegő minősége.

A legtöbb iskolában, kereskedelmi épületben és irodaépületben található HVAC-rendszerek azonban azzal a további előnnyel is rendelkeznek, hogy szűrőrendszerekkel vannak felszerelve, amelyek segítenek csökkenteni a belső szennyeződések terjedésének kockázatát. Ez lehet egy cigaretta füstje vagy egy levegőben terjedő vírus, például az influenza vagy a COVID-19.

Ezért a kereskedelmi épületekben és az egészségügyi központokban található HVAC-rendszerek nagy hatékonyságú részecskeszűrőket (HEPA) tartalmaznak, amelyek MERV-értéke 17-20, azaz a lehető legmagasabb, és az ilyen méretű részecskék 99,97%-át vagy annál többet képesek kiszűrni.

A megfelelő szellőzés lehetővé teszi a részecskék gyorsabb eltávolítását is a levegőből. Ez csökkentheti a szennyeződést, mivel egyes részecskéknek esélyük sincs arra, hogy olyan felületekre kerüljenek, mint a munkalapok, asztalok, székek és egyéb olyan területek, amelyek megkönnyíthetik a fertőzést.

Az egészségügyi előnyökön túl a megfelelő szellőztetés pénzt is megtakaríthat, mivel csökkenti a beltéri klíma szabályozásának költségeit. A légáramlás szabályozása azt jelenti, hogy a HVAC-rendszernek nem kell olyan gyakran működnie az állandó hőmérséklet fenntartásához. Ezzel nem csak az energiaszámlákon spórol, hanem magának a HVAC-rendszernek az elhasználódását is megkíméli, és potenciálisan meghosszabbítja az élettartamát.