Zhodnotenie vplyvu tepelnej straty prirodzeným vetraním z pohľadu energetickej efektívnosti

Úvod

Bolo akýmsi nepísaným pravidlom, že projektová dokumentácia pre bytový dom vypracovaná v stupni DSP, t. j. dokumentácia pre stavebné povolenie, obsahovala len malú samostatnú zložku s názvom Vzduchotechnika, ktorá v prvom rade konštatovala, že vetranie je v celom stavebnom objekte uvažované ako prirodzené, s výnimkou podtlakového vetrania hygienických miestností (kúpeľňa, WC) a podtlakového odsávania vlhkosti a výparov z varenia prostredníctvom odsávača pár (tzv. digestor) umiestneným nad sporákom v kuchyni.

Prirodzené vetranie bytov do istej doby postačovalo, i keď by bolo na mieste pochybovať, či by výpočtom spĺňalo vyhláškou požadované prietoky vzduchu pre vetranie miestností s požadovanou intenzitou výmeny vzduchu. V dnešnej dobe je ale situácia iná a príčinou je samotné vonkajšie prostredie. Hlučnosť a prašnosť sa nedá prehliadnuť najmä vo väčších mestách, ale asi najväčším úskalím je teplota vonkajšieho vzduchu, ktorá je hlavne v teplom období roka často krát neúnosná. Skutočnosť, že každé otvorenie okna síce znamená vyvetranie miestnosti, ale nikdy nie dostatočné a v pravidelných intervaloch, nikoho v minulosti netrápila. Navyše táto výmena „vydýchaného“ vzduchu za vzduch vonkajší (čerstvý) predstavuje značnú buď tepelnú stratu v chladnom ročnom období alebo nepríjemný tepelný zisk v teplom období roka. Otázka energetickej hospodárnosti bytových domov nebola aktuálna.

Přečtěte si také Skryté a tiché – právě takové jsou decentrální větrací systémy Přečíst článek

Prirodzené vetranie oknami ako príčina zvýšenia tepelných strát

Potreba tepla na vykurovanie je dôležitým hodnotiacim kritériom pri kategorizácii bytového domu do energetickej triedy. Táto hodnota sa dá vo veľkej miere ovplyvniť tepelno-technickými, najmä izolačnými parametrami obvodových konštrukcií, minimalizáciou tepelných mostov, veľkosťou zasklených plôch, ich orientáciou na svetové strany, tvarom domu atď. I keď budú mať všetky konštrukcie splnené predpísané parametre, pri zachovaní myšlienky, že vetranie bytov ponecháme na prirodzené vetranie oknami, maríme predchádzajúcu snahu výrazného zníženia tepelných strát oproti pôvodnému stavu. Otvorené okno v chladných prechodných ročných obdobiach, no najmä v zime predstavuje len veľkú tepelnú stratu. Človek si neuvedomuje, že v snahe vnútorný priestor vyvetrať, otvorením okna síce uskutoční istú výmenu znehodnoteného (tzv. vydýchaného) vnútorného vzduchu za vzduch vonkajší čerstvý, ale nikdy tak neurobí v dostatočnom množstve a už vôbec nie v pravidelných časových intervaloch. Veľa krát možno vidieť v zime veľmi veľa okien mierne pootvorených počas dlhých časových úsekov.

To, že otvorené okno predstavuje značnú tepelnú stratu, ktorú v konečnom dôsledku eliminuje navýšený tepelný výkon vykurovacích telies a tým pádom aj vyššie prevádzkové náklady na vykurovanie, ilustruje nasledujúci príklad:

Vstupné údaje

Doporučená technická norma STN EN 16798-1:2019 [1] uvádza minimálne hodnoty ako intenzity výmeny vzduchu, tak aj prietokov vonkajšieho a odpadového vzduchu, ktoré odpovedajú dostatočnému prevetraniu vnútorného priestoru bytov v obytných budovách.

Projektant vzduchotechniky častejšie pracuje s objemovým prietokom vzduchu uvádzaným v merných jednotkách [m³/h]. Prepočet tabuľky č. 1 je nasledujúci:

• pre byt bežného štandardu s požadovanou kategóriou II je doporučená minimálna hodnota intenzity výmeny vzduchu i = 0,6/h (STN EN 16798-1:2019), i = 0,5/h (Vyhláška MZ SR č. 259/2008 Z. z.),
• 3izbový byt s priemernou úžitkovou plochou A = 80 m²,
• svetlá výška bytu h = 2,6 m.

Výpočet

• objemový prietok vonkajšieho vzduchu (ODA):

kde je

O

objem miestnosti/priestoru [m³],

i

intenzita výmeny vzduchu [h⁻¹].

• potrebný tepelný výkon na ohriatie vonkajšieho vzduchu [2]:

kde je

V_e

objemový prietok vonkajšieho vzduchu [m³/s],

c

merná tepelná kapacita vzduchu [J/(kg.K)]; c = 1010 J/(kg.K),

ρ

hustota vonkajšieho vzduchu [kg/m³]; ρ = 1,2 kg/m³,

t_i

teplota vnútorného vzduchu [°C],

t_e

teplota vonkajšieho vzduchu [°C]; pre mesto Bratislava t_e = −11 °C.

• potrebný tepelný výkon na ohriatie vonkajšieho vzduchu v h-x diagrame

(Obr. 1):

kde je

V_e

objemový prietok vonkajšieho vzduchu [m³/s],

ρ

hustota vonkajšieho vzduchu [kg/m³]; ρ = 1,2 kg/m³,

h_i

entalpia vnútorného vzduchu [kJ/kgs.v.]; pre stav vzduchu t_i = 20 °C, ϕ_i = 40 %,

h_e

entalpia vonkajšieho vzduchu [kJ/kgs.v.]; pre stav vzduchu t_e = −11 °C, ϕ_e = 95 %.

• celková tepelná strata (zjednodušený spôsob výpočtu):

kde je

O

objem miestnosti/priestoru [m³],

q_T,i

merná tepelná strata bytu po zateplení (empirická hodnota) [W/m³]; q_T,i = 8–10 W/m³.

Obr. 1 Určenie hodnôt entalpie vlhkého vzduchu v Mollierovom h-x diagrame
Príklad pre vonkajší vzduch s teplotou −11 °C a relatívnou vlhkosťou 95 % a pre vnútorný vzduch s teplotou 20 °C a relatívnou vlhkosťou 40 %

Záver

Z uvedeného príkladu (napr. pre 0,5násobnú výmenu vzduchu) jednoznačne vyplýva, že tepelná strata vetraním, resp. potrebný tepelný výkon na ohrev vonkajšieho vzduchu (1090 W) predstavuje veľký podiel z tepelnej straty (1872 W), konkrétne cca 58 %. Príčinou tejto disproporcie je skutočnosť, že pri snahe znížiť energetickú náročnosť prevádzky bytových domov sa hlavná pozornosť venuje bohužiaľ len maximálnemu eliminovaniu tepelnej straty prechodom tepla cez stavebnú konštrukciu, avšak nad znížením tepelnej straty vetraním sa neuvažuje takmer vôbec.

Jedným z možných technických riešení, ktoré výrazne napomáhajú nielen riešiť problém dostatočného prevetrania vnútorného prostredia vonkajším (čerstvým) vzduchom, ale aj svojou technológiou si nevyžadujú vysoké energetické nároky na ohrev vonkajšieho vzduchu na požadovanú teplotu v interiéri, sú vzduchotechnické sústavy núteného vetrania s aplikáciou centrálnych alebo decentrálnych vetracích rekuperačných jednotiek.

Je potrebné si uvedomiť, že pokiaľ sa vetraniu vnútorných priestorov nevenuje dostatočná pozornosť v rámci projektového riešenia novostavieb, ale aj rekonštrukcie jestvujúcich bytových domov, prirodzené vetranie predstavuje práve v zložke značnej potreby tepla na ohrev vonkajšieho vzduchu len zbytočný nárast finančných nákladov na vykurovanie.

V tejto súvislosti je možné poukázať na ochotu užívateľov bytov investovať do najrozličnejších spôsobov individuálnej regulácie teploty v miestnostiach, ktorých potenciál energetických úspor sa pohybuje rádovo v jednotkách, často pod 4 %, pričom úsporný energetický potenciál spätného získavania tepla pri nútenom vetraní rádovo v desiatkach percent zostáva nevyužitý.

Poďakovanie

Táto práca bola podporovaná Ministerstvom školstva, vedy, výskumu a športu SR prostredníctvom grantu VEGA 1/0303/21, grantu VEGA 1/0304/21 a grantu KEGA 005STU-4/2021.

Literatúra

1. STN EN 16798-1:2019 Energetická hospodárnosť budov. Vetranie budov. Časť 1: Vstupné údaje o vnútornom prostredí budov na navrhovanie a hodnotenie energetickej hospodárnosti budov – kvalita vzduchu, tepelný stav prostredia, osvetlenie a akustika. Modul M1-6
2. Kurčová, M. – Koudelková, D. Vykurovanie. Bratislava: SPEKTRUM STU, 2020. ISBN 978-80-227-5002-8