Větrací systémy s rekuperací tepla pro bytovou výstavbu - teorie, návrh a použití (I)
Popsán je vliv větrání na relativní vlhkost v interiéru a koncentraci CO2, včetně vlivu vzduchotěsnosti stavebních konstrukcí po teoretické stránce. A to se zaměřením na centrální systémy nuceného větrání s rekuperací tepla pro nízkoenergetické až pasivní rodinné a bytové domy.
V posledních letech se styl výstavby zásadně posunul směrem k úsporám provozních energií. Stavební firmy i projektanti si osvojili používání a navrhování skladeb dokonalejších tepelných izolací. Výrobci oken na trh dodávají kvalitní výplně otvorů - jak po stránce tepelného odporu, tak i po stránce dokonalé vzduchotěsnosti. A právě díky těmto změnám v koncepci výstavby je nutné vše řešit komplexně - i výměnu vzduchu - větrání. Na toto téma bylo zveřejněno mnoho příspěvků, které podrobně vysvětlují, jak se větralo v objektech např. z 19. století, kde se topilo v každé místnosti v kamnech. Větrání bylo zajištěno odvodem vzduchu při hoření, který odcházel komínem (společně i s částí prachu). Náhradou byl nasáván vzduch netěsnostmi v konstrukcích (popř. netěsnými okny). Na kamnech byl obvykle hrnec s vodou, odpar zvlhčoval vzduch.
Současné domy, které jsou realizovány podle posledních zkušeností vědy a stavební techniky, jsou výrazně odlišné. Objekty jsou vytápěny uzavřeným systémem bez nutnosti nasávání vzduchu na hoření z interiéru. Domy jsou velmi těsné, takže je na minimální míru potlačena neřízená infiltrace - přívod vzduchu štěrbinami v napojení konstrukcí. Každá domácnost ale produkuje vlhkost - odparem z květin, vařením, koupáním atd. Pokud není vyřešen odvod této vlhkosti, následkem může být i vznik plísní a degradace stavební konstrukce (hniloba). Jediným řešením na snížení relativní vlhkosti je větrání, které zároveň odvětrá i další škodliviny z interiéru (CO2, formaldehyd atd.) a zajistí přívod čerstvého vzduchu do bytu. V těsných objektech ale není možné spoléhat pouze na otevírání oken - znamenalo by to např., že v zimním období v noci by bylo nutné vstávat cca každou 1,5 hodinu a dokonale provětrat celou místnost. Realizovaná odvětrání WC a kuchyní (digestoře) také nemají velkou funkci - při zapnutí sice vzduch odsávají, ale po určité době v bytě vytvoří podtlak, protože objekt je těsný a není vytvořena cesta, kudy by se do domu nasával vzduch. Ventilátorky pak běží naprázdno, nebo jen s minimálním výkonem odsávání. Nárazovým větráním okny kromě možnosti vzniku "průvanu", diskomfortu a prochlazování konstrukcí ztrácíme i teplo, které vyvětráme. Jedno z možných řešení, u moderních vzduchotěsných objektů nezbytné, je použití nuceného větracího systému, nejlépe s rekuperací (znovuzískáváním energie z) odpadního tepla.
V ČR se v současné době mimo dalších používají dva základní systémy centrálního větrání, které využívají stejného principu odsávání, jeden z nich ale umožňuje využití i dalších funkcí. Jedná se o:
- centrální rovnotlaký větrací systém s rekuperací odpadního tepla
- teplovzdušné cirkulační vytápění s nárazovým větráním vč. rekuperace odpadního tepla
Vzhledem k tomu, že je rozšířeno mnoho názorů, mýtů a teorií, zmíníme v následujících odstavcích požadavky a vzájemné odlišnosti těchto systémů, včetně vazby na mikroklima objektu, a budou rozebrány některé přejímané informace.
1. Centrální rovnotlaký větrací systém s rekuperací odpadního tepla
Funkční schéma rovnotlakého větracího systému je na obr. č. 1. Centrální VZT jednotka odsává odpadní vzduch z koupelen, WC a kuchyně. Ten je přiváděn do VZT jednotky, kde proudí přes rekuperační výměník a následně je odveden ven z objektu. Místo něj je z venkovního prostředí přiváděn čerstvý vzduch. Po průchodu rekuperačním výměníkem (kde je předehřát vzduchem odpadním) je případně dohříván na ohřívači v jednotce a přiveden do pobytových místností (ložnice, obývacího nebo dětského pokoje). Po objektu (bytě) je proudění vzduchu zajištěno např. díky mezerám pod dveřními křídly (7-9 mm). Způsob temperování objektu vybaveného tímto systémem je podrobně popsán v druhém dílu článku.
Obr. 1 - schéma rovnotlakého větracího systému
| LEGENDA: e2 - přívod větracího vzduchu do obytných místností i1 - odsávání vzduchu z koupelen a WC (odpadní vzduch) i2 - výfuk - odvod odpadního vzduchu z objektu e1 - sání venkovního vzduchu - přívod čerstvého vzduchu do objektu |
2. Teplovzdušné cirkulační vytápění s nárazovým větráním vč. rekuperace odpadního tepla
Na obr. č. 2 je funkční schéma rovnotlakého větrání, které je doplněno o vnitřní cirkulační vytápěcí okruh. Princip větrání je shodný jako v bodě č. 1. Díky cirkulační větvi je možno zajistit mnoho dalších požadavků, které první systém neumí. Bude popsáno v dalších odstavcích.
Obr. 2 - schéma teplovzdušného cirkulačního vytápění s nárazovým větráním vč. rekuperace odpadního tepla
| LEGENDA: c2 - přívod topného a větracího vzduchu do obytných místností i1 - odsávání vzduchu z koupelen a WC (odpadní vzduch) i2 - výfuk - odvod odpadního vzduchu z objektu e1 - sání venkovního vzduchu - přívod čerstvého vzduchu do objektu c1 - okruh vnitřní cirkulace vzduchu v objektu |
Temperování objektů, základní požadavky na mikroklima, relativní vlhkost interiéru
Díky zlepšujícím se stavebním konstrukcím klesá požadavek na výkon otopných soustav. Vzduchotěsnost objektů vyžaduje větrací systém. Proč pořizovat dva paralelní systémy, když je možné zajistit vše jedním? Hlavně v zahraničí, ale už i u nás, jsou realizovány domy, kde je použito toto řešení.
Kvalitu vnitřního prostředí můžeme definovat mnoha způsoby. Pro účely tohoto článku zvolíme jako hlavní ukazatele koncentraci oxidu uhličitého (CO2) a relativní vlhkost.
Obsah CO2 - každá osoba při dýchání kromě vodní páry produkuje CO2. Čím je vyšší tělesná zátěž, tím je vyšší produkce. Kvalita vnitřního vzduchu je rozdělena do několika kvantitativních tříd. Ty udají přípustné množství obsahu CO2 v interiéru. Pro byty se volí hodnota 1200 ppm (0,12 %) CO2. Na následujících grafech (obr. č. 3, 4 a 5) je vidět vliv kubatury uzavřeného prostoru (kapacity zásoby vzduchu) a počtu osob (jejich produkce). Výchozí stav - dokonale vyvětráno, koncentrace CO2 shodná jako ve venkovním prostředí.
Obr. 3 - produkce CO2 v běžném obývacím pokoji - při dvou
osobách dosaženo hranice koncentrace CO2 0,12 % za 1,5 hod.
Obr. 4 - produkce CO2 v bytě - 200 m3 propojených do jednoho prostoru - při dvou
osobách dosaženo hranice koncentrace CO2 0,12 % za 6,18 hod.
Obr. 5 - produkce CO2 v domě - 500 m3 propojených do jednoho prostoru - při dvou osobách
není dosaženo hranice koncentrace CO2 0,12 % díky minimální infiltraci, otevírání vchodových dveří atd.
Relativní vlhkost - tou se budeme zabývat nejvíce. V následující tabulce jsou základní definice týkající se vlhkosti, které budou dále zmiňovány.
| Název | Zkratka, jednotka | Definice |
| Měrná vlhkost | x (g/kg s.v.) | Hmotnost vodní páry v 1 kg suchého vzduchu |
| Relativní vlhkost | rh (%) | Stupeň nasycení vzduchu vodní parou (0-100 % při dané teplotě vzduchu. Pro interiéry v zimním období se doporučuje 40-50 %) |
Na relativní vlhkost v interiéru má největší vliv větrání a také teplota. Rozšířeným mýtem je tvrzení, že nízká relativní vlhkost (30 % a méně) a problémy suchých sliznic obyvatel v panelových domech jsou způsobené tím, že beton veškerou vlhkost absorbuje. Nízká relativní vlhkost je ale způsobena extrémním větráním. V těchto domech je použita otopná soustava s otopnými tělesy s teplotním spádem otopné vody 90-70 °C. Střední teplota otopných těles v zimním období je tedy kolem 70 °C, aby bylo možné vytvořit vnitřní tepelnou clonu a ohřát vzduch, který vniká do bytů netěsnými rámy oken (často i při zavření těchto oken je vidět ven mezerou mezi rámem a křídlem).
Při větrání nahrazujeme vnitřní vzduch vzduchem venkovním. Intenzita větrání se udává v jednotce h-1. Tato hodnota udává, jaké množství je přivedeno v porovnání s obestavěným prostorem. Je-li např. vnitřní obestavěný prostor domu 300 m3 a větráme výkonem 100 m3/h, pak je intenzita větrání n = (100/300 =) 0,3 h-1. Jako modelový případ můžeme vzít tento objekt (kubatura 300 m3), "startovní" relativní vlhkost interiéru rh = 50 %. Při venkovní teplotě -5 °C a relativní vlhkosti venkovního vzduchu 70 % je měrná vlhkost x = 1,8 g/kg s.v. Když ale tento vzduch ohřejeme na pokojovou teplotu 20 °C, bude při stejné měrné vlhkosti relativní vlhkost rh = cca 8 %. Pokud tedy budeme odvádět z prostoru modelového objektu vlhký vzduch o relativní vlhkosti rh = 50 % a nahrazovat ho venkovním ("suchým") dle předešlých dat (rh = cca 8 %), pak při výkonu větrání 100 m3/h (n = 0,3 h-1) a bez produkce vlhkosti v interiéru poklesne za 1 h relativní vlhkost na 45 %. Za další hodinu pak na cca 40-41 %. Ve vzduchově netěsných panelových domech je ale intenzita výměny pouhou infiltrací výrazně vyšší - i 1,5-2 h-1. Pak i produkce interiérové vlhkosti nestačí na "zvlhčení" přiváděného vzduchu. Stejný vliv ale může mít nesprávně navržené popř. chybně nastavené a používané VZT zařízení. Při výběru VZT zařízení je nutné vzít v úvahu vlastnosti jednotlivých centrálních systémů.