Bytové větrání trochu jinak

Rovnotlaké nucené větrání je porovnáváno s podtlakovými systémy a to zejména v zastaralém pojetí "děravých" oken a hlučných nevýkonných ventilátorů v hygienických místnostech. I v této koncepci však byl učiněn pokrok a přívod vzduchu již není řešen netěsnými spárami, ale speciálními prvky k tomu určenými, vybavenými filtrem a tlumičem hluku, který lze situovat vhodně vzhledem k umístění otopného tělesa tak, aby přiváděný chladný vzduch nezpůsoboval průvan. Průtok vzduchu není živelný, ale je řízen na základě objektivní potřeby, která je detekovatelná např. jako zvýšená vlhkost, kterou zaznamená čidlo odvodního ventilátoru a zvýší jeho otáčky a tím vzduchový výkon. Z hlediska spotřeby energie je zajímavé zjistit, kdy se vyplatí investovat do "velké vzduchotechniky", zajišťující rekuperaci tepla z odváděného vzduchu. Dříve jak za 10 let to při běžné domácnosti (z hlediska počtu osob, době provozu apod.) jistě nebude. Takže zatracovat podtlakové systémy jako něco méněcenného není na místě. Jistě, je to méně komfortu, méně úspor, ale také mnohem méně peněz nutných k pořízení celého zařízení. V těch jiných, dalších možnostech větrání bytů je možná více potenciálu, než se na první pohled zdá.
Stávající koncepční varianty větrání obytného prostředí můžeme tedy shrnout následovně:

• Přirozené větrání infiltrací příčné v důsledku nízké vzduchotěsnosti obálky budovy. Průtok vzduchu závisí na vnějších klimatických podmínkách a nikoli potřebách interiéru. Dnes vyráběná okna jsou však natolik těsná, že bez dalších úprav tento systém nemůže fungovat. Jistým vylepšením je
• Podtlakové větrání s odvodními ventilátory. Zde je snaha větrat na základě potřeby obyvatel, nikoli počasí. Ventilátory však pro svůj provoz potřebují přisávat vzduch z venkovního prostředí, což s moderními okny bez úpravy rovněž nelze. Ventilátory bývaly dříve výrazným zdrojem hluku, přestože dosahovaly minimálního vzduchového výkonu. Tento problém je u moderních radiálních ventilátorů s vestavěným filtrem na sání vzduchu z velké části odstraněn.
• Podtlakové větrání s prvky pro přívod vzduchu řeší problém s nedostatečnou průvzdušností budovy přívodními prvky, zabudovanými v obvodových zdech budovy. Do každé obytné místnosti je vzduch přiváděn přes tento prvek. Systém je popsán výše, jeho citlivým místem je "bezprůvanová" distribuce vzduchu. Tento problém je však dobře vyřešen u:
• Přetlakového větrání, které je na rozdíl od všech předešlých metod založeno na trvalém přívodu filtrovaného a zpravidla i tepelně upraveného vzduchu do centrální místnosti bytu, odkud se volně šíří přetlakem do sousedních obytných místností. Odvod znehodnoceného vzduchu je podle vzduchotěsnosti obálky budovy řešitelný pouze spárami oken, nebo odvodními prvky ve fasádě, nárazově z hygienických místností bytu ventilátory apod. Protože je tento systém méně známý, bude rozebrán blíže. Nejdokonalejším, a tím také nejdražším systémem však zůstává:
• Rovnotlaké větrání s rekuperací tepla, které zajišťuje kaskádové větrání obytných a následně hygienických místností a s různou účinností zpětné získávání tepla z odváděného vzduchu (nejčastěji rekuperací, ale také i jako tepelné čerpadlo).

Přetlakové větrání ve své nejjednodušší verzi lze provést bez rozvodu vzduchu do jednotlivých místností, vzduch se přivádí pouze do jedné, nejlépe střední místnosti, odkud se šíří vlivem přetlaku dál. Z hlediska distribuce vzduchu je tento systém samozřejmě citlivý na změny odporu v cestě větracímu vzduchu, jako jsou například zavřené a otevřené dveře. Výměna vzduchu v jednotlivých místnostech podle působení těchto vlivů kolísá, závisí na průvzdušnostech oken, venkovních dveří atd. Tím, že je ale jednoduchý, je jeho realizace snadná a pořizovací náklady cca 35% proti centrálním rovnotlakým systémům. Protože však je distribuce čerstvého vzduchu jedním ze stěžejních parametrů účinnosti větrání, rozebrali jsme tento problém hlouběji. K vytvoření představy o šíření vzduchu v bytě při jeho přetlakovém větrání byla provedena trojrozměrná numerická simulace programem Fluent. Geometrie bytu odpovídá standardnímu třípokojovému bytu v panelovém domě. Pro tyto účely bylo uvažováno izotermní proudění, které odpovídá běžné teplotní úpravě vzduchu v malé vzduchotechnické jednotce. Při vyšších a nižších teplotách přiváděného vzduchu než teploty vzduchu v bytě by bylo na místě simulovat proudění neizotermické. Především v zimním období by tato neizotermní simulace umožnila vytvoření představy o efektivitě ohřívání studeného přiváděného vzduchu, který může mít negativní vliv na kvalitu tepelně-vlhkostního mikroklimatu v bytě. Precizní porovnání jednotlivých variant větrání bytů vyžaduje další výpočty, např. simulace stáří vzduchu pro posouzení schopnosti odvádět znehodnocený vzduch.
Ve výpočtu byl použit standardní k-ε model turbulence.

Na obr. 1 je axonometrické zobrazení bytu s vyznačením přívodního otvoru ve stropě předsíně. Odvod vzduchu do venkovního prostředí je realizován přes okenní větrací klapky umístěné v dolní části oken. Simulace jsou provedeny za předpokladu otevřených dveří do všech vnitřních místností a za předpokladu stejné tlakové ztráty všech větracích klapek. Vstupní dveře do bytu jsou považovány za dokonale těsné. Proudění vzduchu lze přiblížit znázorněním rychlosti vzduchu ve větraném prostoru. Pro dva typy přívodní vyústky je řez v rovině vyústky na obr. 2a,b.

Obr. 1 Schéma bytu větraného přetlakovým způsobem

Obr. 2a Rozdělení rychlosti v rovině vyústky, přívod vzduchu kolmo dolů (modrá nízké rychlosti, červená vysoké)	Obr. 2b Rozdělení rychlosti v rovině vyústky, přívod vzduchu do dvou stran pod úhlem 45° (modrá nízké rychlosti, červená vysoké)
Obr. 2c Rozdělení rychlosti v horizontální rovině 1m nad podlahou, přívod vzduchu kolmo dolů (modrá nízké rychlosti, červená vysoké)	Obr. 2d Rozdělení rychlosti v horizontální rovině 1m nad podlahou, přívod vzduchu kolmo dolů (modrá nízké rychlosti, červená vysoké)

Z obrázků je zřejmé, že typ koncového prvku mírně ovlivňuje obraz proudění v jednotlivých místnostech. Na obr. 3a,b jsou znázorněny trajektorie částic přiváděného vzduchu. Typ vyústky, resp. směr proudu vytékajícího vzduchu výrazně ovlivňuje šíření vzduchu bytem. Pokud je tvar vystupujícího vzduchu kuželový, tj. rovnoměrný do všech stran, je zásobování všech obytných místností přiváděným vzduchem rovnoměrné. V případě, že je přiváděný vzduch směrován pouze v jedné rovině (v našem případě doprava a doleva), šíří se dál převážně v tomto směru a provětrává spíše místnosti ve směru proudění vzduchu. Větrání ostatních místností je pak nedostatečné. Významný vliv na obraz proudění má samozřejmě také vzájemný poměr měrných odporů proti proudění na jednotlivých okenních klapkách. Tento poměr odporů se především vlivem neustáleného proudění větru v exteriéru dynamicky mění. V důsledku tlaku větru na budovu může být například odpor klapky na návětrné straně ve srovnání s klapkou na závětrné straně dvojnásobný. A tím tedy ovlivňovat obrazy proudění v interiéru.

Problematika distribuce vzduchu je stěžejní z hlediska hodnocení efektivnosti větrání, není však jediným parametrem, takže tento rozbor nepostihuje všechny aspekty hodnocení systémů bytového větrání. Dalším významným měřítkem jsou investiční a provozní náklady, které jsou zjednodušeně uvedeny pro různé systémy větrání v tab. 1. V posledním řádku jsou stručně zhodnoceny jejich výhody a nevýhody. Platí, že čím jsou vyšší požadavky na komfort prostředí (z hlediska čistoty, hluku, teploty apod.), tím složitější systém je nutno zvolit a s tím rostou i náklady s instalací větrání spojené. V každém případě dnes existuje několik koncepčních variant větrání obytného prostředí a je otázkou racionálního kompromisu komfort - cena, jakou si kdo vybere.
CFD výpočty jsou řešeny ve spolupráci s firmou Sobriety s.r.o.

Obr. 3a Trajektorie přiváděného vzduchu přívod vzduchu kolmo dolů

Obr. 3b Trajektorie přiváděného vzduchu přívod vzduchu do dvou stran pod úhlem 45°

Tabulka 1

Poznámky:

Ve výpočtu spotřeby energie pro pohon ventilátoru se nezohledňuje konkrétní typ vyráběného zařízení s jeho technickými parametry, jde o průměrné hodnoty. Ve výpočtu spotřeby tepla na ohřev vzduchu se nezohledňuje rozdíl mezi vodním a elektrickým ohřevem.

"CFD simulace byly provedeny ve spolupráci s firmou Sobriety s.r.o."