Limity PMV indexu při hodnocení tepelného komfortu

Tématem 35. ročníku konference byla „Dekarbonizácia a energetická náročnosť budov“. Jedním z podstatných tematických celků byla kvalita vnitřního prostředí. Přednášky byly zaměřeny na kvalitu větrání, měření koncentrace CO₂ a tepelný komfort. Zvyšování kvality prostředí by ale mělo jít ruku v ruce se snižováním energetické náročnosti a uhlíkové stopy.

Obr. 1: Z konference Vnútorná klíma budov 2024

Tepelný komfort

Pro modelování tepelné pohody se nejběžněji používá PMV index (Predicted mean vote), sedmi bodová stupnice, kde −3 představuje zimu a +3 horko. Funguje na principu predikce předpokládaného středního tepelného pocitu člověka ve vnitřním prostředí. Základními parametry pro výpočet je teplota vzduchu, aktivita člověka, střední radiační teplota, rychlost proudění vzduchu, relativní vlhkost a druh oblečení. Z indexu PMV je možné vyvodit index PPD (Predicted percentage or dissatisfied), který ukazuje předpokládané procento lidí nespokojených s teplotními podmínkami. Tento index nikdy není nulový, protože neexistuje prostředí, které by vyhovovalo všem.

Podle výzkumu Ing. Zuzany Veverkové, PhD. a prof. Ing. Karla Kabeleho, CSc. z Fakulty stavební ČVUT v Praze nachází řada vědeckých studií rozdíly mezi hodnotou indexu PMV a subjektivním vnímáním tepelné pohody člověkem. Tento závěr vyplývá i z jejich experimentu, kdy byly na 21 subjektech (11 žen, 10 mužů) měřeny vybrané fyziologické parametry a zjišťováno subjektivní hodnocení prostředí.

Výsledná hodnota na sedmibodové stupnici při subjektivním vnímání tepelného pocitu byla výrazně vyšší než vypočtený index PMV. Zároveň ženy vnímaly prostředí jako chladnější než muži. Každý člověk reaguje na okolní prostředí jiným způsobem ovlivněným individuálními faktory jako je zvyklost, očekávání, věk, pohlaví nebo dostupnost kontroly prostředí. Index PMV lze použít především v situaci, kdy je vnitřní prostředí ustálené a rovnoměrné, v jiných případech má nízkou přesnost předpovědi.

Obr. 2: Index PMV (modře) versus subjektivní tepelný pocit (oranžově) žen (graf vlevo) a mužů (graf vpravo), autor: Ing. Zuzana Veverková, PhD., prof. Ing. Karel Kabele, CSc., FSv ČVUT v Praze

Tepelný komfort v mateřských školách

Obzvláště důležité je udržení tepelného komfortu ve školách a školkách. Děti jsou citlivější na teplotu, mohou ji vnímat jinak než dospělí lidé. Navíc se pohybují blíže k podlaze nebo si hrají přímo na ní, vyžadují tedy jiné rozložení teploty po výšce místnosti. Ze simulace provedené Ing. Petrou Stiborovou ze Stavební fakulty VŠB TU Ostrava a jejími kolegy vyplývá, že větrání okny v herně mateřské školy může mít výrazně negativní dopad na tepelnou pohodu. V zimních měsících je teplota vzduchu v blízkosti oken při podlaze příliš nízká a PMV index vychází záporný. Dochází tak k významnému ochlazení této oblasti, což může vést k nespokojenosti dětí. Pro zachování tepelného komfortu je vhodné navrhnout jiný způsob přívodu čerstvého vzduchu, například nucené větrání.

Přehřívání vnitřních prostorů

Ing. Natálie Hriníková varovala před výrazným přehříváním vnitřních prostorů, kde se nachází velké prosklené plochy. Se zvyšujícími se průměrnými teplotami v letních měsících se ukazují světlíky a velká okna jako problematické. Podle měření Ing. Hriníkové v atriu budovy STU v Bratislavě s polykarbonátovým střešním světlíkem dosahovaly vnitřní teploty vzduchu až 47 °C 0,5 m pod světlíkem při vnější teplotě vzduchu 30,9 °C. Při různých druzích zastínění světlíku se maximální vnitřní teplota snížila o vyšší jednotky stupňů Celsia, a to i přesto, že vnější teplota vzduchu stoupla o cca 2 °C. Kromě efektivního stínění může být nutné v prostoru instalovat efektivní větrání nebo chlazení, aby nebyla překročena nejvyšší denní teplota v obytných místností v letním období podle ČSN 73 0540-2.

Vzdušná vlhkost ve vnitřním prostředí

Vlhkost obsažená ve vzduchu je důležitá pro správnou funkci organismu, přílišné množství ale může způsobovat kondenzaci na chladných površích, vznik plísní nebo poškození stavebních materiálů. Relativní vlhkost udává procentuální poměr mezi momentálním množstvím vodní páry obsaženém ve vzduchu a maximálním možným množstvím pro danou teplotu a tlak. Měrná vlhkost představuje množství vodní páry v gramech na kilogram suchého vzduchu.

V některých průmyslových provozech, například potravinářských, vzniká velké množství vodní páry a je nutné ji nějakým způsobem odvádět. Způsobů je hned několik. Kromě zvýšení výměny vzduchu, což má účinek jen případě, že je přiváděný venkovní vzduch méně vlhký než vzduch uvnitř, je možné využít chlazení nebo odvlhčení. Při mokrém chlazení dochází ke kondenzaci vzdušné vlhkosti ze vzduchu na chladiči, poté je nutné ochlazený vzduch dohřát na požadovanou teplotu. Odvlhčovat lze i adsorpčně například sorpčním kolem, kde dochází k navázání vlhkosti na desikant.

Koncentrace CO₂ ve vzduchu

Velmi důležitým aspektem kvality vnitřního prostředí je koncentrace oxidu uhličitého ve vzduchu. Vyhláška č. 146/2024 Sb. o požadavcích na výstavbu udává limit koncentrace CO₂ pro pobytové místnosti 1 200 ppm. Zvýšená koncentrace má negativní vliv na lidské zdraví, může způsobovat únavu, poruchy koncentrace, bolest hlavy. Při opravdu vysokých koncentracích se může dostavit nevolnost, problémy s dýcháním nebo ztráta vědomí.

Je proto nutné dodávat do pobytových místností dostatečné množství čerstvého vzduchu, především v místnostech s těsnými okny, kde se nelze spoléhat na přirozenou infiltraci. Největší hrozba zvýšené koncentrace CO₂ je v místnostech, kde se shromažďuje vyšší množství osob, protože zdrojem je vydechovaný vzduch.

Paní docentka Mária Budiaková z STU v Bratislavě provedla experimentální měření koncentrace CO₂ v přednáškové místnosti na univerzitě. Místnost byla během dne větrána pouze krátce mezi vyučovacími hodinami. Koncentrace CO₂ celý den postupně rostla s přítomností studentů až dosáhla skoro 4 000 ppm, což výrazně překračuje limit udávaný vyhláškou. Větrání okny bylo naprosto nedostatečné, studenti hlásili bolesti hlavy a neschopnost soustředění. Je tedy nezbytné zajistit v těchto případech přísun čerstvého vzduchu, například řízeným větráním.

Bioaerosoly ve vnitřním prostředí

Ve vnitřním prostředí se vyskytuje určité množství aerosolu biologického původu. Může obsahovat různé živočišné buňky, viry, bakterie, plísně, roztoče apod. Zdrojem jsou lidé, zvířata, voda, půda nebo rostliny. Bioaerosol může negativně ovlivňovat lidské zdraví, šířit infekční nemoci, přispívat k alergiím. Zvýšené množství bioaerosolu je možné najít v historických budovách, především tam, kde jsou uchovávány lidské ostatky, části oblečení, relikviáře apod. Výzkumný tým docentky Eleny Pieckové z Lékařské fakulty SZU v Bratislavě objevil zvýšený výskyt spor hub především v historických budovách, kde jsou uloženy ostatky lidského těla. Rovněž zjistil sezónní rozdíl výskytu spor, vyšší byl v letních měsících.

Dýchání nosem zadrží 30–40 % částic bioaerosolu v oblasti horních dýchacích cest, dalších 30–40 % se dostává do plic. Oproti tomu při dýchání ústy proniká do plic až 70 % částic. Koncentrace mikroorganismů ve vzduchu je ovlivněna teplotou vzduchu a relativní vlhkostí, UV zářením a přítomnost iontů.

Změny v požadavcích na denní osvětlení a proslunění budov

Nová vyhláška č. 146/2024 Sb. o požadavcích na výstavbu uvádí požadavek na denní osvětlení podle účelu užívání stavby. Požadavek se považuje za splněný v případě, že jsou splněny požadavky normy ČSN 73 0580-2 a ČSN EN 17 037+A1. Změna nastala v požadavcích na proslunění, nyní se nevztahují na rodinné a bytové domy, ale pouze na pobytové místnosti sociálních služeb a herny mateřských školek. Tímto je umožněno navrhovat sklepní byty nebo byty s orientací oken pouze na sever.

Podle ČSN EN 17037 se denní osvětlení místnosti posuzuje podle činitele denní osvětlenosti v síti kontrolních bodů v rovině umístěné 850 mm nad podlahou. Výsledná hodnota činitele denní osvětlenosti závisí na různých parametrech. Tým Ing. Vojtěcha Kolarčíka ze Stavební fakulty VŠB provedl výzkum, který porovnával výsledný činitel denní osvětlenosti pro kombinace různých vlastností okna bez změny rozměrů, odrazivosti povrchů a využití světlovodu v kanceláři. Největší vliv na hodnotu činitele má podle výsledků výzkumu zmenšení plochy rámu okna a zvýšení odrazivosti vnitřních povrchů.

V případě zájmu o bližší informace z konference je možné se obrátit na sekretariát Slovenské společnosti pro techniku prostředí.