Systémy řízeného větrání s rekuperací tepla pro regeneraci panelových domů

1. Regenerace panelových domů s ohledem na systémy větrání

Obr. 1 Příklad výskytu plísní na vnitřním povrchu obvodové stěny bytového panelového domu po komplexním zateplení a výměně výplní otvorů
Je však třeba upozornit, že se jedná o objekt, u nějž bylo provedeno důsledné zateplení obvodových stěn včetně všech detailů, přičemž jednotlivé detaily byly posouzeny na nejnižší faktory vnitřního povrchu (dříve nejnižší povrchové teploty) pomocí výpočtů vícerozměrného vedení tepla. Bude existovat mnoho objektů s velmi nízkou spotřebou tepla na vytápění, avšak z důvodu napadení plísněmi zcela neobyvatelných.
Ing. Jan Ficenec, Ph.D.; Ing. Jan Jedlička, TERMO + holding, a.s.

Rozvoj rekonstrukcí podporovaný nárazově i dotačními tituly nastavil určitou šablonu. V první řadě se provedou opravy, které jsou vidět a je možné je udělat za provozu objektu s akceptovatelným omezením nájemníků. Kromě výměnky oken za nová a těsná se provádí zaizolování obvodových stěn – termofasáda. Vzhled domu se tím výrazně změní.

Doizolování plochých střech se provádí méně často – není to vidět, náklady a rizika jsou také poměrně velké a ocenili by to pouze nájemci nejvyššího patra. Rekonstrukce výtahů jsou často vynucena legislativou a bezpečností, o tomto se prostě nediskutuje. Daleko horší je posuzování výměny vnitřních instalací, často za hranicí životnosti. Z nich vzduchotechnika zabírá nejvíce prostou ve společných šachtách. Výměna centrálního ventilátoru na střeše objektu je z tohoto pohledu nejjednodušší část celé případné rekonstrukce systému větrání. Stávající ventilátor je možné nahradit několika variantami: Nový ventilátor. Osazení samočinných hlavic, o jejichž faktickém přínosu a účinnosti se vedou dlouhé debaty. Teoreticky i odpojení a neinstalování nového prvku. Také je možné osazení vzduchotechnických jednotek. Rozdíly náročnosti na realizaci venkovních částí těchto variant nejsou velké. Není nutné vstupovat do bytů, zasahovat do soukromí uživatelů apod. Nejedná se ale o nijak systémové řešení, pouze o oddálení stávajícího problému větrání, který si ale navíc málokdo vůbec připouští

2. Stávající systémy větrání v panelových domech a dopad rekonstrukcí

Stávající systém větrání v panelových domech je podtlakový. Ventilátor na střeše objektu vytváří podtlak v centrálních stoupačkách. Na ně jsou připojeny koupelny, WC a kuchyně, ze kterých je vzduch odváděn. Větrání je společné pro všechny – spustí-li větrání jeden uživatel na společné stoupačce, odvádí se vzduch ze všech bytů zároveň. Výměna vzduchu tak není dle požadavku konkrétního bytu. V některých konstrukčních soustavách jsou centrální stoupačky dvě, paralelně vedle sebe. Na jednu jsou podtlakově napojeny koupelny a WC. Na druhou jsou napojeny kuchyně, často s přímým napojením digestoří. Odsávání vzduchu zajišťuje i odvod pachů a vlhkosti.

Přívod vzduchu není možné popsat stejně snadno jako odsávání. Vždy se uvažovalo, že při podtlakovém větrání bude přívod zajištěn netěsnostmi konstrukcí, v první řadě netěsnými spárami oken. Při stávajícím pojetí oprav objektů, nazveme jej pracovně „prvním stupněm rekonstrukce“, se ale osazují okna s výrazně vyšší těsností rámu a křídla. Okna jsou systémově vzduchotěsně napojována na stěny. Provedení termofasády na obvodovém plášti také výrazně zvyšuje vzduchotěsnost. Vše se přeci provádí pro úsporu energií, aby do místností „netáhl“ studený vzduch a zvýšil se tak komfort užívání. Dle měření v realizovaných objektech „prvního stupně rekonstrukce“ se řádové zlepšení vzduchotěsností nepřibližuje doporučeným hodnotám, přesto je přívod vzduchu pro výměnu větráním potlačen. Kudy se venkovní čerstvý vzduch do bytů při podtlakovém větrání ale dostane?

Odpověď je jednoduchá. Zbývajícími netěstnostmi. Ty nalezneme ve vchodových dveřích do bytů, kudy se nasává vzduch ze společných prostor, který určitě nelze považovat za čerstvý. Vchodové dveře jsou spíše v blízkosti koupelen a WC, tedy je „provětrána“ pouze vstupní chodba. Kudy se dostane vzduch k dalšímu odtahu, tedy do kuchyně? Cestou nejmenšího odporu. Obvykle proudí kolem netěsných stoupaček v šachtě, čímž se přivádí vzduch z okolních bytů – ten také nelze považovat za čerstvý. Stav vzduchotechnických stoupaček mnohdy neodpovídá potřebám – jsou netěsné, uvolněné ze závěsů, vodivě elektricky nepropojené. Při průzkumu v některých domech byly dokonce zjištěny mezery mezi díly šachet více jak 10 mm! Čerstvý vzduch se do obytných místnost, ložnic a dětských pokojů, kde jej nejvíce potřebujeme, moc nedostane. Při měřeních bylo prokázáno, že kvalita vnitřního prostředí pokojů není pro uživatele příznivá. Kromě vysokých koncentrací CO₂ se výrazně zvyšuje vzdušná vlhkost. Díky tomu hrozí kondenzace vody ze vzdušné vlhkosti, a to i na nových oknech s rozumnými technickými parametry. Před několika lety jsme dostávali od kolegů z partnerských vzduchotechnických firem fotografie z rekonstrukcí objektů v lokalitách východní části spojeného Německa, které byly prováděny ve stejném rozsahu „prvního stupně rekonstrukce“. Plísně na spodních částech oken a dokonce i na sklech – něco nepředstavitelného. Nyní se podobné případy začínají objevovat i v našich končinách. První byly reakce matek, které se snaží u odborníků na vnitřní klima bez oficialit nalézt řešení a ochranu pro děti před alergeny z plísní. Možná nechtějí dávat některým svých starším sousedům argumenty, proč se vlastně oprava domu neměla provádět, když se i předtím tak dobře bydlelo. V televizi se objevují na začátku topné sezóny a během ní často reklamy na různé typy odvlhčovačů ve smyslu „nedělejte ze svého domu houbu“, nebo se dozvíme, jak použít dezinfekční prostředky pro zničení plísní. Potlačujeme ale následek, neřešíme příčinu. Co se vlastně stalo? Fotografie se nyní začínají objevovat i na konferencích zaměřených na bydlení nebo rekonstrukce. Začínají se navrhovat i řešení.

V panelových domech býval velmi suchý vzduch, hlavně ke konci února. Říkávalo se, že beton vysušuje, že on za to může. Přitom beton byl viněn neprávem, dokonce částečně pomáhal. Díky netěsným oknům do bytů trvale proudilo často neuvěřitelné množství vzduchu neřízeně, tzv. infiltrací. Dle měření se jednalo i o 150–250 m³/hod (pozn. Přívod pro jednu osobu je doporučován kolem 25 m³/hod). Výměna vzduchu tak byla i bez vlivu uživatelů velmi vysoká. V říjnu, listopadu nebo ještě i v prosinci nebyla situace tak kritická. Podzimní mlhy nebo předvánoční úklid zajišťoval dostatek vlhkosti, beton postupně do sebe zvýšenou vlhkost absorboval. Krize nastala při nejnižších venkovních teplotách – konec ledna a únor. V tomto období proudí do Evropy studený arktický vzduch z vnitrozemí Ruska. Je mrazivý a velmi suchý. Pokud má vzduch uvnitř objektu při ideálním stavu pro uživatele v 1m³ kolem 8 g vody, tak venkovní arktický vzduch má 2 gramy vody. Při výměně vnitřního vzduchu za venkovní v objemu 250 m³/hod tak vzniká deficit 1500 g/hod, za den těžko představitelných 36 l. To je samozřejmě extrém, podmínky se mění během dne, opět dle měření se jedná o reálný deficit 24 l/den. Část pokryje voda ze zalévání květin, pocení a dýchání osob, úklid. Příznivě se projeví i betonové konstrukce, které v době dostatku vlhkosti v listopadovém sychravém počasí vlhkost absorbovali, nyní ji odevzdávají. Kapacita ale není neomezená. Pro zajištění vnitřní teploty a ohřev zbytečně velkého množství přiváděného studeného vzduchu na interiérovou teplotu byla otopná článková tělesa rozpálena vysokou teplotu. Zvýšením teploty vzduchu se ale snižuje relativní vlhkost, byť množství vody ve vzduchu zůstává stejné. Teplejší vzduch dokáže absorbovat větší množství vodních par. Člověk pokles relativní vlhkosti vnímá velmi citlivě. Dochází k vysoušení sliznic a dalším zdravotním komplikacím. Nebylo tedy nutné větrat - bylo převětráno. Po provedení rekonstrukce prvního stupně neřízená výměna vzduchu klesá. Z energetického hlediska je stále vysoká, např. 20–60m³/hod na byt. Z hygienického hlediska je ale velmi nízká, pro ložnici je podílem rozdělená např. na 10–12 m³/hod. Pro dvě osoby je doporučováno cca 40–50 m³/hod. Těžko bude spící člověk každých cca 50 minut otevírat okno na velké větrání 5–10 min. Obvykle se problém řeší trvalým otevřením okna na „ventilačku“. Kromě hluku a prachu dochází ke snížení teploty v místnostech i na 15–16 °C. Tato teplota není díky prochlazování spících osob také úplně ideální. Často se při realizacích rodinných domů setkáváme s tím, že je striktní požadavek na nízké teploty v ložnicích, jinak že se nedá spát. Při špatně řešeních zastíněních je ale v letním období teplota v ložnicích výrazně vyšší a přesto uživatelé spát mohou (nebo musí?). Teplota je samozřejmě důležitá, kvalita vzduchu má ale vyšší váhu. Při popisovaném stavu se nijak neřeší větrání koupelen, kuchyně, WC. Při problémech s nevětráním se tak často vytrhávají těsnění z oken, nebo se v novějších akcích osazují okna s mikroventilací – tedy okna méně těsná. To ale s nadsázkou můžeme říct, že není okna nutné měnit, vždyť za příplatek je zhoršujeme. Existuje ale nějaká varianta, která by vše řešila?

3. Řízené větrání s rekuperací odpadního tepla

Dostáváme se tak k „rekonstrukci druhého stupně“, tedy i do oprav a doplnění interiérových systémů TZB. Rekuperace tepla z odpadního vzduchu, česky znovuzískávání, je systém, kdy ve výměníku proudí proti sobě dvě vzdušniny. Odpadní vzduch z koupelen, WC a kuchyní je teplý, vlhký a také s pachy. Venkovní vzduch je čerstvý, studený. Ve výměníku dochází k předávání tepla, odpadní vzduch předává teplo a ohřívá čerstvý přívodní. Při předávání tepla dochází na straně odvodu i ke kondenzaci vody, která se sráží na stěnách výměníku. I tato energie je využitá pro předehřev čerstvého vzduchu, účinnost rekuperace se zvyšuje a běžně se pohybuje na úrovni 75–90 %.

Funkční schéma rekuperačního protiproudého výměníku

Odpadní vzduch se nasává z koupelen, WC, kuchyně, čerstvý se přivádí do obytných místností. Aby tento popis fungoval, je nutné provést několik opatření a doplnění. Pohyb vzduchu zajistí ventilátory ve vzduchotechnické jednotce. Pro zjednodušení budou popsány dva základní systémy rovnotlakého větrání s rekuperací tepla – centrální a decentrální. Každý má své příznivce, každý má jiné požadavky.

Centrální systém

Na střeše objektu je umístěna větší vzduchotechnická jednotka pro několik bytů, které jsou na společné stoupačce. Pokud jsou v objektu dvě stoupačky v šachtách, jedná se o výhodnou variantu. Dle jejich stavu se stoupačky repasují, popř. celé vymění. Při repasi se zajistí jejich těsnost, vyčištění jedné z nich, tepelně se zaizolují obvykle samolepící izolací tl. 15–20 mm. Stavebně se protipožárně zabezpečí. Vzhledem k rozsahu prací je vhodné spojit např. s výměnou i dalších rozvodů TZB (kanalizace, voda). Na stoupačky se napojují pro přívod a odvod jednotlivé byty. V nich je umístěn tzv. regulační box, zajišťující přívod vzduchu do jednotlivých bytů dle konkrétního obsazení. Nastavení výkonu je možné v rozsahu 0–140 m³/hod v několika stupních – bez pobytu osob, při jejich přítomnosti a max. výkon při používání koupelny, WC a kuchyně. V kuchyni je použita cirkulační digestoř, odvod vzduchu a pachů zajišťuje VZT systém odtahovým ventilem z kuchyně. Největším zásahem do interiéru bytů je provedení přívodů do jednotlivých obytných místností od rozdělovacího boxu. Přívod je řešen tryskami a dýzami přes stěnu obytných místností, na chodbě se provádí snížený podhled pro zakrytí tras vzduchotechniky. Provrtání otvorů D 100 mm přes panel je také děsivější při čtení tohoto textu než fyzicky na místě – frézy s odsáváním prachu jsou již běžné. Čerstvý vzduch je přiváděn do obytných místností a odváděn přes koupelny, WC a kuchyně. Tímto přesouváním vzduchu jsou větrány i chodby, tedy celý byt. (Pokud by někdo náhodou nechtěl provádět stavební zásahy do celého bytu, je možné provést přívod pouze na chodbu bytu. Větrání koupelen, WC a kuchyně bude fungovat dokonale, neprovětrají se obytné místnosti. Zároveň umožní realizaci VZT systému všem svým sousedům a má možnost provést rozvod vzduchu i dodatečně). Centrální vzduchotechnická jednotka zajišťuje i dohřev vzduchu po rekuperaci, je přístupná pro správce na kontrolu a pravidelnou výměnu filtrů. Uživatel může větrat i dle čidel kvality vzduchu, např. CO₂, díky revizním dvířkům v bytových boxech má možnost čištění rozvodu v bytě. Tepelné ztráty pokrývá otopná soustava, s nižší teplotou topné vody a s nutným hydraulickým vyvážením.

Druhá varianta, decentrální větrání

V každém bytě je osazena malá větrací jednotka. Rozvod po bytech je stejný jako u předešlé varianty, pouze místo bytového boxu máme větrací jednotku. Uživatel tak může větrat ve větším rozsahu výkonu s možností např. napojení digestoří přímo na VZT systém, kdy v digestoři není ventilátor a je doplněn další stupeň filtrace tuků. Hluk z digestoře se tak přenáší na ventilátor ve vzduchotechnické jednotce pod stropem WC. Společné šachty je také potřeba repasovat a v této variantě řádně tepelně zaizolovat – tl. izolace 60–120 mm. Tato varianta vychází nákladově dráž než předchozí, umožňuje ale jasné rozúčtování nákladů, větší počet stupňů výkonů pro uživatele a možnost ještě komfortnějšího větrání při vaření. Vzhledem k fitraci vzduchu a reálnému předpokladu, že uživatelé nemění filtry vzduchu, je v centrálním přívodu osazován centrální filtrační box, který je pod kontrolou správce budovy. Udržení teploty v bytě zajišťuje otopná soustava.

Varianty není možné vzájemně kombinovat. Častá je také otázka způsobu vaření a větrání v objektech na plynových vařičích. Technicky je možné zajistit větší přívod vzduchu než odvod, což poskytne přebytek vzduchu pro hoření. Každý takový případ je ale vhodné řešit individuálně v návaznosti na specialistu požární bezpečnosti.

V levé části schéma centrálního systému se společnou větrací jednotkou s rekuperací a regulačními bytovými boxyV pravé části schéma decentrálního systému, v každém bytě vlastní větrací jednotka s rekuperací tepla

4. Příklady z praxe

V České republice je několik desítek nových bytových domů, vybavené jedním z výše popsaných systémů větrání (spol. SKANSKA, jrd Praha), nebo radikálních rekonstrukcí na bytové domy (např. BD z Libeňského pivovaru – Design Development CZ s.r.o). V rekonstrukcích panelových domů referenční vzorek tak zastoupen není. První, a prakticky jedinou vlaštovkou je mnohokrát popisovaná realizace domu v Brně – Novém Lískovci před cca 13 lety, kde byla instalována varianta centrálního větrání s rekuperací v provedení dle tehdejšího stavu výrobků. Další instalace VZT systému byly nárazové a individuální na základě přání zlepšit své vnitřní prostředí jednotlivými konkrétními majiteli nebo uživateli bytů. V těchto případech byl volen decentrální systém. Jednotka byla osazena pod strop koupelny, WC nebo chodby. Sání venkovního čerstvého vzduchu bylo řešeno z fasády domu, většinou místo mřížky do spíže. Rozvod po bytě byl podstropní, stejný jako u dříve popisovaných variant. Výfuk pak stejně jako by to byla digestoř – tedy napojení do společné kuchyňské stoupačky s odvodem na střechu. V současné době je několik akcí rekonstrukcí panelových domů, které jsou ve fázi zpracovaného projektu a čeká se na realizaci.

Zajímavá a inspirativní je právě probíhající rekonstrukce školy postavené panelovou technologií a kolaudované v roce 1989 na bytový dům velmi dobrých energetických parametrů. V objektu bude vytvořeno 27 bytů, větrání s rekuperací tepla bude zajišťováno centrálním systémem. Pro porovnání bude ve čtyřech bytech realizováno větrání decentrální, takže bude možno porovnávat oba systémy na stejném objektu. Stavební část může být také inspirativní – parametry doplnění konstrukcí a oken byly voleny tak, aby objekt bylo možné zařadit do kategorie energeticky pasivních bytových domů. Např. výpočtová tepelná ztráta celé budovy s 27 byty je 38,8 kW, výpočtové náklady na vytápění bytů dle velikosti jsou od 880–1920 Kč/byt a rok.

Objekt je právě realizován v Dubňanech u Hodonína. Připravuje se v něm vzorový byt, ve kterém bude dle domluvy možnost přespat a zažít tak pobyt nejen v pasivním bytě, ale také v prostoru řízeně větraném systémem s rekuperací tepla. Tato zkušenost bude určitě vhodná pro další jednání ve společenstvech při projednávání plánu oprav a přípravy rekonstrukcí objektů.

Stav školy před rekonstrukcí

A během rekonstrukce (výměna oken a termofasáda tl. 200 mm)

Zdroje

• [1] ATREA – nepublikované výsledky měření vnitřního mikroklimatu, studie a vývojové podklady
• [2] Příspěvek z konference Pasivní domy 2011, Bratislava „Přestavba základní školy na pasivní bytový dům v Dubňanech“ – www.uspornebydleni.eu