Větrání a vytápění nízkoenergetických a pasivních obytných staveb (II. část)
Jedním z efektů výstavby pasivního domu je možnost úplného vypuštění klasických topných systémů, výrazné navýšení komfortu bydlení, kvalitní řešené větrání bez průvanu, vyšší efekt využití obnovitelných zdrojů energií. Ve druhém díle cyklu ukážeme metody stanovení produkce škodlivin.
DIMENZOVÁNÍ VĚTRACÍHO SYSTÉMU NÍZKOENERGETICKÝCH A PASIVNÍCH DOMŮ
Obecně musí větrací systém zajišťovat optimální podmínky mikroklimatu a odvod škodlivin z pobytových a přidružených prostor bytových staveb
Zejména se jedná o následující škodliviny:
- oxid uhličitý CO2
- vodní pára
- odéry (těkavé organické látky TVOC)
Stanovení produkce CO2 od osob:
V klidu (noc): q1 = 40 Wm-2; frekvence 12 - 16 vdechů/min, při kapacitě 500 ml/vdech, tj. 360 - 480 l vzduchu/hod/os. Při obsahu CO2 ve vydechovaném vzduchu 3,5 % obj. je maximální produkce CO2 : p1 = 480 x 0,035 = 16 l CO2/hod/dospělá osoba.
Obdobně vychází výpočet z produkce 0,26 l CO2/min, tj. 15,6 l CO2/hod.
Průměrná produkce CO2 člena rodiny (2 dospělí + 2 děti):
Denní období: q1 = 60 Wm-2; při zvýšení produkce na 20 l CO2/hod/osoba je průměrná produkce CO2 člena rodiny:
Dávka větracího vzduchu: (pro stacionární okrajové podmínky):
přípustná kvalita mikroklimatu hodnocená podle CO2 na úrovni 1200 ppm (1,2 l m-3) dle EN CR 1752 CEN při venkovní koncentraci 370 ppm (tj. 0,37 l m-3) a produkci 16 l CO2 /h/os vyžaduje průměrnou dávku čerstvého vzduchu:
Poznámka:
1) hodnota 1200 ppm je ještě hygienicky přípustná hodnota pro třídu mikroklimatu "C" podle N CR 1752 CEN
2) pro dodržení klasické Pettenkoferovy hodnoty 1000 ppm je nutný přívod 25,4 m3/h/os
Pro nestacionární okrajové podmínky lze však průběh hodnot CO2 vyjádřit pouze expomenuální funkcí
C - Koncentrace škodliviny [ppm]
Ce - Koncentrace škodliviny v atmosferickém vzduchu [mg m-3]
C(t=0) - Koncentrace škodliviny v interiéru v startovacím čase t = 0 [mg m-3]
M - zdrojový tok škodliviny [mg s-1]
Vp - objemový průtok větracího vzduchu [m3 s-1]
Vo - objem větraného prostoru [m3]
t - čas [s]
ρ - měrná hmotnost škodliviny [kg m-3]
První díl seriálu Větrání a vytápění nízkoenergetických a pasivních obytných staveb
Grafy nárůstu CO2 pro různé prostory a různé obsazení osobami, s přirozenou infiltrací (n = 0,05 h-1) okny s časovým údajem dosažení 1200 ppm
Průběh hladin CO2 pro standardní obsazení a provoz v rodinném domě (V = 400 m3) s teplovzdušným cirkulačním vytápěním a nárazovým rekuperačním větráním 160 m3/h:
Produkce vodních par
V běžných podmínkách lze uvažovat s reálnou produkcí vodních par
V moderních i rekonstruovaných stavbách při dokonalém utěsnění oken, se prakticky omezila přirozená infiltrace až k nule, dnes dochází k nejvážnějším vlhkostním problémům a plísním
Dávka větracího vzduchu pro udržení optimální relativní vlhkosti je pro stacionárně okrajové podmínky dána vztahem:
xi - měrná vlhkost vnitřního vzduchu (g/kg sv.)
xe - měrná vlhkost vnějšího (přiváděného) vzduchu (g/kg sv.)
ρ - objemová hmotnost vzduchu (kg/m3)
V podmínkách teplovzdušně vytápěných a větraných domů se v praxi vyskytly problémy s udržením interiérové relativní vlhkosti v hygienicky doporučovaných hodnotách rhi = 30 - 50 % v topném a přechodném období. Při intenzivním nuceném větrání zde docházelo k poklesu hodnot rh až pod 18 %, což je již hygienicky zcela nepřípustné, vznikaly zdravotní problémy a došlo i k rozesychání nábytku a dřevěných podlah.
Průběh relativní vlhkosti rhi v interiéru budov je obecně závislý především na:
- celkové intenzitě větrání n(h-1), tj. nucené a infiltrační výměně venkovního vzduchu
- absolutní vlhkosti přiváděného větracího vzduchu
- teplotě vzduchu v budově
- započítatelné produkci vlhkosti do interiéru budovy Z
- sorpční a desorpční charakteristice povrchů interiéru
Vzájemný vztah těchto veličin a jejich časový průběh lze vyjádřit pouze exponencionálními rovnicemi, ovšem za určitých zjednodušujících předpokladů (např. quasistacionární průběh sorpce a desorpce vlhkosti vnitřními povrchy místností).
Matematický model časových průběhů relativní vlhkosti v závislosti na intenzitě větrání a produkci vlhkosti potom vychází z rovnice:
rh - relativní vlhkost vzduchu ve větraném prostoru [%]
ρPP - absolutní vlhkost vzduchu přiváděného do větraného prostoru [kg m-3]
ρP(t=0) - absolutní vlhkost vzduchu ve větraném prostoru v startovacím čase t = 0 [kg m-3]
ρ''P - maximální absolutní vlhkost vzduchu ve větraném prostoru [kg m-3]
Z - zdrojový tok vlhkosti [kg s-1]; [kg h-1]
VP - objemový průtok větracího vzduchu [m3 s-1]; [m3 h-1]
VO - objem větraného prostoru [m3]
t - čas [s]
Pro konkrétní ilustraci problému jsou dále uvedeny modelové varianty větrání menšího rodinného domu objemu V0 = 350 m3, při konstantním ti = + 20 °C, a výchozí hodnotě rhi = 50 %, pro různé intenzity větrání "n", různé hodnoty te (odpovídající průměrným hodnotám xe) a různé produkci vlhkosti Z:
Intenzita větrání n = 0,5 /h-1/ tj. V = 175 m3/h, bez produkce vlhkosti: Z průběhu poklesů jednotlivých křivek rhi pro te = -15°C až + 10°C je zřejmé, že výchozí relativní vlhkost klesá při venkovních teplotách te < 0°C výrazně k limitním diskomfortním hodnotám pod 20 %, v čase pouze 10 hodin.
obr. 4.21 Časový průběh rhi pro n = 0,5 /h-1/ - bez produkce vlhkosti
Intenzita větrání n = 0,5 /h-1/, ale s produkcí vlhkosti (přímo do interiéru) množství 5,2 kg/24 h: Průběh hodnot křivek rhi je stále zcela nevyhovující z hygienických hledisek.
Časový průběh vlhkosti 5,2 kg/24 h/ rhi pro n = 0,5 /h-1/ - s produkcí vlhkosti
Intenzita větrání n = 0,25 /h-1/ , ale s produkcí vlhkosti 5,2 kg/24h: Průběh hodnot rhi je již výrazně příznivější, kdy pro te = 0°C až -5 °C je již dosaženo hygienicky optimálních, časově ustálených hodnot relativní vlhkosti rhi = 30 %
Časový průběh rhi pro n = 0,25/h-1/ - s produkcí vlhkosti 5,2 kg/24 h
Intenzita větrání n = 0,05 /h-1/, s produkcí vlhkosti 5,2 kg/24 h: Intenzivní průběh všech křivek rhi je dán přírůstkem relativní vlhkosti v interiéru nad výchozí hodnotu rhi = 50 %, pro všechny zadané venkovní teploty. Intenzita větrání, odpovídající přibližně hodnotám přirozené infiltrace těsnými okny v rodinném domě, je hygienicky naprosto nevyhovující.
Časový průběh rhi pro n = 0,05/h-1/ - s produkcí vlhkosti 5,2 kg/24 h
Závěry z modelových výpočtů:
- Pro zadané parametry velikosti domu a produkce vlhkosti se jako optimální pro udržení rhi jeví varianta s intenzitou větrání n = 0,25 /h-1/, tj. V = 87,5 m3/h.
- Všechny varianty s vyšší intenzitou větrání vedou k výraznému snižování rhi v interiéru pod hygienicky přípustné hodnoty.
- Vedou k nepřípustnému zvyšování rhi a bude nutně docházet ke kondenzaci par a vlhkostnímu diskomfortu.
- Varianta s výkonem větrání V = 87,5 m3/h však již neodpovídá hygienickým požadavkům na množství čerstvého vzduchu pro 4-člennou rodinu, tj. 100 až 120 m3/h.
- Tato varianta je schopná přinést při klasickém rovnotlakém větracím (tj. zároveň i vytápěcím režimu) v pasivním domě topný výkon pouze 730 W (!), tedy zcela nedostatečný pro zadaný dům v topném období, navíc nelze zajistit náběh teplot po otopné přestávce dle požadavku ČSN 730560-2, a je nutno řešit dodatečný zdroj tepla.
Odéry (těkavé organické látky TVOC)
Jedná o souhrn odérů alifatických a aromatických ketonů, formaldehydů, vyšších aldehydů a terpenů, atd. (dle prof. Jokla).
Dle EUR 14449 EN jsou však obytné budovy zahrnovány do prostředí s nízkým znečištěním, kde produkce TVOC koberci, vinyly a OSB deskami je nižší než 55 mikrogramu /h m2 podlahy, tudíž postačí jako kriterium pro návrh větrání uvažovat pouze dominantní koncentrace CO2.
V PŘÍŠTÍM DÍLE UKÁŽEME POUŽÍVANÉ VĚTRACÍ SYSTÉMY OBYTNÝCH STAVEB A ROVNOTLAKÉ VĚTRACÍ SYSTÉMY OBYTNÝCH BUDOV
Low energy (LEB) and passive buildings (PB) are becoming standard for new constructions in EU countries. They aren't experiments anymore, but absolutely ordinary mass production of sophisticated residential buildings. Only in Germany, Austria and Switzerland there are already thousands of buildings that meet the passive standard and their number doubles every year. The cost of passive buildings is only 5-7 % higher than those of conventional ones, and yet, their consumption of energy and heating is up to 90 % lower! Part 2. about regulation ventilation system.