Větrání panelových domů - opatření a jejich limity
Při výměně starých oken za okna nová těsná je třeba zajistit dostatečný přívod čerstvého vzduchu. Cílem článku je najít účinný systém větrání aplikovatelný v panelových domech, který zajistí zdravé a příjemné vnitřní prostředí a zároveň bude energeticky co nejméně náročný.
Úvod
Při rekonstrukcích panelových domů je pozornost věnována především snižování tepelných ztrát prostupem, což v praxi znamená aplikaci kontaktních zateplovacích systémů a výměnu starých oken za nová. Průvzdušnost moderních oken je však velice nízká a pro běžné uživatele tak vzniká problém, jak zabezpečit dostatečný přívod čerstvého vzduchu. Při absenci účinného větrání se zvyšuje vlhkost vzniklá lidskou aktivitou, roste koncentrace CO2 nad požadované hodnoty a kvalita vzduchu se rychle zhoršuje. Výměna vzduchu je však zároveň energeticky náročná, proto je potřeba hledat optimální řešení mezi hygienickými parametry a spotřebou energií, respektive její cenou.
1. Množství přívodního větracího vzduchu
V současné době v České republice neexistuje závazný právní předpis pro větrání obytných prostředí. Pro výpočet energetické náročnosti budov se zpravidla udává hodnota 0,5násobné výměny vzduchu za hodinu, ale díky vzduchotěsné obálce budovy této hodnoty není prakticky dosaženo. Ve vzduchotechnické praxi se zpravidla udává přívod čerstvého vzduchu na osobu od 30 do 50 m3/h. Měřením nebo výpočtem lze ukázat, že z hlediska kvality vnitřního prostředí se jeví jako nejdůležitější parametry pro sledování oxid uhličitý (CO2) a vlhkost, sledované podle způsobu využití místnosti.
Obývací pokoje a ložnice
V obytných místnostech, jako jsou obývací pokoje, ložnice a dětské pokoje, kde jsou lidé nejvýznamnějším zdrojem škodlivin, je rozhodující kritérium kvality vnitřního vzduchu koncentrace oxidu uhličitého, která se udává v jednotkách ppm. Pro pobyt osob se jeví jako přípustné z hlediska objemu přiváděného vzduchu dodržení koncentrace CO2 1000-1200 ppm [2], což lze zabezpečit větráním o intenzitě 22-29 m3 vzduchu za hodinu na osobu při koncentraci přívodního vzduchu cca 330-370 ppm.
Obrázek 1: Závislost dávky čerstvého vzduchu na množství oxidu uhličitého v interiéru.
| Koncentrace CO2 | Účinky na lidský organizmus |
|---|---|
| 330 - 370 ppm | ∼ vnější prostředí |
| 450 - 1000 ppm | ∼ dobrá úroveň, příjemný pocit |
| 1000 - 2000 ppm | ∼ pocit ospalosti a horšího vzduchu |
| 2000 - 5000 ppm | ∼ možné bolesti hlavy, nižší schopnost koncentrace, snížená pozornost |
| > 5000 ppm | ∼ pocit těžkého vzduchu a nevolnosti, zvýšený tep |
| > 15 000 ppm | ∼ potíže s dýcháním |
| > 30 000 ppm | ∼ bolesti hlavy, závratě a nevolnost |
| > 60 000 - 80 000 ppm | ∼ letargie a ztráta vědomí |
Tabulka 1: Vliv oxidu uhličitého na lidský organizmus.[1]
Koupelny
Zatímco v obytných místnostech, kde jsou ponejvíce přítomné osoby, je směrodatnou veličinou koncentrace oxidu uhličitého, v koupelnách je rozhodujícím činitelem činnost přítomných osob, tedy koupání a s ní spojená produkce vlhkosti. Při sprchování bývá absolutní koncentrace vlhkosti až 2600 g.h-1 a při koupání ve vaně 700 g.h-1, tomu odpovídá nutnost přívodu, respektive odvodu vzduchu 42 až 260 m3.h-1 [6].
Množství odváděného vzduchu lze snížit použitím vhodných zástěn nebo sprchových koutů, po kterých zkondenzovaná vlhkost steče zpět do vany. Optimální je proto odvádění vzduchu přímo nad zdrojem vlhkosti, tedy vanou či sprchovým koutem. Pro samotnou koupelnu by měl tedy stačit odsávací ventilátor s čidlem vlhkosti o výkonu 100-200 m3.h-1.
Kuchyně
V kuchyních je zdrojem škodlivin zejména vaření. Při vaření na elektrickém sporáku se produkuje pouze vlhkost a odéry, podle Brože [6] je to 600 až 1500 g.h-1. V kuchyni s plynovým sporákem při spalování plynu vzniká vlhkost a oxid uhličitý, zároveň je vlhkost produkována i vařením.
Podle Doležílkové [4] je rozhodujícím kritériem při spalování plynu pouze oxid uhličitý, nicméně množství větracího vzduchu pro jeho odvedení, při udržení maximální koncentrace 1000 ppm, je velmi vysoké. Jak ukazuje následující tabulka, která srovnává množství nutného přiváděného vzduchu pro dodržení určitých parametrů, v kuchyních lze použít jako rozhodující kritérium vlhkost, s tím, že krátkodobou zvýšenou koncentraci oxidu uhličitého lze připustit. Pro odvedení relativní vlhkosti na úroveň maximálně 70 % při teplotě interiéru 20 °C je v závislosti na období a provozu plynového spotřebiče potřeba přivést 120 až 390 m3.h-1 vzduchu.
| Kritérium | Potřebného množství čerstvého vzduchu | ||
|---|---|---|---|
| Plný provoz [m3.h-1] | Poloviční provoz [m3.h-1] | Jeden hořák [m3.h-1] | |
| Vlhkost z plynového sporáku | 186 až 210 | 93 až105 | 51 až 58 |
| Vlhkost z vaření do 70 % | 72 až 180 | 78 až 195 | 69 až 172 |
| Vlhkost celkem | 258 až 390 | 171 až 300 | 120 až 230 |
| Koncentrace CO2 1000 ppm | 1800 | 900 | 450 |
| Koncentrace CO2 15 000 ppm | 80 | 40 | 20 |
Tabulka 2: Množství čerstvého vzduchu pro kuchyň podle kritérií. Zdroj [4].
Koncentrace CO2, vlhkosti a ostatních látek
Z výše uvedené diskuse vyplývá, že u místností, kde jsou jediným zdrojem škodlivin lidé, je vhodné dodržovat množství přiváděného vzduchu podle počtu osob tak, aby úroveň oxidu uhličitého byla již zmíněných 1000-1200 ppm, tomu odpovídá množství přiváděného vzduchu ve výši 22-29 m3/h na osobu.
U místností, kde jsou hlavním zdrojem škodlivin lidské činnosti, jako například vaření, koupání, sprchování či užívání toalety, je hlavní škodlivinou obvykle vlhkost či odéry, případně zplodiny spalování při vaření na plynu. V těchto případech však lze povětšinou dimenzovat větrací systém na úroveň požadované vlhkosti nebo na dobu, po kterou jsou místnosti užívány.
Tato zjednodušující úvaha kromě intenzity větrání, tedy dimenzování přívodního, respektive odváděného vzduchu, implikuje i použití ovládacích prvků. Přívodní prvky v místnostech určených převážně pro pobyt osob, jako jsou obývací pokoje, ložnice a dětské pokoje, je účelné ovládat čidly CO2. Na druhé straně ostatní místnosti, určené primárně k činnostem, které škodliviny produkují ve větší míře, než samotný pobyt osob, jako jsou kuchyně, koupelny a WC, je účelné ovládat čidly vlhkosti, případně vypínačem osvětlení či digestoře.
Kvůli odlišnosti doporučení na návrh přívodu větracího vzduchu byl proveden výpočet pro typický byt 3+1 pro pobyt 4 osob v panelovém domě systému VVU-ETA. Objemový tok vzduchu do každé místnosti je dimenzován dle počtu osob, dle účelu místnosti, dle produkce škodlivin (koncentrace CO2 a vlhkosti) a dle doporučené výměny vzduchu. Veškeré výpočty byly provedeny dle Doležílkové [4]. Návrhové hodnoty se značně liší, jak je vidět na následujícím přehledu:
Tabulka 3: Přehled vypočtených návrhových hodnot přívodního vzduchu typického panelového
bytu 3+1 pro pobyt 4 osob dle jednotlivých kritérií návrhu.
Obrázek 2: Porovnání objemů větraného vzduchu typického panelového bytu 3+1 pro pobyt
4 osob dle výsledků výpočetních metod podle způsobu využití místností.
2. Průvzdušnost stavebních konstrukcí
Tepelněizolační parametry současných okenních rámů i skel na trhu dosahují takových hodnot, že jejich tepelné ztráty jsou minimální. Pokud dojde k výměně oken v bytovém domě za moderní okna, sníží se zároveň jejich průvzdušnost a součinitel infiltrace, protože díky kvalitnímu kování po celém obvodu okenní křídla velice dobře přiléhají k rámu. Součinitel infiltrace je u nových oken řádově 20x nižší než u starých dřevěných oken, kde se tato hodnota pohybovala 1,4x10-4 m3m-1s-1Pa-0,67. To vytváří nároky na obyvatele domu. Nesmějí zapomenout větrat nebo nainstalovat kvalitní ventilační systém.
V panelovém objektu v bytě 4+kk bylo provedeno měření společností Dektrade (Vymětalík, V., Zwiener, [3]). Pomocí tzv. blower-door testu byl sledován provozní stav před a po výměně oken z původních oken zdvojených s dřevěným rámem za okna s plastovým rámem s izolačním dvojsklem. Dále byla stanovena těsnost připojovací spáry okna. Byla měřena tlaková diference 50 Pa po postupných krocích navyšování tlakového rozdílu. Z průběhu měření byla stanovena výměna vzduchu pro přirozenou běžnou tlakovou diferenci na 4 Pa.
| Fáze měření | Před výměnou oken | Po výměně oken | ||
|---|---|---|---|---|
| n50 [1/h] | n4 [1/h] | n50 [1/h] | n4 [1/h] | |
| Provozní stav | 5,50 | 1,08 | 1,10 | 0,22 |
| Utěsněny instalační šachta, ventilační otvory, světla v koupelně | 5,10 | 1,06 | 0,36 | 0,07 |
| Utěsněny instalační šachta, ventilační otvory, světla v koupelně a funkční spáry oken | 1,70 | 0,32 | 0,34 | 0,06 |
| Utěsněny instalační šachta, ventilační otvory, světla v koupelně, funkční spáry oken a připojovací spáry oken | 1,40 | 0,26 | 0,34 | 0,06 |
Tabulka 4: Výsledky měření těsnosti bytu v panelovém domě. (Vymětalík, V., Zwiener, V. [3])
Z měření vyplývá, že provozní stav místnosti po výměně oken nesplňuje požadovanou intenzitu výměny vzduchu pro užívanou místnost. Paradoxně tak tedy platí, že kvalitní okna, která jsou nutná na dodržení maximální výměny vzduchu při tlakovém rozdílu 50 Pa, způsobují, že místnost nesplňuje minimální hygienickou výměnu vzduchu (při nejpravděpodobnějším tlakovém rozdílu 4 Pa během roku) dle ČSN 730540-2 (viz tabulka 5). Je tak na uživateli, aby sám manuálním větráním sledoval minimální výměnu vzduchu. Dalším řešením je použití nuceného nebo hybridního systému větrání.
Tabulka 5: Celková průvzdušnost obvodového pláště budovy, Zdroj: ČSN 730540.
3. Systémy větrání
Na trhu existuje celá řada systémů větrání, které mohou, ale také nemusí uspokojit naše potřeby, zejména pokud preferujeme ekonomickou stránku věci.
Přirozené větrání
Systémy přirozeného větrání byly již od starověku empiricky a úspěšně využívány. Výměnu vzduchu zajišťují rozdíly způsobené gravitačním vztlakem, dynamickým účinkem větru - obecně tlakovými rozdíly mezi vnějším a vnitřním prostředím. V dřívějších dobách tento systém znamenitě fungoval díky netěsným rámům oken, a například také díky existenci kamen a krbů, protože při spalování docházelo k přisávání vzduchu do místnosti. V dnešní době je nutno pamatovat na vytvoření potřebného prostupu vzduchu přes obvodový plášť budovy.
Nejběžnější využití přirozeného větrání je infiltrace okenními spárami, další možností je provětrávání, šachtové větrání a aerace. Nevýhodou přirozeného větrání je jeho značná závislost jak na vnějších klimatických podmínkách, tak na lidském faktoru. Často se tak stává, že je množství větracího vzduchu nedostatečné, nebo je naopak přebytek větrání, což způsobuje značnou tepelnou ztrátu během otopného období.
Nucené větrání
Systém nuceného větrání v obytných budovách může tvořit efektivní systém umožňující řízenou výměnu vzduchu v závislosti na aktuální koncentraci škodlivin. Je to tedy ideální řešení pro optimalizaci energetické spotřeby.
U stavebních konstrukcí s vyšší průvzdušností je možné efektivní větrání zajistit například decentrálními systémy s individuálně nainstalovanými odtahovými ventilátory v jednotlivých bytových jednotkách. Tyto ventilátory je možné ovládat již zmíněnými čidly nebo vypínači podle potřeby. Nevýhodou těchto systémů je instalování zdrojů hluku přímo v obytných prostorech, pronikání pachů mezi jednotlivými bytovými jednotkami a většinou velmi nízká účinnost levných axiálních ventilátorů, které se běžně prodávají v obchodech.
Pro bytové domy je vhodnějším řešením instalace inteligentních centrálních systémů. Střešní ventilátory těchto systémů mají motory s mikroprocesory a pracují v mírném podtlaku, který zabraňuje pronikání pachů mezi jednotlivými bytovými jednotkami. Intenzita větrání se automaticky přizpůsobuje skutečné potřebě, která je dána otevíráním elektronicky ovládaných ventilů podle momentální obsazenosti bytů, vývojem CO2 a vlhkosti v nich. Ovládacími prvky jsou podobně jako v prvním případě čidla CO2, vlhkosti a vypínače. Tyto systémy jsou vhodné i pro menší bytové domy. V porovnání s individuálně nainstalovanými axiálními ventilátory jsou inteligentní centrální systémy energeticky mnohem méně náročné a zdroj hluku je výhodně umístěn mimo obytné prostory.
Výhodou výše uvedených řešení je relativně nízká cena a vysoký uživatelský komfort, ceny čidel a elektronických ventilů nepředstavují tak výraznou položku jako před deseti lety, a přitom částečně šetří obyvatelům náklady na vytápění. Inteligentní centrální systémy jsou vhodné pro rekonstrukce panelových a bytových domů bez nutnosti zásahu do elektroinstalace a vzduchotechnického sběrného potrubí.
Největším problémem výše uvedených řešení je, že se nejedná o řešení koncepční, protože lze očekávat, že k výměně oken v každém domě jednoho dne dojde. Zabezpečení dostatečného přívodu vzduchu do jednotlivých místností je potom rozhodující, protože jak bylo řečeno výše, výměna oken je pro většinu bytových, a koneckonců i rodinných domů klíčová. Řešením je důsledné pravidelné intenzivní větrání nebo hlídání mikroventilace, nevýhodou ovšem je buď nedostatečná kvalita vzduchu, například v ložnicích anebo nadbytečné větrání a energetické plýtvání či hlučnost. Obzvlášť citlivý je tento problém v malých ložnicích. Protože nepředpokládáme, že by si uživatel nařizoval budík, aby mohl pravidelně větrat, je nutno najít nějaké lepší řešení. Jedním z možných opatření je instalace dodatečných okenních přívodních infiltračních prvků, které by však měly být srovnatelně kvalitní jako vlastní okno. Musejí zabezpečit dostatečný akustický a tepelněizolační komfort s minimalizací kondenzace a ochranou proti nárazovému a silnému větru, ideálně s automatickou regulací napojenou na příslušná ovládací čidla nebo vypínače. Pokud dodatečné infiltrační zařízení nemá uvedené parametry, jedná se de facto o degradaci kvalitního okna. Okno propouští hluk a neřízeně profukuje, může vznikat průvan a na podlaze "polštář" studeného vzduchu. Uvedené problémy pak vedou k tomu, že uživatelé tyto dodatečné infiltrační otvory ucpávají a vracejí se k původnímu stavu. Uživatel tak buď žije v trvalém odérovém diskomfortu nebo převětrává.
Jediným zatím známým opatřením, které řeší výše uvedené nevýhody, je nucené rovnotlaké větrání s centrálním nebo bytovým přívodem vzduchu a zpětným získáváním tepla z odpadního vzduchu, tedy rekuperací. Podobné výrobky na trhu existují, ale i ony mají své nevýhody. Kromě nutnosti údržby a spotřeby elektřiny je to nízký instalační komfort, který může být ve velké části panelových a bytových domů velkou překážkou. Částečné vyvložkování starých centrálních vzduchových potrubí není zdaleka takovým problémem jako instalace řady rozváděcích prvků do vlastních bytů - je totiž třeba provrtat relativně velké otvory do vnitřních příček. Tato problematika bude dále řešena v článku "Rekuperace tepla v panelovém domě - ano či ne?".
4. Ekonomika a energie
Přímý přívod čerstvého vzduchu 22-29 m3/h.os z exteriéru o teplotě -12 °C do interiéru, ve kterém chceme udržet příjemných 22 °C, znamená z energetického hlediska potřebu tepelného výkonu 250 - 330 W na osobu. Pokud bychom uvažovali 24 hodinový přívod tohoto vzduchu po dobu otopného období, tak jedna osoba spotřebuje na udržení optimální vnitřní hladiny CO2 cca 800 kWh/rok energie (uvažováno pro klimatické podmínky v Praze). Uvážíme-li reálnější situaci, že se osoby v pracovních dnech vyskytují v domácnosti 12 hodin/den a čtvrtinu víkendu v otopném období tráví mimo byt, činí roční spotřeba cca 450 kWh/rok. Při 4členné rodině to představuje 1800 kWh/rok. Při ceně tepla CZT v Praze za 450 Kč/GJ spotřebuje 4členná rodina na větrání cca 3000 Kč. Částku vynaloženou na ohřev vzduchu lze výrazným způsobem snížit tzv. zpětným získáváním tepla z odpadního vzduchu z interiéru.
Při teoretické účinnosti 80 % rekuperace tepla lze potřebný instalovaný výkon snížit na 50-66 W/osobu a roční energetická spotřeba činí 80-90 kWh/rok.osoba. Pro uvažovanou 4člennou rodinu pak připadá 320-360 kWh/rok. Při stejné uvažované ceně tepla vydáme z pomyslné peněženky pouze cca 600 Kč - úspora je tedy 2400 Kč/rok. V případě, že budeme uvažovat cenu tepla, se kterou se v současné době můžeme setkat na severu České republiky v Libereckém kraji, může být roční finanční úspora až 5000 Kč/rok.
O ekonomice a energetice rekuperační jednotky bude blíže pojednáno v samostatném článku "Rekuperace tepla v panelovém domě - ano či ne?".
Závěr
Postupným snižováním průvzdušnosti stavebních konstrukcí při rekonstrukcích panelových a bytových domů se sice blížíme k ideálnímu pasivnímu standardu, nicméně jsou kladeny stále větší nároky na kvalitu větrání. Nejlevnějším řešením je pravidelné a intenzivní větrání, které nám však nezabezpečí požadovaný komfort zejména v ložnicích, cenově dostupným řešením jsou různé druhy centrálních inteligentních odvětrávacích systémů v kombinaci s čidly a bohužel často nekvalitními infiltračními prvky.
Literatura:
[1] Doležílková, H. (2007): Rezidenční mikroprostředí. Disertační práce. ČVUT, Fakulta stavební, Katedra TZB.
[2] ASHRAE Standard 62-2004. Thermal Environmental Conditions for Human Occupancy. American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers. Atlanta, USA
[3] Vymětalík, V., Zwiener, V. (2007): Vliv výměny oken v panelovém domě na sledované parametry vnitřního prostředí v souvislosti s výměnou vzduchu v obytném prostoru. Dektime, 7/2007, 36-42.
[4] Doležílková, H., Papež, K. (2008): Problematika bytového větrání [Online]. ČVUT v Praze, Fakulta stavební, Katedra TZB. Available: http://www.tzb-info.cz/4613-problematika-bytoveho-vetrani.
[5] Doležílková, H. (2006): Bytové větrání ve vztahu k produkci CO2, vlhkosti a škodlivin (II) [Online]. ČVUT v Praze, Fakulta stavební, Katedra TZB. Available: http://www.tzb-info.cz/3042-bytove-vetrani-ve-vztahu-k-produkci-co2-vlhkosti-a-skodlivin-ii.
[6] Jindrák, M. (2009): Zkušenosti z realizací a provozu EPD v RD. Sborník konference Dřevostavby, 119-125. ISBN 978-80-86837-21-5.
[7] Brož, K. (2002): Vytápění. 2. vyd. ČVUT, Praha, 205 s., ISBN 80-01-02536-5.
[8] Paleček, S. (2007): Blower door test průvzdušnosti budov - detekční metody. RADION - Mgr. Stanislav Paleček. [Online]. Available: http://www.tzb-info.cz/3896-blower-door-test-pruvzdusnosti-budov-detekcni-metody.
[9] Dr. Riedel Automatisierungstechnik GmbH (2009): RieconAIR [Online]. Available: http://www.riedel-at.de/
[10] Protronix (200x): Kvalita vzduch v interiérech [Online]. Available: http://www.protronix.cz).
[11] ČSN 73 0540-2:2007 (73 0540) Tepelná ochrana budov - Část 2: Požadavky.
The article is focused on finding optimal solution of ventilation in block of flats. During the reconstruction old windows are replaced with new windows with low crack flow coefficient. Such windows don´t supply sufficient amount of fresh air. The aim of the research in this area is to find energy-efficient and low-cost ventilation system that provides sufficient indoor climate conditions. The cheapest solution is natural window ventilation, but it is not very comfortable. Central intelligent ventilation system combined with sensors is more comfortable, provides optimal indoor climate and the price is acceptable.