Snižování energetické náročnosti škol s ohledem na kvalitu vnitřního prostředí

Příspěvěk byl prezentován na semináři Větrání škol, pořádaném v Praze, 17. září 2013

Úvod

V rámci operačního programu Životní prostředí (OPŽP) lze žádat o dotace, které jsou v souladu s jeho deklarovaným cílem – ochrana a zlepšování kvality životního prostředí v České republice. Žadatelem může být téměř každý (obce a města, organizace státní správy a samosprávy, výzkumné a vědecké ústavy, právnické a fyzické osoby i neziskové organizace). Přestože podmínkou je spolufinancování projektu, je o dotace velký zájem. V mnoha případech jsou úspěšné žádosti, týkající se zateplení základních či mateřských škol.

Projekt je (ze strany administrátora dotace) ukončen po několika letech, tzv. „Závěrečným vyhodnocením akce“, kdy je třeba na základě skutečných odběrů prokázat dosažení snížení energetické náročnosti. Případy, kdy snížení energetické náročnosti nebylo dosaženo, mohou končit i případným navrácením poskytnuté dotace.

Z výše uvedených důvodů se objekty provozují co nejúsporněji.

Jedním z úsporných opatření může být i omezování otevírání oken. Omezování otevírání oken je u škol však dáno i z důvodu zajištění bezpečnosti dětí, zejména na nižším stupni, ale také chováním uživatelů (učitelé na tuto činnost nejsou zvyklí).

Toto chování ze strany provozovatelů objektu však přímo souvisí s problematikou kvality vnitřního prostředí.

Problematika větrání

Základní bilance průtoku vzduchu pro odvedení škodliviny je dána vztahem (1). Okrajové podmínky výpočtu jsou dány následovně:

1. člověk vydechuje vzduch V = 0,65 (m³/h) o koncentraci CO₂ c_D = 4 (%),
2. venkovní vzduchu obsahuje koncentraci CO₂ c_E = 0,035 (%),
3. maximální obsah CO₂ c_MAX = 0,15 (%) – kriterium pohody.

(1) [m³/h]

Vztah (1) je platný pro podmínku (b). Koncentrace CO₂ však v atmosféře stále stoupá, jak je vidět na obr. 1.

Obr. 1 Naměřená koncentrace CO₂ v atmosféře v letech 1958–2010 [NASA]

Obr. 2 Místo měření koncentrace CO₂

Obr. 3 Průtok venkovního vzduchu na osobu v závislosti na jeho koncentraci, při splnění podmínky c_MAX = 1500 (ppm)

Měřené koncentrace CO₂

Problematika kvality vnitřního vzduchu učeben je demonstrována na konkrétních měření koncentrace CO₂. Měření byla provedena pro dvě zařízení. Jednalo se o:

1. základní školu, situovanou v okrajové pražské zástavbě,
2. střední školu, situovanou poblíž pražského centra.

Postup měření

Na počátku a na konci každého měření byla sledována koncentrace CO₂ venkovního vzduchu. Měření koncentrace CO₂ v učebnách bylo prováděno v minutových intervalech. Použita byla kalibrovaná měřidla.

V průběhu měření nebyl provoz školy nijak ovlivněn.

Měření bylo prováděno v rámci diplomová práce na FS ČVUT v Praze.

Základní škola

Obr. 4 Průběh koncentrace CO₂ měřené učebny základní školy – okna uzavřena

Obr. 5 Průběh koncentrace CO₂ měřené učebny základní školy – okna zčásti otevřena

Škola má dvě budovy, společnou halu, dvě tělocvičny a školní jídelnu s kuchyní. Budova byla v nedávné době zateplena (svislé obvodové konstrukce, střecha), vyměněny byly původní otvorové výplně.

Na obr. 4 je vidět průběh koncentrace CO₂ měřené učebny s nejvyšší dosaženou koncentrací. Červenou čárkovanou čarou je vyznačena maximální povolená koncentrace c_MAX = 1500 (ppm). Měření probíhalo v listopadu, celou noc před výukou a během výuky byla okna uzavřena. Z grafu lze vyvodit následující závěry:

1. již při zahájení vyučování je koncentrace CO₂ vyšší než 1500 (ppm),
2. jasně patrný je vliv otevřených dveří během přestávky,
3. těsně před koncem vyučování je koncentrace CO₂ vyšší než 5000 (ppm),
4. koncentrace CO₂ ve venkovním prostředí je až 710 (ppm)

Na obr. 5 je vidět průběh koncentrace CO₂ měřené učebny, kdy noc před výukou a během výuky byla okna otevřena. Červenou čárkovanou čarou je vyznačena maximální povolená koncentrace c_MAX = 1500 (ppm).

Střední škola

Obr. 6 Průběh koncentrace CO₂ měřené učebny střední školy

Jedná se o budovu ze začátku minulého století, částečně zateplenou, otvorové výplně v nedávné době vyměněny.

Charakter užívání jednotlivých učeben je odlišný. Na obr. 6 jsou prezentovány měřené hodnoty koncentrace CO₂ pro kmenovou učebnu, kde se studenti během dne nestřídají. Červenou čárkovanou čarou je vyznačena maximální povolená koncentrace c_MAX = 1500 (ppm).

Souhrnné údaje

V tab. 1 jsou uvedeny koncentrace CO₂ v učebnách, kde probíhala měření. Vyznačené řádky vyjadřují prezentované případy.

Patrná je skutečnost, že ve všech případech byla překročena koncentrace CO₂ ve vnitřním prostředí c_I > 1500 (ppm).

Možnosti snížení koncentrace CO₂

V tab. 2 jsou uvedeny možnosti snížení koncentrace CO₂ v učebnách

Závěr

Snižování energetické náročnosti objektů zateplením a výměnou otvorových výplní, podporované operačními programy, souvisí s problematikou kvality vnitřního prostředí.

Dokonalým utěsněním obálky budovy, snahou provozovatele o co nejvyšší úspory na straně roční spotřeby energie na vytápění a dalšími vlivy, dochází k nedokonalému větrání učeben, a tím i ke zvýšení koncentrace CO₂ nad maximální povolené hodnoty.

Řešením by mohla být instalace systémů řízeného větrání s rekuperací tepla. Náprava současného stavu tímto opatřením je však pro většinu škol z důvodu vysokých investic neproveditelná. Po případné instalaci systémů řízeného větrání s rekuperací tepla je třeba počítat s vyššími náklady za spotřebovanou elektrickou energii pro pohon ventilátorů.