Vnitřní prostředí škol a možnosti zajištění výměny vzduchu
O tom, že i v malých obcích se dějí velké věci...
Stále více se setkáváme se stavem, kdy se začíná neúměrně zhoršovat vnitřní prostředí ve školách z hlediska mikroklimatických podmínek a škodlivin v ovzduší. Uvedené příklady jsou ukázkou toho, že ve školských objektech je možno instalovat větrací systémy, které mohou kromě vyčíslitelných ekonomických výsledků v podobě úspor energie přinášet další kvalitu do výuky.
1. Aktuální stav
Obr. 1 – jak vyvětrat školní třídu a vyměnit vzduch i u stropu takto provedeným oknem?
V dnešní době se stále více setkáváme se stavem, kdy se začíná neúměrně zhoršovat vnitřní prostředí ve školách z hlediska mikroklimatických podmínek a zejména škodlivin v ovzduší. K tomuto stavu se prostředí ve školách dostává postupně tak, jak jednotlivé obce rekonstruují objekty škol a v rámci těchto rekonstrukcí zajišťují především výměny oken a zateplovací systémy na fasády a střešní nebo půdní konstrukce. Z pohledu energetických úspor se jedná o chvályhodné počiny obcí, které jsou si vědomy, že energetické úspory jejich provozovaných objektů znamenají úspory v jejich rozpočtech. Na co se však zapomíná je dodržování požadavků dalších vyhlášek a zákonů, týkajících se lidského zdraví. V prováděcích projektech, nutných pro povolení realizace, se bohužel konstatuje, že větrání bude zajišťováno „přirozeně“ – otevíráním oken. Původní okna ve vysokých třídách měla otvíravou horní část pomocí táhel. Při revitalizaci se inovativně často horní cca 2/3 oken provedla pevná a pouze spodní 1/3 otvíravá (viz obr. 1).
Jak ale odvést teplý vzduch od stropu tříd? Jak zajistit výměnu vzduchu, když během vyučovací hodiny není možné okna otevřít z důvodů venkovního hluku, prachu a průvanu?
V uzavřeném prostoru bez výměny vzduchu se zvyšuje množství drobného prachu z oblečení, šupinek kůže nebo vlasů. Jsou namáhány sliznice, plíce jsou drážděny prachem a zvyšují se koncentrací plynných částic. Účinky jednotlivých škodlivin jsou často okamžitě neznatelné, ale následky s odstupem času mohou být vážné. Některé z alergií mají svůj původ právě zde. Jediným okamžitým a nejviditelnějším ukazatelem je nesoustředěnost a únava. Protože je ale možné tento stav odůvodnit i jinak, např. zdravotním stavem žáka nebo nezáživným tématem probírané látky, není obecně výměně vzduchu věnována žádná pozornost. Ve školách se navíc setkáváme se situací, kdy je nařízením zakázáno o přestávkách otevírat okna (aby někdo nevypadl oknem z budovy) a větrání se přesouvá tedy do vyučovacích hodin. Ve vyučovacích hodinách pak z důvodů studeného vzduchu, který přichází od oken na sedící žáky, se okna předčasně zavírají. Dalším důvodem zavírání oken je hluk pronikající zvnějšku do třídy a mající také rušivý vliv na soustředění žáků. Tímto se mají žáci lépe soustředit, bohužel jejich soustředěnost klesá se stoupajícími koncentracemi škodlivin a CO2 ve vnitřním vzduchu.
2. Mikroklima ve třídách a vliv na žáky?
Tab. 1 – rozdělení parametrů vnitřního prostředí s ohledem na koncentrace CO2 (jednotka ppm – počet jednotek z milionu celkových)
Podívejme se na jednoho reprezentanta zátěží, kvůli kterému se velmi často mění mezinárodní smlouvy, a který je považován za původce mnoha problémů v celosvětovém hledisku – CO2. Při dýchání nádechem přivádíme do plic směs tvořenou z cca 21 % O2, 78 % N2, 0,034 % CO2 + další plyny. Následně vydechujeme cca 16 % CO2, 79 % N2 a 4–4,5 % CO2. Koncentrace N2 se prakticky nemění, CO2 se díky dýchání v uzavřeném prostoru zvyšuje poměrně rychle. Negativní vliv zvýšené koncentrace CO2 na osoby může být velmi rozmanitý. Už od roku 1861 jsou v zásadě nastaveny hranice maximálních doporučených koncentrací CO2 v interiéru pro jednotlivé činnosti. Jsou také známy hranice koncentrace CO2, které již ovlivňuje naše jednání (viz tab. 1).
Každý z nás ale reaguje odlišně. Většina si určitě dovede představit ranní vzbuzení v ložnici bez dostatečného větrání – malátnost, těžká hlava, pocit nedostatečného odpočinku. Z toho může pramenit podráždění, den nezačíná nejvhodnějším způsobem. Koncentrace CO2 v nevětraných třídách jsou bohužel na stejné úrovni. Citlivější jedinci už při koncentracích kolem 1100 ppm (0,11 %) usínají. Existuje mnoho dalších studií, více či méně potvrzených. Při nedostatku O2 mozek automatiky začíná filtrovat veškeré vjemy a nepodstatné nepouští dál ke zpracování. Může se proto stát, že vidění se zužuje pouze na pohled na učitelku a tabuli – žák pak má pocit, že se dívá jakoby skrz papírový dalekohled. Nastupuje malátnost a lenost – tělo šetří kyslíkem. Některé studie dávající do souvislostí vliv vyšší koncentrace CO2 v budovách na rychlejší odumírání mozkových buněk a stále vyššího výskytu Parkinsonovi nemoci (může jít o náhodu a stále se zvyšující věk lidí, ale kdo ví). Nedávná studie dánských vědců (Profesor Arne Astrup, University of Copenhagen) poukazuje na překyselení organismu díky vyšším koncentracím CO2 jak v atmosféře, tak hlavně v interiérech budov, kde často trávíme 80–90 % času. Za posledních cca 100 let poklesla pH osob o zhruba 0,1. Pokusy potvrdily předpoklad zvýšení neuronální aktivity tzv. orexinových neuronů. Ty ovlivňují mimo jiné i pocit hladu. Výsledkem může být přejídání a stále více obézních osob. Podobné problémy jsou i při poruchách spánku, kdy jeho nedostatek ovlivňuje stejné skupiny neuronů. Nevyspání a neodpočinutí si díky vysoké koncentraci CO2 může být začátkem kruhu, který pokračuje nevyhovujícím prostředím školní třídy, pracovišť a kanceláří.
Graf 1 – měření parametrů vnitřního prostředí při výuce a větrání okny o přestávkách.
Podobná měření a výsledky jsou k dispozici i na Státním zdravotním ústavu.
Koncentrace CO2 ve třídách je rozdílná, nelze ji posoudit paušálně. Důležitý je přívod a odvod vzduchu. Po provedení revitalizace byl původní, byť nedostatečný a teplotně nevyhovující přívod netěsností oken, zrušen bez náhrady. Jak ukazují měření v těchto třídách po revitalizaci, koncentrace CO2 se udržují na vysokých úrovních i během přestávek (viz graf 2).
Větrání okny také není všespasitelné – byť je prostor školní třídy objemově poměrně velký, na vyšší počet žáků stačit nemusí (viz graf 1), např. v případě kdy nebylo možné větrat v průběhu hodiny – venku bylo −4 °C (spodní křivka v grafu 1) a kolem školy vede rušná komunikace. Větrání bylo zajišťováno otevřením oken o přestávce, samozřejmě bez přítomnosti osob ve třídě, aby na ně nešel velmi studený venkovní vzduch. Z grafu 1 (modrá křivka) je vidět i pokles teploty v interiéru při nárazovém větrání. Z organizačních důvodů ale nemůžeme všechny žáky celé školy o přestávce koncentrovat na chodbách.
3. Požadavky a legislativní předpisy
Na první pohled, a to i pro mnohé odborníky, o právní a technickou džungli předpisů. Ale opak je pravdou. Je nutné si vždy uvědomit, o jaký prostor se jedná. Při podrobném porovnání zjistíme, že všechny požadavky jsou v zásadě stejné. Stručný výtah z některých z nich:
Požadavek č. 1 – všechny prostory, kde se pohybují lidé (nejedná se o místnosti bytu).
Vyhláška č. 268/2009 Sb., o technických požadavcích na stavby ve znění vyhlášky č. 20/2012 Sb.
§ 11 – Denní a umělé osvětlení, větrání a vytápění
Čl. 3. – Obytné místnosti musí mít zajištěno dostatečné větrání venkovním vzduchem a vytápění v souladu s normovými hodnotami, s možností regulace vnitřní teploty.(Jedná se o místnosti v bytech nebo rodinných domech. ČSN 16665/Z1 nebo ČSN EN 15251 požadují zajištění přívodu vzduchu v rozsahu 15–25 m3/hod a osobu).
Čl. 5. – Pobytové místnosti musí mít zajištěno dostatečné přirozené nebo nucené větrání a musí být dostatečně vytápěny s možností regulace vnitřní teploty. Pro větrání pobytových místností musí být zajištěno v době pobytu osob minimální množství vyměňovaného venkovního vzduchu 25 m3/h na osobu, nebo minimální intenzita větrání 0,5 1/h. Jako ukazatel kvality vnitřního prostředí slouží oxid uhličitý CO2, jehož koncentrace ve vnitřním vzduchu nesmí překročit hodnotu 1 500 ppm (jedná se o všechny místnosti, kde jsou lidé – školní třídy, kanceláře, obchody…).
§ 37 – Vzduchotechnická zařízení
Čl. 4 – Vzduchotechnická zařízení v provozech s vysokou intenzitou výměny vzduchu musí mít zajištěno zpětné získávání tepla z odváděného vzduchu zařízením s ověřenou dostatečnou účinností, pokud se neprokáže například energetickým auditem, že takové řešení není v daných podmínkách vhodné.
Požadavek č. 2
Vyhláška č. 343/2009 Sb., o hygienických požadavcích na prostory a provoz zařízení a provozoven pro výchovu a vzdělávání dětí a mladistvých. Zde je stanoveno, že přívod vzduchu na žáka musí být v rozsahu 20–30 m3/hod. Nesmí se zapomínat na zajištění teploty v interiéru, která musí pro třídy být 22 ± 2 °C .
Požadavek č. 3
Nařízení vlády č. 361/2007 Sb. – kterým se stanoví podmínky ochrany zdraví při práci v platném znění nařízení vlády č. 93/2012 Sb.
V příloze 1, část A, tab. 5 je konstatováno, že rozdíl teplot vzduchu mezi úrovní hlavy a kotníků při teplotě interiéru 20 °C je 0 K, při teplotě 22 °C je max. 0,5 K.
(Jak toto zajistit při otevření okna a přívodu venkovního vzduchu o teplotě např. 0 °C?)
4. Komplexní revitalizace ZŠ Kostelní Lhota
Graf 2 – Kostelní Lhota
Pro srovnání údajů bylo po dohodě VZT zařízení na 5 dní vypnuto, aby byly k dispozici údaje provozu budovy bez řízeného větrání. Není bez zajímavosti, že už třetí den byl vznesen dotaz, zda by toto období mohlo být zkráceno, že si žáci i učitelky za cca 6 týdnů od prvního spuštění řízeného větrání již zvykli na kvalitní prostředí ve třídách.
Můžeme navštívit několik škol, kde jsou všechny výše uvedené požadavky zajištěny. Např. školní budova v Kostelní Lhotě byla postavena v dobách C.K. mocnářství, a od té doby prošla několika více či méně zdařilými úpravami. Poslední, ale velmi zásadní, rekonstrukce proběhla v roce 2012. Kromě řešení osvětlení ve třídách s obnovením otvorů podle původního stavu budovy v době postavení školy, osazení nových těsných oken, provedení tepelného zaizolování budovy a vytvoření vzhledu podobného době vzniku, výměny provozně nevyhovujících akumulačních elektrických kamen za radiátory a tepelného čerpadla vzduch/voda, byla řešena i řízená výměna vzduchu pro dvě malotřídky (výsledky viz graf 2). Vzduch je do tříd přiváděn do prostoru u tabule, odváděn je ze zadní části tříd. Starostové i zastupitelé konkrétních obcí mohou klidně spát, požadavky vyhlášek zajistili. Klidně spí ale i učitelky, které si pochvalují vyšší pozornost žáků a na sobě pozorují daleko menší únavu z vyučování. Např. v Kostelní Lhotě se sice o malý vzorek žáků, ale první nemocný žák byl ve školním roce 2012/2013 až po jarních prázdninách. Na nízkou nemocnost má jistě vliv i využívání řízené výměny vzduch s rekuperací tepla a filtrováním od prachových částic.
5. Komplexní revitalizace ZŠ Jenišovice
Graf 3 – ZŠ Jenišovice
Základní měření koncentrace CO2 třídy v systému centrálního řízeného větrání.
ZŠ Jenišovice u Turnova – postavena kolem roku 1970 panelovou technologií pro cca 300 žáků. V jednom pavilonu je školní jídelna s kuchyní a zázemím, v druhém je tělocvična a ve třetím pavilonu je 10 školních tříd vč. kabinetů a šaten. V rámci zateplení a výměny oken byl realizován centrální systém řízeného větrání s individuálním řízením výměny vzduch z každé třídy na základě okamžité zátěže prostoru. Centrální systém je složen za třech podstropních, rovnotlakých větracích jednotek a sestavy 10 kusů regulačních boxů. Centrální jednotka vždy přísluší 3 nebo 4 větraným třídám. Na každou třídu připadá jeden regulační box. Technologie VZT je umístěna na chodbách s minimálními zásahy do prostoru samotných tříd, kde jsou umístěny pouze samotné regulační boxy a VZT rozvod s distribučními prvky. Okamžitá zátěž je v každé třídě snímána prostorovým čidlem koncentrace CO2, kdy výstupem senzoru je přímo ovládána intenzita větrání v každé třídě nezávisle na ostatních třídách. Celý systém je dále doplněn o jedinečnou optimalizaci výkonu centrálních jednotek, která přispívá k maximálnímu využití zpětného zisku tepla a k minimalizaci spotřeby el. energie na potřebné k provozu VZT jednotek. Celý systém byl zprovozněn teprve v nedávné době, proto jsou k dispozici data pouze při provozu systému dle grafu 3. Který je důkazem pro splnění základního, zákonem stanoveného požadavku na kvalitu vnitřního prostředí, kdy koncentrace CO2 během celého dne byla pod požadovaným limitem.
6. Co zbývá na závěr?
Tyto příklady jsou tedy ukázkou toho, že ve školských objektech je možno instalovat větrací systémy, které mohou kromě vyčíslitelných ekonomických výsledků v podobě úspor energie, přinášet další kvalitu do výuky. Tím, co se bohužel velmi těžce dokazuje, jsou možné lepší výsledky výukového procesu a v neposlední řadě i lepší zdraví. Jakákoli investice do větracího systému je samozřejmě finanční zátěž, nejen při rekonstrukcích budov. Má delší dobu návratnosti než jakákoli další opatření, která se provádí z hlediska úspor energií (např. výměna oken). Většinou se provádí jen čistě ekonomické hodnocení návratnosti vůči úsporám energie. Často se také nespravedlivě provádí ekonomicko-energetické srovnávání nuceného větrání, kdy se dají dodržet požadované mikroklimatické podmínky, s nedostatečným větráním okny a nedodržováním požadovaných mikroklimatických podmínek při tomto způsobu větrání. Jistě by tedy bylo spravedlivější takové ekonomické srovnání, kdy by se ocenilo kvalitnější vnitřní prostředí a díky tomu také lepší podmínky v patřičných prostorách – nižší únava pedagogů a žáků, snížení nemocnosti i zlepšení prospěch. Z těchto pohledů je zřejmé, že současné dosud používané pouhé ekonomické hodnocení rekuperace z energetického hlediska je svým způsobem deformované a ne zcela objektivní. Řízené nucené větrání a ještě lépe řízené nucené větrání s rekuperací tepla by mělo být v současné době součástí každé novostavby nebo zásadní rekonstrukce a to zejména ve školských objektech, kde se evidentně dnes nedodržují požadavky legislativy z hlediska kvality prostředí, ale také z důvodu, že nové systémy vzduchotechniky s rekuperací tepla šetří tepelnou energii, jejíž ceny jistě v budoucnu klesat nebudou.
Pokud máte zájem o podrobné technické informace, jsme Vám k dispozici na telefonu 483 368 133 a na e-mailu: rd@atrea.cz.
Zásadním principem výrobního programu firmy ATREA s. r. o. je již od roku 1990 snižování energetické náročnosti provozu vzduchotechnických zařízení, hlavně uplatněním moderních rekuperačních výměníků, dokonalé vestavěné regulace a postupný přechod na plně ...