Experimentálne meranie toxických látok vo vnútornom vzduchu pred a po obnove bytového domu a vykurovanie
© Fotolia.com
Táto práca skúma vplyv energetickej rekonštrukcie na kvalitu vnútorného prostredia v bytovom dome. Koncentrácia oxidu uhličitého bola monitorovaná v spálňach dvadsiatich bytov. Priemerná koncentrácia oxidu uhličitého bola vyššia po obnove bytového domu. Vypočítaná intenzita výmeny vzduchu bola značne vyššia pred obnovou objektu. Energetická obnova jednoznačne môže znížiť kvalitu vnútorného prostredia v mnohých bytoch v zimnom období.
Udržanie zdravého vnútorného prostredia si vyžaduje oveľa intenzívnejšiu výmenu vzduchu po rekonštrukcie domu, ako je dosiahnuté. Napriek tomu, že s tým súvisí spotreba energie, inak hrozí poškodené zdravie používateľa. Zníženie spotreby tepelnej energie domu na úkor kvality vnútorného prostredia a zdravia užívateľov bytov preto nemožno považovať za úsporu.
1. Úvod
Žijeme v období intenzívneho prerodu stavebnej sféry. Navrhovanie, výstavba a prevádzka budov budú čoraz viac podmienené environmentálnym požiadavkám. Ľudia strávia viac než 80 % zo svojho času života v interiéri a preto by budova mala spĺňať nielen požiadavky energetickej efektívnosti, ale aj kritéria kladené na zdravé a príjemné prostredie. Komplexná rekonštrukcia bytového domu môže jednoznačne prispieť k zlepšeniu kvality vnútorného prostredia, ale bez dôkladného plánovania a realizácie môže ovplyvniť vnútorné prostredie nežiaducim spôsobom [4].
Cieľom tejto štúdie je hodnotiť dopad energeticky úsporných opatrení na kvalitu vnútorného vzduchu, a podrobnejšie hodnotiť a analyzovať ich vplyv na kvalitu vnútorného vzduchu na základe objektívneho hodnotenia kvality vzduchu.
Aby sa predišlo zhoršeniu vnútorného prostredia, je potrebné počas rekonštrukcie bytových domov venovať pozornosť vetraniu. Udržanie zdravého vnútorného prostredia si vyžaduje oveľa intenzívnejšiu výmenu vzduchu po rekonštrukcie domu, ako je dosiahnuté. Napriek tomu, že s tým súvisí spotreba energie, inak hrozí poškodené zdravie používateľa.
2. Charakteristika bytového domu
K tejto prípadovej štúdii bol vybraný bytový dom (obr. 1) nachádzajúci sa v Šamoríne, 25 km od Bratislavy. Bytový dom bol postavený v roku 1964. Vykurovanie posudzovaného objektu je riešené cez centrálne zdroje tepla. V bytovom dome sa používa prirodzené vetranie. Odsávanie je nainštalované iba v hygienických miestnostiach (obr. 2).
Obvodové a štítové steny objektu sú keramzibetónové. Strešný plášť tvorí jednoplášťová plochá strešná konštrukcia. Nosná konštrukcia je z dutinových stropných dosiek. Pred obnovou bytového domu na objekte nebola vykonaná výrazná rekonštrukcia, okrem výmeny pôvodných drevených okenných konštrukcií za nové plastové okná s izolačným dvojsklom. Bytový dom bol obnovený v roku 2015. Na zateplenie obvodového plášťa bol použitý expandovaný penový polyetylén o hr. 80 mm. Na zateplenie strešnej konštrukcie bola použitá minerálna vlna o hr. izolantu 120 mm.
Obr. 1 Posudzovaný bytový dom v pôvodnom stave a po obnove
Obr. 2 Pohľad na stúpacie potrubia a vetranie kúpeľne vo vybranom bytovom dome3. Energetická náročnosť objektu
S aplikáciou kontaktných zateplovacích systémov na stavebných konštrukciách a s výmenou transparentných konštrukcií sa znižuje tepelná strata objektu. Nasledujúca tabuľka znázorňuje o koľko percent sa znížil súčiniteľ prechodu tepla jednotlivých SK na objekte.
Tab. 1 Percentuálne vyjadrenie zlepšenie súčiniteľa prechodu tepla stavebných konštrukcií
Aplikácia energeticky úsporných opatrení v systémoch TZB, v tomto prípade:
- výmena rozvodov vykurovania
- výmena rozvodov teplej vody
- izolácia potrubných rozvodov vykurovania
- izolácia potrubných rozvodov teplej vody
- výmena starých vykurovacích telies (čiastočne)
- inštalácia ventilov s termostatickými hlavicami
- hydraulické vyregulovanie vykurovacej sústavy
majú najväčší vplyv na energetické úspory a na celkovú návratnosť investícií. Takéto energeticky úsporné opatrenia majú oveľa kratšiu návratnosť, ako napríklad tepelnotechnické úpravy obvodového plášťa. Najčastejšie investície na hydraulické vyregulovanie a na izoláciu potrubí majú návratnosť od 1 až 3 roky, pričom technickú životnosť majú rovnakú, ako zateplovacie systémy na obalových konštrukciách alebo transparentné konštrukcie – 20 až 30 rokov.
Po vykonaní vyššie uvedených energeticky úsporných opatrení celková dodaná energia sa znížila o 55 %. Podľa zákona o energetickej hospodárnosti budov bytový dom v pôvodnom stave bol zatriedený do energetickej triedy E (159 kWh/m2a), kým po obnove objekt bol zaradený do triedy B (74 kWh/m2a) [5]. Energetický štítok bytového domu pred a po obnove je uvedený na obrázku č. 3.
Obr. 3 Energetický certifikát bytového domu pred a po obnoveEnergetický audit preukáže najväčšie závady a systémové chyby objektu a nájde v ňom potenciál na znižovanie spotreby a energie. V tomto prípade veľké systémové chyby bytového domu neboli nájdené. Jedine sa navrhuje zateplenie teplovýmennej plochy objektu a výmena transparentných konštrukcií. Okrem toho by bolo dobré vymeniť potrubné rozvody vykurovania zdravotechniky a vetracieho systému a dobre zaizolovať rozvody.
Komplexnou obnovou bytového domu sa predlžuje ekonomická životnosť stavby a technického zariadenia. Okrem iného samotný vzhľad budovy prináša pozitívny posun v oblasti estetického vzhľadu v mestskom prostredí. Pri aplikácií energetických úsporných opatrení sa odstraňujú aj možné systémové chyby či nedostatky obnovovaného objektu, pričom po ukončení stavebných prác sa výrazne zvýši trhová hodnota budovy resp. Bytových jednotiek. Pri realizácií celkovej obnovy budovy sa síce investičné náklady výrazne zvýšia v porovnaní s významnými obnovami jednotlivých častí budov, ale ročná úspora celkovo obnove budovy je vyššia.
4. Metodológia hodnotenia koncentrácie CO2 a intenzity výmeny vzduchu
Prípadová štúdia sa venuje hodnoteniu kvality vnútorného vzduchu v bytovom dome. Údaje k prípadovej štúdii boli získané z objektívnych meraní koncentrácie oxidu uhličitého vo vybraných bytoch.
A) Metodika merania z hľadiska veličín
Koncentrácia oxidu uhličitého (CO2): je ukazovateľom kvality vnútorného vzduchu. Udáva sa v jednotkách ppm (častice na milión) – počet častíc CO2 nachádzajúce sa v milióne častíc vzduchu (10 000 ppm = 1 %). Koncentrácia CO2 je významnej miere ovplyvnená fyzickou aktivitou človeka, počtom osôb v miestnosti, intenzitou výmeny vzduchu v miestnosti.
Hranice prijateľnosti koncentrácie CO2 je medzi 1 000 až 1 200 ppm, čo je možné zabezpečiť vetraním o intenzite 22–29 m3 vzduchu za hodinu za osobu pri koncentrácii prívodného vzduchu cca 330 až 370 ppm [6].
B) Metodika merania z hľadiska prístrojov
Zber dát koncentrácie CO2 sa uskutočnil pomocou VAISALA CO2 vysielača (obr. 4). Tento prístroj bol umiestnený v spálňach vybraných bytových jednotkách počas ôsmych dní.
Obr. 4 Prístroj na meranie koncentrácie CO2C) Metodika merania z hľadiska času a miesta
Merania boli realizované počas vykurovacej sezóny, v januári 2015 a 2016. Prístroje na snímanie parametrov kvality vzduchu boli umiestnené v dvadsiatich bytoch nachádzajúce sa vo vybranom objekte. CO2 vysielač bol umiestnený v spálni a zaznamenával údaje v 5minútových intervaloch.
4.1 Výpočet intenzity výmeny vzduchu
Intenzita výmeny vzduchu bola vypočítaná pri každom posudzovanom byte pred a po obnove bytového domu na základe nameranej koncentrácie CO2 počas ôsmich nocí. Na výpočet bolo nutné poznať aj fyzický stav obyvateľov (hmotnosť a výšku) a obsadenosť izieb počas nočných hodín. Tieto informácie sa zistili z dotazníkového prieskumu. Na výpočet bol použitý program CO2 Air Change Tracer. Pri tomto výpočte všetky údaje týkajúce sa fyzického stavu obyvateľov, nočnej koncentrácie CO2 a objem miestnosti, kde sa vykonávalo meranie, boli zahrnuté do výpočtu. Na základe týchto informácií softvér vypočítal výsledné hodnoty intenzít výmeny vzduchu metódou zvyšujúcej koncentrácie [8]:
(1)
[ppm]
kde je
- Ci(t)
- koncentrácia CO2 v čase t (h) [ppm]
- Co
- počiatočná koncentrácia CO2 (v čase t = 0) [ppm]
- Ca
- vonkajšia koncentrácia CO2 [ppm]
- λ
- intenzita výmeny vzduchu [1/h]
- F
- približná rýchlosť generácie CO2 na osobu [l/h]
- VR
- objem miestnosti [m3]
- ti
- čas [h]
Približná rýchlosť generácie CO2 na osobu je definovaný ako:
(2)
[m3/h]
kde je
- RQ
- respiračný koeficient (0,83) [–]
- H
- výška obyvateľov [m]
- W
- váha obyvateľov [kg]
- M
- metabolická aktivita (1 met) [met]
5. Výsledky fyzikálnych meraní
Výsledky z fyzikálnych meraní zahŕňajú analýzu koncentrácie CO2 a intenzity výmeny vzduchu na základe získaných dát z experimentálnych meraní.
5.1 Koncentrácia CO2
Obr. 5 Priebeh koncentrácie CO2 (ppm) počas dvoch dní pred a po obnove bytového domu
Príklad priebehu koncentrácií CO2 je znázornený na obrázku 5. Výsledky ukazujú zreteľne vyššie koncentrácie po obnove objektu. Zelená čiara ukazuje maximálnu odporúčanú hodnotu koncentrácie.
Obr. 6 Boxový diagram znázorňujúci koncentráciu CO2 pre celú dobu merania ako základný štatistický výstup hodnôt pred a po obnove bytového domu
Boxový diagram (obr. 6) znázorňuje koncentráciu CO2 pre celú dobu merania ako základný štatistický výstup získaných údajov. Dolné a horné štvorčeky reprezentujú 25 a 75 percentil, a pás v strede boxov označuje medián. Kruh v strede štvorčekov znázorňuje priemer. Paličky nad a pod štvorčekmi ukazujú maximálne a minimálne namerané hodnoty.
Nižšie prezentované tabuľky ukazujú koncentráciu CO2 vo vybranom bytovom dome pred a po jeho obnove. Výsledky charakterizujú aj dennú aj nočnú periódu meraní. Tabuľka 2. a 3. obsahuje údaje priemernej, priemernej minimálnej a priemernej maximálnej koncentrácie CO2. Hraničné hodnoty koncentrácie CO2, ktoré podľa získaných údajov v štúdiu boli prekročené sú prezentované v tabuľke 4 a 5.
Tab. 2 Koncentrácia CO2 v bytovom dome pred obnovou
Tab. 3 Koncentrácia CO2 v bytovom dome po obnove
Tab. 4 Hraničné hodnoty koncentrácie CO2 v bytovom dome pred obnovou
Tab. 5 Hraničné hodnoty koncentrácie CO2 v bytovom dome po obnove
5.2 Intenzita výmeny vzduchu
Hodnoty intenzity výmeny vzduchu pred aj po obnove sú prezentované v tabuľke č. 6. Navyše boxový graf (obr. 7) ukazuje 25 a 75 percentil a medián hodnôt.
Tab. 6 Intenzita výmeny vzduchu pred a po obnove bytového domu
Obr. 7 Boxový diagram znázorňujúci intenzitu výmeny vzduchu ako základný štatistický výstup hodnôt pred a po obnove bytového domu
6. Záver
Kvalita vnútorného vzduchu je značne ovplyvnená investíciami do komplexných obnov bytových domov a vetracími návykmi obyvateľov. Vyššou intenzitou vetrania sa znižuje koncentrácia znečisťujúcich látok vo vnútornom ovzduší. Na jednej strane hovoríme o investovanie zdrojov, čo prináša energetickú úsporu avšak na strane druhej dochádza k zmenám v kvalitne vnútorného ovzdušia na ktoré obyvatelia nereagujú adekvátne. [7; 11]
Tepelnú energiu použitou na ohrev privádzaného čerstvého vzduchu na zníženie koncentrácie toxických látok nemožno považovať za zbytočnú. Táto energia musí byť spotrebovaná, pretože inak je ohrozené ľudské zdravie. Zníženie spotreby tepelnej energie domu na úkor kvality vnútorného prostredia a zdravia užívateľov bytov preto nemožno považovať za úsporu a nie je možné ho vypočítať pri hodnotení energetických úspor vykurovacieho systému budovy po rekonštrukcie.
Literatúra
- Jurelionis A., Seduikyte L. (2010) Assessment of indoor climate conditions in multifamily buildings in Lithuania before and after renovation. 2nd International conference advanced construction. Kaunas, Lithuania.
- www.bpie.eu (Building Performance Institute Europe)
- Földváry V., Bekö G., Petráš D. (2014) Impact of energy renovation on indoor air quality in multifamily dwellings in Slovakia. Proceedings of Indoor Air 2014, Hong Kong, Paper No. HP0143.
- Földváry, V., Pustayová, H. (2013) Obnova bytových domov z pohľadu zabezpečenia kvality vnútorného vzduchu. In: Komplexná obnova bytových domov 2013: VII. Medzinárodná odborná konferencia. Legislatívne a technické nástroje znižovania energetickej náročnosti bytových domov. Podbanské, SR, 20.–22. 11. 2013. – Bratislava: Združenie pre podporu obnovy bytových domov, 2013. – ISBN 978-80-227-4037-1. – S. 43–46
- Zákon č. 300/2012 O energetickej hospodárnosti budov – 555/2005
- World Health Organization: Selected pollutants.
Web: http://www.euro.who.int/__data/assets/pdf_file/0009/128169/e94535.pdf - Földváry V., Petráš D. (2014) Vplyv komplexnej obnovy na kvalitu vnútorného vzduchu: Ako dopadol prieskum vo vybraných bytových domoch? In TZB Haustechnik. Roč. 22, č. 5 (2014), s. 52–54. ISSN 1210-356X.
- Standard Guide for Using Indoor Carbon Dioxide Concentrations to Evaluate Indoor Air Quality and Ventilation. 2002
- Noris F., Delp W., Vermeer K., Adamkiewicz G., Singer B., Fisk W. (2013) Protocol for maximizing energy savings and indoor environmental quality improvements when retrofitting apartments. Energy and Buildings, vol. 61, pp. 378–386.
- Sánka I. (2015) Analýza kvality vnútorného vzduchu vo vybraných bytových domoch pred a po ich komplexnej obnove. Slovenská Technická Univerzita v Bratislave, SvF, Katedra TZB; Práca ŠVK 2015
- Howard-Reed C., Wallace LA, Ott WR (2002) The effect of opening windows on air change rates in two homes. Air Waste Manage Assoc, 52(2), pp. 147–159.
This study investigates the impact of energy renovation on the indoor air quality of apartment building during heating season. The study was performed in one residential building before and after its renovation. Energy audit was performed and energy certificate was calculated for the renovated and the non renovated condition of the dwelling. Objective measurements of CO2 concentration have been used for the evaluation. The average concentrations was much higher after the refurbishment. The air exchange rate was calculated, which was higher in the unrenovated apartments. This study shows that energy renovation of the residential buildings in Slovakia may reduce the quality of the indoor environment in the apartments especially in winter season.
Maintaining a healthy indoor environment requires much more intense air exchange after the reconstruction of the house as it is achieved. Although this is related to energy consumption, it is otherwise endangered by the health of the user. Reducing the thermal energy consumption of the house to the detriment of the quality of the indoor environment and the health of the users of the dwellings can not therefore be considered as a saving and can not be calculated when assessing the energy savings of the building's heating system after reconstruction.