Vnitřní mikroklima koupelen: Praktické poznatky z měření

Úvod

Článek prezentuje sledování stavu vnitřního tepelně-vlhkostního mikroklimatu v prostoru koupelny typického rodinného domu. V textu jsou uvedeny výsledky měření konfrontované s požadavky platné legislativy. Teplota i vlhkost vzduchu jsou základní složky interního mikroklimatu a jako takové mají významný podíl na kvalitě vnitřního vzduchu v obytných a občanských stavbách. V případě měřené místnosti koupelny, jejíž charakter vypovídá o tom, že v ní bude docházet k výrazným vodním ziskům,je pak potřeba věnovat pozornost zejména vlhkosti vzduchu. Tato může svou vysokou hodnotou negativně ovlivnit zdraví uživatelů nepřímo vytvořením podmínek pro rozvoj mikroorganismů a plísní. Vysoký vliv má vlhkost také na některé stavební konstrukce, jejichž citlivost na tuto složku mikroklimatu se s variantou použitých materiálů různí. V následujícím textu jsou prezentovány výsledky měření jež probíhalo od 19. 2. 2011 do 14. 6. 2011.

Výchozí legislativa pro stanovení mikroklimatu v hygienických místnostech

Hodnoty mikroklimatických podmínek stanoví pro ČR vyhláška č. 6/2003 Sb., kterou se stanoví hygienické limity chemických, fyzikálních a biologických ukazatelů pro vnitřní prostředí pobytových místností některých staveb. Základními předepsanými veličinami hodnocení interního mikroklimatu jsou teplota vzduchu a jeho relativní vlhkost, rychlost proudění vzduchu, tepelná zátěž a koncentrace škodlivin, intenzita výměny vzduchu a osvětlení. Vybrané hodnoty mikroklimatických veličin jsou uvedeny v tab. 1 a tab. 2.

Ačkoli je vyhláška určená pro pobytové místnosti, do nichž hygienické místnosti nespadají, tak z důvodu neexistujících zákonných požadavků pro hodnoty mikroklimatických podmínek hygienických místnosti v ČR, je v následujícím textu článkubrána tato vyhláška jako výchozí. Dále jsou uvedeny hodnoty normových požadavků, které jsou platné ale nezávazné.

ČSN 730540-3 Tepelná ochrana budov, část 3: Výpočtové hodnoty veličin pro navrhování a ověřování v příloze I Návrhové hodnoty parametrů vnitřního prostředí, v tabulce I.1 Návrhová vnitřní teplota v zimním období a návrhová relativní vlhkost vnitřního vzduchu část 1. Obytné budovy trvale užívané.

ČSN EN ISO 7730 Mírné tepelné prostředí – Stanovení ukazatelů PMV a PPD a popis podmínek tepelné pohody. Tato mezinárodní norma představuje metody předpovídání celkového tepelného pocitu a stupně nespokojenosti s tepelným prostředím osob vystavených mírnému tepelnému prostředí. Umožňuje analytické stanovení a interpretaci tepelného komfortu pomocí výpočtu ukazatelů PMV (předpovídaného středního tepelného pocitu) a PPD (předpovídaného procenta nespokojených) i stanovení kritérií místního tepelného komfortu určujících environmentální podmínky považované za přijatelné pro celkový tepelný komfort, nebo představující místní diskomfort. Platí pro zdravou pracovní populaci vystavenou vnitřním prostředím, kde je žádoucí tepelný komfort, ale kde se v návrhu nových prostředí nebo při hodnocení již existujících vyskytují mírné odchylky od žádoucího stavu.

ČSN EN ISO 7730 rozděluje podle tepelného stavu těla jako celku tři kategorie tepelného prostředí:

V případě potřeby stanovení konkrétních hodnot pro větrání hygienických místností, nejsou stejně jako u stanovení mikroklimatických limitů,určeny žádným závazným předpisem. Východiskem pro návrh průtoku vzduchu jsou tedy také normové požadavky, legislativní požadavky pro pracovní prostředí a technická doporučení. Konkrétně se jedná o hodnoty uvedené v tab. 6. dle ČSN EN 15665 Větrání budov – Stanovení výkonových kritérií pro větrací systémy obytných budov.

Dle ČSN 74 7110 – Bytová jádra je množství větracího vzduchu pro WC 25 m³/h, koupelnu 75 m³/h a kuchyň 100 m³/h.

Směrnice STP-OS4/č. l/2005 uvádí 60 m³/h pro koupelny, 40 m³/h pro WC a 60 m³/h pro kuchyně.

Z uvedených hodnot obsažených v různých závazných případně platných předpisech je zřejmé, že hodnoty oscilují v intervalu, který je možné interpretovat průměrem. Z hlediska praxe je, ale mnohem důležitější provádět návrh průtoku vzduchu na konkrétní zařizovací předměty a technologii, která je v dané místnosti umístěna. Jsou případy, kdy koupelna, může z hlediska vlhkostní zátěže tvořit i malý soukromý whirpool apod. Zde jsou vodní zisky mnohem vyšší, než u legislativou předpokládaných a uváděných průtoků vzduchu. Dále je v článku popsáno měření reálné místnosti koupelny, v dispozičních podmínkách běžně se vyskytujících.

Schéma půdorysu měřené místnosti a její dispozice v objektu

Obr. 1 Schéma dispozice měřené místnosti v rodinném domu

Měřená místnost koupelny má plochu 2,41 m², je vybavena dvěma zařizovacími předměty, a to umyvadlem a vanou. Pravidelně ji využívají 3–4 lidé. Půdorys místnosti je znázorněn na obr. 1. Z tohoto schématu je zřejmé, že je koupelna nevhodně situována uprostřed objektu, takže podmínky pro přirozené větrání jsou výrazně nepříznivé a výměna vzduchu probíhá velmi omezeně. Měřený prostor koupelny není vybaven nuceným systém větrání a je uvažováno pouze s přirozeným větráním místnosti přes otevřené dveře oddělující místnost koupelny od prostoru chodby, kde je možnost využít otvíravého okna (taktéž seje možné realizovat přirozené větrání přes okno umístěné v kuchyni, místnost chodby a kuchyně jsou po stránce vzduchotechniky spojeny neuzavíratelným stavebním prostupem. Výsledkem, který můžeme pozorovat na níže uvedených grafech je, že vodní zisky z místnosti jsou odváděny přirozeným větráním jen minimálně a relativní vlhkost je v průběhu celého dne na vysokých hodnotách, než by se při stavebním návrhu očekávalo.

Uvedené bytové prostory jsou využívány rodinnou 4 dospělých osob. Tyto osoby provádí běžnou hygienu a to ranních a večerních hodinách. Celá rodina je zaměstnaná, tudíž využívání prostorů a zejména sledovaná koupelna není přes den v pracovních dnech využívána. Měření probíhalo kontinuálně jak v pracovní dny a ve dny pracovního volna (soboty a neděle).

Naměřené výsledky

V níže uvedeném grafu na obr. 2 je znázorněn průběh teplot a vlhkostí za dobu měření a tood 19. 2. 2011 do 14. 6. 2011. Tento graf vypovídá o tom, že za dobu měření se hodnota relativní vlhkosti pohybovala ve velmi vysokých hodnotách (průměrná hodnota za celou dobu měření činí 69,7 %). Přehlednější obraz o stavu vnitřního mikroklimatu dostaneme uvedením detailnějšího úseku měření pro jeden zvolený týden, jež je na obr. 3. Následně jsou vybrány reprezentativní výsledky pro pracovní den (obr. 4) a nepracovní den (obr. 5) tohoto týdne.

Obr. 2 Průběh průměrných teplot a vlhkosti naměřených od 19. 2. 2011 do 14. 6. 2011

Obr. 3 Průběh teplot a vlhkosti pro vybraný týden naměřený v koupelně

Z průběhu můžeme zjistit, že zejména průběh vlhkosti výrazně překračuje rozmezí dané vyhláškou 6/2003 a to nejen ve dnech pracovního volna , ale i v pracovních dnech. V případě zobrazení průběhuteploty a vlhkosti v konkrétní dnu uvedeném na obr. 4 a obr. 5, můžeme sledovat, že úroveň vlhkosti je výrazně zvýšena převážně, jako důsledek činnosti prováděné v této místnosti. Děje se tak zejména v ranních hodinách, před odchodem do práce a večer. Přestože je v nepracovním dnu koupelna využívaná až od pozdějších ranních hodin a úroveň relativní vlhkosti má tedy čas dostat se na úroveň 65 %, je průměrná hodnota pohybující se kolem 70% relativní vlhkosti značně vysoká. Jedná se o případ, kdy je uživateli bytu po každé hygieně větrán prostor koupelny ponecháním otevřených dveří do prostoru chodby.

Obr. 4 Průběh teplot a vlhkosti pro vybraný pracovní den naměřený v koupelně

Obr. 5 Průběh teplot a vlhkosti pro vybraný nepracovní den naměřený v koupelně

Určení vhodného průtoku vzduchu

Průtok vzduchu je určen z rovnice hmotnostní bilance měrné vlhkosti ve větraném prostoru, po jejímž řešení nabyde výsledný vztah zjednodušený tvar:

(1) [g/kg]

kde

χ_i

– měrná vlhkost v interiéru [g/kg]

χ_e

– měrná vlhkost v exteriéru [g/kg]

Ṁ_ṡ

– hmotnost škodliviny ze zdroje v místnosti [g/s]

– objemový průtok přiváděného vzduchu [m³/s]

O

– objem větrané místnosti [m³]

K výpočtu je potřeba volit vnější klimatické podmínky, pro něž se výpočet provede. Pro kolísání venkovních teplot byl použit sinusový průběh podle vztahu (2), kde je uvažováno harmonické kolísání s maximální teplotou v 15 hodin. Vzniklý průběh teploty v exteriéru je znázorněn na obr. 6.

(2)

Obr. 6 Průběh teplot a vlhkosti v exteriéru

kde

 

t_ei

– venkovní teploty v době i

t_emax

– venkovní teploty v době maximální

t_emin

– venkovní teploty v době minimální

A_t

– amplituda kolísání venkovních teplot (ve slunečných dnech bývá 7 až 8 K)

A z meteorologických údajů byl stanoven vztah pro měrnou vlhkost v exteriéru při maximální teplotě:

Z uvedených vztahů pro výpočet koncentrace měrné vlhkosti v interiéru a okrajových podmínek určených matematicky pomocí vztahů (2) a (3) jsou prezentovány výsledky fyzikálních závislostí na obr. 7 a obr. 8. Tyto grafy průběhu teplot a vlhkostí stanovené pro 4. 4. 2012 jsou vytvořeny s dalšími okrajovými podmínkami, a to limitními hodnotami měrné vlhkosti interiéru daných:

1. normou VDI, jež udává maximální hodnotu měrné vlhkosti pro prostory s bazény jako x_max = 14,3 g/kg
2. maximální hodnotu měrné vlhkosti v závislosti na φ_max = 65 % danou vyhláškou č. 6/2003 Sb.
3. maximální hodnotu měrné vlhkosti v závislosti na φ_max = 85 % danou vyhláškou č. 464/2000 Sb., kterou se stanoví hygienické požadavky na koupaliště, sauny a hygienické limity venkovních hracích ploch

Obr. 7 Průběh teplot a vlhkosti pro vybraný pracovní den (4. 4. 2012) – stanovené pro trvalé větrání s průtokem vzduchu V = 150 m³/h

Obr. 8 Průběh teplot a vlhkosti pro vybraný pracovní den (4. 4. 2012) – stanovené pro nárazové větrání s průtokem vzduchu V = 150 m³/h

Z matematických modelů uvedených na obr. 7 a obr. 8 je možné prezentovat následující výsledky. Množství odváděného vzduchu 150 m³/h vyhovuje jak při nárazovém systému podtlakového odvětrání, tak při trvalém 24hodinovém systému podtlakového větrání. V obou případech nejsou překročeny limitní hodnoty měrné vlhkosti vzduchu 147,3 g/kg s.v. a relativní vlhkost 85 %. Ve výpočtu uvažovaných 150 m³/h ovšem nestačí pro udržení relativní vlhkosti v koupelně 65 %. Z uvedených grafů je názorné, že nárazově může vnitřní relativní vlhkost vzduchu dosáhnout hodnoty 72 %. Vzhledem ke krátkodobému zvýšení relativní vlhkosti a její hodnotě lze konstatovat, že uvedených 150 m³/h je hodnota, která zajistí požadované mikroklima ve vnitřním prostoru koupelny. Výsledkem stávajícího stavu bez nuceného větrání koupelny a k častému překračování limitů relativní vlhkosti je kondenzace vodní páry v rozích místnosti, která v tomto konkrétním případě vedla k narušení omítky místnosti a její destrukci, jak je zachyceno na obr. 9.

Obr 9. Narušení omítky v rozích místnosti vlivem kondenzace

Závěr

Z uvedených průběhů naměřených veličin lze usoudit, že stav vnitřního mikroklima v měřeném prostoru koupelny je naprosto nevyhovující. Hodnota 65 % daná vyhláškou 6/2003 Sb. je v důsledku špatné dispozice této místnosti často překračována a přirozené větrání není schopno vnitřní vodní zisky odvést. Z výsledků uvedených na obr. 7 a obr. 8 následně vyplývá, že v případě zřizování nuceného větrání by jako vhodný průtok vzduchu měl být zvolen průtok V = 150 m³/h s nárazovým provozem větrání.

Závěrem je možné konstatovat, že stavební řešení a dispozice prostorů s vnitřní vlhkostní zátěží zcela jednoznačně ovlivňuje vnitřní vlhkostní mikroklima prostoru. Při absenci nuceného systému větrání není možné v takovýchto prostorách dodržet nejen hygienické požadavky na vnitřní vlhkostní mikroklima, ale není možné ochránit samotnou stavební konstrukci před účinky vlhkostní zátěže.

Článek zřetelně prokazuje nutnost instalace systému nuceného větrání v obdobných prostorách, bez možnosti přímého přirozeného větrání.

Článek vznikl za podpory specifického výzkumu 2012 na VUT v Brně, Fakultě stavební, Ústavu technických zařízení budov.

Literatura

• [1] SZÉKYOVÁ, M., FERSTL, K. a NOVÝ, R. Větrání a klimatizace. 1. české vyd. Bratislava: JAGA, 2006. 359 s. ISBN 80-8076-037-3.
• [2] CHYSKÝ, J., HEMZAL, K. a kol. Technický průvodce větrání a klimatizace. 3. vyd. Praha: ČESKÁ MATICE TECHNICKÁ, 1993. 490 s. ISBN 80-901574-0-8.
• [3] GEBAUER, G., RUBINOVÁ, O. a HORKÁ, H. Vzduchotechnika. 2. vyd. Brno: ERA, 2007. 262 S. ISBN 978-80-7366-091-8.
• [4] CHYSKÝ, J. Výpočet teplot vzduchu v místnostech bez klimatizace v letních podmínkách. Vytápění větrání instalace. 1995, č. 1, s. 5.
• [5] 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.
• [6] Rubinová, O., Počinková, M. Neefektivní větrání bytových domů [Online], Topinfo s.r.o., Praha, 2011. Available: http://vetrani.tzb-info.cz/vetrani-bytovych-domu/7114-neefektivni-vetrani-bytovych-domu.

Přečtěte si také Co očekáváme od větrání koupelny? Přečíst článek