Riadené vetranie obytných budov – áno alebo nie?

Riadené vetranie obytných budov – áno alebo nie?

17. 03. 2008
Zdieľať

Už v dávnej minulosti všetci architekti rešpektovali zabezpečenie základných požiadaviek na vetranie budov. Ich skúsenosti preverené storočnou praxou sa postupne stali základom pre vtedajšie stavebné zákony. Tie boli často dokonalejšie než súčasné predpisy a normy. Je až neuveriteľné, že už pred dvomi tisícmi rokov boli predpísané požadované intenzity výmeny vzduchu v hodnotách, ku ktorým sa novodobý človek dopracoval až v 20. storočí pomocou rozsiahlych vedeckých výskumov mnohých univerzít a výskumných ústavov.

Vnútorná mikroklíma

Nasledujúce údaje, výsledky a poznania vychádzajú z posledných vedeckých poznatkov a praktických meraní. Zložky vzduchového prostredia budov, zámerne vytváraného pre pobyt človeka v uzavretých priestoroch, možno všeobecne charakterizovať ako internú mikroklímu. Mikroklímu môžeme rozdeliť na niekoľko zložiek:

  • tepelno-vlhkostná – teda interiérová teplota v nadväznosti na vlhkosť,
  • mikrobiálna – vplyv baktérií a plesne na človeka,
  • ionizačno-rádioaktívne žiarenie zo stavebných materiálov alebo podložia,
  • aerosólová – prašnosť v interiéri,
  • odérová – vône a pachy,
  • toxická – výpary zo stavebných materiálov a vybavenia interiérov,
  • hluk, prašnosť, elektromagnetické pole atď.
Všetky tieto zložky sa vzájomne ovplyvňujú. Na zjednodušenie sa budeme zaoberať len prvou z nich – teda teplotou a vlhkosťou, s doplnením väzby na parameter koncentrácie oxidu uhličitého. Tieto zložky sa najľahšie merajú a majú okamžitý vplyv na vnímanie a pocity užívateľov.

Teplota v interiéri

V celej histórii stredoeurópskych obytných stavieb bolo ich vykurovanie zabezpečené výhradne lokálnymi zdrojmi (pecami, kozubmi, kachľami) umiestnenými v jednotlivých miestnostiach. Tieto vykurovacie zdroje spolu s netesnými oknami vytvárali počas dlhých storočí v budovách plne funkčný systém vykurovania a vetrania, keď intenzita výmeny vzduchu závisela od prevádzky vykurovacieho zdroja. Aj v čase odstávky zabezpečoval trvalý aeračný odťah v teplých vnútorných komínoch dostatočnú intenzitu podtlakového vetrania. Miestnosti sociálnych zariadení sa vetrali oknami do fasády alebo do veľkorozmerných vnútorných svetlíkov nájomných domov. Tieto systémy, prevádzkované nárazovo, fungovali bezpečne, s výnimkou niekoľkých extrémnych letných dní, keď dochádzalo k spätným ťahom. Lokálne zdroje zabezpečovali výrazne sálavú zložku tepla, ktorá bola nevyhnutná na elimináciu studeného sálania nedostatočne izolovaných obvodových stien.

Až v priebehu 20. storočia sa začínajú masívne presadzovať ústredné teplovodné systémy vykurovania, keď sa kotol ústredného vykurovania inštaluje najprv v byte a až potom v pivniciach, mimo obytných priestorov. Tým sa však radikálne menia mikroklimatické podmienky. Pri nezmenených tepelných parametroch poddimenzovaných obvodových konštrukcií totiž citeľne chýba sálavá tepelná zložka, lebo prenos tepla telesami ústredného vykurovania je teraz prevažne konvektívny a na dosiahnutie tepelnej pohody treba miestnosti výrazne prekurovať. Súčasne sa silne obmedzuje aj pôvodný trvalý prívod vzduchu do miestností a pri nezmenenom správaní obyvateľov (sušenie bielizne v byte, varenie bez digestora, neodvetrané plynové sporáky) a pri následnom dodatočnom utesnení okien dochádza k masívnemu výskytu plesní na chladnom povrchu nevyhovujúcich obvodových stien, často s výraznými tepelnými mostami. V ojedinelých prípadoch boli navrhnuté aj teplovzdušné vykurovacie sústavy so samotiažnym okruhom z kotla v suteréne. Vo väčšine prípadov však nemohli zabezpečiť požadovaný komfort, lebo neobsahovali filtre a roznášali prach, vyžadovali veľké prierezy vzduchovodov, pričom vznikali problémy s prenosom hluku. Regulácia týchto systémov, keď zdroj tvoril väčšinou kotol na tuhé palivá, nebola prakticky možná. Systém, ktorý sa používal na hradoch s veľkou akumuláciou tepla (napríklad hrad Bouzov v Česku), v obytných domoch neuspel.

Relatívna vlhkosť v interiéri

Pre príjemné prostredie v priestore je vhodné udržať určité rozpätie teploty a relatívnej vlhkosti, ktoré väčšina užívateľov akceptuje. Základnými všeobecne uznávanými hodnotami sú teplota t = 20 °C a relatívna vlhkosť rh = 50 %. (Keď sa vrátime do histórie, k prvej vyspelej civilizácii z oblasti Mezopotámie, predchádzajúce hodnoty zodpovedajú priemernej ročnej teplote a relatívnej vlhkosti v tejto oblasti.) Zatiaľ čo so zabezpečením optimálnych teplôt v budovách väčšinou nebývajú problémy vďaka súčasným kvalitným reguláciám pružných vykurovacích sústav a zatepľovaniu obvodových stien budov, často býva problematické dosiahnuť vyhovujúcu relatívnu vlhkosť, lebo existuje rad hľadísk, ktoré si vzájomne odporujú.

Základné definície mernej a relatívnej vlhkosti















Názov Skratka, jednotka Definícia
Merná vlhkosť x (g/kg suchého vzduchu) Hmotnosť vodnej pary v 1 kg suchého vzduchu; asi 1,3 m3.
Relatívna vlhkosť rh (%) Stupeň nasýtenia vzduchu vodnou parou (od 0 do 100 %) pri danej teplote vzduchu. Pre interiéry v zimnom období sa odporúča 40 až 50 %.

Vyššie relatívne vlhkosti vzduchu v rozsahu 50 až 60 %, odporúčané z hygienického hľadiska (zabraňujú vysychaniu sliznice), vedú pravidelne k vzniku plesní (napríklad rodu Alternaria Aspergillus), a to najmä v chladných a nevetraných rohoch miestností, v nadpražiach a osteniach s nebezpečnými zárodkami patogénnych spór. Dôsledkom je zvýšená chorobnosť obyvateľov, časté nevoľnosti, alergie, zápaly priedušiek atď. V súčasnosti tento fenomén nadobúda veľké rozmery pri nezodpovednom utesňovaní okenných škár, keď v bytoch už nie je prirodzená výmena vzduchu. Plesne v bytoch sa vyskytujú pravidelne už od ustálených relatívnych vlhkostí nad 50 %. Pri vyšších relatívnych vlhkostiach vzduchu nad 60 % sa až na dvojnásobok zvyšuje percento prežívajúcich mikroorganizmov (napríklad Staphylococus, Streptococus) oproti výskytu mikroorganizmov pri 30- až 40-percentnej relatívnej vlhkosti. Pri poklese relatívnej vlhkosti sa, naopak, znižuje počet roztočov v textíliách a výskyt alergií.

Aj keď sa ľudia prispôsobia širokému rozsahu relatívnej vlhkosti (bežne od 30 do 90 %), vhodná úroveň relatívnej vlhkosti v interiéri je v rozsahu 40 až 50 %. Merná vlhkosť je pomerne jasná. Pri relatívnej vlhkosti ide však práve o slovo – relatívna, pretože (okrem iného) veľmi závisí od teploty. Pre názornosť si vezmeme vonkajší vzduch v zimnom období, ktorý má pri teplote –5 °C mernú vlhkosť x rovnajúcu sa asi 1,8 g/kg suchého vzduchu (teda 1,5 g vody/m3 vzduchu), relatívnu vlhkosť 70 %. Ak tento vzduch ohrejeme na 20 °C, voda sa zo vzduchu nikam nestratí, stále máme asi 1,4 g vody/m3. Pri teplote 20 °C je však relatívna vlhkosť len 12 %. Keď pri vykurovaní zvyšujeme teplotu v interiéri, napríklad pri kúrení v kozube, má na vnímanie osôb vplyv nielen oteplenie, ale aj zníženie relatívnej vlhkosti. Nezáleží na systéme vykurovania, teda spôsobe dodania energie na udržanie teploty v interiéri. Voda (presnejšie vodná para zo vzduchu) sa z priestoru vykurovaním nestratí, priestor sa nevysuší – merná vlhkosť je stále rovnaká.

Ak napríklad zvýšime teplotu v interiéri, relatívna vlhkosť poklesne tiež. (Pri prekúrení priestoru vďaka kozubu alebo slnečným ziskom má hlavný vplyv na pokles relatívnej vlhkosti práve toto prekúrenie – pri zvýšení interiérovej teploty z 22 na 26 °C klesne relatívna vlhkosť z 50 % na asi 35 %! Merná vlhkosť je stále rovnaká.) Na relatívnu vlhkosť v interiéri má najväčší vplyv vetranie. Rozšíreným mýtom je tvrdenie, že nízka relatívna vlhkosť (30 % a menej) a problémy so suchými sliznicami obyvateľov v panelových domoch sú spôsobené tým, že betón absorbuje všetku vlhkosť. Nízku relatívnu vlhkosť však spôsobuje extrémne vetranie. Poddimenzované tepelnoizolačné parametre konštrukcií (stien) spôsobujú nízku vnútornú povrchovú teplotu. Preto sa použila vykurovacia sústava s vykurovacími telesami s teplotným spádom vykurovacej vody 90/70 °C. Stredná teplota vykurovacích telies v zimnom období je okolo 70 °C. Táto vysoká teplota dokáže – niekedy a len v obmedzenej miere – potlačiť práve tieto studené steny. Aj pôvodné okná v týchto objektoch prinášajú rad problémov. Majú nízku povrchovú teplotu a navyše nie sú ani priveľmi tesné. Medzi rámom a krídlom prúdi do bytov vonkajší vzduch s teplotou napríklad už spomínaných –5 °C.

Aby obyvatelia nepociťovali studené prúdenie, horúce vykurovacie telesá vytvárajú pred oknami vnútornú tepelnú clonu. Vďaka tomu sa privádzaný vzduch dohrieva na teplotu interiéru. Všetky tieto vplyvy (netesnosť okien, veľké rozdiely teplôt medzi interiérom a exteriérom alebo aj komínové prúdenie vo výškových budovách, keď sa vzduch zo spodných bytov podtlakom odsáva do spoločných priestorov a, naopak, v najvyšších poschodiach je tlačený netesnosťou bytových dverí a stúpacích rozvodov do bytov) majú vplyv na výmenu vzduchu. Ako už bolo povedané, nízka relatívna vlhkosť v interiéri je spôsobená výmenou vzduchu – teda vetraním. Pri staršej výstavbe (napríklad pri byte v panelovom dome) ide skôr o neriadenú výmenu – infiltráciu. Nárazovo je vetranie posilnené otvorením okien. Vonkajší vzduch má vždy nižšiu mernú vlhkosť (obsah vody/m3) než interiérový.

Napríklad ak má vonkajší vzduch mernú vlhkosť pri –5 °C x = 1,8 g/kg suchého vzduchu, interiérový dosahuje bežne hodnotu 8 g/kg suchého vzduchu. Pri vetraní preto treba na každý m3 privádzaného vzduchu zabezpečiť produkciu vlhkosti v interiéri na úrovni asi 5 g vody – tým sa pokryje deficit a interiér sa vonkajším vzduchom nevysuší, čiže relatívna vlhkosť nepoklesne. Ak je objekt veľmi netesný, bežne doň môže neriadene – infiltráciou prúdiť okolo 200 m3 vzduchu za hodinu. Teda každú hodinu počas celého dňa zabezpečí produkciu vlhkosti 1 000 g/hod., respektíve 24 l/deň. Ak však objekt utesníme (vrátane výmeny okien za tesné), potom obmedzíme infiltráciu na minimum. Nárazové vetranie otvorenými oknami nestačí na odvedenie produkcie vlhkosti z interiéru – priemerne sa týmto spôsobom zabezpečí vetranie s hodnotou asi 20 m3/hod. Preto treba z hľadiska udržania vhodnej koncentrácie relatívnej vlhkosti prívod vzduchu regulovať vzhľadom na vnútornú produkciu vlhkosti.

Znečistenie vzduchu vnútri objektu – koncentrácia CO2

Všeobecne sa odéry (pachy) – plynné zložky ovzdušia – vnímajú ako vône alebo zápachy, produkované človekom alebo jeho činnosťou. Okrem bežných odérov (fajčenie, príprava jedál) sa dnes v interiéri vyskytujú aj styrény, formaldehydy a výpary z náterov – predtým neznáme. Z vonkajšieho ovzdušia sa do budov infiltruje predovšetkým CO2 (oxid uhličitý) a mnoho ďalších odérov. Vo vnútornom prostredí pri pobyte ľudí vznikájú najmä CO2 a telesné pachy, ktoré sú všeobecne indikátorom kvality vnútorného vzduchu. Vonkajší vzduch má koncentráciu CO2 asi 370 ppm, teda 0,037 %. Všeobecne uznávané je tzv. Pettenkoferovo kritérium, ktoré slúži ako indikátor znečistenia vzduchu vnútri objektu. Ako optimálna hodnota indikátora sa stanovuje koncentrácia 0,1 % CO2 (1 000 ppm = 1 l/m3 vzduchu). Zásadným spôsobom možno kvalitu mikroklímy v budovách ovplyvniť len dostatočným prívodom čerstvého vzduchu. Základná a vo svete uznávaná hodnota intenzity vetrania sa uvádza 25 m3/h čerstvého vonkajšieho vzduchu na jednu osobu na odvedenie bežných telesných pachov. Táto hodnota platí všeobecne pre školské učebne i obytné miestnosti alebo pre jedálne. Pre kancelárie sa zvyšuje až na 36 m3/h/os.

Ak by sme koncentráciu CO2 považovali za jediný parameter vnútornej mikroklímy, potom by výmeny a množstvá privádzaného vzduchu boli ešte vyššie. A sme opäť pri nízkej relatívnej vlhkosti. Preto v súčasnosti vzniká otázka, či limitný parameter 0,1 % CO2 nie je príliš prísny až akademický, či nie je vhodné ísť na vyššie koncentrácie – 0,15 % a podobne. Ak tieto parametre aplikujeme na priemerné množstvá privádzaného vzduchu na osobu, potom ide o asi 15 až 18 m3/h. Akákoľvek zmena týchto parametrov má okamžitý vplyv na relatívnu vlhkosť. Praktické niekoľkoročné meranie v pasívnych domoch ukazuje, že aj hodnota CO2 0,15 % je pre drvivú väčšinu osôb prijateľná. Veď v prevažnej väčšine bytov v zimnom období sa koncentrácie bežne pohybujú na úrovni koncentrácie CO2 0,3 až 0,5 %. Pre pracovné prostredie je podľa predpisov povolená koncentrácia až 0,9 %.

Intenzita vetrania

Hodnoty prívodu vzduchu n na osobu sa pohybujú v rozpätí od 15 do 25 m3/h. To však nie je jediné hľadisko. Existujú požiadavky na odvod vzduchu pri varení z kuchyne, pri použití kúpeľne alebo WC alebo na prevetranie celého obstavaného priestoru objektu. Na porovnanie a dimenzovanie sa požiadavky prepočítavajú na obstavaný priestor. Tak ako vo všetkých oblastiach aj tu panujú rozdielne názory. Pri dimenzovaní vetrania možno použiť jeden z troch základných parametrov (zvyčajne sa volí ten, ktorý má najprijateľnejšiu požiadavku na vetranie):

  • podľa veľkosti obstavaného priestoru – pre nútené vetracie zariadenie predpisujú v rade vyspelých štátov intenzitu výmeny v rozsahu n 0,3 až 0,5 1/h. Intenzita vetrania sa vypočíta iba z obstavaného priestoru, neberie sa do úvahy počet a typ miestností v dome ani počet osôb, ktoré v objekte žijú,
  • vzhľadom na typ miestností v dome,
  • podľa počtu osôb – ako najčastejší a všeobecne uvádzaný údaj sa používa hodnota prívodu 25 m3/h na osobu. Pre osobu adaptovanú (zvyknutú) na interiér objektu možno znížiť množstvo privádzaného vzduchu až na 18 m3/h. Pre bežnú štvorčlennú rodinu je požiadavka na vetranie 72 až 100 m3/h. Pri prepočte na obstavaný priestor (napríklad 300 m3) ide o intenzitu výmeny n = 100/ 300 = 0,3 1/h.
V praxi však závisí intenzita vetrania aj od obsadenia objektu a podobne. Často nie je problém udržať všetky požadované parametre v prijateľných hraniciach ani pri výmene n = 0,15 1/h. Hovoríme ale o priemerných hodnotách – v čase použitia WC môže byť výmena pokojne aj 0,51/ h, bez pobytu osôb 0,05 1/h.

Aby pri vetraní nebola zima

Aby sa v interiéri udržala požadovaná teplota, treba privádzať tepelnú energiu, väčšinou vybraným typom kúrenia. V nízkoenergetických domoch sa táto energia používa na ohrev vzduchu pri nútenom vetraní (zabezpečuje výmenu vzduchu v utesnenom objekte) – vzduch privádzaný zvonka sa musí ohriať na interiérovú teplotu, napríklad z –15 na 22 °C, teda o 37 °C. Existuje spôsob, ako množstvo tejto energie znížiť, a to použitím systému vetrania s rekuperačným výmenníkom. Rekuperačný výmenník je zariadenie vyrábané z papiera, kovu (zvyčajne hliníka) a plastu. Ide o sústavu navzájom oddelených tesných kanálikov, kadiaľ prúdi vzduch odvádzaný z objektu a privádzaný doň. Rekuperačné výmenníky podľa typu rozdeľujeme na súprúdové (odvádzaný a privádzaný vzduch prúdia rovnakým smerom), krížové (odvádzaný a privádzaný vzduch prechádzajú výmenníkom kolmo na seba) a protiprúdové (odvádzaný a privádzaný vzduch prúdia sústavou kanálikov proti sebe).

Ďalej existujú a najmä v priemyselných objektoch sa používajú rotačné výmenníky – navinuté pásy hliníkového vlnitého plechu do zvitkov, ktorý sa otáča. Odpadový vzduch pri prechode ohrieva materiál výmenníka (hliník), po pretočení do sektora prívodu energia naakumulovaná do materiálu výmenníka prívodný vzduch predhrieva. Predhrev privádzaného vzduchu je vyčíslený v % a znamená, koľko % energie z odpadového vzduchu sa spätne vrátilo do objektu. Len na zdôraznenie – rekuperáciou sa celkové množstvo energie potrebnej na udržanie teploty v interiéri neznižuje, ale len energia potrebná na dohrev vetracieho vzduchu. Ak teda bude v modeli spotrebovaná energia na vykurovanie za vykurovaciu sezónu za 25 000 Sk, neušetríme pri účinnosti rekuperácie 85 % sumu 21 250 Sk, ale asi 4 500 Sk. Aj tak však ide o veľmi výrazné zníženie prevádzkových nákladov. V súčasnosti dosahujú najvyššiu účinnosť protiprúdové rekuperačné výmenníky, bežne 90 % až 95 %. Vďaka tomu, že odvádzaný aj privádzaný vzduch prúdia malými kanálikmi okolo seba, oddelené len tenkou stenou materiálu (napríklad z plastu s hrúbkou 0,2 mm), majú výmenníky veľkú odovzdávaciu plochu. Privádzaný vzduch je preto predhriaty z –15 na asi 18,5 °C, takže stačí dohriať o 3,5 °C, čo je veľký rozdiel oproti predchádzajúcim 37 °C.

Vplyv vzduchotesnosti objektu na účinnosť rekuperácie

Celkové množstvo prívodného vetracieho vzduchu do objektu sa skladá z dvoch hlavných častí. Časť vzduchu sa privádza neriadene, infiltráciou cez netesnosti konštrukcií a okien, časť riadene – buď otváraním okien, alebo cez nútený vetrací systém, ktorý je pod kontrolou. Aby sme parametre CO2 a relatívnu vlhkosť dokázali udržať v prijateľných hraniciach, treba relatívne presne poznať obe množstvá. Pri dimenzovaní núteného vetrania treba poznať tak požiadavku na celkový prívod vzduchu do objektu, ako aj množstvo vzduchu privádzaného neriadene. Vďaka hodnote n50 (prietok vzduchu zistený pri blower door teste sa vydelí obstavaným priestorom) sme schopní spočítať, aké množstvo prívodného vzduchu infiltráciou nemáme pod kontrolou. Výsledkom je hodnota vzduchu, na ktorú nastavíme vzduchotechnický systém (VZT) – všetko pre to, aby neskôr nebol problém s nízkou relatívnou vlhkosťou pri prevetraní interiéru. Veľmi často sa v diskusiách vedú spory o tom, akú účinnosť rekuperácie (%) musí VZT jednotka spĺňať. Hodnota pod 90 % je vraj zlá. Ak však máme objekt, ktorý nie je hermetický uzavretý, nemôžeme hovoriť o účinnosti rekuperácie, ale len o celkovom spätnom využití energie z odpadového vzduchu.

Nepomôže nám, že účinnosť rekuperačného výmenníka pri prietoku vzduchu 100 m3/h je 90 %, keď určité množstvo vzduchu ide úplne mimo rekuperačného výmenníka (infiltrácia), pretože sa energia stráca. Zo závislosti hodnoty celkovej účinnosti systému vetrania a parametra vzduchotesnosti n50 jasne vidno, prečo je dôležité zabezpečiť vzduchotesnosť domu podľa odporúčaných parametrov. Ak bude mať objekt skutočný parameter n50 = 3 1/h a bude postavený vo veternej krajine, potom pri správnom nastavení celkového prívodu (súčtu infiltrácie a riadeného vetrania) bude účinnosť využitia energie z odpadového tepla asi 40 %. Ak vynecháme komfort vnútorného prostredia, vzniká otázka, či sa vôbec oplatí mať systém s rekuperáciou, pretože vzhľadom na pokles spätného získavania tepla samozrejme narastá požiadavka na množstvo energie na ohriatie prívodného vzduchu na teplotu interiéru (dorovnanie strát celkovým vetraním). Z tohto dôvodu je dôležité, aby objekty zo stavebného hľadiska boli maximálne vzduchotesné, aby vetrací vzduch bol úplne pod kontrolou – najlepšie systémom s rekuperáciou tepla.

Kategória: Energia
Tagy: klimatizácia rekuperácia slnečné kolektory vetranie
Zdieľať článok

Diskusia