Ako vetrať panelové domy?

Pri výmene starých okien za nové – tesné – je potrebné zabezpečiť ­dostatočný prívod čerstvého vzduchu. Ktorý systém vetrania vybrať, aby sme zabezpečili zdravé a príjemné vnútorné prostredie a energetickú efektívnosť?

Pri obnove panelových domov sa pozornosť venuje predovšetkým znižovaniu tepelných strát prestupom, čo v praxi znamená aplikáciu kontaktných tepelnoizolačných systémov a výmenu starých okien za nové. Prievzdušnosť moderných okien je však veľmi nízka a bežným užívateľom tak vzniká problém, ako zabezpečiť dostatočný prívod čerstvého vzduchu. Pri absencii účinného vetrania sa zvyšuje vlhkosť vznikajúca ľudskou aktivitou, rastie koncentrácia CO₂ nad požadované hodnoty a kvalita vzduchu sa rýchlo zhoršuje. Výmena vzduchu je však zároveň energeticky náročná, preto je potrebné hľadať optimálne riešenie stojace medzi hygienickými parametrami a spotrebou energie, respektíve jej cenou.

Množstvo prívodného vetracieho vzduchu

Na výpočet energetickej náročnosti budov sa väčšinou udáva hodnota 0,5-násobnej výmeny vzduchu za hodinu, ale vďaka vzduchotesnej obálke budovy sa táto hodnota nedosahuje. Vo vzduchotechnickej praxi sa udáva prívod čerstvého vzduchu na osobu v rozpätí od 30 do 50 m³ . h^–1. Meraním alebo výpočtom možno preukázať, že z hľadiska kvality vnútorného prostredia sa javia ako najdôležitejšie parametre, ktoré by sa mali sledovať, oxid uhličitý (CO₂) a vlhkosť sledovaná podľa spôsobu využitia miestnosti.

Obývacia izba a spálňa

V obytných miestnostiach, ako sú obývacia izba, spálňa a detské izby, kde sú ľudia najvýznamnejším zdrojom škodlivín, je rozhodujúcim kritériom kvality vnútorného vzduchu koncentrácia oxidu uhličitého, ktorá sa uvádza v jednotkách ppm. Pre osoby sa javí ako optimálne dodržanie koncentrácie CO₂ na úrovni 1 000 až 1 200 ppm [2], čo možno zabezpečiť vetraním s intenzitou 22 až 29 m³ vzduchu za hodinu na osobu pri koncentrácii prívodného vzduchu približne 330 až 370 ppm (tab. 1).

Tab. 1 Vplyv oxidu uhličitého na ľudský organizmus [1]

Kúpeľne

Zatiaľ čo v obytných miestnostiach, kde sú osoby „len“ prítomné, je smerodajnou hodnotou koncentrácia oxidu uhličitého, v kúpeľniach je rozhodujúcim činiteľom činnosť prítomných osôb, teda kúpanie a s ním spojená produkcia vlhkosti. Pri sprchovaní býva absolútna koncentrácia vlhkosti až 2 600 g . h-1 a pri kúpaní vo vani 700 g . h-1, tomu zodpovedá potreba prívodu, respektíve odvodu vzduchu 42 až 260 m³ . h-1 [7]. Množstvo odvádzaného vzduchu možno znížiť použitím vhodných zásten alebo sprchovacích kútov, po ktorých skondenzovaná vlhkosť stečie späť do vane. Optimálne je preto odvádzanie vzduchu priamo nad zdrojom vlhkosti, teda vaňou či sprchovacím kútom. Pre samotnú kúpeľňu by mal postačovať odsávací ventilátor so snímačom vlhkosti a výkonom 100 až 200 m³ . h-1.

Kuchyne

V kuchyni je zdrojom škodlivín predovšetkým varenie. Pri varení na elektrickom sporáku sa produkuje iba vlhkosť a pachy, a to 600 až 1 500 g . h-1 [7]. V kuchyni s plynovým sporákom vzniká pri spaľovaní plynu vlhkosť a oxid uhličitý, zároveň sa vlhkosť produkuje aj varením. Rozhodujúcim kritériom je pri spaľovaní plynu iba oxid uhličitý, avšak množstvo vetracieho vzduchu na jeho odvedenie je pri udržaní maximálnej koncentrácie 1 000 ppm veľmi vysoké. Ako vidieť v tabuľke 2, v ktorej je porovnané množstvo núteného privádzaného vzduchu na dodržanie určitých parametrov, v kuchyniach možno použiť ako rozhodujúce kritérium vlhkosť, s tým, že krátkodobé zvýšenie koncentrácie oxidu uhličitého možno pripustiť. Na odvedenie relatívnej vlhkosti tak, aby sa dosiahla jej úroveň maximálne 70 %, pri teplote v interiéri 20 °C je v závislosti od obdobia a prevádzky plynového spotrebiča potrebné priviesť 120 až 390 m³ . h-1 vzduchu.

Tab. 2 Množstvo čerstvého vzduchu pre kuchyňu podľa kritérií (zdroj: [4]).

Koncentrácia CO₂, vlhkosti a ostatných látok

V miestnostiach, kde sú jediným zdrojom škodlivín ľudia, je vhodné dodržiavať množstvo privádzaného vzduchu podľa počtu osôb tak, aby úroveň oxidu uhličitého bola 1 000 až 1 200 ppm. Tomu zodpovedá množstvo privádzaného vzduchu v rozpätí 22 až 29 m³.h–1 na osobu. V miestnostiach, kde sú hlavným zdrojom škodlivín ľudské činnosti ako napríklad varenie, kúpanie, sprchovanie alebo používanie toalety, je hlavnou škodlivinou zvyčajne vlhkosť či pachy, prípadne splodiny spaľovania pri varení na plyne. V týchto prípadoch však možno väčšinou dimenzovať vetrací systém na úroveň požadovanej vlhkosti alebo na čas, keď sa miestnosti užívajú.

Táto zjednodušujúca úvaha okrem intenzity vetrania, teda dimenzovania prívodného, respektíve odvádzaného vzduchu, implikuje aj použitie ovládacích prvkov. Prívodné prvky v miestnostiach určených väčšinou na pobyt osôb, ako sú obývacie izby, spálne a detské izby, je účelné ovládať snímačmi CO₂. Na druhej strane, v ostatných miestnostiach, určených primárne na činnosti, ktoré produkujú škodliviny vo väčšom meradle ako samotný pobyt osôb (kuchyne, kúpeľne a WC), je účelné ovládanie snímačmi vlhkosti, prípadne vypínačom osvetlenia či digestora.

Pre odlišné odporúčania na návrh prívodu vetracieho vzduchu sa realizoval výpočet pre typický byt 3 + 1 na pobyt štyroch osôb v panelovom dome realizovanom v konštrukčnom systéme VVU-ETA. Objemový tok vzduchu do každej miestnosti sa dimenzuje podľa počtu osôb, podľa účelu miestnosti, produkcie škodlivín (koncentrácia CO₂ a vlhkosti) a podľa odporúčanej výmeny vzduchu. Výpočty sa realizovali podľa Doležíkovej [4]. V tabuľke 3 možno vidieť, že návrhové hodnoty sa značne líšia.

Tab. 3 Prehľad výpočtových návrhových hodnôt prívodného vzduchu typického panelového bytu 3 + 1 pre štyri osoby podľa jednotlivých kritérií návrhu.

Prievzdušnosť stavebných ­konštrukcií

Tepelnoizolačné parametre súčasných okenných rámov a zasklenia dosahujú také hodnoty, že ich tepelné straty sú minimálne. Ak sa v bytovom dome vymenia pôvodné okná za moderné, zníži sa zároveň ich prievzdušnosť a súčiniteľ infiltrácie, pretože vďaka kvalitnému kovaniu po celom obvode okenného krídla veľmi dobre priliehajú k rámu. Nové okná majú súčiniteľ infiltrácie rádovo 20× nižší ako staré drevené okná, kde sa táto hodnota pohybovala na úrovni 1,4 × 10-4 m³m-1s-1Pa-0,67. To vytvára nároky na obyvateľov domu. Nesmú zabúdať vetrať alebo si musia nainštalovať kvalitný ventilačný systém.

Na ilustráciu uvádzame výsledky blower-door testu v panelovom bytovom dome v byte 4 + kk [3] (tab. 4). Sledoval sa prevádzkový stav pred a po výmene pôvodných zdvojených okien s dreveným rámom za okná s plastovým rámom s izolačným dvojsklom. Zároveň sa stanovila tesnosť pripojovacích škár okna. Merala sa tlaková diferencia 50 Pa po postupnom zvyšovaní tlakového rozdielu. Z priebehu merania sa stanovila výmena vzduchu pre prirodzenú bežnú tlakovú diferenciu na 4 Pa.

Tab. 4 Výsledky merania tesnosti bytu v panelovom dome [3]

Z merania vyplýva, že prevádzkový stav miestnosti po výmene okien nespĺňa intenzitu výmeny vzduchu požadovanú pre užívanú miestnosť. Paradoxne tak teda platí, že kvalitné okná, ktoré sú potrebné na dodržanie maximálnej výmeny vzduchu pri tlakovom rozdiele 50 Pa, spôsobujú, že miestnosť nespĺňa minimálnu hygienickú výmenu vzduchu (pri najpravdepodobnejšom tlakovom rozdiele 4 Pa v priebehu roka) podľa STN EN 13829: 2001: Tepelnotechnické vlastnosti budov. Stanovenie vzduchovej priepustnosti budov. Metóda pretlaku pomocou ventilátora. Je tak na užívateľovi, aby sám manuálnym vetraním sledoval minimálnu výmenu vzduchu. Ďalším riešením je použitie núteného alebo hybridného systému vetrania. Na trhu existuje celý rad systémov vetrania, ktoré môžu, ale aj nemusia, uspokojiť naše potreby, predovšetkým ak preferujeme ekonomickú stránku veci.

Prirodzené vetranie

Systémy prirodzeného vetrania sa úspešne využívali už od staroveku. Výmenu vzduchu zabezpečujú rozdiely spôsobené gravitačným vztlakom, dynamickým účinkom vetra – vo všeobecnosti tlakové rozdiely medzi vonkajším a vnútorným prostredím. V minulosti tento systém výborne fungoval vďaka netesným rámom okien a napríklad aj vďaka existencii kachieľ a kozubov, pretože pri spaľovaní sa prisával do miestnosti vzduch. V súčasnosti je potrebné pamätať na vytvorenie potrebného priestupu vzduchu cez obvodový plášť budovy. Najbežnejšie využitie prirodzeného vetrania je infiltrácia okennými škárami, ďalšou možnosťou je prevetrávanie, šachtové vetranie a aerácia. Nevýhodou prirodzeného vetrania je jeho značná závislosť tak od vonkajších klimatických podmienok, ako aj od ľudského faktora. Často sa stáva, že množstvo vzduchu nepostačuje alebo naopak, vetrá sa priveľa, čo spôsobuje značnú tepelnú stratu v priebehu vykurovacieho obdobia.

Nútené vetranie

Systém núteného vetrania môže byť v obytných budovách efektívny, pretože umožňuje riadenú výmenu vzduchu v závislosti od aktuálnej koncentrácie škodlivých látok. Ide teda o ideálne riešenie na optimalizáciu energetickej spotreby. Pri stavebných konštrukciách s vyššou prievzdušnosťou je možné efektívne vetranie zabezpečiť napríklad decentralizovaným systémom s individuálne nainštalovanými odťahovými ventilátormi v jednotlivých bytových jednotkách. Tieto ventilátory možno ovládať spomínanými snímačmi alebo vypínačmi podľa potreby. Nevýhodou týchto systémov je inštalovanie zdrojov hluku priamo v obytných priestoroch, prenikanie pachov medzi jednotlivými bytovými jednotkami a väčšinou veľmi nízka účinnosť lacných axiálnych ventilátorov, ktoré sa bežne predávajú v obchodoch.

V bytových domoch je vhodnejším riešením inštalácia inteligentných centrálnych systémov. Strešné ventilátory týchto systémov majú motory s mikroprocesormi a pracujú pri miernom podtlaku, ktorý zabraňuje prenikaniu pachov medzi jednotlivými bytovými jednotkami. Intenzita vetrania sa automaticky prispôsobuje skutočnej potrebe, ktorá je daná otváraním elektronicky ovládaných ventilov podľa momentálnej obsadenosti bytov, vývojom koncentrácie CO₂ a vlhkosti v nich. Ovládacími prvkami sú tak ako v prvom prípade snímače CO₂, vlhkosti a vypínače. Tieto systémy sú vhodné aj do menších bytových domov. V porovnaní s individuálne nainštalovanými axiálnymi ventilátormi sú inteligentné centrálne systémy energeticky omnoho menej náročné a zdroj hluku je výhodne umiestnený mimo obytných priestorov.

Výhodou týchto riešení je relatívne nízka cena a vysoký užívateľský komfort, ceny snímačov a elektronických ventilov nepredstavujú takú výraznú položku ako pred desiatimi rokmi, a pritom čiastočne šetria obyvateľom náklady na vykurovanie. Inteligentné centrálne systémy sú vhodné na obnovu panelových a bytových domov bez nevyhnutnosti zásahu do elektroinštalácie a vzduchotechnického zberného potrubia. Najväčším problémom uvedených riešení je, že nejde o riešenia koncepčné, pretože možno očakávať, že k výmene okien v každom dome jedného dňa príde.

Zabezpečenie dostatočného prívodu vzduchu do jednotlivých miestností je potom rozhodujúce, pretože výmena okien je pre väčšinu bytových domov kľúčová. Riešením je dôsledné pravidelné intenzívne vetranie alebo kontrola mikroventilácie. Nevýhodou však je buď nedostatočná kvalita, napríklad v spálňach, alebo nadbytočné vetranie a energetické plytvanie či hlučnosť. Obzvlášť citlivý je tento problém v malých spálňach. Pretože nepredpokladáme, že by si užívateľ nastavoval budík, aby mohol pravidelne vetrať, je potrebné nájsť vhodnejšie riešenie. Jedným z mnohých opatrení je inštalácia dodatočných okenných prívodných infiltračných prvkov, ktoré by však mali mať porovnateľnú kvalitu ako samotné okná. Musia zabezpečiť dostatočný akustický a tepelnoizolačný komfort s minimalizáciou kondenzácie a ochranu proti nárazovému a silnému vetru, ideálne s automatickou reguláciou napojenou na príslušné ovládacie snímače alebo vypínače. Pokiaľ dodatočné infiltračné zariadenie nemá uvedené parametre, ide de facto o degradáciu kvalitného okna. Okno prepúšťa hluk a neriadene cezeň prefukuje, môže vznikať prievan a na podlahe vrstva studeného vzduchu. Uvedené problémy potom vedú k tomu, že užívatelia tieto dodatočné infiltračné otvory upchávajú a vracajú sa k pôvodnému stavu. Užívateľ tak buď žije v trvalom aromatickom diskomforte alebo prevetráva.

Jediným zatiaľ známym opatrením, ktoré rieši dané nevýhody, je nútené rovnotlakové vetranie s centrálnym alebo bytovým prívodom vzduchu a spätným získavaním tepla z odpadového vzduchu, teda s rekuperáciou. Podobné výrobky na trhu existujú, ale aj ony majú svoje nevýhody. Okrem potreby údržby a spotreby elektriny je to nízky inštalačný komfort, ktorý môže byť vo veľkej časti panelových a bytových domov veľkou prekážkou. Čiastočné vyvložkovanie starých centrálnych vzduchových potrubí nie je zďaleka takým problémom ako inštalácia množstva rozvádzacích prvkov do jednotlivých bytov – je potrebné prevŕtať relatívne veľké otvory do vnútorných priečok.

Ekonomika a energia

Priamy prívod čerstvého vzduchu na úrovni 22 až 29 m³/(h . os) z exteriéru s teplotou –12 °C do interiéru, v ktorom chceme udržať príjemných 22 °C, znamená z energetického hľadiska potrebu tepelného výkonu 250 až 330 W na osobu. Pokiaľ by sme uvažovali o 24-hodinovom prívode vzduchu počas vykurovacieho obdobia, jedna osoba by spotrebovala na udržanie optimálnej vnútornej hladiny CO₂ približne 800 kWh energie/rok. Ak uvážime reálnejšiu situáciu, že sa osoby počas pracovných dní zdržiavajú v domácnosti 12 hodín denne a štvrtinu víkendu počas vykurovacieho obdobia trávia mimo bytu, predstavuje ročná spotreba energie približne 450 kWh/rok. Pri štvorčlen­nej rodine to znamená 1 800 kWh/rok. Pri cene tepla z CZT (napr. v Martine) na úrovni 0,09776 €/kWh potrebuje štvorčlenná rodina na vetranie približne 176 €. Čiastku vynaloženú na ohrev vzduchu možno výrazným spôsobom znížiť takzvaným spätným získavaním tepla z odpadového vzduchu z interiéru.

Pri teoretickej účinnosti rekuperácie tepla 80 % možno potrebný inštalovaný výkon znížiť na 50 až 66 W na osobu a ročná energetická spotreba by tak bola 80 až 90 kWh/rok . osoba. Na uvažovanú štvorčlennú rodinu potom pripadá 320 až 360 kWh/rok. Pri rovnakej uvažovanej cene tepla vydá rodina z pomyselnej peňaženky približne len 35 €, čo predstavuje ročnú úsporu 141 €. V iných regiónoch môže byť úspora aj väčšia.

Nepríjemnou nevýhodou tohto opatrenia je fakt, že na fungovanie rekuperačnej jednotky je potrebná drahá elektrická energia, ktorej cena nie je v bytových domoch veľmi priaznivá. Rekuperačná jednotka obsahuje dva ventilátory (prívodný a odvodný), každý s výkonom približne 80 W (v prípade drahších EC motorov 35 W). Ak uvažujeme o prvom, investične lacnejšom variante, znamená 160-wattový príkon vo vyššie uvažovanom príklade štvorčlennej rodiny spo­trebu elektrickej energie 450 kWh/rok. Pri cene 0,192127 €/kWh elektrickej energie je teda energetická spotreba rekuperačnej jednotky približne 86,46 €/rok. Na tomto príklade možno vidieť, že síce ušetríme lacnú tepelnú energiu, ale táto je vykúpená drahou elektrickou energiou potrebnou na pohon rekuperačnej jednotky.

Čo z toho vyplýva?

Postupným znižovaním prievzdušnosti stavebných konštrukcií pri obnove panelových a bytových domov sa síce blížime k ideálnemu pasívnemu štandardu, avšak na kvalitu vetrania sa tým kladú stále vyššie nároky. Najlacnejším riešením je pravidelné a intenzívne vetranie, ktoré nám však predovšetkým v spálňach nezabezpečí požadovaný komfort. Cenovo dostupným ­riešením sú rozličné druhy centrálnych inteligentných odvetrávacích systémov v kombinácii so snímačmi a, žiaľ, často s nekvalitnými infiltračnými prvkami. Rekuperácia síce predstavuje najdrahšie, inštalačne nekomfortné riešenie, ktoré sa oplatí v lokalitách s najvyššou cenou tepla, avšak spĺňa všetky požiadavky na kvalitu vnútorného prostredia. Čo sa týka emisnej ­bilancie CO₂, je rekuperácia tepla jasným favoritom medzi vetracími systémami.

Text: Lucie Červená, Jiří Beranovský, Petr Vogel, František Macholda, EkoWATT
foto: Elektordesign, EkoWATT, Atrea

Literatúra:
1.    Doležílková, H.: Rezidenční mikroprostředí. Dizertačná práca. Katedra TZB, Fakulta stavební, ČVUT v Prahe, 2007.
2.    ASHRAE Standard 62-2004. Thermal Environmental Conditions for Human Occupancy. American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers. Atlanta, USA.
3.    Vymětalík, V. – Zwiener, V.: Vliv výměny oken v panelovém domě na sledované parametry vnitřního prostředí v souvislosti s výměnou vzduchu v obytném prostoru. In: Dektime, 7/2007, s. 36 – 42.
4.    Doležílková, H. – Papež, K.: Problematika bytového větrání. Katedra TZB, Fakulta stavební, ČVUT v Prahe, 2008. Dostupné online: http://www.tzb-info.cz/t.py?t=2&i=4613.
5.    Doležílková, H.: Bytové větrání ve vztahu k produkci CO₂, vlhkosti a škodlivin (II) Katedra TZB, Fakulta stavební , ČVUT v Prahe, 2006. Dostupné online: http://www.tzb-info.cz/t.py?t=2&i=3042
6.    Jindrák, M.: Zkušenosti z realizací a provozu EPD v RD. In: Zborník konferencie Dřevostavby, 2009, s. 119 – 125, ISBN 978-80-86837-21-5.
7.    Brož, K.: Vytápění. 2. vyd., Praha, ČVUT, 205 s., ISBN 80-01-02536-5.
8.    Paleček, S.: Blower door test průvzdušnosti budov – detekční metody. RADION – Mgr. Stanislav Paleček, 2009. Dostupné online: http://www.tzb-info.cz/t.py?t=2&i=3896.
9.    Dr. Riedel Automatisierungstechnik GmbH: RieconAIR, 2009. Dostupné online: http://www.riedel-at.de/.
10.    Protronix: Kvalita vzduchu v interiérech. Dostupné online: http://www.protronix.cz

Text | Lucie Červená, Jiří Beranovský, Petr Vogel, František Macholda, EkoWATT
foto | Elektordesign, EkoWATT, Atrea

Článok bol uverejnený v časopise Správa budov.