Kvalita vnútorného prostredia v budove s takmer nulovou potrebou energie

Rodinný dom, v ktorom sa hodnotila kvalita vnútorného prostredia, sa nachádza v obci Unterrabnitz v Rakúsku a spĺňa parametre nZEB. Počas meraní, ktoré prebiehali v dvoch fázach, v ňom bývala trojčlenná rodina.

Väčšina obytných budov na Slovensku bola postavená ešte v 20. storočí, takže už nespĺňajú požiadavky na energetickú efektívnosť [1]. Na jej zlepšenie a na zníženie spotreby energie týchto budov sa prijali celoštátne nápravné opatrenia [2].

Od roku 2021 budú musieť všetky novostavby na Slovensku spĺňať najprísnejšie stavebné energetické kritériá – domy (obytné budovy) budú musieť byť naprojektované a realizované tak, aby sa pri kolaudácii zatriedili do energetickej triedy A0 podľa globálneho ukazovateľa.

Zjednodušene, potreba primárnej energie bude musieť byť pri rodinných domoch nižšia ako 54 kWh/(m². a), pri bytových domoch ako 32 kWh/(m² . a) a pri kancelárskych budovách ako 60 kWh/(m². a). V takom prípade pôjde o budovy s takmer nulovou potrebou energie (nZEB).

Uvedené podmienky zatriedenia možno dosiahnuť dokonalou aplikáciou tepelnoizolačných systémov na obalovej konštrukcii budov (napr. 400 mm minerálnej vlny na strechu, 200 mm polystyrénu EPS na obvodové steny a 150 mm polystyrénu EPS 150S na podlahu).

Kritériá pri transparentných konštrukciách sú rovnako prísne ako pri spomenutých konštrukciách. Okná a dvere musia mať koeficient prechodu tepla nižší ako 0,6 W/(m². K). Tieto energeticky úsporné opatrenia sa zameriavajú priamo na zníženie U-hodnoty stavebných konštrukcií s cieľom ďalej znižovať tepelné straty budov.

Ďalším zvyšovaním hrúbky tepelnej izolácie na obalovej konštrukcii budovy sa však nedosiahne požadovaná energetická účinnosť vyjadrená globálnym ukazovateľom, preto sa navrhujú vysokokvalitné systémy techniky prostredia (HVAC-R) a úloha projektanta technických zariadení budov sa stáva dôležitejšou.

Štúdia hodnotenia kvality vnútorného prostredia

Štúdia, ktorej cieľom bolo vyhodnotiť kvalitu vnútorného prostredia v budove s takmer nulovou potrebou energie, vznikla v spolupráci s Univerzitou aplikovaných vied, FH Burgenland (University of Applied Sciences, FH Burgenland).

Analyzovaným indikátorom experimentu bola kvalita vnútorného prostredia, ktorá ovplyvňuje zdravie, produktivitu a pohodu obyvateľov domu. Zahŕňa kvalitu vnútorného vzduchu, svetelnú pohodu, akustické a vibračné aspekty a tepelnú pohodu.

Neprehliadnite: Podlahové vykurovanie s malou výškou (Pracovný postup)

Budova s takmer nulovou potrebou energie by mala byť navrhnutá nielen z hľadiska energetických kritérií, ale mala by zohľadňovať aj environmentálne požiadavky – napríklad by mala zabezpečiť potrebnú intenzitu výmeny vzduchu vo všetkých miestnostiach a nemali by byť využité materiály, ktoré emitujú škodlivé látky (napríklad prchavé organické látky, formaldehyd, oxid dusičitý a podobne). V rámci štúdie sa analyzovala intenzita výmeny vzduchu a tepelná pohoda obyvateľov.

Hodnotená budova

Rodinný dom, v ktorom sa hodnotila kvalita vnútorného prostredia, sa nachádza v obci Unterrabnitz v Rakúsku. Dom bol skolaudovaný v roku 2016 a spĺňa všetky parametre budovy s takmer nulovou potrebou energie.

Počas experimentálnych meraní bývala v rodinnom dome trojčlenná rodina – dvaja dospelí a jedno dieťa.
Rodinný dom používa systém nízkoteplotného podlahového vykurovania a vysokoteplotného stropného chladenia.

Zdrojom tepla a chladu je reverzibilné tepelné čerpadlo zem – voda, ktoré zabezpečuje aj prípravu teplej vody prostredníctvom 300-litrového akumulačného zásobníka. Na podporu pri spotrebe elektrickej energie boli na strechu inštalované fotovoltické panely so systémom akumulácie elektrickej energie.

Na zabezpečenie potrebnej intenzity výmeny vzduchu v technickej miestnosti bola inštalovaná centrálna jednotka núteného vetracieho systému s rekuperáciou tepla. Technická miestnosť rodinného domu s inštalovanou technikou prostredia je znázornená na obr. 2.

Metodika merania

Kvalita vnútorného prostredia v danej budove sa merala v dvoch časových obdobiach. Prvé merania prebehli v letnom období v roku 2017, keď bolo funkčné stropné chladenie. Druhé obdobie meraní vyšlo na mesiace január a február 2018.

Na meranie sa vybrali štyri miestnosti, do ktorých boli následne inštalované meracie zostavy. Išlo o tieto miestnosti:

• chodba,
• pracovňa,
• denná miestnosť,
• spálňa.

V zimnom aj letnom období sa použili tieto meracie zaradenia:

• Vaisala carbocap GMP252 – merač koncentrácie CO₂,
• Vaisala GMD 20 & GMW 21/22 – merač koncentrácie CO₂,
• Vaisala HUMICAP HMP110 – kombinovaný merač vnútornej teploty a relatívnej vlhkosti.

Na komunikáciu s inštalovanými zariadeniami a ukladanie nameraných dát sa zriadila bezdrôtová sieť, ktorá ukladala namerané údaje na centrálny server. Tieto údaje boli následne prístupné a stiahnuteľné v tabuľkovej forme. V rámci vyhodnotení sa vytvorili štyri časové zóny:

• celkový čas merania (Full time measurements),
• pracovný čas (Work time)
• voľný čas (Free time),
• večerný čas (Night time).

Vyhodnotenie údajov sa uskutočnilo v súlade s normami EN 15 251 a EN 7730 (podmienky zatrieďovania a vyhodnotenia z noriem sú uvedené v tab. 1). Z hľadiska tepelno-vlhkostnej mikroklímy môžu byť prijateľné kategórie I a II, t. j. teploty medzi 20 a 24 °C.

Relatívna vlhkosť vzduchu by mala byť medzi 30 a 70 %. Kvalita vnútorného vzduchu je prijateľná, ak sú dáta zatriedené do kategórie I, II a III. Kategória IV nie je akceptovateľná z dôvodu vysokej koncentrácie oxidu uhličitého vo vnútornom vzduchu (viac ako 1 000 ppm).

Výsledky

Prezentované výsledky ukazujú tepelno-vlhkostnú mikroklímu a kvalitu vnútorného vzduchu.

Chodba

Koncentrácie CO₂ neprekročili limitnú hodnotu (obr. 4, tab. 2). Vyhodnotenie vnútornej teploty ukazuje, koľko času obyvatelia strávili v hodnotenej miestnosti (percentuálne vyjadrenie). V tomto prípade obyvatelia strávili čas len v kategóriách I a II.

Pracovňa

Koncentrácie CO₂ neprekročili limitnú hodnotu v miestnosti, ktorá bola zatriedená do kategórie I a II (obr. 6, tab. 3). Vyhodnotenie tepelného prostredia ukazuje, že obyvatelia strávili väčšinu času v kategórii I a II.

Denná miestnosť

Namerané koncentrácie CO₂ v miestnosti nepresahovali limitnú hodnotu, väčšinu času bola zatriedená do kategórie II (obr. 9, tab. 4). Vyhodnotenie tepelného prostredia ukazuje, že obyvatelia strávili čas hlavne v kategórii I.

Spálňa

Priemerná koncentrácia CO₂ v spálni neprekročila limitnú hodnotu, a to ani v nočných hodinách, ani počas celého obdobia meraní. Maximálna nameraná hodnota bola 819 ppm. Vypočítaný priemer bol 520 ppm.

Pri hodnotení celodennej prevádzky sa v koncentrácii našli „peekové“ hodnoty, maximálna hodnota pritom neprekročila 1 300 ppm (obr. 10, tab. 5 a 6).

Vyhodnotenie tepelného prostredia ukazuje, že obyvatelia strávili čas hlavne v kategórii II (počas celodenných meraní a v noci), iba 11 % času strávili v kategórii III, a to počas nočných meraní (obr. 11).

Diskusia

Tepelná pohoda obyvateľov (trojčlennej rodiny) v rodinnom dome v zimnom období bola v hodnotených miestnostiach zaradená väčšinou do kategórií I a II. Podľa celkového času je výsledné zatriedenie takéto: 8 % kategória I, 70 % kategória II a 22 % kategória III. Priemerná teplota bola 20,4 °C.

Čo sa týka kvality vnútorného vzduchu v hodnotených miestnostiach, výsledky sú takéto:

• vchod: 11 % kategória I, 85 % kategória II, 4 % kategória III,
• pracovňa: 97 % kategória I, 3 % kategória II,
• denná miestnosť: 8 % kategória I, 78 % kategória II, 14 % kategória III,
• spálňa: 42 % kategória I, 10 % kategória II, 12 % kategória III, 36 % kategória IV, pričom priemerná hodnota bola 795 ppm; počas nočných meraní ukázali výsledky 85 % v kategórii I a 15 % v kategórii II.

Výkyvy koncentrácie oxidu uhličitého sa tak namerali len počas dňa v spálni. Túto amplitúdu vysvetľuje nedostatočný prívod čerstvého vzduchu v poobedňajšom časovom intervale, keď spalo v izbe dieťa.

Záver

Kvalita vnútorného vzduchu je dominantným prispievateľom k celkovej osobnej expozícii, ľudia trávia 90 % svojho času v interiéri [7]. Hodnotenie kvality vnútorného vzduchu preukázalo podobné zistenia ako iné výskumy [2, 3, 4], a to že mechanické vetranie pomáha trvalému udržaniu kvality vnútorného prostredia na vysokej úrovni.

Hodnotenie takisto ukázalo, že pomocou správne nastaveného a naprojektovaného vetracieho systému sa zvýši intenzita výmeny vzduchu v časových intervaloch potrebných na zabezpečenie zdravého vnútorného prostredia – priemerná koncentrácia CO₂ počas celého obdobia merania bola nižšia ako 600 ppm, pričom priemerná teplota vnútorného vzduchu bola 20,4 °C.

Z experimentálnych meraní sa zistilo, že pri nízkej energetickej náročnosti budovy bola kvalita vnútorného prostredia akceptovateľná vďaka špičkovej technike prostredia. Tepelné čerpadlo v kombinácii s fotovoltickými panelmi zabezpečovalo potrebné teplo, pričom veľké množstvo energie sa neodoberalo z verejnej siete, ale z obnoviteľných zdrojov energie.

Práca vznikla v spolupráci s Univerzitou aplikovaných vied, FH Burgenland, a bola podporená Ministerstvom školstva, vedy, výskumu a športu Slovenskej republiky prostredníctvom grantov KEGA 044STU-4/2018, VEGA 1/0847/18 a VEGA 1/0807/17.

Literatúra

1. 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.
2. 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. Arash Rasooli, Laure Itard, Carlos Infante Ferreira, “Rapid, transient, in-situ determination of wall’s thermal transmittance” in Rehva Journal, vol. 5, 2016, pp16 – 20.
3. Online: www.environment.gov.au.
4. Thermal Comfort chapter, Fundamentals volume of the ASHRAE Handbook, ASHRAE, Inc., Atlanta, GA.
5. STN EN 15 251.
6. ISO EN 7730:2005 Ergonomics of the thermal environment.
7. Kotol, M. – Rode, C. – Clausen, G. – Nielsen, T. R.: (2014) Indoor environment in bedrooms in 79 Greenlandic households. Building and Environment, Vol. 81, pp. 29 – 36.
8. Bekö, G. – Toftum, J. – Clausen, G.: (2011) Modelling ventilation rates in bedrooms based on building characteristics and occupant behaviour. Building and Environment, vol. 46, pp. 2230 – 2237.
9. Sánka, I. – Földváry, V. – Petráš, D.: (2016) Experimentálne meranie CO2 a intenzity výmeny vzduchu v bytovom dome. In: TZB Haustechnik, Vol. 25, pp. 46 – 49.
10. Sánka I., Földváry V., Petráš D. (2017) Evaluation of Indoor Environment Parameters in a Dwelling before and after renovation. Magyar épűletgépészet vol., 65, pp. 29-33.
11. Sánka, I. – Földváry, V. – Petráš, D.: (2017) Experimentálne meranie toxických látok vo vnútornom vzduchu pred a po obnove bytového domu. In: TZB Haustechnik, roč. 26, 2017, č. 2, s. 32 – 35.

Článok bol uverejnený v časopise TZB Haustechnik 2/2019.