Vnútorné prostredie v školách

Medzi základné problémy školských objektov patria nevhodné tepelnoizolačné vlastnosti budov, ktoré vyplývajú z platných spôsobov navrhovania a výstavby poplatných minulej dobe. Absolútne nevyhovujúca, najmä z hľadiska dodržiavania mikroklimatických podmienok v triedach, je aj úplná absencia mechanických vetracích systémov.

Takmer vo všetkých školách je vetranie založené na vetraní oknami. Takáto prax nie je vhodná, lebo sklápacie okná spôsobujú žiakom, ktorí pri nich sedia, tepelnú nepohodu. V starých školách sa pritom zvyčajne zrušili aj staré vetracie šachty a v nových školách takéto šachty nie sú vôbec. Všeobecne na mnohých miestach platí aj zákaz otvárania okien cez prestávky vzhľadom na bezpečnosť. Ak aj opomenieme energetickú náročnosť vetrania oknami, keď sa teplo vypúšťa bez úžitku von, ani spôsob vetrania oknami založený na subjektívnych pocitoch vyučujúcich a žiakov nie je efektívny, keďže ľudský činiteľ nevie svojimi orgánmi určiť kvalitu vzduchu. Z toho vyplýva aj neprípustná koncentrácia CO₂ v triedach, vysoká hladina odérov (pachov či smradov), zvyšujúca sa hladina relatívnej vlhkosti a vysoká prašnosť. Z hľadiska zdravia našich detí, žiakov a učiteľov ide o neprijateľný stav.

Kvalita vnútorného prostredia školských budov má priamy vplyv na schopnosť koncetrácie a pozornosť žiakov a učiteľov. To má potom s množstvom získaných vedomostí počas učebného procesu celoživotný vplyv nielen na samotných žiakov, ale následne aj na celú spoločnosť. Je preto najvyšší čas prispieť k skvalitňovaniu učebného procesu – z dlhodobého hľadiska sa to spoločnosti určite vyplatí. Ako je to na Slovensku? Za TZB Haustechnik sme sa pokúšali zistiť, či sa vnútornému prostrediu škôl venuje pozornosť aj na Slovensku. Žiaľ, nepodarilo sa nám nájsť nikoho, kto by sa k téme adekvátne vyjadril. Treba tak len dúfať, že pilotný projekt rekonštrukcie Základnej školy v Lúčke, o ktorom píšeme úvode nášho časopisu, neostane aj posledným…

Vetranie oknami je neúčelné
V právnych predpisoch ČR existuje vyhláška o hygienických požiadavkách na priestory a prevádzku zariadení na výchovu a vzdelávanie detí a mladistvých. Tá stanovuje požiadavku na množstvo vetraného vzduchu na žiaka v rozsahu od 20 do 30 m³/hod (žiaľ, o učiteľoch vyhláška nič nehovorí). Nikde však nie je dané, akým spôsobom majú školy zabezpečiť toto minimálne množstvo vetraného vzduchu, a už vôbec nie, ako majú skontrolovať, či sa správne a dostatočne vyvetralo (to isté, samozrejme, treba riešiť aj na slovenských školách). Pri vetraní oknami závisí totiž množstvo vetraného vzduchu od činiteľa, ktorý človek nemôže ovplyvniť – a tým je počasie charakterizované najmä momentálnou teplotou vonkajšieho vzduchu a rýchlosťou vetra. Tieto dve veličiny spolu s veľkosťou otvorenia okna a vnútornou teplotou spôsobujú, že prebieha vetranie prostredníctvom okna. Čím je vonku chladnejšie, tým bude rozdiel teploty vnútorného a vonkajšieho vzduchu väčší, a tým sa viac vyvetrá. Žiaľ, chladnejší vzduch má predovšetkým v zimnom období negatívny vplyv na žiakov, ktorí sedia blízko okien. Ak však rozdiel medzi teplotou vonkajšieho a vnútorného vzduchu nie je – napríklad v lete, keď môže byť v miestnosti rovnaká teplota ako vonku a k tomu práve bezvetrie, vtedy sa oknami vôbec nevyvetrá, pretože chýba hybná sila na vetranie.

Na jednej strane ide o rozpor s požiadavkami bezzubej vyhlášky, na druhej strane máme nekvalitnú mikroklímu v školských objektoch, často aj s výhradami rodičov k tomuto stavu a ich obavami o zdravie svojich detí. A v takejto situácii sa začína objavovať požiadavka na úspory energie pri vykurovaní všetkých týchto objektov. Nanešťastie, takmer vždy sa stretávame so situáciou, keď sa úspory energie riešia len na úrovni výmeny okien za kvalitnejšie – z hľadiska tepelnoizolačných vlastností a tesnosti okien – a ďalej na úrovni zateplenia obalovej konštrukcie budovy. Tým sa z existujúcich budov síce stávajú energeticky úspornejšie, ale aj tesnejšie budovy. A nikto nestanovuje a nerieši spôsoby vetrania a zabezpečenia mikroklímy v budovách škôl. So zlepšením tepelnoizolačného obalu sa síce zlepšuje tzv. teplotná mikroklíma, keď je povrchová teplota obvodových stien vyššia a prispieva k lepšiemu teplotnému pocitu, no žiaľ, koncentrácia CO₂, odérov a prachu sa zvyšuje.

Nastáva tak zaujímavý paradox, keď sa zlepšením tepelnoizolačných vlastností budovy zhoršuje kvalita vnútorného prostredia.

S novým vetracím systémom – gymnázium v Hrabůvke
Že sa v praxi dajú uskutočniť aj pozitívne zmeny, ukazuje rekonštrukcia budovy gymnázia v Ostrave-Hrabůvke, ktorá prebiehala od novembra 2008 do júla 2009. Pôvodne tu bola naplánovaná klasická rekonštrukcia zameraná výlučne na výmenu okien a zateplenie fasády.

V spolupráci so stavebnou firmou a po dohode s riaditeľom gymnázia sa celý projekt doplnil vetracím systémom s rekuperáciou tepla pre tri učebne. Systém vetrania sa navrhol ako decentralizovaný – jedna jednotka vetrá jednu triedu. Množstvo vetraného vzduchu sa v tomto prípade zvolilo s hodnotou 25 m³/h na žiaka pri priemernej obsadenosti triedy tridsiatimi žiakmi a 20 m³/h na žiaka pri maximálnej obsadenosti štyridsiatimi žiakmi. Navrhli sa tu vetracie jednotky Duplex  s protiprúdovým rekuperačným výmenníkom bez dohrievania vzduchu za rekuperáciou. Rekuperácia pracuje s účinnosťou 85 %, čo značí, že 85 % tepelnej energie, ktorá by sa vypustila do ovzdušia, sa ušetrí na ohrev prívodného čerstvého vzduchu. Vzhľadom na to, že aj žiaci vrátane učiteľov sú sami osebe producenti tepla, netreba preto na vetranie ďalší ohrev vetraného vzduchu.

Prvá nízkoenergetická škola v Slivenci
V Slivenci (časť Prahy) sa otvorila prvá nízkoenergetická škola v ČR. Aj tu prebehla rekonštrukcia existujúceho objektu. Tentoraz však prebiehala už od počiatku so zrejmým zámerom investora – obecného úradu – a hlavného projektanta akad. arch. Aleša Brotánka dosiahnuť nielen požadované úspory energie, ktoré sa budú blížiť pasívnej stavbe, ale zaistiť aj kvalitu mikroklímy v budove. Už od začiatku projektových prác sa navrhovalo vetracie zariadenie umožňujúce riadenú výmenu vzduchu v objekte. Navrhlo sa centrálne zariadenie – t. j. jedna vetracia jednotka s rekuperáciou tepla, ktorá vetrá štyri triedy a dva kabinety učiteľov. Zariadenie umožňuje pri premenných otáčkach ventilátorov odpájať vetranie v triedach, kde nikto nie je. Množstvo vetraného vzduchu na žiaka sa pri tejto škole zvolilo na úrovni 25 m³/h. Účinnosť rekuperácie je 80 % a teplovodný dohrievač vzduchu za rekuperáciou sa navrhol najmä na doplnenie vykurovacieho systému teplovzdušným vykurovaním. V tomto prípade ide teda o kombináciu klasického a teplovzdušného vykurovania objektu.

(Ne)kvalita mikroklímy v školách
Nielen z našich poznatkov, ale aj z merania Štátneho zdravotného ústavu vyplýva, že školy v ČR sú prekúrené a pri nekontrolovateľnom vetraní sa prekračujú koncentrácie CO₂ a prašnosti.

Teplota má veľký vplyv na ľudský organizmus – a to nielen nízka, ale aj vysoká – a je dokonca priamo zodpovedná za pracovný či študijný výkon osôb. Ak sa príliš odlišuje od požadovanej hodnoty, prejavuje sa nielen vo forme nepohody, ale ovplyvňuje aj uvedený výkon. Druhou stránkou, najmä pri absolútne prekurovaných budovách a triedach s teplotou nad +25 °C, je vysoká spotreba energie, ktorá sa v prípade škôl vynakladá z verejných prostriedkov.

Málo sa vie aj o koncentráciách CO₂, ktoré sa takisto výrazne prekračujú. Ako sa vlastne prejavuje toto prekračovanie a aké by mali byť limity? Odpoveď uvádza tabuľka.

Koncentrácie CO2 a ich vplyv na prostredie 360 – 400 ppm     koncentrácia čerstvého vzduchu v prírode 800 – 1 000 ppm     odporúčaná úroveň CO2 vo vnútorných priestoroch 1 200 – 1 500 ppm     odporúčaná maximálna úroveň CO2 vo vnútorných priestoroch viac ako 1 000 ppm     nastávajú príznaky únavy a znižuje sa koncentrácia 5 000 ppm     maximálna bezpečná koncentrácia bez zdravotných rizík

 Z toho vyplýva, že koncentrácie CO₂ vyššie ako 1 200 až 1 500 ppm priamo zodpovedajú za koncentráciu žiakov a ich pozornosť pri vyučovacom procese a takisto za ich pracovný a študijný výkon. Merania, ktoré sme vykonávali v triedach, kde sa vetrá oknami, ukázali, že nie sú nezvyčajné namerané koncentrácie CO₂ v hodnotách 2 000 až 3 500 ppm, čo je 1,5- až 2,5-násobok maximálnych odporúčaných koncentrácií.
Treba teda jednoznačne začať meniť prístup k modernizáciám školských budov a výstavbe nových budov.

Investícia sa vráti
Samozrejme, akákoľvek investícia do vetracieho systému je finančná záťaž, a to nielen pri rekonštrukciách. Má dlhší čas návratnosti než akékoľvek ďalšie opatrenie, ktoré sa vykonáva z hľadiska úspor energie (napríklad spomínananá výmena okien). Návratnosť pri investícii do zlepšenia pracovného alebo študijného prostredia sa totiž počíta veľmi ťažko. Pri vetraní so spätným ziskom tepla sa však ušetrí aj energia z vetrania a túto úsporu možno vyčísliť pri zadaní ceny tepelnej energie, ktorá je k dispozícii.

Nevhodne se však vykonáva ekonomické porovnávanie núteného vetrania, pri ktorom sa dajú dodržať požadované mikroklimatické podmienky, s nedostatočným vetraním oknami pri nedodržiavaní požadovaných mikroklimatických podmienok. Vhodné by bolo len ekonomické porovnanie, pri ktorom by sa ocenilo kvalitnejšie vnútorné prostredie, prinášajúce zároveň lepšie podmienky na vzdelávanie žiakov aj lepšie pracovné podmienky pre učiteľov.

Vzdelávanie závisí od pozornosti a koncentrácie žiakov a vyučujúcich. Podľa výskumov zvyšuje vyššia kvalita vzduchu produktivitu práce. Ak prijmeme aspoň minimálny fakt, že v dnešnom prostredí zle vetraných škôl možno zvýšiť produktivitu vyučovacieho procesu vďaka čerstvému vzduchu o 5 až 10 %, niektoré štúdie uvádzajú, že až o 35 %, potom pri predpokladanom ročnom počte 1 300 vyučovacích hodín zodpovedá neefektívne využitých 5 % už 65 hodinám vyučovacieho procesu na triedu. Neefektívne využitých 10 % zodpovedá 130 hodinám. Pri priemerných nákladoch 500 Kč/h (asi 20,50 €/h) na jednu triedu možno takto ušetriť ročne 32 500 až 65 000 Kč (1 335 až 2 669 €). Z tohto pohľadu je inštalácia núteného vetrania vrátane rekuperácie tepla ekonomicky veľmi zaujímavá s návratnosťou celej investície od dvoch do piatich rokov.
Navyše, v týchto číslach nie sú zahrnuté možné úspory z nižšej chorobnosti žiakov a učiteľov, čo je ďalším bodom, ktorý by si zasluhoval skúmanie z hľadiska efektivity. V nekvalitne vetranom prostredí sa totiž určite lepšie darí všetkým baktériám a mikróbom a takisto aj ich prenosu z osoby na osobu.

V súčasnosti chýbajú programy na podporu takých úspor energie, pri ktorých sa využíva nútené vetranie so spätným získavaním tepla. Hlavná podpora súčasných programov sa orientuje najmä na zatepľovanie. Tí, ktorí by systém núteného vetrania s rekuperáciou tepla chceli zaviesť, sú preto znevýhodnení. Paradoxne tak súčasné podporné programy prispievajú k zhoršeniu vnútorného prostredia v stavbách, ktoré budú nekvalitne a nedostatočne vetrané, aj keď ich význam z hľadiska úspor energie zateplením obalovej konštrukcie budovy je nepopierateľný.

Nútené vetranie s rekuperáciou tepla by preto malo byť v súčasnosti neoddeliteľnou súčasťou každej novostavby alebo zásadnej rekonštrukcie.

Ing. Zdeněk Zikán
Foto a obrázky: ATREA

Autor pôsobí v spoločnosti ATREA, s. r. o., ako projektový manažér v odbore vzduchotechniky a vykurovania. Dlhodobo sa zaoberá odbormi vzduchotechniky, klimatizácie a vykurovania a tiež využitím obnoviteľných zdrojov energie.

Článok bol uverejnený v časopise TZB HAUSTECHNIK.