Výskum vnútorného prostredia v medzinárodnom centre v Lyngby

Medzinárodné centrum v dánskom Lyngby sa významne zapísalo do dejín výskumu vnútorného prostredia, a to najmä v oblasti kvality vnútorného vzduchu. Do tohto článku sme pre vás vybrali niektoré konkrétne výsledky výskumu týkajúce sa nielen kvality vzduchu a jeho čistenia, ale aj tepelného komfortu či produktivity práce.

Hlavným cieľom Medzinárodného centra pre vnútorné prostredie a energiu (ICIEE, ďalej „Centrum“), zriadeného pri Dánskej technickej univerzite v roku 1998, je riešenie aktuálnych problémov súčasnej techniky prostredia, a to najmä z pohľadu ľudí ako užívateľov budov. Ak chceme študovať vplyv vnútorného prostredia na človeka, je nevyhnutné vykonávať tento výskum ako medziodborový. Práve preto Centrum zamestnáva nielen odborníkov z inžinierskej oblasti (vetranie, vykurovanie), ale aj vedcov z oblasti chémie, klinickej medicíny, ergonómie, hygieny práce a podobne. Riešené projekty sa týkajú tepelného komfortu, pociťovanej kvality vzduchu, pohodlia a zdravia osôb zotrvávajúcich nielen v obytných, ale aj v kancelárskych a verejných budovách.

Tento príspevok predstavuje výsledky štyroch projektov z dvoch hlavných smerov súčasného výskumu v oblasti vnútorného prostredia – kvality vnútorného vzduchu (vrátane jej vplyvu na zdravie a produktivitu ľudí) a tepelného komfortu. Prvý projekt sa týka budov, ktoré ostávali až do nedávnych čias výskumom v oblasti techniky prostredia skoro nedotknuté, a to konkrétne škôl. Druhý projekt sa zaoberá čistením vnútorného vzduchu pomocou fotokatalytickej oxidácie – metódy, ktorá sa vo svete s úspechom používa pri vonkajších aplikáciách (fotokatalytické samočistiace fasády, nátery mostov a chodníkov a podobne). Druhý smer výskumu zastupuje projekt, ktorý rieši možnosti rozšírenia použiteľnosti stupnice tepelných pocitov na budovy bez klimatizácie, situované v oblastiach s teplou klímou. Posledný projekt sa týka hodnotenia tepelných pocitov ľudí pri nestálych tepelných podmienkach.

Nedostatočné vetranie znižuje výkonnosť detí v školách
Štúdie v školách niektorých západných krajín Európy ukázali, že koncentrácie oxidu uhličitého namerané v triedach boli oveľa vyššie ako v kanceláriách administratívnych budov, na ktoré sa prioritne zameriava súčasný výskum. Vo väčšine prípadov bola koncentrácia CO₂ v triede vyššia ako 1 000 ppm už na začiatku vyučovacej hodiny. Na jej konci, čiže po asi 40 minútach, koncentrácie často prekračovali 2 000 ppm.

Všeobecne panuje názor, že moderné školské budovy, rovnako ako kancelárske budovy, automaticky zabezpečujú užívateľom dobré pracovné podmienky. Ukazuje sa však, že v mnohých prípadoch to tak nie je. Vzhľadom na vysoké prevádzkové náklady vzduchotechnických zariadení sa väčšina prevádzkovateľov škôl spolieha na to, že učiteľ otvorí v triede okná, len čo si to nízka kvalita vzduchu vyžiada. Namerané hodnoty koncentrácie CO₂ však ukazujú, že sa tak vo väčšine prípadov nedeje. Nedávne štúdie uskutočnené v Centre ukázali, že doterajšia prax, spoliehajúca sa iba na prevetrávanie oknami, vedie k nedostatočnému prísunu čerstvého vzduchu.

Ďalším významným zistením je skutočnosť, že kvalita vzduchu v triede má významný vplyv na schopnosť detí vstrebávať nové informácie a udržať pozornosť – učiť sa. Žiaci v prekúrených a zle vetraných triedach pracujú pri vyučo­vaní o 20 až 30 % horšie [1]. Ak porovnáme vplyv vnútorného prostredia na pracovnú výkonnosť detí v školách s dospelými pracujúcimi v kanceláriách, ukazuje sa, že v školách sa výkonnosť zhoršuje dokonca dvakrát rýchlejšie. Štúdia [1] bola prvá, ktorá poukázala na vzťah medzi kvalitou vzduchu a výkonnosťou detí pri vyučovaní.

Predchádzajúce štúdie sa totiž zameriavali iba na závislosti medzi kvalitou vzduchu a zdravím žiakov, respektíve ich absenciou z dôvodu choroby. Výsledky ukazujú, že keď sa učiteľ rozhodne otvoriť okná v triede, nie je to pre zlú kvalitu vzduchu, ale preto, že je v triede „príliš teplo“ (z nameraných dát však vyplýva, že otvorenie okien má často iba malý vplyv na skutočné zníženie teploty v priestore). Učiteľ v triede nie je vzhľadom na adaptáciu svojich čuchových receptorov schopný vnímať priebežne sa zhoršujúcu kvalitu vzduchu. Túto hypotézu potvrdzujú aj výsledky intervenčných štúdií v školách, kde inštalácia mechanického vetrania privádzajúceho čerstvý vonkajší vzduch neviedla k zníženiu frekvencie otvárania okien v triede. Je zrejmé, že zanedbanie týchto poznatkov pri rekonštrukcii existujúcich školských budov môže mať vážny vplyv na ich energetickú spotrebu.

Vplyv teploty a kvality vzduchu
Výskumy, ktoré viedli k spomenutým poznatkom, sa realizovali v dánskych a švédskych školách. Vo vybraných triedach sa rekonštruoval systém vykurovania a inštaloval sa systém núteného vetrania či klimatizácie, čo umožnilo zmeniť teplotu a prietok čerstvého vzduchu nezávisle od otvárania okien učiteľmi (otváranie okien sa zaznamenávalo, ale nijako sa neovplyvňovalo). Výskum prebiehal vždy vo dvoch triedach súčasne, pričom učiteľ ani žiaci o realizovaných zmenách a intervenciách nevedeli [2], [3]. Testovali sa rozličné kombinácie prietoku čerstvého vzduchu a teploty vzduchu v triede. Po dohode s učiteľmi sa vybralo osem rozličných cvičení, charakteristických pre prácu žiakov základnej školy. Výsledky ukázali, že žiaci, rovnako ako pracovníci v kanceláriách, reagovali na vyššie teploty a nízku kvalitu vzduchu znížením rýchlosti, s ktorou vykonávali danú úlohu. Presnosť realizácie ostala nezmenená.

Výsledky umožnili stanoviť závislosti medzi rýchlosťou práce žiakov a teplotou vzduchu aj kvalitou vzduchu v triede (obr. 1). Jednotlivé body v grafoch na obr. 1a a b predstavujú priemerné hodnoty pomernej rýchlosti, s akou žiaci vykonávali jednotlivé úlohy, krivky reprezentujú regresiu a jej 95-percentný interval spoľahlivosti. Platnosť zistených závislostí sa overila pri všetkých testovaných cvičeniach a podmienkach vo všetkých triedach zahrnutých do experimentu [1].

Obr. 1: Relatívna rýchlosť práce žiakov pri výučbe
a) v závislosti od množstva privádzaného vonkajšieho vzduchu; b) v závislosti od teploty vzduchu v triede

Koncentrácia poletujúceho prachu
Okrem opísaných zmien sa počas štúdie inštalovali v triedach aj elektrostatické filtre umožňujúce znížiť koncentráciu poletujúceho prachu. Ich prevádzka však nijako neovplyvnila výkonnosť žiakov pri testovacích cvičeniach. To vedie k záveru, že za zníženie výkonnosti žiakov nie je zodpovedný poletujúci prach, ale plynné znečisťujúce látky. Vzhľadom na to, že zvýšenie prietoku vonkajšieho vzduchu malo pozitívny vplyv, možno sa domnievať, že rozhodujúce znečistenie sa generuje vo vnútornom prostredí. Otázkou ostáva, či ide o emisie „ľudských pachov“ produkované žiakmi a učiteľom, alebo o emisie škodlivín z materiálov vybavenia interiéru, prípadne o kombináciu týchto faktorov.

Možnosti riešení
Ďalším krokom je nájdenie praktických riešení, ktoré minimalizujú  negatívny vplyv zhoršeného vnútorného prostredia na deti v školách. Takéto riešenia sa musia aplikovať nielen v nových, ale predovšetkým v existujúcich školských budovách. Dôležitá je aj ich cenová dostupnosť, a to nielen s ohľadom na investičné, ale aj prevádzkové náklady. Keďže väčšina európskych škôl má otvárateľné okná a iba ťažko sa nájdu budovy s vhodným núteným vetraním, javí sa ako najsľubnejšie riešenie tzv. hybridné vetranie. To by umožnilo automatické otváranie okien doplnené o mechanický odvod vzduchu z miestnosti v prípade, že samotné prevetrávanie nebude dostačujúce. Výskumní pracovníci v Centre v opísanom výskume ďalej pokračujú a v súčasnosti sa aktívne podieľajú aj na vývoji a testovaní systémov vetrania pre školské budovy.

Fotokatalytické čistenie vzduchu
Výskumné štúdie z ostatného obdobia ukazujú, že použitie fotokatalytických čističiek vzduchu môže slúžiť na účinné znižovanie koncentrácií organických zlúčenín vo vnútornom vzduchu [4]. Veľmi málo sa však vie o tom, ako osoby v miestnosti vnímajú vzduch privádzaný cez čističku, najmä ak sa touto úpravou docieli pocit čerstvého vzduchu. V Centre sa uskutočnilo niekoľko experimentov s cieľom stanoviť vplyv prevádzky fotokatalytickej čističky vzduchu na vnímanú kvalitu vzduchu pri rozličných druhoch znečistenia typického pre kancelárske priestory [5], [6]. Tu patria medzi hlavné zdroje znečistenia materiály používané na vybavenie interiéru (nábytok, podlahové krytiny a podobne), kancelárska technika a v neposlednom rade aj ľudské biologické prímesi – škodliviny vznikajúce dýchaním, odory a pachy.

Skupina osôb hodnotila vnímanú kvalitu vzduchu v miestnostiach s definovanými zdrojmi znečistenia. Tieto zdroje zahrnovali kombináciu materiálov používaných na vybavenie interiérov (použitý koberec, linoleum a drevotrieskové dosky), použitý vreckový filter a dva počítačové monitory typu CRT (Catod Ray Tube) pripojené na jeden osobný počítač. Vzduch znečisťovalo aj sedem ľudí, ktorí boli v testovanej miestnosti prítomní pred testovaním osôb. V prípade každého z uvedených zdrojov znečistenia sa kvalita vzduchu hodnotila počas prevádzky fotokatalytickej čističky vzduchu aj v prípade, že čistička nepracovala.

Vplyv druhu znečistenia
Prevádzka fotokatalytickej čističky vzduchu výrazne zlepšila vnímanú kvalitu vzduchu znečisteného materiálmi vybavenia interiéru, použitým vreckovým filtrom a počítačovými monitormi. Zlepšenie kvality vzduchu zhruba zodpovedalo zvýšeniu intenzity vetrania o 0,4 až 3,4 1/h. Na druhej strane fotokatalytická čistička vzduchu preukázateľne znížila vnímanú kvalitu vzduchu znečisteného ľudskými prímesami. Zaznamenaný pokles spôsobila pravdepodobne neúplná oxidácia alkoholov, ktoré ľudia emitujú vo významnej miere. Na obr. 2 je znázornená percentuálna zmena počtu nespokojných osôb s kvalitou vzduchu po uvedení čističky do prevádzky v miestnostiach s rozličnými zdrojmi znečistenia.

Z výsledkov experimentu vyplýva, že fotokatalytické čistenie vzduchu možno použiť na zníženie koncentrácie škodlivín v bežných kancelárskych priestoroch v prípade neprítomnosti ľudí (v nočných hodinách, cez víkendy a podobne). Plné využitie fotokatalýzy však môže nastať až v prípade, že použité katalyzátory sa budú optimalizovať na zrýchlenú a úplnú oxidáciu alkoholov, aby umožnili prácu zariadení aj počas pobytu osôb. Jedine tak môže fotokatalytické čistenie vzduchu čiastočne nahradiť vetranie a priniesť výrazné energetické úspory.

Obr. 2: Zmena percentuálneho počtu nespokojných osôb s kvalitou vzduchu pri prevádzke fotokatalytickej čističky vzduchu v miestnostiach s rozličnými zdrojmi znečistenia

Rozšírenie modelu stupnice tepelných pocitov PMV
Stupnica tepelných pocitov PMV (Predicted Mean Vote), ktorá vyjadruje odporúčané podmienky tepelnej pohody, sa v súčasnosti využí­va na návrh a hodnotenie tepelných podmienok v nepriemyselných budovách, dopravných prostriedkoch atď. Stupeň tepelného pocitu, ktorý možno stanoviť zo vzťahu podľa normy EN ISO 7730, predpovedá priemerný tepelný pocit veľkej skupiny osôb vystavených určenej kombinácii šiestich činiteľov, ktoré bezprostredne ovplyvňujú tepelnú pohodu človeka [7]. Sú to teplota vzduchu, stredná radiačná teplota okolitých plôch, rýchlosť prúdenia vzduchu, relatívna vlhkosť vzduchu, tepelný odpor odevu a metabolické teplo (metabolizmus).

Výhodou modelu stredného tepelného pocitu je jeho všestrannosť, pretože zohľadňuje nielen absolútny, ale aj relatívny vplyv týchto činiteľov. Možno ho tak použiť na predpoveď tepelných pocitov ľudí v budovách s rozličnými druhmi systémov vykurovania, vetrania a klimatizácie. Veľmi jednoduchým spôsobom možno v modeli zohľadniť aj rozličné štýly obliekania dané kultúrno-sociálnym prostredím či rôznou škálou fyzických aktivít osôb (sedavá práca, práca postojačky a podobne). Model založený na experimentoch v Európe a USA sa neskôr overoval aj v Ázii [8], [9], a to v laboratóriu aj v skutočných budovách nachádzajúcich sa v oblastiach s rozličnými klimatickými podmienkami.

Adaptívny model tepelnej pohody
Model PMV umožňuje s veľkou presnosťou predpovedať tepelné pocity osôb v klimatizovaných budovách. Štúdie overujúce jeho použitie v budovách bez klimatizácie (s prirodzeným vetraním) ukázali, že hodnoty predvídaného tepelného pocitu boli – zvlášť v teplejších klimatických podmienkach – vyššie ako hodnoty skutočne pociťované respondentmi. Na základe týchto výsledkov sa pre neklimatizované budovy navrhol adaptívny model tepelnej pohody, ktorý dáva do súvislosti neutrálnu teplotu (teplota, pri ktorej osoba pociťuje tepelnú pohodu – neutralitu) a mesačnú priemernú teplotu vonkajšieho vzduchu [10].

Autori adaptívneho modelu poukazujú vo svojich publikáciách na skutočnosť, že ľudia v neklimatizovaných budovách sa aktívne prispôsobujú vnútorným tepelným podmienkam – zmenou oblečenia, otváraním okien, zmenou telesnej aktivity a podobne. Mesačná priemerná teplota vonkajšieho vzduchu je v adaptívnom modeli jedinou premennou a model sám zohľadňuje jej nepriamy vplyv na tepelnú bilanciu človeka. Ten je daný vzťahom medzi teplotou vonkajšieho vzduchu a oblečením osôb, ale tiež tým, že v závislosti od teploty vonkajšieho vzduchu ľudia očakávajú rozličnú kvalitu vnútorných tepelných podmienok (v budove neexistuje klimatizácia, ktorá by udržiavala vnútorné podmienky v úzkych medziach nezávisle od vonkajšieho prostredia).

Určitým nedostatkom adaptívneho modelu je, že nezohľadňuje skutočné hodnoty tepelného odporu odevu osôb, ich aktivitu ani fyzikálne parametre vnútorného tepelného prostredia. Na praktickú projekčnú prácu by bol teda najvhodnejší model tepelnej pohody použiteľný nezávisle od druhu posudzovanej budovy alebo systému TZB. Pracovníci Centra preto navrhli rozšírenie modelu PMV, ktoré umožní jeho použitie v budovách bez klimatizácie a v teplejších klimatických podmienkach [11].

Rozšírenie modelu PMV
Ak berieme do úvahy všeobecne prijímanú hypotézu, že fyziologická aklimatizácia nehrá zásadnú úlohu pri adaptácii osôb na tepelné podmienky v budovách, je hlavným dôvodom, prečo model PMV nadhodnocuje tepelné pocity obyvateľov neklimatizovaných budov, skutočnosť, že nezahŕňa ich zvyčajne nižšie nároky na tepelné podmienky [12]. Ľudia vyskytujúci sa v budovách bez klimatizácie vo všeobecnosti nepreferujú iné prostredie ako obyvatelia budov, ktoré sú klimatizované, majú však tendenciu hodnotiť tepelné podmienky menej kriticky. Tento fakt zohľadnili pracovníci Centra v tzv. nárokovom súčiniteli, ktorým sa násobí hodnota vypočítaného predpokladaného tepelného pocitu (PMV).

Súčiniteľ, ktorého hodnota sa pohybuje medzi 0,5 a 1, závisí od miestnych klimatických podmienok a rozšírenia (percentuálneho podielu) klimatizovaných budov v danej krajine či regióne (podľa tabuľky). Hodnoty predpokladaného tepelného pocitu korigované pomocou nárokového súčiniteľa boli v dobrej zhode s dátami získanými pri prieskumoch v neklimatizovaných budovách na troch rozličných kontinentoch. Rozšírený model PMV zahŕňa, rovnako ako adaptívny model, vplyv nárokov obyvateľov na tepelné prostredie a zároveň zohľadňuje fyzikálne veličiny, ktoré majú priamy vplyv na tepelnú bilanciu človeka. Treba zdôrazniť, že rozšírený PMV model predvída pri nízkej hodnote nárokového súčiniteľu vyššiu teplotnú hranicu tepelnej pohody na základe predpokladu, že ľudia s nižšími nárokmi akceptujú vyššie teploty v miestnosti (ako už bolo spomenuté).

Aplikácia modelu v premenlivých podmienkach
Model PMV sa pôvodne vytvoril na použitie pri ustálených tepelných podmienkach. Prax však ukázala jeho použiteľnosť aj v prípade nestálych podmienok s relatívne malými fluktuáciami základných fyzikálnych parametrov prostredia (teplota, rýchlosť vzduchu a podobne). Práca Gota a kol. [13] ukázala, že už 15 minút po skokovej zmene telesnej aktivity (metabolizmu) sú hodnoty predpokladaného tepelného pocitu určené modelom zhodné s pocitmi testovaných osôb, a to takmer nezávisle od rozsahu zmeny. Model PMV sa tak môže použiť aj ako aproximácia tepelného pocitu osôb vystavených skokovým zmenám tepelného prostredia alebo metabolizmu.

Predchádzajúce výskumy Gota a kol. [14] ukázali, že tepelné pocity osôb bezprostredne po zmene tepelného odporu odevu dosahujú počas 5 minút opäť ustálené hodnoty, a to nezávisle od úrovne metabolizmu. Tieto výsledky dopĺňajú súčasný model pre ustálené podmienky a tvoria základ vývoja nadstavby modelu PMV pre prostredia, kde ľudia pracujú s meniacou sa fyzickou aktivitou. Ako vstupné parametre do nového modelu možno použiť hodnoty PMV korešpondujúce s metabolizmom pred a po jeho skokovej zmene a čas od chvíle, keď zmena nastala. Nadstavba modelu PMV umožní predvídať tepelné pocity osôb vystavených nestálym tepelným podmienkam v praxi a minimalizovať ich nepriaznivý vplyv už pri návrhu systémov TZB.

Produktivita práce pri nestálych tepelných podmienkach
Súbežne s vývojom praktických aplikácií tepelne aktívnych stavebných prvkov prebehol aj výskum vplyvu ich prevádzky na tepelnú mikroklímu. Pretože tepelne aktívne prvky pracujú na princípe akumulácie, ich aplikácia vo väčšine prípadov nedovoľuje udržiavať konštantné mikroklimatické parametre v miestnosti. Prevádzku týchto systémov charakterizuje pozvoľný rast operatívnej teploty počas pracovného dňa. Tak merania v praxi, ako aj počítačové simulácie ukázali, že nárast operatívnej teploty v miestnosti sa pohybuje od 0,2 do 0,5 °C za osemhodinový pracovný čas. Aj keď sa teploty pohybujú v medziach stanovených normami, treba si uvedomiť, že dnes uplatňované normy vychádzajú z experimentov vykonaných pri ustálenom stave.

Nestacionárne mikroklimatické podmienky môžu ovplyvniť tepelnú pohodu osôb, výskyt tzv. syndrómu chorých budov (SBS) a tiež pracovnú výkonnosť. Stanovenie miery ich pôsobenia na človeka bolo preto hlavnou úlohou projektu sponzorovaného americkou asociáciou inžinierov – ASHRAE. Projekt obsahoval dve laboratórne štúdie [15]. V prvej bola skupina 25 osôb vystavená rozličným zmenám operatívnej teploty (od 0,5 do 4,8 °C/h) bez možnosti meniť tepelný odpor odevu. V druhej štúdii mali účastníci experimentu možnosť upraviť svoj odev tak, aby dosiahli tepelné pohodlie v podmienkach vytvorených vedeckými pracovníkmi. Porovnanie výsledkov oboch štúdií ukázalo iba nepatrný rozdiel medzi tepelnými pocitmi osôb s možnosťou zmeny odevu a osôb so stálou hodnotou tepelného odporu odevu. Navyše, skutočnosť, že účastníci druhej štúdie mohli ľubovoľne prispôsobovať svoj odev tepelným podmienkam v miestnosti, neviedla k rozšíreniu teplotných hraníc ich tepelnej pohody. Všetko naznačuje, že ľudia vnímali mierne teplotné zmeny rovnako, bez ohľadu na to, či mohli prispôsobovať svoj odev, alebo nie.

Výsledky týkajúce sa vnímania intenzity symptómov SBS však ukázali rozdiely medzi oboma štúdiami. V prípade osôb, ktoré nemali možnosť prispôsobovať svoj odev, sa s rastúcou teplotou zvyšovala intenzita bolesti hlavy. Rástla tiež únava a zároveň sa znižovala schopnosť koncentrovať sa na vykonávané práce (obr. 3). Podobný vývoj sa v druhej štúdii nepozoroval, čo naznačuje, že možnosť behaviorálnej adaptácie mala vplyv skôr na pociťované syndrómy SBS než na tepelnú pohodu. Určenie percenta osôb nespokojných s tepelným prostredím bolo tiež v dobrej zhode s výpočtami vykonanými modelom PMV [7].

Obr. 3: Priebeh intenzity bolesti hlavy a schopnosti koncentrácie ako funkcie zvyšujúcej sa operatívnej teploty v prípade experimentu so stálym tepelným odporom odevu

Laboratórne štúdie nepreukázali systematický štatisticky významný vplyv rozličných rýchlostí zmeny operatívnej teploty v miestnosti na objektívne meranú pracovnú výkonnosť (ide o typické kancelárske práce, ako sú písanie na PC, korektúra textu a podobne). V prípade, že účastníci experimentu nemali možnosť zmeny odevu, sa však rast operatívnej teploty vo všeobecnosti spájal s poklesom rýchlosti vykonávania opakujúcich sa duševných prác, napríklad pamäťového počítania. Vplyv nárastu operatívnej teploty bol najvýraznejší, keď jej absolútna hodnota prekročila 24 °C. Z analýz ďalej vyplynulo, že meniaca sa operatívna teplota nemala štatisticky významný vplyv na výkonnosť pri komplikovanejšej duševnej práci, ktorá vyžadovala koncentráciu a logické myslenie.

Súčasné výskumné aktivity a energeticky úsporné riešenia
Centrum vzhľadom na jestvujúce granty rozšírilo svoje aktivity aj na oblasť úspor energie. Naďalej hrá významnú úlohu pri príprave mnohých európskych noriem vzťahujúcich sa na novú európsku smernicu o energetickej hospodárnosti budov [16]. Takisto sa aktívne podieľa na výskumných úlohách, ktoré  zastrešuje medzinárodná energetická agentúra (IEA).

Významnou časťou výskumu zameraného na úspory energie je rozvoj riešenia systémov TZB, ktoré umožňujú oddeliť prívod čerstvého vonkajšieho vzduchu a upraviť tepelné parametre v priestore. Zatiaľ čo sa potrebná intenzita vetrania zabezpečuje prevetrávaním, na odvod tepelnej záťaže sa môžu použiť napríklad chladiace stropy alebo podlahové chladenie.

Ďalším krokom na znižovanie energetickej náročnosti je aktívne využitie tepelnej kapacity stavebnej konštrukcie budovy. Takzvaná tepelná aktivácia stavebných prvkov umožňuje ovplyvňovať tepelné toky v stavebnej konštrukcii, a tým využiť jej tepelnoakumulačné vlastnosti. Systém chladenia, resp. vykurovania s názvom Thermo Active Building Systems (tepelne aktívne prvky stavebnej konštrukcie [18]) je potom neoddeliteľnou súčasťou konštrukcie budovy. Teplonosná látka (voda) cirkuluje potrubnými registrami integrovanými do betónového bloku podlažia. Aktivácia stavebnej konštrukcie umožňuje znížiť špičkové tepelné zisky/straty a čiastočne ich preniesť mimo času pobytu osôb. Použitie týchto systémov prináša významné úspory energie. Vzduchotechnický systém privádza iba hygienické minimum čerstvého vonkajšieho vzduchu, čo redukuje jeho objem a znižuje náklady na úpravu a transport privádzaného vzduchu. Počítačové simulácie ukázali, že v oblastiach s veľmi teplým podnebím môže aplikácia tepelne aktívnej stavebnej konštrukcie priniesť v porovnaní s klasickou klimatizáciou až 50-percentnú úsporu energie [17].

V oblastiach s miernym podnebím nebol rozdiel v spotrebe energie taký vysoký – 6 až 16 % ročne. Za použitie aktívnej konštrukcie však hovoria aj ďalšie skutočnosti – využitie tepelnej akumulácie umožňuje preniesť časť tepelných ziskov do nočných hodín, keď možno využiť nočné vetranie na ich odvedenie; alebo chladenie, pracujúce v čase nižších energetických taríf (napríklad tepelné čerpadlo). Významné energetické úspory sa dosahujú aj vďaka tomu, že systém pracuje s teplotami teplonosnej látky, ktoré sú veľmi blízke teplotám v miestnosti (teplotný rozdiel do 5 °C).

Táto prevádzková vlastnosť uľahčuje ich použitie v kombinácii s alternatívnymi (nízkopotencionálnymi) zdrojmi energie, ako sú tepelné čerpadlá (a to aj v dennom pracovnom režime, ak treba), zemné výmenníky tepla a podobne. Malý teplotný rozdiel voda – miestnosť má pozitívny vplyv na účinnosť použitých zdrojov tepla (napr. vykurovací/chladiaci faktor tepelného čerpadla).

Centrum sa aktívne podieľa na niekoľkých projektoch využívajúcich spomenutú technológiu. Jedným z nich je napríklad nová scéna Kráľovskej opery v Kodani alebo demonštračný projekt administratívnej budovy v Malajzii.

Hodnoty nárokového súčiniteľu pre neklimatizované budovy v teplých klimatických zónach [11]

Dr. Ing. Jakub Kolařík
Obrázky: archív autora

Autor pôsobí ako vedecký pracovník v Medzinárodnom centre pre vnútorné prostredie a energiu v Lyngby v Dánsku.

Literatúra
1. Wargocki, P. – Wyon, D. P.: Effects of HVAC on Student Performance. In: ASHRAE Journal, October, 2006, 22 – 28.
2. Wargocki, P. – Wyon, D. P.: The Effects of Outdoor air Supply Rate and Supply Air Filter Condition in Classrooms on the Performance of Schoolwork by Children (1257 – RP). In: HVAC & R Research, 13, 2007, 2, 165 – 191.
3. Wargocki, P. – Wyon, D. P.: The Effects of Moderately Raised Classroom Temperatures and Classroom Ventilation Rate on the Performance of Schoolwork by Children (1257 – RP).
In: HVAC & R Research, 13, 2007, 2, 193 – 220.
4.    Zhao, J. – Yang, X.: Photocatalytic Oxidation for Indoor Air Purification: A Literature Review. In: Building and Environment, 38, 2003, 645 – 654.
5. Skorek, a. – Famula, B. – WARGOCKI. P.: The Effect of Photocatalyric Air Cleaning on Perceived Air Quality. In: Gameiro da Silva, M.C. (ed.) Proceedings of Roomvent 2004, Faculty of Science and Technology, University of Coimbra, Portugal (on CD-ROM), 2004.
6. Kolarik, J. – Wargocki, P.: Effect of Photocatalytic Air Purifier on Perceived Indoor Air Quality. In: Proceedings of Indoor Air 2005, The 10th International Conference on Indoor Air Quality and Climate, Beijing, China, 2005, 1, 52 – 57.
7. Fanger, P. O.: Thermal Comfort. Danish Technical Press, Copenhagen, Denmark, 1970.
8. de dear, r. j. – leow, k. g. – FOO, S. C.: Thermal Comfort in the Humid Tropics: Field Experiments in Air-Conditioned and Naturally Ventilated Buildings in Singapore. In: International Journal of Biometeorology, 34, 1991, 259 – 265.
9. tanabe, s. – kimura, k. – hara, t.: Thermal Comfort Requirements During the Summer Season in Japan. In: ASHRAE Transactions, 93, 1987, 1, 564 – 577.
10. de dear, r. j. – brager g. s.: Developing an Adaptive Model of Thermal Comfort and Preference.
In: ASHRAE Transactions, 104, 1998, 1a, 145 – 167.
11. fanger, p. o. – toftum, j.: Extension of the PMV Model to Non-Air-Conditioned Buildings in Warm Climates. In: Energy and Buildings, 2002.
12. brager g. s. – de dear r. j.: Thermal Adaptation in the Built Environment: a Literature Review. In: Energy and Buildings, 27, 1998, 83 – 96.
13. goto, t. toftum – de dear, r. j. – fanger, p. o.: Thermal Sensation and Thermophysiological Respon¬ses with Metabolic Step-changes. In: International Journal of Biometeorology, 50, 2006, 5, 323 – 332.
14. Goto, T. – Toftum, J. – Fanger, P. O. – Yoshino, H.: Transient Thermal Sensation and Comfort Resulting from Adjustment of Clothing Insulation. In: Proceedings of Healthy Buildings 2003, Singapore, 2003, 835 – 840.
15. kolarik, j. – olesen, b.w. – toftum, j. – mattarolo, l.: Thermal Comfort, Perceived Air Quality and Intensity of SBS Symptoms During Exposure to Moderate Operative Temperature Ramps. In: Proceedings of Clima 2007 WellBeing Indoors, Helsinki, Finland, 2007.
16. olesen, b. w.: The Philosophy Behind EN15251: Indoor Environmental Criteria for Design and Calculation of Energy Performance of Buildings, In: Energy and Buildings, 39, 2007, 740 – 749.
17. kolarik, j. – olesen, b.w.: Energy Use and Thermal Comfort in a Building with Thermo Active Buildings System (TABS). In: Proceedings of Indoor Climate of Buildings 2007, SSTP, Slovakia, 2007.
18. Zmrhal, V.: Sálavé chladicí systémy. In: TZB Haustechnik, 2009, roč. 2, č. 1, 30 – 34.

Článok bol uverejnený v časopise TZB HAUSTECHNIK.