Partneři sekce:
  • SCHELL
  • REHAU
  • P.M.H. Invest & Trade

Experimentální měření CO2 a intenzity výměny vzduchu v bytovém domě

Experimentální měření CO2 a intenzity výměny vzduchu v bytovém domě

Nejvyšší intenzita bytové výstavby v evropských zemích byla zaznamenána v 50. letech 20. století, a to v důsledku ekonomických změn a rostoucí populace [1]. Většina bytových domů, především ve střední Evropě, byla postavena s využitím panelových technologií. Dnes se rekonstrukce bytového fondu stala z důvodu nedostatečné údržby bytových domů jedním z nejdůležitějších opatření z hlediska úspor energie.

V současnosti jsme svědky přerodu stavební sféry, v rámci něhož budou navrhování, výstavba a provoz budov stále více podléhat environmentálním požadavkům. Lidé stráví v interiéru více než 80 % ze svého života, proto by budova měla splňovat nejen požadavky na energetickou efektivnost, ale i kritéria pro zdravé a příjemné prostředí.

Komplexní rekonstrukce bytového domu může jednoznačně přispět ke zlepšení kvality vnitřního prostředí, ale bez důkladného plánování a realizace může ovlivnit vnitřní prostředí nežádoucím způsobem [4].
Cílem studie, z níž vznikl tento článek, bylo hodnotit vliv energeticky úsporných opatření na kvalitu vnitřního vzduchu a podrobněji je hodnotit a analyzovat na základě objektivního hodnocení kvality vzduchu.

Obr. 1 Posuzovaný bytový dům v původním stavu a po obnově
Obr. 1 Posuzovaný bytový dům v původním stavu a po obnově

Charakteristika vybraného bytového domu

V rámci případové studie byl vybrán bytový dům na obr. 1, postavený v roce 1964. Objekt je vytápěn centrálními zdroji tepla, funguje v něm přirozené větrání. Odsávání (obr. 2) je nainstalováno jen v hygienických místnostech (koupelny a toalety).

Obvodové a štítové stěny objektu jsou keramzitbetonové. Střešní plášť tvoří jednoplášťová plochá střešní konstrukce. Nosná konstrukce je z dutinových stropních desek. Před obnovou bytového domu nebyla na objektu vykonána žádná výrazná rekonstrukce kromě výměny původních dřevěných okenních konstrukcí za nová plastová okna s izolačním dvojsklem.

Bytový dům byl obnoven v roce 2015. Na zateplení obvodového pláště byl použit expandovaný pěnový polyethylen s tloušťkou 80 mm. Na zateplení střešní konstrukce byla použita minerální vlna s tloušťkou izolantu 120 mm.
Kromě uvedených energeticky úsporných opatření byly během obnovy objektu izolovány ležaté a stoupací rozvody vytápění a teplé vody, a to polyethylenovým pěnovým materiálem (obr. 2). Na jednotlivé rozvody byly nainstalovány i nové regulační armatury a vytápěcí soustava byla regulována.

Obr. 2 Pohled na stoupací potrubí a větrání koupelny ve vybraném bytovém domě
Obr. 2 Pohled na stoupací potrubí a větrání koupelny ve vybraném bytovém doměObr. 2 Pohled na stoupací potrubí a větrání koupelny ve vybraném bytovém domě

Energetická náročnost objektu

Po vykonání uvedených energeticky úsporných opatření se celková dodaná energie snížila o 55 %. Podle zákona o energetické hospodárnosti budov byl bytový dům v původním stavu zatříděný do energetické třídy E (159 kWh/(m2 . a)), zatímco po obnově byl objekt zařazen do třídy B (74 kWh/m2 . a) [5]. Energetický štítek bytového domu před a po obnově je uveden na obr. 3.

Obr. 3 Energetický certifikát bytového domu před a po obnověObr. 3 Energetický certifikát bytového domu před a po obnově
Obr. 3 Energetický certifikát bytového domu před a po obnově

Metodologie hodnocení koncentrace CO2 a intenzity výměny vzduchu

Případová studie se věnuje hodnocení kvality vnitřního vzduchu v bytovém domě. Údaje byly získány z objektivních měření koncentrace oxidu uhličitého ve vybraných bytech.

Metodika měření z hlediska veličin
Koncentrace oxidu uhličitého (CO2) je ukazatelem kvality vnitřního vzduchu. Udává se v jednotkách ppm (částice na milion), které udávají počet částic CO2 nacházejících se v milionu částic vzduchu (10 000 ppm = 1 %). Koncentraci CO2 ovlivňuje ve významné míře fyzická aktivita člověka, počet osob v místnosti a intenzita výměny vzduchu v místnosti. Hranice přijatelnosti koncentrace CO2 jsou mezi 1 000 až 1 200 ppm, což lze zabezpečit větráním s intenzitou 22 až 29 m3 vzduchu za hodinu na osobu při koncentraci přívodního vzduchu na úrovni přibližně 330 až 370 ppm [6].

Obr. 4 Přístroj na měření koncentrace CO2
Obr. 4 Přístroj na měření koncentrace CO2

Metodika měření z hlediska přístrojů
Sběr dat koncentrace CO2 byl uskutečněn pomocí VAISALA CO2 vysílače (obr. 4). Tento přístroj byl umístěn v ložnicích vybraných bytových jednotek během osmi dnů.

Metodika měření z hlediska času a místa
Měření byla realizována během vytápěcí sezony v lednu 2015 a 2016. Přístroje na snímání parametrů kvality vzduchu byly umístěny ve dvaceti bytech vybraného objektu. CO2 vysílač byl umístěn v ložnici a zaznamenával údaje v pětiminutových intervalech.

Výpočet intenzity výměny vzduchu
Intenzita výměny vzduchu byla vypočítána u každého posuzovaného bytu před a po obnově bytového domu na základě naměřené koncentrace CO2 během osmi nocí. Pro výpočet bylo nutné poznat i fyzický stav obyvatelů (hmotnost a výšku) a obsazenost pokojů během nočních hodin. Tyto informace byly zjištěny z dotazníkového průzkumu. Pro výpočet byl použit program CO2 Air Change Tracer, do něhož byly zahrnuty veškeré údaje týkající se fyzického stavu obyvatelů, noční koncentrace CO2 a objemu místnosti, kde probíhalo měření. Na základě těchto informací vypočítal software výsledné hodnoty intenzit výměny vzduchu metodou zvyšující se koncentrace [8] podle vzorce

kde
Ci(t)    je koncentrace CO2 v čase t (h) (ppm),
Co    – počáteční koncentrace CO2 v čase t = 0 (ppm),
Ca    – vnější koncentrace CO2 (ppm),
λ        – intenzita výměny vzduchu (1/h),
F    – přibližná rychlost generace CO2 na osobu (l/h),
VR    – objem místnosti (m3),
ti        – čas (h).

Přibližná rychlost generace CO2 na osobu je definovaná jako

kde
RQ    je respirační koeficient (0,83) (–),
H     – výška obyvatelů (m),
W    – hmotnost obyvatelů (kg),
M    – metabolická aktivita (1 met) (met).

Výsledky fyzikálních měření

Výsledky z fyzikálních měření zahrnují analýzu koncentrace CO2 a intenzity výměny vzduchu na základě získaných dat z experimentálních měření.

Koncentrace CO2
Příklad průběhu koncentrací CO2 je znázorněn na obr. 5. Výsledky ukazují zřetelně vyšší koncentrace po obnově objektu. Zelená čára ukazuje maximální doporučenou hodnotu koncentrace.
Boxový diagram (obr. 6) znázorňuje koncentraci CO2 po celou dobu měření jako základní statistický výstup získaných údajů. Dolní a horní čtverečky reprezentují percentil 25 a 75, pás uprostřed boxů označuje medián. Kruh uprostřed čtverečků znázorňuje průměr. Šipky nad a pod čtverečky ukazují maximální a minimální naměřené hodnoty.

Obr. 5 Průběh koncentrace CO2 (ppm) během dvou dnů před a po obnově bytového domu
Obr. 5 Průběh koncentrace CO2 (ppm) během dvou dnů před a po obnově bytového domu

Obr. 6 Boxový diagram znázorňující koncentraci CO2 po celou dobu měření jako základní statistický výstup hodnot před a po obnově bytového domu

Obr. 6. Boxový diagram znázorňující koncentraci CO2 po celou dobu měření jako základní statistický výstup hodnot před a po obnově bytového domu

Prezentované tabulky ukazují koncentraci CO2 ve vybraném bytovém domě před a po jeho obnově. Výsledky charakterizují jak denní, tak i noční periodu měření. Tab. 1 a 2 obsahují údaje o průměrné, průměrné minimální a průměrné maximální koncentraci CO2. Hraniční hodnoty koncentrace CO2, které byly podle získaných údajů ve studii překročeny, jsou prezentovány v tab. 3 a 4.

Intenzita výměny vzduchu
Hodnoty intenzity výměny vzduchu před a po obnově jsou prezentovány v tab. 5. Boxový graf na obr. 7 ukazuje percentil 25 a 75 a medián hodnot.

Obr. 7 Boxový diagram znázorňující intenzitu výměny vzduchu jako základní statistický výstup hodnot před a po obnově bytového domu
Obr. 7 Boxový diagram znázorňující intenzitu výměny vzduchu jako základní statistický výstup hodnot před a po obnově bytového domu

Diskuse

Na základě získaných výsledků se dá konstatovat, že obnova bytových domů může ovlivnit kvalitu vnitřního vzduchu. Tato změna může vést ke snížení intenzity výměny vzduchu a zvýšení koncentrace oxidu uhličitého ve vnitřním prostředí [9]. Vysoké koncentrace CO2 však mohou ve velké míře ovlivnit kvalitu života lidí (pohodlí a zdraví) ve vnitřních prostorech. Koncentraci této látky přímo ovlivňuje kvalita namontovaných transparentních konstrukcí [7], které byly použity při obnově bytového domu. Intenzitu výměny vzduchu ovlivňují i větrací návyky obyvatelů.

Zateplením obvodového pláště se objekt stává těsnějším, takže vnitřní prostředí vyžaduje větší frekvenci a dobu větrání pro odstranění škodlivých látek nacházejících se ve vnitřním vzduchu. S vyšší frekvencí větrání se sníží koncentrace CO2, dosáhne se i vyšší hodnoty intenzity výměny vzduchu [7].

Závěr

Komplexní obnova bytových domů může přispět ke snížení kvality vnitřního vzduchu v jednotlivých bytech. Nebudou-li přijata opatření především pro snížení koncentrace CO2 a zvýšení intenzity výměny vzduchu (např. instalace centrálních inteligentních nebo mechanických větracích systémů), obyvatelé budou muset větrat více, aby se zlepšila kvalita vnitřního vzduchu a dosáhlo se alespoň té úrovně, kterou měli před obnovou jejich objektu.
 
Literatura

1. Jurelionis, A. – Seduikyte, L.: Assessment of indoor climate conditions in multifamily buildings in Lithuania before and after renovation. 2nd International conference advanced construction. Kaunas, Lithuania. 2010.
2. Dostupné na: www.bpie.eu (Building Performance Institute Europe)
3. Földváry, V. – Bekö, G. – Petráš, D.: Impact of energy renovation on indoor air quality in multifamily dwellings in Slovakia. Proceedings of Indoor Air 2014, Hong Kong, Paper No. HP0143. 2014.
4. Földváry, V. – Pustayová, H.: Obnova bytových domov z pohľadu zabezpečenia kvality vnútorného vzduchu. In: Komplexná obnova bytových domov 2013: VII. Medzinárodná odborná konferencia. Legislatívne a technické nástroje znižovania energetickej náročnosti bytových domov. Podbanské,  20. –  22. 11. 2013. Bratislava: Združenie pre podporu obnovy bytových domov, 2013. s. 43 – 46.
5. Zákon č. 300/2012 Z. z. o energetické hospodárnosti budov.
6. Földváry, V. – Petráš, D.: Vplyv komplexnej obnovy na kvalitu vnútorného vzduchu: Ako dopadol prieskum vo vybraných bytových domoch? In: TZB Haustechnik, roč. 22, č. 5, 2014, s. 52 – 54.
7. World Health Organization: Selected pollutants.
Web: http://www.euro.who.int/__data/assets/pdf_file/0009/128169/e94535.pdf  
8. Standard Guide for Using Indoor Carbon Dioxide Concentrations to Evaluate Indoor Air Quality and Ventilation. 2002.
9. Noris F. – Delp, W. – Vermeer, K. – Adamkiewicz, G. – Singer, B. – Fisk, W.: Protocol for maximizing energy savings and indoor environmental quality improvements when retrofitting apartments. Energy and Buildings, vol. 61, pp. 378 – 386, 2013.
10. Sánka, I.: Analýza kvality vnútorného vzduchu vo vybraných bytových domoch pred a po ich komplexnej obnove. Slovenská Technická Univerzita v Bratislavě, SvF, Katedra TZB, Práce ŠVK, 2015.

Text: Ing. Imrich Sánka, Ing. Veronika Földváry, Ph.D.
Foto a obrázky: autoři
Autoři působí na Katedře TZB SvF STU v Bratislavě.
Recenzoval: prof. Ing. Dušan Petráš, Ph.D.

Článek byl uveřejněn v časopisu TZB Haustechnik 4/2016.