Jak větrat panelové domy?

1. července 2015

Partneři sekce:

Při výměně starých oken za nová – těsná – je nutné zabezpečit dostatečný přívod čerstvého vzduchu. Který systém větrání vybrat, abychom zabezpečili zdravé a příjemné vnitřní prostředí a energetickou efektivnost?

Při obnově panelových domů se pozornost věnuje především snižování tepelných ztrát prostupem, což v praxi znamená aplikaci kontaktních tepelněizolačních systémů a výměnu starých oken za nová. Průvzdušnost moderních oken je však velmi nízká a běžným uživatelům tak vzniká problém, jak zabezpečit dostatečný přívod čerstvého vzduchu. Při absenci účinného větrání se zvyšuje vlhkost vznikající lidskou aktivitou, roste koncentrace CO₂ nad požadované hodnoty a kvalita vzduchu se rychle zhoršuje. Výměna vzduchu je však zároveň energeticky náročná, proto je potřeba hledat optimální řešení stojící mezi hygienickými parametry a spotřebou energie, respektive její cenou.

Množství přívodního větracího vzduchu

Pro výpočet energetické náročnosti budov se většinou udává hodnota půlnásobné výměny vzduchu za hodinu, ale díky vzduchotěsnému obalu budovy se této hodnoty nedosahuje. Ve vzduchotechnické praxi se udává přívod čerstvého vzduchu na osobu v rozpětí od 30 do 50 m3/h. Měřením nebo výpočtem lze prokázat, že z hlediska kvality vnitřního prostředí se jeví jako nejdůležitější parametry, které by se měly sledovat, oxid uhličitý (CO₂) a vlhkost sledovaná podle způsobu využití místnosti.

Obývací pokoj a ložnice

V obytných místnostech, jako jsou obývací pokoj, ložnice a dětské pokoje, kde jsou lidé nejvýznamnějším zdrojem škodlivin, je rozhodujícím kritériem kvality vnitřního vzduchu koncentrace oxidu uhličitého, která se uvádí v jednotkách ppm. Pro osoby se jeví jako optimální dodržení koncentrace CO₂ na úrovni 1 000 až 1 200 ppm [2], což je možné zabezpečit větráním s intenzitou 22 až 29 m³ vzduchu za hodinu na osobu při koncentraci přívodního vzduchu přibližně 330 až 370 ppm (tab. 1).

Koupelny

Zatímco v obytných místnostech, kde jsou osoby „jen“ přítomné, je směrodatnou hodnotou koncentrace oxidu uhličitého, v koupelnách je rozhodujícím činitelem činnost přítomných osob, tedy koupání a s ním spojená produkce vlhkosti. Při sprchování bývá absolutní koncentrace vlhkosti až 2 600 g . h-1 a při koupání ve vaně 700 g . h-1, tomu odpovídá potřeba přívodu, respektive odvodu vzduchu 42 až 260 m³ . h-1 [7].

Množství odváděného vzduchu lze snížit použitím vhodných zástěn nebo sprchových koutů, po nichž zkondenzovaná vlhkost steče zpět do vany. Optimální je proto odvádění vzduchu přímo nad zdrojem vlhkosti, tedy vanou či sprchovým koutem. Pro samotnou koupelnu by měl postačovat odsávací ventilátor se snímačem vlhkosti a výkonem 100 až 200 m³ . h-1.

Kuchyň

V kuchyni je zdrojem škodlivin především vaření. Při vaření na elektrickém sporáku se produkuje jen vlhkost a pachy, a to 600 až 1 500 g . h-1 [7]. V kuchyni s plynovým sporákem vzniká při spalování plynu vlhkost a oxid uhličitý, zároveň se vlhkost produkuje i vařením.

Rozhodujícím kritériem je při spalování plynu jen oxid uhličitý, avšak množství větracího vzduchu na jeho odvedení je při udržení maximální koncentrace 1 000 ppm velmi vysoké. Jak vidíme v tabulce 2, v níž je porovnáno množství nuceného přiváděného vzduchu pro dodržení určitých parametrů, v kuchyních lze použít jako rozhodující kritérium vlhkost, s tím, že krátkodobé zvýšení koncentrace oxidu uhličitého je možné připustit. K odvedení relativní vlhkosti tak, aby se dosáhlo její úrovně maximálně 70 %, při teplotě v interiéru 20 °C je v závislosti na období a provozu plynového spotřebiče potřebné přivést 120 až 390 m³ . h-1 vzduchu.

Koncentrace CO₂, vlhkosti a ostatních látek

V místnostech, kde jsou jediným zdrojem škodlivin lidé, je vhodné dodržovat množství přiváděného vzduchu podle počtu osob tak, aby úroveň oxidu uhličitého byla 1 000 až 1 200 ppm. Tomu odpovídá množství přiváděného vzduchu v rozpětí 22 až 29 m³/h na osobu.

V místnostech, kde jsou hlavním zdrojem škodlivin lidské činnosti jako například vaření, koupání, sprchování nebo používání toalety, je hlavní škodlivinou obvykle vlhkost či pachy, případně zplodiny spalování při vaření na plynu. V těchto případech však lze většinou dimenzovat větrací systém na úroveň požadované vlhkosti nebo na dobu, kdy se místnosti užívají.

Tato zjednodušující úvaha kromě intenzity větrání, tedy dimenzování přívodního, respektive odváděného vzduchu, implikuje i použití ovládacích prvků. Přívodní prvky v místnostech určených většinou pro pobyt osob, jako jsou obývací pokoje, ložnice a dětské pokoje, je účelné ovládat snímači CO₂. Na druhé straně, v ostatních místnostech, určených primárně na činnosti, které produkují škodliviny ve větším měřítku než samotný pobyt osob (kuchyně, koupelny a WC), je účelné ovládání snímači vlhkosti, případně vypínačem osvětlení či digestoře.

Pro odlišná doporučení na návrh přívodu větracího vzduchu byl realizován výpočet pro typický byt 3 + 1 na pobyt čtyř osob v panelovém domě realizovaném v konstrukčním systému VVU-ETA. Objemový tok vzduchu do každé místnosti se dimenzuje podle počtu osob, podle účelu místnosti, produkce škodlivin (koncentrace CO₂ a vlhkosti) a podle doporučované výměny vzduchu. Výpočty byly realizovány podle Doležíkové [4]. V tabulce 3 vidíme, že návrhové hodnoty se značně liší.

Průvzdušnost stavebních konstrukcí

Tepelněizolační parametry současných okenních rámů a zasklení dosahují takových hodnot, že jejich tepelné ztráty jsou minimální. Když se v bytovém domě vymění původní okna za moderní, sníží se zároveň jejich průvzdušnost a součinitel infiltrace, protože díky kvalitnímu kování po celém obvodu okenního křídla velmi dobře přiléhají k rámu. Nová okna mají součinitel infiltrace řádově dvacetkrát nižší než stará dřevěná okna, kde se tato hodnota pohybovala na úrovni 1,4 × 10-4 m3m-1s-1Pa-0,67. To vytváří nároky na obyvatele domu. Nesmějí zapomínat větrat, nebo si musí nainstalovat kvalitní ventilační systém.

Pro ilustraci uvádíme výsledky blower-door testu v panelovém bytovém domě v bytě 4 + kk [3] (tab. 4). Byl sledován provozní stav před a po výměně původních zdvojených oken s dřevěným rámem za okna s plastovým rámem s izolačním dvojsklem. Zároveň se stanovila těsnost připojovacích spár okna. Měřila se tlaková diference 50 Pa po postupném zvyšování tlakového rozdílu. Z průběhu měření byla stanovena výměna vzduchu pro přirozenou běžnou tlakovou diferenci na 4 Pa.

Z měření vyplývá, že provozní stav místnosti po výměně oken nesplňuje intenzitu výměny vzduchu požadovanou pro užívanou místnost.

Paradoxně tak tedy platí, že kvalitní okna, která jsou potřebná pro dodržení maximální výměny vzduchu při tlakovém rozdílu 50 Pa, způsobují, že místnost nesplňuje minimální hygienickou výměnu vzduchu (při nejpravděpodobnějším tlakovém rozdílu 4 Pa v průběhu roku) podle ČSN EN 13829: 2001: Tepelné chování budov. Stanovení vzduchové propustnosti budov. Metoda přetlaku pomocí ventilátoru. Je tak na uživateli, aby sám manuálním větráním sledoval minimální výměnu vzduchu. Dalším řešením je použití nuceného nebo hybridního systému větrání. Na trhu existuje celá řada systémů větrání, které mohou, ale také nemusí, uspokojit naše potřeby, především preferujeme-li ekonomickou stránku věci.

Přirozené větrání

Systémy přirozeného větrání se úspěšně využívaly už od starověku. Výměnu vzduchu zabezpečují rozdíly způsobené gravitačním vztlakem, dynamickým účinkem větru – obecně tlakové rozdíly mezi vnějším a vnitřním prostředím. V minulosti tento systém výborně fungoval díky netěsným rámům oken a například i díky existenci kamen a krbů, protože při spalování se přisával do místnosti vzduch. V současnosti je nutné myslet na vytvoření potřebného prostupu vzduchu přes obvodový plášť budovy.

Nejběžnější využití přirozeného větrání je infiltrace okenními spárami, další možností je provětrávání, šachtové větrání a aerace. Nevýhodou přirozeného větrání je jeho značná závislost jak na vnějších klimatických podmínkách, tak i na lidském faktoru. Často se stává, že množství vzduchu nepostačuje, nebo naopak, větrá se příliš, což způsobuje značnou tepelnou ztrátu v průběhu vytápěcího období.

Nucené větrání

Systém nuceného větrání může být v obytných budovách efektivní, protože umožňuje řízenou výměnu vzduchu v závislosti na aktuální koncentraci škodlivých látek. Jde tedy o ideální řešení pro optimalizaci energetické spotřeby. U stavebních konstrukcí s vyšší průvzdušností je možné efektivní větrání zabezpečit například decentralizovaným systémem s individuálně instalovanými odtahovými ventilátory v jednotlivých bytových jednotkách.

Tyto ventilátory lze ovládat zmíněnými snímači nebo vypínači podle potřeby. Nevýhodou těchto systémů je instalování zdrojů hluku přímo v obytných prostorech, pronikání pachů mezi jednotlivými bytovými jednotkami a většinou velmi nízká účinnost laciných axiálních ventilátorů, které se běžně prodávají v obchodech.

V bytových domech je vhodnějším řešením instalace inteligentních centrálních systémů. Střešní ventilátory těchto systémů mají motory s mikroprocesory a pracují při mírném podtlaku, který zabraňuje pronikání pachů mezi jednotlivými bytovými jednotkami. Intenzita větrání se automaticky přizpůsobuje skutečné potřebě, která je dána otevíráním elektronicky ovládaných ventilů podle momentální obsazenosti bytů, vývojem koncentrace CO₂ a vlhkosti v nich. Ovládacími prvky jsou tak jako v prvním případě snímače CO₂, vlhkosti a vypínače. Tyto systémy jsou vhodné i do menších bytových domů. V porovnání s individuálně instalovanými axiálními ventilátory jsou inteligentní centrální systémy energeticky mnohem méně náročné a zdroj hluku je výhodně umístěn mimo obytné prostory.

Výhodou těchto řešení je relativně nízká cena a vysoký uživatelský komfort, ceny snímačů a elektronických ventilů nepředstavují tak výraznou položku jako před deseti lety, a přitom částečně šetří obyvatelům náklady na vytápění. Inteligentní centrální systémy jsou vhodné na obnovu panelových a bytových domů bez nevyhnutelnosti zásahu do elektroinstalace a vzduchotechnického sběrného potrubí.

Největším problémem uvedených řešení je ten, že nejde o řešení koncepční, protože můžeme očekávat, že k výměně oken v každém domě jednoho dne dojde. Zabezpečení dostatečného přívodu vzduchu do jednotlivých místností je potom rozhodující, protože výměna oken je pro většinu bytových domů klíčová. Řešením je důsledné pravidelné intenzivní větrání nebo kontrola mikroventilace. Nevýhodou však je buď nedostatečná kvalita, například v ložnicích, nebo nadbytečné větrání a energetické plýtvání či hlučnost. Obzvlášť citlivý je tento problém v malých ložnicích.

Protože nepředpokládáme, že by si uživatel nastavoval budík, aby mohl pravidelně větrat, je potřeba najít vhodnější řešení. Jedním z mnoha opatření je instalace dodatečných okenních přívodních infiltračních prvků, které by však měly mít srovnatelnou kvalitu jako samotná okna. Musí zabezpečit dostatečný akustický a tepelněizolační komfort s minimalizací kondenzace a ochranu proti nárazovému a silnému větru, ideálně s automatickou regulací napojenou na příslušné ovládací snímače nebo vypínače. Pokud dodatečné infiltrační zařízení nemá uvedené parametry, jde de facto o degradaci kvalitního okna. Okno propouští hluk a neřízeně jím profukuje, může vznikat průvan a na podlaze vrstva studeného vzduchu. Uvedené problémy potom vedou k tomu, že uživatelé tyto dodatečné infiltrační otvory ucpávají a vracejí se k původnímu stavu. Uživatel tak buď žije v trvalém aromatickém diskomfortu, nebo převětrává.

Jediným zatím známým opatřením, které řeší dané nevýhody, je nucené rovnotlakové větrání s centrálním nebo bytovým přívodem vzduchu a zpětným získáváním tepla z odpadního vzduchu, tedy s rekuperací. Podobné výrobky na trhu existují, ale i ony mají své nevýhody. Kromě potřeby údržby a spotřeby elektřiny je to nízký instalační komfort, který může být ve velké části panelových a bytových domů velkou překážkou. Částečné vyvložkování starých centrálních vzduchových potrubí není zdaleka takovým problémem jako instalace množství rozváděcích prvků do jednotlivých bytů – je potřebné provrtat relativně velké otvory do vnitřních příček.

Schéma zapojení lokální rekuperační jednotky včetně ukázky reálné instalace. (foto vpravo: Atrea)

Ekonomika a energie

Přímý přívod čerstvého vzduchu na úrovni 22 až 29 m³/(h . os.) z exteriéru s teplotou –12 °C do interiéru, v němž chceme udržet příjemných 22 °C, znamená z energetického hlediska potřebu tepelného výkonu 250 až 330 W na osobu. Pokud bychom uvažovali o čtyřiadvacetihodinovém přívodu vzduchu během vytápěcího období, jedna osoba by spotřebovala na udržení optimální vnitřní hladiny CO₂ přibližně 800 kWh/rok energie. Uvážíme-li reálnější situaci, že se osoby během pracovních dní zdržují v domácnosti 12 hodin denně a čtvrtinu víkendu během vytápěcího období tráví mimo byt, představuje roční spotřeba energie přibližně 450 kWh/rok. U čtyřčlenné rodiny to znamená 1 800 kWh/rok. Při ceně tepla CZT v Praze za 450 Kč/GJ potřebuje 4členná rodina na větrání cca 3000 Kč. Částku vynaloženou na ohřev vzduchu lze výrazným způsobem snížit takzvaným zpětným získáváním tepla z odpadního vzduchu z interiéru. Při teoretické účinnosti rekuperace tepla 80 % lze potřebný instalovaný výkon snížit na 50 až 66 W na osobu a roční energetická spotřeba by tak byla 80 až 90 kWh/rok . osoba. Na uvažovanou čtyřčlennou rodinu potom připadá 320 až 360 kWh/rok. Při stejné uvažované ceně tepla vydá rodina z pomyslné peněženky pouze cca 600 Kč – úspora je tedy 2400 Kč/rok. V jiných regionech může být úspora i větší.

Nepříjemnou nevýhodou tohoto opatření je fakt, že na fungování rekuperační jednotky je potřebná drahá elektrická energie, jejíž cena není v bytových domech zrovna příznivá. Rekuperační jednotka obsahuje dva ventilátory (přívodní a odvodní) každý s výkonem přibližně 80 W (v případě dražších EC motorů 35 W). Uvažujeme-li o první, investičně levnější variantě, znamená stošedesátiwattový příkon ve výše uvažovaném příkladu čtyřčlenné rodiny spotřebu elektrické energie 450 kWh/rok. Při ceně 5 Kč/kWh elektrické energie je tedy energetická spotřeba rekuperační jednotky cca 2300 Kč/rok.

Na tomto příkladu můžeme vidět, že sice ušetříme levnou tepelnou energii, ale tato je vykoupena drahou elektrickou energií potřebnou pro pohon rekuperační jednotky.

Co z toho vyplývá?

Postupným snižováním průvzdušnosti stavebních konstrukcí při obnově panelových a bytových domů se sice blížíme k ideálnímu pasivnímu standardu, avšak na kvalitu větrání se tím kladou stále vyšší nároky. Nejlevnějším řešením je pravidelné a intenzivní větrání, které nám však především v ložnicích nezabezpečí požadovaný komfort. Cenově dostupným řešením jsou různé druhy centrálních inteligentních odvětrávacích systémů v kombinaci se snímači a bohužel často s nekvalitními infiltračními prvky. Rekuperace sice představuje nejdražší, instalačně nekomfortní řešení, které se vyplatí v lokalitách s nejvyšší cenou tepla, avšak splňuje všechny požadavky na kvalitu vnitřního prostředí. Co se týče emisní bilance CO₂, je rekuperace tepla jasným favoritem mezi větracími systémy.

Lucie Červená, Jiří Beranovský, Petr Vogel, František Macholda
Autoři pracují ve společnosti EkoWATT

Článek byl převzatý z časopisu Správa budov 4/2014.

FOTO: Elekterdesign, EkoWATT, Atrea

Literatura:
1.   Doležílková, H.: Rezidenční mikroprostředí. Dizertační práce. Katedra TZB, Fakulta stavební, ČVUT v Praze, 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 Praze, 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 Praze, 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: Sborník konference 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 vzduch v interiérech. Dostupné online: http://www.protronix.cz.

Článek byl uveřejněn v časopisu TZB HAUSTECHNIK.