Větrání a kvalita vnitřního prostředí v českých školách

Vnitřní prostředí ve školách má vliv na výkonnost žáků i učitelů. Mezi základní problémy školních budov patří jejich nevhodné tepelněizolační vlastnosti, které vyplývají ze způsobů navrhování a stavění poplatných minulé době. Problematická je zejména úplná absence systémů nuceného větrání, které by zajišťovaly dodržování základních požadavků na mikroklimatické podmínky ve třídách.

Téměř ve všech školách je větrání zajišťováno přirozeně – otevíráním oken. Tento způsob však není optimální, neboť v zimním období sklápěcí okna způsobují teplotní nepohodu žákům sedícím v jejich blízkosti. Ve starých školách jsou také obvykle zrušeny staré odvětrávací šachty; v nových školách tyto šachty vůbec nejsou realizovány. Obecně navíc na mnoha školách platí zákaz otevírání oken o přestávkách z důvodu bezpečnosti. I pokud pomineme energetickou náročnost větrání okny, kdy teplo vypouštíme bez užitku ven, nevhodná je i závislost tohoto způsobu větrání na subjektivních pocitech vyučujícího a žáků. Jde o neefektivní regulaci, neboť při delším pobytu v místnosti se člověk na dané prostředí adaptuje a nevnímá zhoršující se kvalitu vzduchu. Lidé navíc vnímají čistotu vzduchu i kvalitu vnitřního prostředí různě – každý má jiné požadavky a hranice přípustnosti. Z toho vyplývají i nepřípustné koncent­race CO₂ ve třídách, vysoké hladiny odérů (pachů), zvyšující se hladina relativní vlhkosti a vysoká prašnost. Z hlediska zdraví našich dětí, žáků i učitelů jde o nepřijatelný stav.

Větrání okny je neefektivní
V našich právních předpisech existuje vyhláška o hygienických požadavcích na prostory a provoz zařízení a provozoven pro výchovu a vzdělávání dětí a mladistvých. Ve vyhlášce je stanoven požadavek na množství větracího vzduchu na žáka od 20 do 30 m³/h (o učitelích se bohužel vyhláška nezmiňuje). Není však uvedeno, jakým způsobem mají školy toto minimální množství větracího vzduchu zajistit a hlavně jak zkontrolovat, zda je správně a dostatečně vyvětráno. Při větrání okny je totiž množství větracího vzduchu do značné míry závislé na počasí, které nemůžeme ovlivnit. Konkrétně jde o teplotu venkovního vzduchu, rychlost a směr větru. Tyto veličiny spolu s velikostí otevření okna a teplotou vnitřního vzduchu určují průtok vzduchu otevře­ným oknem. Čím je venku chladněji, tím bude rozdíl vnitřní a venkovní teploty větší a tím intenzivnější bude výměna vzduchu. Bohužel chladnější vzduch během zimního období je pro žáky sedící blízko oken často nepříjemný a může jim způsobit nachlazení. Naopak v létě, kdy je rozdíl venkovní a vnitřní teploty minimální, může rychle dojít k vyrovnání teplot a pokud zrovna nefouká vítr, je výměna vzduchu okny zanedbatelná (chybí hybná síla pro pohyb vzduchu).

Energie versus vnitřní prostředí
Na jedné straně tedy máme požadavky bezzubé vyhlášky, na druhé straně stojí nekvalitní mikroklima ve školách, mnohdy připomínkováno i rodiči s obavou o zdraví jejich dětí. Do této situace vstupuje požadavek na úsporu energie při vytápění. Typická je bohužel situace, kdy se úspory energií řeší pouze na úrovni výměny oken za kvalitnější (těsnější s lepšími tepelněizolačními vlastnostmi) a dále na úrovni zateplení obálky budovy. Tím se ze stávajících budov sice stávají energeticky úspornější, ale také těsnější budovy. V této souvislosti se již neřeší způsoby větrání a kvalitní vnitřní prostředí. Se zvýšením tepelněizolačních parametrů obálky se sice zlepšuje tzv. teplotní mikroklima, neboť povrchová teplota obvodových stěn je vyšší a přispívá k vyšší tepelné pohodě přítomných osob, ale koncentrace škodlivin (CO₂, odérů a prachu) se významně zvyšuje. Dochází tak k paradoxu, kdy se se zlepšením tepelněizolačních vlastností budovy zároveň zhoršuje kvalita vnitřního prostředí.

Gymnázium v Hrabůvce
Rekonstrukce budovy gymnázia v Ostravě – Hrabůvce je názornou ukázkou, jak lze zároveň řešit úspory energie i kvalitu vnitřního prostředí. Rekonstrukce probíhala od listopadu 2008 do července 2009; původně byla v plánu pouze tradiční rekonstrukce s výměnou oken a zateplením fasády.

Ve spolupráci se stavební firmou a po doho­dě s ředitelem gymnázia byl projekt doplněn o větrací systém s rekuperací tepla pro tři učebny. Systém byl navržen jako decentrální – jedna jednotka větrá jednu třídu. Volilo se 25 m³/h větracího vzduchu na žáka při průměrné obsazenosti třídy 30 žáky a 20 m³/h větracího vzduchu na žáka při maximální obsazenosti třídy 40 žáky. Úpravu vzduchu zajišťují větrací jednotky DUPLEX s protiproudým rekuperačním výměníkem tepla (účinnost rekuperace 85 %) bez dohřevu vzduchu za rekuperací. Vzhledem k tomu, že žáci i učitelé jsou sami o sobě zdroji tepla, není potřeba další ohřev přiváděného vzduchu.

Příklady koncentrací CO₂ naměřených ve třídách

První nízkoenergetická škola ve Slivenci
Ve Slivenci (část Prahy) byla otevřena první nízkoenergetická škola v České republice. Stavba vycházela z rekonstrukce stávajícího objektu, která ale již probíhala s ohledem na záměr investora (obecního úřadu) a hlavního projektanta akad. arch. Aleše Brotánka: dosáhnout nejen požadovaných úspor energie, které se budou blížit pasivní stavbě, ale také zajistit kvalitní mikroklima. Již od počátku projektových prací bylo navrhováno větrací zařízení umožňující řízenou výměnu vzduchu v objektu. Byl navržen centrální systém, tj. jedna větrací jednotka s rekuperací tepla, která větrá čtyři třídy a dva kabinety učitelů. Proměnné otáčky ventilátorů umožňují odpojit větrání ve třídách, kde nikdo není. Množství větraného vzduchu na žáka bylo u této školy voleno 25 m3/h. Účinnost rekuperace je 80 % a teplovodní ohřívač vzduchu za rekuperací byl navržen především z důvodu částečného teplovzdušného vytápění. V budově je tak kombinována klasická otopná soustava s teplovzdušným vytápěním.

(Ne)kvalitní vnitřní prostředí ve školách
Nejen z našich poznatků, ale také z měření Státního zdravotního ústavu vyplývá, že v našich školách dochází k přetápění a při nekontrolovatelném větrání také k překračování koncentrací CO₂ a prašnosti.

Teplota má veliký vliv na lidský organismus, a to jak nízká, tak vysoká, a dokonce přímo ovlivňuje produktivitu přítomných osob. Pokud je rozdíl od doporučené hodnoty výrazný, projevuje se u přítomných osob nejen jako pocit tepelné nepohody, ale ovlivňuje i jejich pracovní a studijní výkon. Druhou stránkou, zejména u výrazně přetápěných budov a u tříd s teplotou překračující 25 °C, je vysoká spotřeba energie, která je v případě škol hrazena z veřejných prostředků.

Koncentrace oxidu uhličitého jsou dobrým ukazatelem znečištění vnitřního prostředí a jejich překračování se projevuje únavou přítomných osob, ztrátou koncentrace a sou­středění, při vyšších hodnotách hrozí i zdravotní rizika (tabulka).

Z uvedených hodnot vyplývá, že koncentrace vyšší než 1 200 až 1 500 ppm ukazují na horší kvalitu vzduchu, která je spojena s nižší koncentrací a pozorností žáků při vyučování. Měření ve třídách větraných přirozeně ukázala, že koncentrace CO₂ v hodnotách 2 000 až 3 500 ppm, což je 1,5- až 2,5násobek doporučených koncentrací, nejsou v českých třídách neobvyklé. Je proto třeba změnit přístup k modernizacím i výstavbě školních budov.

Návratnost investic
Jakákoli investice do větracího systému znamená určitou finanční zátěž, a to nejen u rekonstrukcí. Má delší dobu návratnosti než jiná opatření, která se běžně provádí pro dosažení úspor energie, jako je například výměna oken. Návratnost investice do zlepšení pracovního nebo studijního prostředí se totiž určuje velmi těžce. U větrání se zpětným získáním tepla dochází k úsporám energie na větrání (šetří se náklady na ohřev větracího vzduchu). Tu lze určit na základě ceny tepelné energie, která je k dispozici.

Nespravedlivé je však ekonomické srovnání nuceného větrání, při kterém jsou dodržovány požadované mikroklimatické podmínky, a nedostatečného větrání okny při nedodržování základních požadavků na kvalitu vnitřního prostředí. Objektivní by bylo pou­ze srovnání, které by zohlednilo kvalitnější vnitřní prostředí a díky tomu lepší podmínky pro vzdělávání žáků i lepší pracovní podmínky pro učitele.

Vzdělávání závisí na pozornosti a koncentraci žáků i vyučujících. Podle výzkumů vyšší kvalita vzduchu zvyšuje produktivitu práce. Pokud vezmeme v úvahu i jen minimální možnost zvýšit produktivitu vyučovacího procesu díky čerstvému vzduchu o 5 až 10 %, pak při předpokládaném ročním počtu 1 300 vyučovacích hodin odpovídá neefektivně využitých 5 % už 65 hodinám vyučovacího procesu na třídu. Neefektivně využitých 10 % pak odpovídá 130 hodinám. Toto minimální zlepšení je při současné situaci špatně větraných škol lehce zajistitelné, některé studie uvádějí, že zlepšení je možné až o 35 %. Při průměrných nákladech 500 Kč/h na jednu tří­du lze takto ušetřit ročně 32 500 až 65 000 Kč. Z tohoto pohledu je instalace nuceného větrání s rekuperací tepla ekonomicky velmi zajímavá s návratností celé investice v řádech dvou až pěti let.

Nucené větrání umožňuje řízenou výměnu vzduchu v budově. Centrální zařízení v tomto případě představuje jednu větrací jednotku s rekuperací tepla, která větrá čtyři třídy a dva kabinety učitelů.

V této návratnosti navíc nejsou zahrnuty možné úspory související s nižší nemocností žáků a učitelů, což je dalším bodem, který by zasluhoval ověření a ekonomické ohodnocení. Souvislost mezi nedostatečným větráním a vyšší mírou šíření infekčních onemocnění již prokázala celá řada studií.

V současné době chybějí programy na úspory energie, které by podporovaly využití nuceného větrání se zpětným získáváním tepla. Hlavní podporu v současnosti má především zateplování. Ti, kteří by chtěli úspor energie dosáhnout větráním s rekuperací tepla, jsou proto v tomto směru znevýhodněni. Paradoxně tyto současné programy přispívají ke zhoršení vnitřního prostředí ve stavbách, které budou nekvalitně a nedostatečně větrány, i když význam z hlediska úspor energie zateplením obálky budovy je nepopiratelný. Nucené větrání s rekuperací tepla by mělo být v současné době součástí každé novostavby nebo zásadní rekonstrukce.

Závěr
Kvalita vnitřního prostředí ve školních budovách má přímý vliv na schopnost koncentrace a udržení pozornosti žáků a učitelů. To přímo souvisí s množstvím získaných vědomostí během učebního procesu a má celoživotní dopad nejen na samotné žáky, ale následně i na celou společnost. Je proto třeba řešit stávající podmínky a pracovat na zvyšování kvality vnitřního prostředí ve školách. Lepší výsledky učebního procesu jsou z dlouhodobého hlediska přínosem pro celou společnosti.

Ing. Zdeněk Zikán
Foto : ATREA

Autor působí ve společnosti ATREA, s. r. o., jako projektový manažer v oblasti vzduchotechniky a vytápění.

Článek byl uveřejněn v časopisu TZB HAUSTECHNIK.