Snižování energetické náročnosti škol s ohledem na kvalitu vnitřního prostředí

Improving energy efficiency of school buildings with regard to indoor environment quality
Datum: 1.2.2016  |  Autor: Ing. Jan Schwarzer, Ph.D.  |  Recenzent: Ing. Aleš Jakubec, ebm - papst CZ s.r.o.

Příspěvek se zabývá kvalitou vnitřního prostředí školních učeben v souvislosti se snižováním energetické náročnosti objektů, podporované v současné době operačními programy. Součástí příspěvku je i ukázka naměřených hodnot ve vybraných základních školách.

Příspěvěk byl prezentován na semináři Větrání škol, pořádaném v Praze, 17. září 2013

Úvod

V rámci operačního programu Životní prostředí (OPŽP) lze žádat o dotace, které jsou v souladu s jeho deklarovaným cílem – ochrana a zlepšování kvality životního prostředí v České republice. Žadatelem může být téměř každý (obce a města, organizace státní správy a samosprávy, výzkumné a vědecké ústavy, právnické a fyzické osoby i neziskové organizace). Přestože podmínkou je spolufinancování projektu, je o dotace velký zájem. V mnoha případech jsou úspěšné žádosti, týkající se zateplení základních či mateřských škol.

Projekt je (ze strany administrátora dotace) ukončen po několika letech, tzv. „Závěrečným vyhodnocením akce“, kdy je třeba na základě skutečných odběrů prokázat dosažení snížení energetické náročnosti. Případy, kdy snížení energetické náročnosti nebylo dosaženo, mohou končit i případným navrácením poskytnuté dotace.

Z výše uvedených důvodů se objekty provozují co nejúsporněji.

Jedním z úsporných opatření může být i omezování otevírání oken. Omezování otevírání oken je u škol však dáno i z důvodu zajištění bezpečnosti dětí, zejména na nižším stupni, ale také chováním uživatelů (učitelé na tuto činnost nejsou zvyklí).

Toto chování ze strany provozovatelů objektu však přímo souvisí s problematikou kvality vnitřního prostředí.

Problematika větrání

Základní bilance průtoku vzduchu pro odvedení škodliviny je dána vztahem (1). Okrajové podmínky výpočtu jsou dány následovně:

  1. člověk vydechuje vzduch V = 0,65 (m3/h) o koncentraci CO2 cD = 4 (%),
  2. venkovní vzduchu obsahuje koncentraci CO2 cE = 0,035 (%),
  3. maximální obsah CO2 cMAX = 0,15 (%) – kriterium pohody.
vzorec 1 (1) [m3/h]
 

Vztah (1) je platný pro podmínku (b). Koncentrace CO2 však v atmosféře stále stoupá, jak je vidět na obr. 1.

Obr. 1 Naměřená koncentrace CO₂ v atmosféře v letech 1958–2010 [NASA]
Obr. 1 Naměřená koncentrace CO2 v atmosféře v letech 1958–2010 [NASA]
Obr. 2 Místo měření koncentrace CO₂
Obr. 2 Místo měření koncentrace CO2

Obr. 3 Průtok venkovního vzduchu na osobu v závislosti na jeho koncentraci, při splnění podmínky c dolní index MAX = 1500 (ppm)
Obr. 3 Průtok venkovního vzduchu na osobu v závislosti na jeho koncentraci, při splnění podmínky cMAX = 1500 (ppm)

Oproti koncentraci CO2 měřené v Mauna Loa je třeba respektovat skutečnou koncentraci v průmyslových zónách či větších městech, kde můžou hodnoty dosáhnout i více než cE = 800 (ppm).

Na obr. 3 je vidět průtok venkovního vzduchu na osobu v závislosti na jeho koncentraci cE, při splnění podmínky cMAX = 1500 (ppm). Patrná je skutečnost, že s větší koncentrací CO2 ve venkovním vzduchu, roste pro dosažení cMAX = 1500 (ppm) i průtok větracího vzduchu.

Zvýšený průtok větracího vzduchu však bez systému řízeného větrání s rekuperací tepla (přirozené větrání) znamená zvýšení roční potřeby tepla na vytápění.

Měřené koncentrace CO2

Problematika kvality vnitřního vzduchu učeben je demonstrována na konkrétních měření koncentrace CO2. Měření byla provedena pro dvě zařízení. Jednalo se o:

  1. základní školu, situovanou v okrajové pražské zástavbě,
  2. střední školu, situovanou poblíž pražského centra.
Postup měření

Na počátku a na konci každého měření byla sledována koncentrace CO2 venkovního vzduchu. Měření koncentrace CO2 v učebnách bylo prováděno v minutových intervalech. Použita byla kalibrovaná měřidla.

V průběhu měření nebyl provoz školy nijak ovlivněn.

Měření bylo prováděno v rámci diplomová práce na FS ČVUT v Praze.

Základní škola
Obr. 4 Průběh koncentrace CO₂ měřené učebny základní školy – okna uzavřena
Obr. 4 Průběh koncentrace CO2 měřené učebny základní školy – okna uzavřena
Obr. 5 Průběh koncentrace CO₂ měřené učebny základní školy – okna zčásti otevřena
Obr. 5 Průběh koncentrace CO2 měřené učebny základní školy – okna zčásti otevřena

Škola má dvě budovy, společnou halu, dvě tělocvičny a školní jídelnu s kuchyní. Budova byla v nedávné době zateplena (svislé obvodové konstrukce, střecha), vyměněny byly původní otvorové výplně.

Na obr. 4 je vidět průběh koncentrace CO2 měřené učebny s nejvyšší dosaženou koncentrací. Červenou čárkovanou čarou je vyznačena maximální povolená koncentrace cMAX = 1500 (ppm). Měření probíhalo v listopadu, celou noc před výukou a během výuky byla okna uzavřena. Z grafu lze vyvodit následující závěry:

  1. již při zahájení vyučování je koncentrace CO2 vyšší než 1500 (ppm),
  2. jasně patrný je vliv otevřených dveří během přestávky,
  3. těsně před koncem vyučování je koncentrace CO2 vyšší než 5000 (ppm),
  4. koncentrace CO2 ve venkovním prostředí je až 710 (ppm)

Na obr. 5 je vidět průběh koncentrace CO2 měřené učebny, kdy noc před výukou a během výuky byla okna otevřena. Červenou čárkovanou čarou je vyznačena maximální povolená koncentrace cMAX = 1500 (ppm).

 
Střední škola
Obr. 6 Průběh koncentrace CO₂ měřené učebny střední školy
Obr. 6 Průběh koncentrace CO2 měřené učebny střední školy

Jedná se o budovu ze začátku minulého století, částečně zateplenou, otvorové výplně v nedávné době vyměněny.

Charakter užívání jednotlivých učeben je odlišný. Na obr. 6 jsou prezentovány měřené hodnoty koncentrace CO2 pro kmenovou učebnu, kde se studenti během dne nestřídají. Červenou čárkovanou čarou je vyznačena maximální povolená koncentrace cMAX = 1500 (ppm).

 
Souhrnné údaje

V tab. 1 jsou uvedeny koncentrace CO2 v učebnách, kde probíhala měření. Vyznačené řádky vyjadřují prezentované případy.

Tab. 1 – Srovnání naměřených hodnot koncentrací CO2 ve sledovaných učebnách
UčebnaObjem místnosti
[m3]
Počet žáků
[–]
Věková kategorie
[roky]
Koncentrace CO2 MIN
[%]
Koncentrace CO2 MAX
[%]
1. A (ZŠ)2121760,1820,273
1. A (ZŠ)2121560,0910,137
1. A (ZŠ)2121460,0720,283
6. A (ZŠ)20323140,1210,311
6. A (ZŠ)20320130,1990,500
202 (SŠ)25516180,0840,202
213 (SŠ)34819170,0780,216
408 (SŠ)21414170,0850,169
207 (SŠ)41331160,0740,244

Patrná je skutečnost, že ve všech případech byla překročena koncentrace CO2 ve vnitřním prostředí cI > 1500 (ppm).

Možnosti snížení koncentrace CO2

V tab. 2 jsou uvedeny možnosti snížení koncentrace CO2 v učebnách

Tab. 2 – Možnosti snížení koncentrace CO2
OpatřeníNevýhody a rizika
Otevírání oken během výuky, dostatečné provětrání učeben během noci
  • Zvýšení roční spotřeby energie na vytápění.
  • V zimních měsících hrozí riziko průvanu.
  • Zejména ve třídách ZS prvního stupně a ve vyšších patrech může být dostatečné otevření okna blokováno.
  • V přízemních učebnách celonoční otevření oken není možné.
Instalace systému řízeného větrání s rekuperací tepla
  • Pro většinu škol z hlediska investice nerealizovatelné.
  • Vyšší náklady za spotřebovanou elektrickou energii pro pohon ventilátorů.
  • Nezbytné jsou stavební úpravy (zásahy do svislých obvodových konstrukcí, vedení potrubních rozvodů).

Závěr

Snižování energetické náročnosti objektů zateplením a výměnou otvorových výplní, podporované operačními programy, souvisí s problematikou kvality vnitřního prostředí.

Dokonalým utěsněním obálky budovy, snahou provozovatele o co nejvyšší úspory na straně roční spotřeby energie na vytápění a dalšími vlivy, dochází k nedokonalému větrání učeben, a tím i ke zvýšení koncentrace CO2 nad maximální povolené hodnoty.

Řešením by mohla být instalace systémů řízeného větrání s rekuperací tepla. Náprava současného stavu tímto opatřením je však pro většinu škol z důvodu vysokých investic neproveditelná. Po případné instalaci systémů řízeného větrání s rekuperací tepla je třeba počítat s vyššími náklady za spotřebovanou elektrickou energii pro pohon ventilátorů.

 
Komentář recenzenta
Ing. Aleš Jakubec, ebm - papst CZ s.r.o.

Ve třídách se větrat musí a z uvedených grafů jasně vyplývá, že větrání dveřmi na chodbu je pochopitelně nedostatečné a možné pouze o přestávkách.

Ve školách díky nutnosti neřízeného větrání dochází v zimních měsících k masivním únikům tepla, které musí být kompenzovány. S tím spojené náklady jsou mnohem vyšší, než by byly náklady na elektrickou energii spotřebovanou rekuperačními jednotkami v případě kontinuálního větrání se sníženými otáčkami ventilátorů.

Nezanedbatelný je i fakt, že v zimě není možné mít průběžně otevřená okna a třídu jimi větrat. Proto právě v době, kdy studenti potřebují mít nejvhodnější podmínky pro svou činnost, jsou nuceni pracovat v naprosto nevyhovujících a zdraví škodlivých podmínkách, což autor dokazuje měřením. Kontinuálním větráním pomocí rekuperační jednotky by se dosáhlo konstantních, zdraví a normám vyhovujících, podmínek.

Většina renomovaných výrobců rekuperačních jednotek již delší dobu používá energeticky úsporné ventilátory s elektronicky komutovanými motory a tedy s velmi nízkými příkony.

Je zásadní chyba, že dotace podporují pouze utěsnění a zateplení škol, ale z dlouhodobého hlediska již ne jejich ekonomický a pro naše děti zdravotně nezávadný provoz.

English Synopsis

The article deals with school classes indoor environment quality with regard to school buildings energy efficiency improvements, which have nowadays granted state support. Examples of carbon dioxide mesurement results in selected elementary schools included.

 

Hodnotit:  

Datum: 1.2.2016
Autor: Ing. Jan Schwarzer, Ph.D.   všechny články autora
Recenzent: Ing. Aleš Jakubec, ebm - papst CZ s.r.o.



Sdílet:  ikona Facebook  ikona Twitter  ikona Blogger  ikona Linkuj.cz  ikona Vybrali.sme.skTisk Poslat e-mailem Hledat v článcíchDiskuse (1 příspěvek, poslední 04.02.2016 07:23)


Projekty 2016

Související rubriky

Reklama





Partneři oboru

logo ZEHNDER logo ATREA logo Ziehl-Abegg logo DAIKIN logo ebm-papst logo JANKA ENGINEERING

E-mailový zpravodaj

WebArchiv - stránky archivovány národní knihovnou ČR

Nejnovější články

 
 
 

Aktuální články na ESTAV.czOdstraňování škod po povodni v Babiččině údolí začne až v záříABB zajistí napájení a řízení nového systému protipovodňových zábran v BenátkáchVIDEO: 3D tiskem postavenou kancelářskou budovu mají v Dubaji