Nejnavštěvovanější odborný portál
pro stavebnictví a technická zařízení budov
estav.tvnový videoportál

Zhodnotenie vplyvu tepelnej straty prirodzeným vetraním z pohľadu energetickej efektívnosti

S vetraním infiltráciou v podobe netesností okien a dverí je spojený nežiadúci únik tepla v chladných obdobiach. Veľkosť úniku je závislá ako na intenzite vetrania, tak aj na veľkosti energie obsiahnutej vo vzduchu. Výpočet má zahŕňať nielen mernú tepelnú kapacitu suchého vzduchu, ale aj energiu obsiahnutú vo vodnej pare vo vzduchu.

Úvod

Bolo akýmsi nepísaným pravidlom, že projektová dokumentácia pre bytový dom vypracovaná v stupni DSP, t. j. dokumentácia pre stavebné povolenie, obsahovala len malú samostatnú zložku s názvom Vzduchotechnika, ktorá v prvom rade konštatovala, že vetranie je v celom stavebnom objekte uvažované ako prirodzené, s výnimkou podtlakového vetrania hygienických miestností (kúpeľňa, WC) a podtlakového odsávania vlhkosti a výparov z varenia prostredníctvom odsávača pár (tzv. digestor) umiestneným nad sporákom v kuchyni.

Prirodzené vetranie bytov do istej doby postačovalo, i keď by bolo na mieste pochybovať, či by výpočtom spĺňalo vyhláškou požadované prietoky vzduchu pre vetranie miestností s požadovanou intenzitou výmeny vzduchu. V dnešnej dobe je ale situácia iná a príčinou je samotné vonkajšie prostredie. Hlučnosť a prašnosť sa nedá prehliadnuť najmä vo väčších mestách, ale asi najväčším úskalím je teplota vonkajšieho vzduchu, ktorá je hlavne v teplom období roka často krát neúnosná. Skutočnosť, že každé otvorenie okna síce znamená vyvetranie miestnosti, ale nikdy nie dostatočné a v pravidelných intervaloch, nikoho v minulosti netrápila. Navyše táto výmena „vydýchaného“ vzduchu za vzduch vonkajší (čerstvý) predstavuje značnú buď tepelnú stratu v chladnom ročnom období alebo nepríjemný tepelný zisk v teplom období roka. Otázka energetickej hospodárnosti bytových domov nebola aktuálna.

Prirodzené vetranie oknami ako príčina zvýšenia tepelných strát

Potreba tepla na vykurovanie je dôležitým hodnotiacim kritériom pri kategorizácii bytového domu do energetickej triedy. Táto hodnota sa dá vo veľkej miere ovplyvniť tepelno-technickými, najmä izolačnými parametrami obvodových konštrukcií, minimalizáciou tepelných mostov, veľkosťou zasklených plôch, ich orientáciou na svetové strany, tvarom domu atď. I keď budú mať všetky konštrukcie splnené predpísané parametre, pri zachovaní myšlienky, že vetranie bytov ponecháme na prirodzené vetranie oknami, maríme predchádzajúcu snahu výrazného zníženia tepelných strát oproti pôvodnému stavu. Otvorené okno v chladných prechodných ročných obdobiach, no najmä v zime predstavuje len veľkú tepelnú stratu. Človek si neuvedomuje, že v snahe vnútorný priestor vyvetrať, otvorením okna síce uskutoční istú výmenu znehodnoteného (tzv. vydýchaného) vnútorného vzduchu za vzduch vonkajší čerstvý, ale nikdy tak neurobí v dostatočnom množstve a už vôbec nie v pravidelných časových intervaloch. Veľa krát možno vidieť v zime veľmi veľa okien mierne pootvorených počas dlhých časových úsekov.

To, že otvorené okno predstavuje značnú tepelnú stratu, ktorú v konečnom dôsledku eliminuje navýšený tepelný výkon vykurovacích telies a tým pádom aj vyššie prevádzkové náklady na vykurovanie, ilustruje nasledujúci príklad:

Vstupné údaje

Doporučená technická norma STN EN 16798-1:2019 [1] uvádza minimálne hodnoty ako intenzity výmeny vzduchu, tak aj prietokov vonkajšieho a odpadového vzduchu, ktoré odpovedajú dostatočnému prevetraniu vnútorného priestoru bytov v obytných budovách.

Tab. 1 Príklady intenzity vetrania pri bytových budovách [1]
KategóriaIntenzita výmeny vzduchuObývacie izby a spálne,
najmä množstvo vonkajšieho vzduchu
(ODA)
Množstvo odvádzaného vzduchu
(ETA = EHA)
[l/s]
[l/(s.m2)][1/h][l/(s.os)][l/(s.m2)]KuchyňaKúpeľňaToaleta
II0,420,671,0201510

Projektant vzduchotechniky častejšie pracuje s objemovým prietokom vzduchu uvádzaným v merných jednotkách [m3/h]. Prepočet tabuľky č. 1 je nasledujúci:

Tab. 2 Prepočet Tabuľky č. 1 z mernej jednotky [l/s] na [m3/h]
KategóriaIntenzita výmeny vzduchuObývacie izby a spálne,
najmä množstvo vonkajšieho vzduchu
(ODA)
Množstvo odvádzaného vzduchu
(ETA = EHA)
[l/s]
[m3/(h.m2)][1/h][m3/(h.osoba)][m3/(h.m2)]KuchyňaKúpeľňaToaleta
II1,5120,625,23,6725436
  • pre byt bežného štandardu s požadovanou kategóriou II je doporučená minimálna hodnota intenzity výmeny vzduchu i = 0,6/h (STN EN 16798-1:2019), i = 0,5/h (Vyhláška MZ SR č. 259/2008 Z. z.),
  • 3izbový byt s priemernou úžitkovou plochou A = 80 m2,
  • svetlá výška bytu h = 2,6 m.

Výpočet

  • objemový prietok vonkajšieho vzduchu (ODA):
Ve = O.i (1) [m3/h]
 
0,6násobná výmena vzduchu: Ve = (A.h).i = (80.2,6).0,6 ≅ 125 m3/h = 0,035 m3/s
0,5násobná výmena vzduchu: Ve = (A.h).i = (80.2,6).0,5 ≅ 104 m3/h = 0,029 m3/s
 

kde je

O
objem miestnosti/priestoru [m3],
i
intenzita výmeny vzduchu [h−1].
 

  • potrebný tepelný výkon na ohriatie vonkajšieho vzduchu [2]:
Φv,i = Ve.c.ρ.(ti − te) (2) [W]
 
0,6násobná výmena vzduchu: Φv,i = 0,035.1010.1,2.(20−(−11)) ≅ 1315 W
0,5násobná výmena vzduchu: Φv,i = 0,029.1010.1,2.(20−(−11)) ≅ 1090 W
 

kde je

Ve
objemový prietok vonkajšieho vzduchu [m3/s],
c
merná tepelná kapacita vzduchu [J/(kg.K)]; c = 1010 J/(kg.K),
ρ
hustota vonkajšieho vzduchu [kg/m3]; ρ = 1,2 kg/m3,
ti
teplota vnútorného vzduchu [°C],
te
teplota vonkajšieho vzduchu [°C]; pre mesto Bratislava te = −11 °C.
 

  • potrebný tepelný výkon na ohriatie vonkajšieho vzduchu v h-x diagrame

(Obr. 1):

Φv,i = Ve.ρ.(hi − he) (3) [kW]
 
0,6násobná výmena vzduchu: Φv,i = 0,035.1,2.(35,44−(−7,14)) = 1,79 kW
0,5násobná výmena vzduchu: Φv,i = 0,029.1,2.(35,44−(−7,14)) = 1,48 kW
 

kde je

Ve
objemový prietok vonkajšieho vzduchu [m3/s],
ρ
hustota vonkajšieho vzduchu [kg/m3]; ρ = 1,2 kg/m3,
hi
entalpia vnútorného vzduchu [kJ/kgs.v.]; pre stav vzduchu ti = 20 °C, ϕi = 40 %,
he
entalpia vonkajšieho vzduchu [kJ/kgs.v.]; pre stav vzduchu te = −11 °C, ϕe = 95 %.
 

  • celková tepelná strata (zjednodušený spôsob výpočtu):
ΦT,i = O.qT,i (4) [W]
 
ΦT,i = (A.h).qT,i = (80.2,6).9 = 1872 W
 

kde je

O
objem miestnosti/priestoru [m3],
qT,i
merná tepelná strata bytu po zateplení (empirická hodnota) [W/m3]; qT,i = 8–10 W/m3.
 

Obr. 1 Určenie hodnôt entalpie vlhkého vzduchu v Mollierovom h-x diagrame. Príklad pre vonkajší vzduch s teplotou −11 °C a relatívnou vlhkosťou 95 % a pre vnútorný vzduch s teplotou 20 °C a relatívnou vlhkosťou 40 %
Obr. 1 Určenie hodnôt entalpie vlhkého vzduchu v Mollierovom h-x diagrame
Príklad pre vonkajší vzduch s teplotou −11 °C a relatívnou vlhkosťou 95 % a pre vnútorný vzduch s teplotou 20 °C a relatívnou vlhkosťou 40 %
 

Záver

Z uvedeného príkladu (napr. pre 0,5násobnú výmenu vzduchu) jednoznačne vyplýva, že tepelná strata vetraním, resp. potrebný tepelný výkon na ohrev vonkajšieho vzduchu (1090 W) predstavuje veľký podiel z tepelnej straty (1872 W), konkrétne cca 58 %. Príčinou tejto disproporcie je skutočnosť, že pri snahe znížiť energetickú náročnosť prevádzky bytových domov sa hlavná pozornosť venuje bohužiaľ len maximálnemu eliminovaniu tepelnej straty prechodom tepla cez stavebnú konštrukciu, avšak nad znížením tepelnej straty vetraním sa neuvažuje takmer vôbec.

Jedným z možných technických riešení, ktoré výrazne napomáhajú nielen riešiť problém dostatočného prevetrania vnútorného prostredia vonkajším (čerstvým) vzduchom, ale aj svojou technológiou si nevyžadujú vysoké energetické nároky na ohrev vonkajšieho vzduchu na požadovanú teplotu v interiéri, sú vzduchotechnické sústavy núteného vetrania s aplikáciou centrálnych alebo decentrálnych vetracích rekuperačných jednotiek.

Je potrebné si uvedomiť, že pokiaľ sa vetraniu vnútorných priestorov nevenuje dostatočná pozornosť v rámci projektového riešenia novostavieb, ale aj rekonštrukcie jestvujúcich bytových domov, prirodzené vetranie predstavuje práve v zložke značnej potreby tepla na ohrev vonkajšieho vzduchu len zbytočný nárast finančných nákladov na vykurovanie.

V tejto súvislosti je možné poukázať na ochotu užívateľov bytov investovať do najrozličnejších spôsobov individuálnej regulácie teploty v miestnostiach, ktorých potenciál energetických úspor sa pohybuje rádovo v jednotkách, často pod 4 %, pričom úsporný energetický potenciál spätného získavania tepla pri nútenom vetraní rádovo v desiatkach percent zostáva nevyužitý.

Poďakovanie

Táto práca bola podporovaná Ministerstvom školstva, vedy, výskumu a športu SR prostredníctvom grantu VEGA 1/0303/21, grantu VEGA 1/0304/21 a grantu KEGA 005STU-4/2021.

Literatúra

  1. STN EN 16798-1:2019 Energetická hospodárnosť budov. Vetranie budov. Časť 1: Vstupné údaje o vnútornom prostredí budov na navrhovanie a hodnotenie energetickej hospodárnosti budov – kvalita vzduchu, tepelný stav prostredia, osvetlenie a akustika. Modul M1-6
  2. Kurčová, M. – Koudelková, D. Vykurovanie. Bratislava: SPEKTRUM STU, 2020. ISBN 978-80-227-5002-8
 
Komentář recenzenta doc. Ing. Michal Kabrhel, Ph.D.

Výpočet tepelného výkonu pro vytápění (tepelných ztrát) je popsán v normě ČSN (STN) EN 12831-1. Podle postupů uváděných v normě, je výpočet tepelné ztráty větráním prováděn bez zohlednění změny vlhkosti vzduchu. Při přirozeném větrání je vlhkost vzduchu často proměnlivá a zdrojem vlhkosti v interiéru mohou být i osoby, vaření, sprchování, sušení prádla nebo jiné zdroje. Nutný výkon na zvlhčení je tak třeba určit se zohledněním těchto skutečností.

English Synopsis
Evaluation of the Impact of Heat Loss by Natural Ventilation from the Point of View of Energy Efficiency

Ventilation infiltration in the form of leaking windows, doors is associated with unwanted heat leakage in cold periods. The size of the leakage depends on both the intensity of ventilation and the amount of energy contained in the air. The calculation should include not only the specific heat capacity of the dry air, but also the energy contained in the water vapor in the air.

 
 
Reklama