Vliv oxidu uhličitého (CO₂) na kvalitu vnitřního prostředí

Z pohledu energetických úspor je to jistě v pořádku. Na co se však zapomíná a je neprávem podceňováno, je fakt, že v daných objektech se zhoršuje těmito úspornými kroky kvalita vnitřního ovzduší. Doposud netěsná okna alespoň částečně prostor provětrávala, pokud byla nahrazena těsnými i tato nepatrná možnost zmizela. S ohledem na ekonomická opatření, která vedou k úsporám zejména z pohledu provozních nákladů, se ve školách v posledních letech zapomnělo větrat. V určitém ohledu se vlastně nelze divit, v některých vnitřních nařízeních škol je dokonce z bezpečnostních důvodu zakázáno okna otevírat. Otevírat okno může být nepříjemné i z důvodu např. nadměrné prašnosti a hluku z dopravy v okolí těchto budov. V každém ohledu se zhoršila kvalita vzduchu uvnitř budov, což potvrdily i terénní měření přímo ve školách, kde k výměně oken za těsná došlo.

Proč větrat?

Jednou ze základních potřeb lidstva je však dýchat, s tím je spojena kvalita vzduchu a větrání samotné. Větrání zajišťuje přívod čerstvého a zároveň odvod znehodnoceného vzduchu pro zajištění požadované kvality vzduchu uvnitř objektu. K zhoršení kvality vzduchu uvnitř budovy, zejména pak ve třídách a učebnách, dochází z přítomnosti lidí a následné produkce oxidu uhličitého CO₂, dále vodní parou, pachy jakož i uvolňováním různých chemických prvků z materiálu ze kterých jsou tvořeny povrchy a interiéry učeben.

Vliv oxidu uhličitého (CO₂) na kvalitu vnitřního prostředí.

Oxid uhličitý je ukazatelem kvality vnitřního ovzduší, jehož koncentrace nesmí překročit hodnotu 1500 ppm. Při hodnotách vyšších jak 1500 ppm následují příznaky únavy a snížená pozornost. Žáci začínají být apatičtí a při hodnotách nad 2500 ppm se dostavuje ospalost a bolesti hlavy.

Oxid uhličitý je těžší než vzduch. Tento fakt, bychom měli mít na paměti zejména v okamžiku, kdy se rozhoduje kam a do jaké výšky umístit detekčního čidla CO₂. Pravidlo obecně říká, instalovat čidlo do místa výskytu osob, kde výška instalovaného čidla by měla odpovídat výšce hlavy osoby.

Ve školách, kde většinu času ve třídách žáci sedí je doporučená výška instalace 1 až 1,3 metru. V zařízeních určené pro předškoláky, může tato výška umístění čidla být i nižší. Vždy je důležité dbát na to aby, aby čidlo CO₂ jakožto řídící prvek pro systém větrání byl na referenčním místě a byl případně mechanicky chráněn před manipulací a poškozením.

Tab. 1: Koncentrace CO₂ a vliv na člověka

Požadavky na větrání

Pokud má být budova funkční nejen z hlediska úsporných opatření a tepelně technických vlastnosti obvo-dové konstrukce, musí jít ruku v ruce i s návrhem větrání v souladu s vyhláškou č.410/2005 sb.

Tato vyhláška stanoví požadované množství vzduchu na jednotlivého žáka i vyučujícího. Větrání učeben infiltrací a mikro ventilací okny se nikdy nedosáhne požadovaných hygienických parametru na kvalitu vnitřního prostředí během výuky. Přirozené větrání např. otevřením okna je v rozporu se současný trendem a tím je snižování energetických úspor, kladených na provoz budov. Navíc ani není možné, vzhledem k většinou nepříznivým hlukovým parametrům venkovního prostředí větrat během vyučování otevřenými okny.

Tab. 2: Min. plocha a množství vzduchu dle vyhlášky č. 410/2005 sb.

Uvedené množství v tab. 2 nerozlišuje věk žáků a ani dobu pobytu žáků v učebnách. Metodický pokyn pro větrání škol s ohledem na hospodárnost doporučuje navrhovat průtok venkovního vzduchu, trvale přiváděného do učeben v době pobytu žáků, podle tab. 3. Toto množství bylo stanoveno podle bilance CO₂ ve větraném prostoru.

S ohledem na minimální energetický provoz nuceného větrání doporučujeme navrhnout systém řízeného větrání se zpětným získáváním tepla, kde množství vzduchu je dáno bilancí pro nepřekročení stanoveného limitu 1500 ppm CO₂. Každá rekuperační jednotka, která by zajišťovala větrání učeben, bude vybavena nezávislým systémem měření a regulace. Tato regulace umožnuje chod jednotky dle časového týdenního harmonogramu s upřednostněním požadavku na splnění limitních koncentrací CO₂.

Tab. 3: Množství vzduchu dle metodického pokynu Ministerstva zdravotního prostředí.

Řízené větrání s rekuperací

Rekuperační systém je tvořen centrální nebo decentrální rekuperační jednotkou, která přívodní vzduch filtruje a také ohřívá na požadovanou teplotu. Řízení kvality vzduchu je zajištěno většinou automaticky dle čidel CO₂, časovým programem nebo různou kombinací uvedeného. Rekuperace vzduchu je zajištěna pomocí výměníku zpětného získání tepla. Nejnovější technologie u výměníků dokáže z odváděného vzduchu získat až 90 % energie a předat ji přívodnímu vzduchu. Existuje několik základních typů rekuperačních výměníků, které se v současné době používají tj. rotační regenerační výměník a deskový protiproudý výměník.

Co umožňuje a obsahuje rekuperační jednotka?

Vzduchotechnická rekuperační jednotka umožnuje přivádět hygienickou dávku čerstvého vzduchu pro daný objekt (škola, školka, učebna). Jednotka zajistí řízenou výměnu vzduchu, filtraci vzduchu a za pomoci vestavěného rekuperačního výměníku snižuje náklady na větrání daného prostoru. Pokud v zimním období přívodní vzduch po rekuperaci nedosahuje požadované teploty, je dohřátí zajištěno pomocí vodního nebo elektrického ohřívače. Ohřívač může být vestavěn nebo je dodáván jako příslušenství. Nabízené typy jednotek s rekuperací hradí pouze ztráty řízeným větráním, nikoliv ztráty celého objektu, to je nutné od sebe rozlišit. Ztráty objektu je nutné řešit jiným zdrojem tepla, např. ústředním vytápěním pomocí kotle a soustavou otopných těles.

Jaký typ rekuperačního výměníku je vhodné zvolit?

Rekuperační výměník pro zpětné získávání tepla je vyroben z hliníku nebo plastu. Podle typu rozdělujeme rekuperační výměníky na deskové protiproudé a rotační.

Tab.4: Účinnost pro různé rekuperační výměníky

Deskové rekuperační výměníky

Výhodou u deskových protiproudých výměníků je poměrně vysoká účinnost, která se pohybuje okolo 80 až 90 % a také skutečnost, že jednotlivé proudy vzduchu jsou od sebe odděleny a nikdy se nesmíchají.

Nevýhodou je snižující se vlhkost ve větraném prostoru. Díky vysrážené vodě na stěnách výměníku je nutné zajistit odvod vzniklého kondenzátu do kanalizačního potrubí, přes sifónový uzávěr. Dalším nepříznivým faktorem je možnost zamrzání deskového výměníku, které nastává při nízkých teplotách venkovního vzduchu. Platí přitom pravidlo, že čím vyšší je účinnost rekuperace a vyšší obsažená vlhkost ve vnitřním prostoru, tím víc roste nebezpečí námrazy na výměníku.

Rotační rekuperační výměníky

Odvodní vzduch z větraného prostoru nahřívá výměník, který se otáčí kolem své osy. Nahřátá část výměníku předává naakumulovanou energii přívodnímu venkovnímu vzduchu. Přenos tepla probíhá při průtoku vzduchu otáčejícím se výměníkem.

Výhodou u rotačních výměníků je vysoká celoroční účinnost, která se pohybuje okolo 75 až 85 % a také skutečnost, že nedochází k zámraze výměníku ani při nízkých venkovních teplotách. Nevzniká tedy kondenzát a není nutné řešit odvod vzniklé vody, který může být někdy problematický. Rotačním výměníkem se nepřenáší jenom teplo, ale i vlhkost a proto se stal velmi populární pro větrání prostor, kde se nacházejí lidé, např. školy, učebny nebo školky. Vlhký vzduch je mnohem příjemnější na dýchání a nedráždí sliznici ani oči. Menší nevýhodou se může jevit skutečnost, že proudy vzduchu nejsou zcela hermeticky odděleny od sebe a může docházet k malému promíchání. Vzhledem ke kvalitnímu konstrukčnímu provedení jednotek a rotačních výměníků se jedná o prostup v řádu jednotek procent z celkového vzduchového množství. Tento druh rekuperace je dominantním ve skandinávských zemích hlavně díky celoroční účinnosti.

Volba jednotky dle dotačního programu a skutečné spotřeby

Dle programu ministerstva životního prostředí je minimální účinnost rekuperace 65 % dle ČSN EN 308 pro udělení dotace pro větrání školních budov. Celkový počet bodů za účinnost rekuperace je poté lineárně vypočten, viz. tab. 5.

Tab. 5: Počet bodů dle účinnosti rekuperace v dotačním programu

Požadovaná účinnost rekuperace dle ČSN EN 308 je suchá účinnost bez vlivu kondenzace a neměla by být zaměňována za standardní účinnost s vlivem kondenzace, která je většinou zmíněna na technických listech jednotek. Tato záležitost se týká hlavně účinnosti u deskových výměníků, viz tab. 4. Rekuperační jednotka by neměla být pouze zvolena dle maximální účinnosti rekuperace, ale určitě by se také mělo přihlížet na spotřebu energie u ventilátorů. Je nutné pamatovat, že rekuperátor pracuje pouze v omezenou dobu roku, ale ventilátory pracují v průběhu celého provozu. Pokud pomineme standardní vysokou účinnost rekuperace u všech rekuperačních jednotek Systemair, je minimální spotřeba energie provozu zajištěna nejen nízkoenergetickými EC motory, ale také dokonalou konstrukcí jednotek s minimálními vnitřními tlakovými ztrátami.

Hlukové parametry

Projekt větrání musí být navržen tak, aby hladina akustického tlaku LpA v učebnách nepřevyšovala limitní hodnotu dané nařízením vlády č. 272/2011 Sb., tedy   45 dB(A). Doporučená hodnota je v rozsahu 30 - 40 dB(A) hladiny akustického tlaku v souladu s normou ČSN EN 15251.

Pro splnění těchto požadavků je nutné zvolit správné tlumiče hluku. Pro potlačení nízkých frekvencí byly vyvinuty speciální flexibilní tlumiče SonoExtra. Jako alternativu lze použít pevné tlumiče LDC nebo s kulisou LDC-B.

Pokud je rekuperační jednotka umístěna přímo ve větraném prostoru, měl by projektant věnovat maximální pozornost samotnému návrhu jednotky, kde by se pracovní bod neměl pohybovat v blízkosti maximálních otáček ventilátoru.

U centrálních systémů doporučujeme použít pro zamezení přenosu hluku z jedné třídy do druhé přeslechové tlumiče, které redukují hluk ve frekvencích okolo 250 Hz, např. SonoExtra.

Samotná rekuperační jednotka nestačí

Vzduchotechnická jednotka vybavená výměníkem zpětného získání tepla snižuje náklady na větrání ve školách, ale sama o sobě nezajistí optimální provozní náklady a správnou distribuci vzduchu ve větraném prostoru. Proto je nutné řešit kromě vhodného umístění jednotky v objektu i optimální trasy vzduchotechnických rozvodů a správně zvolené distribuční prvky v jednotlivých učebnách a místnostech.

Distribuční prvky

Potrubní rozvody jsou v místnostech zakončeny distribučními koncovými prvky pro přívod nebo odvod vzduchu. Tyto prvky mohou být dle dispozice místnosti a potřeby větrání umístěny ve stěnách či stropu.

Stropní tryskový difuzor SINUS-C

Vyústka Nova-A

Stropní difuzor TSK

K této skutečnosti je nutné přihlédnout již na začátku, při samotném projektování větracího systému. Nesprávně zvolený prvek pro distribuci vzduchu, např. takový, který nemá dostatečnou velikost pro dané vzduchové množství, může generovat nežádoucí hluk a degradovat kompletní projekt se správně zvolenou rekuperační jednotkou. Právě vedle designu jsou nároky na minimální hlučnost distribučních elementů pro větrání škol tím nejzásadnějším při jejich výběru.

Závěr

Vezměme fakt, že větrat se musí a na zdraví nás a našich dětí by se šetřit nemělo. Ve školních učebnách student a žáci tráví 4 až 6 hodin denně a někdy i déle. Měření a výzkumy potvrdily, že nevhodné prostředí vede ke zhoršení pozornosti, zvýšení nemocnosti žáků, ke vzniku astmatických onemocnění a oslabení imunitního systému jedince. Nucené větrání (a zejména to se zpětným získáváním tepla) stojí peníze a platí se také za provoz. Ceny energií klesat do budoucna zřejmě nebudou. Berte to však jako investici do vzdělávání našich dětí a zejména  kvality prostředí, ve kterém tráví většinu dne. A to je z dlouhodobého pohledu investice vynaložená bezesporu tím správným směrem.