Nová publikace Větrání škol v souvislostech

V současné době je při výstavbě a rekonstrukci budov kladen značný tlak na snižování energetické náročnosti. Větrání budov a tvorba vnitřního prostředí bývá často zcela opomíjenou záležitostí. Výjimkou nejsou ani budovy škol, kde podstatnou část života tráví naše děti.
Problematika se tak dotýká významné části populace a je poměrně aktuální. Vytvoření kvalitního vnitřního prostředí pro žáky škol by mělo být samozřejmostí. Málo se ví, že kvalita vnitřního ovzduší má vliv na lidské zdraví i na produktivitu.

Cílem publikace je seznámit čtenáře s problematikou vnitřního prostředí a větrání ve školách v širších souvislostech a upozornit na současný nevyhovující stav. Kniha nabízí různé úhly pohledu na větrání škol, čerpá z historických pramenů, analyzuje současný stav vč. platných předpisů, a zabývá se vlivy, které s tvorbou vnitřního prostředí souvisí.
Samostatná kapitola je věnována energetické náročnosti větrání. V publikaci jsou prezentována konkrétní řešení a opatření, které by měla vést ke společenskému cíli − zlepšení kvality vnitřního prostředí na českých školách.

Publikace je rozdělena do šesti kapitol:

1. Úvod do problematiky;
2. Historie a současnost větrání škol;
3. Vnitřní prostředí škol;
4. Opatření pro zlepšení stavu vnitřního prostředí ve školách,
5. Energetická náročnost větrání učeben;
6. Příklady řešení.

Publikaci vydala: Společnost pro techniku prostředí, stojí 100,− Kč vč, DPH a je možné zakoupit v univerzitním knihkupectví odborné literatury (budova NTK v Praze Dejvicích) nebo prostřednictvím e-shopu.

Úvod

V moderní společnosti tráví lidé podstatnou část života ve vnitřním prostředí budov, udává se, že je to 80 až 90 % času. Výjimkou nejsou ani naše děti, které v rámci povinné školní docházky navštěvují budovy pro vzdělávání. V posledním desetiletí se ve školách masivně investovalo do zateplení a výměny oken za účelem snížení energetické náročnosti budov – úspory tepla. Úspory energie, které jsou jistě namístě, často vedou ke znehodnocení vnitřního prostředí. Kvalita vnitřního prostředí je však důležitým faktorem ovlivňujícím nejen pohodu člověka, ale rovněž jeho zdraví či produktivitu. Příčinou špatné kvality vnitřního prostředí v nových a rekonstruovaných školách je ve většině případů nedostatečné větrání, které se projevuje zejména v zimních měsících. Při nedostatečném větrání se v místnosti zvyšuje koncentrace škodlivin i teplota a vlhkost vzduchu, což na přítomné osoby působí negativně. Typickými příznaky jsou bolest hlavy, únava, ospalost, letargie, poruchy soustředění apod. Výše popsané nepříjemné pocity osob způsobené špatnou kvalitou vnitřního prostředí bývají souhrnně popsány jako tzv. syndrom nemocných budov (z angl. SBS – Sick Building Syndrome). Výskyt znečišťujících látek ve školách může mít vliv také na růst dětí, jejich schopnost učit se, stejně jako na jejich kulturní a sociální rozvoj.

Kvalitu vnitřního prostředí ovlivňují jak škodliviny ve vnitřním prostředí (biologické a chemické látky, částice), tak tepelné podmínky (teplota a vlhkost), a dále hluk, osvětlení a zápachy. Děti jsou v porovnání s dospělými citlivější k některým škodlivinám ve vnitřním prostředí, protože při dýchání vdechují větší objem vzduchu v poměru k jejich tělesné hmotnosti a jejich tkáně a orgány jsou ve vývoji. Vnitřní prostředí ve školách může žákům způsobovat zdravotní problémy, které přímo ovlivňují schopnost koncentrace a paměť (neurologické účinky) nebo jsou to nepřímé důsledky. Škodliviny ve vnitřním prostředí mohou například zhoršovat průběh onemocnění, jako je astma a alergie, díky čemuž mají žáci vyšší absenci nebo musí brát léky, které ovlivňují jejich koncentraci a výkon. Astmatické děti jsou známy zvýšenou citlivostí na účinky znehodnoceného vnitřního prostředí. Astma je hlavní příčinou absence žáků s chronickým onemocněním, v USA zodpovídá přibližně za 20 % absencí na základních a středních školách. Vliv na zdraví se často hodnotí právě počtem absencí. V roce 2006 dosáhl počet dětí v ČR trpících různými alergiemi 32 %, od roku 1996 výskyt astmatu u dětí neustále roste. Zdravotní problémy, které se u dětí projeví v době vývinu, mohou pokračovat i v dospělosti, což má dopad na celou společnost; přímým důsledkem je nárůst nákladů spojených s léčbou těchto onemocnění.

Tvorba požadavků a dohled na kvalitu vnitřního prostředí ve školských budovách je v kompetenci MZČR (Vyhláška č. 410/2005 Sb.). Ministerstvo zdravotnictví tak má na stav vnitřního prostředí ve školách zásadní vliv. Pouhé požadavky na větrání však problematiku nevyřeší a tvorba vnitřního prostředí ve školách se neobejde bez konkrétního technického opatření. Úkolem technika je navrhnout takové řešení, které bude splňovat svou funkcí zákonné požadavky. Povinnost větrat by neměla být přenášena na učitele, ten je ve škole proto, aby učil. Podmínky pro jeho práci, tedy i větrání, by měly být zajištěny automaticky.

Vhodným ukazatelem znečištění vzduchu v učebnách škol při větší přítomnosti osob je oxid uhličitý (CO₂). I když CO₂ většinou není jedinou znečišťující látkou ve vnitřním prostředí budov, dobře vypovídá o intenzitě větrání a kvalitě ovzduší v místnostech, kde jsou významným zdrojem škodlivin právě lidé (CO₂ je metabolit). Koncentrace CO₂ závisí na počtu a aktivitě přítomných osob (viz dále). Oxid uhličitý v koncentracích pod 5000 ppm sice není zdraví nebezpečný, nicméně zvýšený výskyt CO₂ (nad 1500 ppm) v místnosti je spojen s negativními pocity u lidí.

Česká republika patří díky svému geologickému podloží mezi země s nejvyšší koncentrací radonu ve vnitřním ovzduší budov. V případě rekonstrukce starších typů škol může dojít k negativnímu působení radonu (z podloží nebo ze stavebních materiálů) na zdraví člověka, a je tedy nezbytné realizovat patřičnou ochranu. V řadě případů může tuto ochranu plnit právě větrání.

Kvalita vnitřního prostředí a energetická náročnost

Problematika vnitřního prostředí má být řešena současně se zateplováním budov a výměnou oken, což jsou aktivity podporované možností čerpání finančních prostředků z dotačních programů v souvislosti se snižováním energetické náročnosti budov. Dotační tituly se do roku 2014 týkaly zejména úsporných opatření v podobě zateplování obálky budovy a výměny oken nebo výměny zdroje tepla.

Otazníky nad vyhláškou MZČR …

• Vyhláška MZČR č. 410/2005 Sb., v platném znění, obsahuje ustanovení, která nejsou zcela jednoznačná.
• V §18 (6) se praví „Přirozené větrání musí být v případě těsných oken zajištěno systémy mikroventilace nebo větracími štěrbinami.“, na druhou stranu v příloze č. 2, v tab. 1 je uveden požadavek na množství vzduchu pro učebny „20–30 m³/h na žáka
• Při současném požadavku na výplně otvorů nelze „mikroventilací“ ani štěrbinami takový průtok zajistit. Žádný výrobce oken neuvádí průvzdušnost pro tzv. „mikroventilaci“. Je to pouhá poloha okna, někdy jen okenní kličky.
• Místo toho, aby vyhláška hovořila jednoznačně, vyvstává po jejím přečtení více otázek než odpovědí
• Bohužel i díky této vyhlášce je kvalita vnitřního prostředí v učebnách škol často nevyhovující.

Proč má typická česká škola znehodnocené vnitřní prostředí?
Jedná se o současné působení řady vlivů:

• je „pouze“ zateplená a vybavená těsnými okny,
• větrání se předpokládá přirozené,
• větrání je plně v režii vyučujícího,
• šetří se energií,
• o přestávkách se nevětrá z důvodu bezpečnosti,
• vedení a zřizovatel školy většinou nemají o kvalitě vnitřního ovzduší představu,
• problém si nikdo nepřipouští, jsme lhostejní.

Značení nezávadných stavebních materiálů a výrobků

Řada stavebních materiálů nebo výrobků může být zdrojem znečišťujících (chemických) látek a negativně tak ovlivňovat vnitřní ovzduší budov. I proto je v řadě zemí EU zavedeno značení produktů s nízkou emisí škodlivých látek. Mezi nejznámější patří:

• Ecolabel pro podlahové krytiny, koberce, dřevěné podlahy, matrace, vnitřní a venkovní nátěry a laky (EU),
• EMICODE^® pro lepidla, těsnicí materiály, laky na parkety a ostatní stavební produkty (Německo/EU),
• GUT koberce (Německo/EU),
• Nature plus stavební produkty (Německo/EU),
• CertiPUR pěna PU pro nábytkářský průmysl (EU),
• M1 stavební produkty (Finsko),
• Blue Angel (Německo),
• Nordic Swan (Skandinávie),
• Umweltzeichen (Rakousko) a další.

Pozor na radon

Po výměně oken může původní koncentrace radonu vzrůst 3krát až 4krát. Je vhodné, aby současně s výměnou oken byla provedena taková opatření, která zajistí, že radiační ochrana zůstane optimalizována a nebude překročena referenční úroveň.

Vlastník budovy školy nebo školského zařízení je dále podle § 99 odst. 2 atomového zákona povinen zajistit měření koncentrace radonu ve vnitřním ovzduší při uvedení do provozu a vždy po provedení změn dokončené stavby, které by mohly koncentraci radonu ve vnitřním ovzduší ovlivnit, zejména po provedení zásahů do izolace stavby proti pronikání radonu z podloží a úprav, které mohou vést ke snížení intenzity větrání (výměna oken, zateplování budov atd.), nebo při nichž vznikají nové pobytové prostory v suterénu nebo přízemí budov. Nesplnění této povinnosti může být opět pokutováno až do výše 0,5 mil. Kč.

Před zahájením rekonstrukce školské budovy, při které vzniknou nové pobytové prostory, vymění se okna, zřídí se podlahové vytápění nebo se zateplí plášť budovy, se doporučuje nechat změřit koncentraci radonu ve stávající stavbě. Podle výsledků měření se navrhne odpovídající protiradonové opatření, které bude instalováno současně s rekonstrukcí budovy a odpadnou tak dodatečné náklady na snížení koncentrace radonu v již hotové stavbě.

Na základě rozsáhlého reprezentativního šetření zorganizovaného Státním ústavem radiační ochrany, v.v.i., byl učiněn odhad, že přibližně ve 32 000 bytech (2 % ze všech bytů) koncentrace radonu převyšuje 400 Bq/m³ a v přibližně 3000 bytech (0,2 % ze všech bytů) je koncentrace radonu vyšší než 1000 Bq/m³. Obdobné šetření provádí stejná instituce v současné době i ve školských zařízeních. Výsledky zatím nejsou kompletní, ale jistou představu o výskytu radonu ve školách dávají. Z 1531 škol změřených po roce 2010 (mnoho z nich již bylo po energetické sanaci) přesahuje koncentrace radonu hodnotu 200 Bq/m³ v 44 % případů, hodnota 400 Bq/m³ je překročena v 17 % škol a ve 3 % škol je koncentrace radonu vyšší než 1000 Bq/m³.

Koncentrace radonu v interiéru není konstantní, ale závisí přímo úměrně na rychlosti přísunu radonu z podloží a nepřímo úměrně na intenzitě větrání. Konkrétní hodnoty koncentrace se tedy mění podle teplotních a tlakových rozdílů mezi interiérem, exteriérem a podložím a podle zvyklostí větrat.

Navrhování a provádění škol z pohledu radonu

Při navrhování a provádění nových školských budov je vhodné postupovat tak, aby koncentrace radonu v nové škole nepřesáhla 100 Bq/m³.

Při navrhování a provádění dodatečných protiradonových opatření do stávajících školských budov je vhodné postupovat tak, aby koncentrace radonu ve škole klesla pod 200 Bq/m³.

Akustika

Akustiku budov ovlivňuje řada faktorů, zejména jejich umístění, technické, stavební i architektonické řešení. Přítomnost zdrojů hluku umístěných uvnitř nebo vně objektu a řešení vnitřního prostoru má pak přímý dopad na akustickou pohodu. Nežádoucí zvuk neboli hluk uvnitř objektu má vliv na objektivní fyziologické reakce, produktivitu práce, ale i schopnost subjektivní slovních reakcí na podněty, což je zejména ve školách.

Vnitřní akustika

Při návrhu větrání je nutné dát do souvislosti kompromisní řešení hlučnosti zařízení a akustiky prostoru, tedy vliv pohlcování zvuku ve vzduchu a obklopujícími plochami a vybavením. Přeměnu akustické energie ve vnitřním prostoru na teplo reprezentuje doba dozvuku T [s], která může nabývat hodnot od desetin sekund do jednotek sekund v závislosti na kmitočtu. Doba dozvuku je uváděna buď spektrálně, nebo jako jednočíselná hodnota. V takovém případě jde o aritmetický průměr obvykle v rozsahu kmitočtů 100 Hz až 5 kHz, případně užším. V tabulce v knize jsou pro příklad uvedeny doby dozvuku T₂₀ a hodnoty činitele pohltivosti v učebně základní školy (bez vybavení), jejíž strop a částečně stěny byly obloženy akustickými kazetami.

Opatření pro zlepšení stavu vnitřního prostředí ve školách

Větrání

Větrání je základním prostředkem k zajištění požadované čistoty (kvality) ovzduší ve vnitřním prostředí budov. Je charakterizováno přívodem čerstvého (venkovního) vzduchu do vnitřních prostor a odvodem vzduchu znehodnoceného.

Vnitřní prostředí budov je zatíženo znečišťujícími látkami, které se uvolňují ze stavebních materiálů, nábytku, chemických přípravků, ale i z povrchu osob nebo v důsledku jejich činnosti. V prostoru, kde jsou zdrojem znečištění převážně lidé, se znečišťující látky zpravidla „ředí“, což vede k celkovému větrání s přívodem a odvodem vzduchu. Samotná filtrace oběhového vzduchu (čističky vzduchu) znehodnocený vzduch nenahradí. Tam, kde je venkovní vzduch výrazně znečištěn, je nutné ho před přívodem do místnosti odpovídajícím způsobem filtrovat, u nuceného větrání je vzduch filtrován vždy.

Zvláště v dnešní době, kdy požadavky na tepelně-technické vlastnosti stavebních konstrukcí dosáhly určité meze, dochází často k situaci, kdy tepelné zisky místnosti po zateplení převyšují po většinu roku tepelné ztráty. Tento stav se nevyhýbá ani učebnám škol, u kterých to vzhledem k vysokému počtu osob na poměrně malém prostoru platí dvojnásob. Důsledkem je rostoucí teplota vnitřního vzduchu a znehodnocené vnitřní prostředí. Větrání může pozitivně přispět k odvodu tepelné zátěže prakticky celoročně, bez vysokých nákladů na spotřebu energie.

Přehled větracích systémů a možnosti použití v učebnách

Číslo	1	2
Větrání	Přirozené
Popis	Infiltrace a mikroventilace	Provětrávání ručně otevíratelnými okny
Schéma
Charakteristika	Přirozené větrání netěsnostmi oken. Nová okna se vyznačují minimálnímprůtočným průřezem funkčních spár.	Přirozené větrání závislé na rozdílu teploty vnitřního a venkovního vzduchu a na působení větru. Funkce větrání závisí plně na lidském faktoru. Nejedná se o řízený přívod vzduchu. Nezajistí rovnoměrné provětrání prostoru. V chladném období riziko tepelného diskomfortu v blízkosti oken. Otevřená okna jsou rizikem z hlediska bezpečnosti žáků a ochrany proti vniknutí cizích osob.
Energie	Tepelná ztráta větráním musí být zcela hrazena otopnou soustavou. Nelze použít ZZT1. Bez nároku na energii pro pohon ventilátorů.	Tepelná ztráta větráním musí být zcela hrazena otopnou soustavou. Nelze použít ZZT. Bez nároku na energii pro pohon ventilátorů.
Ovládání	Omezeně nastavením průtočného průřezu spáry.	Ruční podle časového plánu nebo podle údajů čidla CO2.
Použití	Pro větrání se nedoporučuje, nelze splnit požadavky na větrání dle odstavce 3.4.	Pouze tam, kde není riziko výrazného znečištění venkovního vzduchu. Pro větrání učeben se obecně nedoporučuje. Připouští se pro učebny s individuální výukou (např. ZUŠ2) nebo kabinety.
Pozn.: 1 ZZT = zpětné získávání tepla 2 ZUŠ = základní umělecká škola

Obr. 5.2 Porovnání tepelné ztráty prostupem a větráním modelové učebny

Ve většině školských budov hradí tepelnou ztrátu větráním otopná soustava, která ovšem nedokáže rychle reagovat na přívod chladného venkovního vzduchu v zimním období roku. Přirozený přívod vzduchu otevřeným oknem tak často způsobuje vznik tepelného diskomfortu, což je nežádoucí. Přirozené větrání bývá z tohoto důvodu potlačováno. Důsledkem je znehodnocené vnitřní ovzduší v převážné většině škol.

Tepelnou ztrátu větráním je možné redukovat snížením množství větracího vzduchu, za předpokladu udržení požadované kvality vnitřního prostředí (přípustná koncentrace CO₂ 1500 ppm), a/nebo, v případě využití nuceného větrání, použitím výměníků pro zpětné získávání tepla (ZZT). Pro snížený průtok větracího vzduchu (10 až 20 m³/h na žáka podle jeho věku) a minimální teplotní faktor ZZT 67 %, v souladu se směrnicí o ekodesignu, bude tepelná ztráta větráním výrazně nižší. I v tomto případě tepelná ztráta větráním převažuje nad tepelnou ztrátou prostupem. Další snižování návrhového průtoku vzduchu je již nepřípustné. Potřeba na ohřev vzduchu se úměrně snižuje s rostoucím teplotním faktorem (účinností) ZZT. Na druhou stranu, úkolem větrání je i odvod tepelné zátěže .

Z porovnání hodnot je zřejmé, že podstatnou položku v provozních nákladech představuje elektrická energie, která souvisí s pohonem jednotky (hodnota SFP_AHU), nikoliv s náklady na ohřev vzduchu. Větrací jednotka s vysokým teplotním faktorem ZZT může paradoxně spotřebovávat více energie než jednotka s minimálním teplotním faktorem 67 %. Při volbě větrací jednotky je tak nutno zohlednit oba technické parametry (měrný příkon jednotky SFP_AHU i teplotní faktor ZZT) a rovněž cenu energie. Obecně lze konstatovat, že zejména nižší SFP_AHU vede k nižším provozním nákladům.

Vyplatí se nucené větrání?

Z předchozího textu víme, že přirozené větrání učeben školských budov při současných technických požadavcích na výplně otvorů je problematické a často selhává. Provětrávání dostatečným průtokem se stává nekomfortním a energeticky náročným. Jednou z cest, jak zlepšit vnitřní prostředí škol, je použití větrání nuceného. Z analýzy vyplývá, že náklady na ohřev a dopravu vzduchu při nuceném větrání učeben (uvažována byla lokální větrací jednotka se ZZT) se mohou pohybovat od 10 do 65 Kč/rok na jednoho žáka v závislosti na typu použité jednotky, což se jeví jako zanedbatelná položka, jak z pohledu rozpočtu školy, tak s ohledem na účel tohoto opatření (ve školním roce 2013/2014 navštěvovalo v ČR základní a střední školy cca 1,3 milionu žáků).

Otázkou samozřejmě zůstává přístup zřizovatelů (státu) k dané problematice a společenské priority. I stát by měl respektovat platné právní předpisy nebo doporučené technické normy. Zásadním problémem při realizaci opatření vedoucích ke zlepšení stavu vnitřního prostředí ve školách nejsou náklady provozní, ale investiční, které jsou často vysoké, a prakticky jedinou cestou k dosažení „kvalitního vnitřního prostředí“ jsou dotační tituly. Návratnost investice je velmi obtížné stanovit a výpočty, se kterými běžně pracují technici, zde poněkud selhávají. Nezahrnují totiž další související ekonomické a sociální aspekty, jakými jsou náklady na zdravotní péči dětí, nepřítomnost rodičů na pracovišti apod. Při zohlednění těchto aspektů se řádné větrání učeben z dlouhodobého hlediska jistě vyplatí.

Příklady řešení

Větrání malotřídní základní školy

Rekonstrukce budovy malotřídní základní školy v Kostelní Lhotě (z roku 1879) vrátila budově původní vzhled (po necitlivé socialistické přestavbě v 60. letech minulého století, obr. 6.1), budova byla zateplena, vyměněna okna, otopná soustava a zdroj tepla (tepelné čerpadlo vzduch – voda) a instalován větrací systém se zpětným získáváním tepla.

1890

1930

1963

2012 – po celkové rekonstrukci

Obr. 6.1 Základní škola v Kostelní Lhotě (zdroj: Atrea, ZŠ Kostelní Lhota)

Základní škola je koncipována jako malotřídní. Probíhá zde výuka I. stupně (1. až 5. ročník). Větrací systém tvoří centrální větrací jednotka se zpětným získáváním tepla vzduchu jednotkou je 650 m³/h, externí dispoziční tlak je 50 Pa a pokrývá tlakové ztráty venkovní integrované vyústky, při celkovém elektrickém příkonu 2 × 170 W. Zvláštní péče při návrhu jednotky byla věnována akustickým parametrům. Jednotka dosahuje hodnot akustického tlaku po instalaci v učebně pod L_Amax = 30 dB! V jednotce je instalován elektrický dohřívač z PTC článků a vyhřívaná vana odvodu kondenzátu s automatickým spínáním podle hladiny kondenzátu.

Pilotní instalace jednotky byla realizována na základní škole v Jablonci n. N. (obr. 6.14). Učebna 7. B je umístěna v přízemí částečně pod úrovní přilehlého terénu a má problémy s pronikající vlhkostí z podloží. V učebně se střídá obsazení žáky 2. stupně (7. a 8. tř.) v počtu 25 až 27 osob. Vzhledem k nízkým výškám okenních nadpraží nebylo možné instalovat žádnou dostupnou podstropní větrací jednotku. Na fasádě objektu je osazena speciální žaluzie, která integruje sání i výfuk vzduchu.