Úspěšné realizace systémů řízeného větrání ve školských objektech

Řízené větrání, strašák nebo pomocník.

1. Aktuální stav – úvodní slovo

V dnešní době se stále více setkáváme se stavem, kdy se začíná neúměrně zhoršovat vnitřní prostředí ve školách z hlediska mikroklimatických podmínek a zejména škodlivin v ovzduší. K tomuto stavu se prostředí ve školách dostává postupně tak, jak jednotlivé obce rekonstruují objekty škol a v rámci těchto rekonstrukcí zajišťují především výměny oken a zateplovací systémy na fasády a střešní nebo půdní konstrukce. Z pohledu energetických úspor se jedná o chvályhodné počiny obcí, které jsou si vědomy, že energetické úspory jejich provozovaných objektů znamenají úspory v jejich rozpočtech. Na co se však zapomíná je dodržování požadavků dalších vyhlášek a zákonů, týkající se lidského zdraví. V prováděcích projektech, nutných pro povolení realizace, se bohužel konstatuje, že větrání bude zajišťováno „přirozeně“ – otevíráním oken. Původní okna ve vysokých třídách měla otvíratelnou horní část pomocí táhel. Při revitalizaci se inovativně často horní cca 2/3 oken provedli pevné a pouze spodní 1/3 otvíravá. Jak ale odvést teplý vzduch od stropu tříd? Jak zajistit výměnu vzduchu, když během vyučovací hodiny není možné okna otevřít z důvodů venkovního hluku, prachu a průvanu?

V našem příspěvku se věnujeme jedné úspěšné realizaci systémových a efektivních opatření pro základní školu v malé obci. Jedná se o objekt, který prošel komplexní revitalizací, tak jak by z našeho pohledu měli tyto rekonstrukce probíhat. Jedná se vždy o součinnost více profesí, a musí dojít k jistému kompromisu na všech stranách, tak aby výsledek byl nejenom efektivní z pohledu energií, ale také aby byl pro zřizovatele těchto objektů financovatelnou záležitostí a rozpočet obce tak nebyl zatížen neúnosnou mírou na několik budoucích let.

2. Historie a současnost

V roce 1879 byla za cca 1/2 roku v obci Kostelní Lhota postavena a předána do užívání škola, kterou prošlo mnoho generací obyvatel blízkého okolí. V současné době, ve dvou malotřídkách probíhá výuka 1.–3. ročníku s 16 žáky a 4.–5. ročníku s 9 žáky. Poslední rekonstrukce školní budovy, která proběhla v průběhu roku 2012, byla velmi zásadní. Výměna všech oken školy za nová, zasklená trojsklem. Zateplení obvodového pláště budovy a stropních částí k půdním prostorům. Instalace úsporného zdroje na vytápění – tepelného čerpadla vzduch/voda, dimenzovaného na nové parametry školní budovy. Kompletní rekonstrukce systému vytápěním s dimenzováním velikostí otopných ploch s ohledem na nízký teplotní spád.

Obr. 1 – škola kolem roku 1890

Obr. 2 – škola v r. 2011, těsně před rekonstrukcí

Obr. 3 – škola v r. 2012, po rekonstrukci

Pokrokově smýšlející zastupitelstvo si bylo vědomo, že musí dodržet nařízení, která vyplívají ze stavebních, energetických zákonů a zákona o zdraví. Ve stručném shrnutí to znamená, že musí být zajištěn přívod vzduchu v množství 20–30 m³/hod na žáka během výuky a tím zajištění horní hranice koncentrace CO₂ v prostoru třídy nad 1500 ppm (Vyhl. č. 268/2009 Sb., o technických požadavcích na stavby ve znění vyhl. č. 20/2012 Sb.). Dodržení max. rozdílu teplot mezi kotníky a hlavou do 3 °C (Nařízení vlády č. 361/2007 Sb.). Dodržení hlukových parametrů v prostoru třídy na max. úrovni 45 dB (dáno Nařízením vlády č. 272/2011). Z těchto všech důvodů byla pečlivě zvažována možnost instalace systémů řízeného větrání, ideálně s rekuperací tepla s ohledem na omezené finanční prostředky na tuto kapitolu, neboť větrání okny v zimním období určitě není pro sedící žáky ve třídách vhodné. Nehledě na nemožnost dodržet výše zmíněné předpisy.

3. Řízené větrání pro třídy ZŠ Kostelní Lhota – návrh řešení

Při přípravách byly v každém kroku zásadním faktorem pořizovací náklady na straně jedné a max. přínos na straně druhé. Bylo potřeba zajistit větrání pro dvě třídy s relativně rozdílnými požadavky na větrání dle obsazenosti a minimalizaci stavebních úprav a zásahů do interiéru školy, která má např. na chodbách klenby, kudy bylo potřeba vést část vzduchovodů.

Pro 16 + 9 žáků a 2 učitele je výkon větrání dle požadavku zákonů a ČSN:

1. Podle počtu osob = 675 m³/h
2. Podle obestavěného prostoru s výměnou 0,5 h⁻¹ = 242 m³/h

Obr. 4 – původní návrh konceptu VZT, který byl v rámci realizace změněn

Vzhledem k dimenzování byl zvolen kompromis mezi oběma hodnotami, kdy max. výkon zařízení byl stanoven na 470 m³/h. Pro zajištění potřebné výměny vzduchu byla zvolena rovnotlaká větrací jednotka ATREA – DUPLEX 510 EC4, která se běžně používá pro větrání větších rodinných domů nebo malých kanceláří. Umístěna je pod stropem chlapeckých toalet, kde je zároveň napojen i odvod kondenzátu. Čerstvý venkovní vzduch je nasáván z fasády, prochází rekuperačním výměníkem a je přiváděn do obou tříd pomocí přívodních ventilů pod stropem nad tabule v přední části učeben. Odvod vzduchu je ze zadní části tříd sací žaluzií, umístěnou také pod stropem. Odtud vzduch proudí přes rekuperační výměník v jednotce a následně je vyfouknut z objektu ven viz obr 4.

Díky rekuperaci – zpětnému zisku tepla – kdy odváděný teplý vzduch ze školy předehřívá v rekuperačním výměníku přívodní chladný venkovní vzduch, a tím se šetří i nemalé množství energie, což kromě komfortu pro žáky přináší každoroční provozní úsporu pro zřizovatele školy.

Aby bylo větrání opravdu řízené dle okamžitých požadavků a nebylo závislé na nastavení vyučujícím a na jeho pocitech, bylo v každé třídě umístěno čidlo CO₂. Dle okamžité koncentrace CO₂ v prostoru tato čidla přímo upravují větrací výkon jednotky DUPLEX – čím vyšší koncentrace CO₂, tím více se větrá, vč. rekuperace tepla. Jak žáci třídu opustí, vzduchotechnika stále přivádí čerstvý vzduch, postupně se na základě čidel výkon větrání snižuje. Po vyvětrání se v odpoledních hodinách větrání zastaví, znovu se zařízení spustí ráno po příchodu prvních žáků do třídy a po zvýšení koncentrace CO₂ nad nastavenou startovací hodnotu.

4. Realizace VZT systému

Vzhledem k celkové objemnosti systému VZT je jejich implementace do již stojících objektů nesnadná. Ale zcela jistě není nemožná, při instalaci byly maximálně využity prostory mimo učebny pro vedení vzduchu i osazení samotné jednotky, tak aby samotný zábor prostor byl co možná nejmenší. Při postupující stavbě viz obr. 5, 6 byly použity flexibilní rozvody pro dosažení požadovaných hlukových limitů.

Obr. 5 – příprava stavby pro vedení VZT potrubí

Obr. 6 – rozvody VZT před zakrytím

Výsledkem je systém, který respektuje dispozici, a zcela jistě na žáky nepůsobí jako rušivý element, viz obr. 7, 8. Realizace je tak nejenom efektivním a nutným prvkem z pohledu mikroklimatu, ale také přispívá k celkovému zhodnocení rekonstruovaného objektu.

Obr. 7 – umístění VZT zařízení pod stropem na toaletách

Obr. 8 – přívody nad tabulí

5. Poznatky z prvních měsíců provozu

Graf 1. Dlouhodobé sledování vnitřního mikroklimatu

Pro prokázání vlivu instalace řízeného větrání je prováděno ve třídách dlouhodobé měření parametrů vnitřního prostředí, graf 1. Cílem je nalezení optimálního využití zvolené větrací jednotky, která byla použita právě s ohledem na optimalizaci pořizovacích nákladů. V prvním období bude provozováno pouze na základě řízení čidel CO₂. Následně bude ve standardním časovém programu doplněno automatické spínání jednotky na menší výkon větrání ráno před příchodem žáků pro větší předvětrání třídy a využití její objemové kapacity vzduchu. Tento postup je známí, je pouze potřeba získat potřebná data z provozu pro správné nastavení.

Pro srovnání údajů bylo po dohodě VZT zařízení na 5 dní vypnuto, aby byly k dispozici údaje provozu budovy bez řízeného větrání. Není bez zajímavosti, že už třetí den (viz graf 1) byl vznesen dotaz, zda by toto období mohlo být zkráceno, že si žáci i učitelky za cca 6 týdnů od prvního spuštění již zvykli na kvalitní prostředí ve třídách, z našeho pohledu neocenitelný přínos.

6. Vyhodnocení měření

Podrobnější zpracování výsledků pro vybrané dny

Graf 2. Překročení maximální povolené koncentrace během celého vyučovacího dne

Graf 3. Porovnání několika dní vč. provozu s VZT – překročení povolené koncentrace na dobu v řádech minut, pouze kvůli specifickému využití učebny – tělesná výchova

7. Dlouhodobé vyhodnocení nemocnosti

Graf 4. Průběh nemocnosti v ZŠ Kostelní Lhota v průběhu minulých období

Tyto příklady jsou tedy ukázkou toho, že ve školských objektech je možno instalovat větrací systémy, které mohou kromě vyčíslitelných ekonomických výsledků v podobě úspor energie, přinášet další kvalitu do výuky. Tím, co se bohužel velmi těžce dokazuje, jsou možné lepší výsledky výukového procesu a v neposlední řadě i lepší zdraví. V popisované škole, se po instalaci systému VZT nemocnost prokazatelně, oproti některým letům výrazně, snížila. Výrazným benefitem je též vnímání učitelů, kteří se sami osobně cítí méně unavení, děti jsou celkově pozornější a tím pádem vzdělání nabývává správného rozměru.

8. Náklady rekonstrukce

Zásadním prvkem, který celou rekonstrukci provázel, je finanční zátěž pro obec. Zcela jistě se jedná o jeden ze zásadních faktorů, byť bychom ho rádi čekali až na dalších místech rozhodovacích kritérií. Co všechno se v rámci revitalizace obnovilo, je patrné z tabulky 1. Jedná se skutečně o komplexní rekonstrukci, která se dotkla všech částí školy. Vzduchotechnika se na celkových nákladech podílí „pouhými“ 5 %.

9. Provozní náklady VZT

Provoz systému VZT sebou nenese pouze výhody, samozřejmě že je nutné počítat s výdaji na provoz systému, které celou návratnost investice prodlužují.

10. Co zbývá na závěr?

Tento příklad je tedy ukázkou toho, že ve školských objektech je možno instalovat větrací systémy, které mohou kromě vyčíslitelných ekonomických výsledků v podobě úspor energie, přinášet další kvalitu do výuky. Jakákoli investice do větracího systému je samozřejmě finanční zátěž, nejen při rekonstrukcích budov. Má delší dobu návratnosti než jakákoli další opatření, která se provádí z hlediska úspor energií (např. výměna oken). Většinou se provádí jen čistě ekonomické hodnocení návratnosti vůči úsporám energie. Často se také nespravedlivě provádí ekonomicko-energetické srovnávání nuceného větrání, kdy se dají dodržet požadované mikroklimatické podmínky, s nedostatečným větráním okny a nedodržováním požadovaných mikroklimatických podmínek při tomto způsobu větrání. Jistě by tedy bylo spravedlivější takové ekonomické srovnání, kdy by se ocenilo kvalitnější vnitřní prostředí a díky tomu také lepší podmínky v patřičných prostorách – nižší únava pedagogů a žáků, snížení nemocnosti i zlepšení prospěch. Z těchto pohledů je zřejmé, že dosud používané pouhé ekonomické hodnocení rekuperace z energetického hlediska je svým způsobem deformované a ne zcela objektivní. Řízené nucené větrání a ještě lépe řízené nucené větrání s rekuperací tepla by mělo být v současné době součástí každé novostavby nebo zásadní rekonstrukce a to zejména ve školských objektech, kde se evidentně dnes nedodržují požadavky legislativy z hlediska kvality prostředí, ale také z důvodu, že nové systémy vzduchotechniky s rekuperací tepla šetří tepelnou energii, jejíž ceny jistě v budoucnu klesat nebudou.

Oproti ostatním nákladům se tak jedná v případě VZT o minoritní položku, ale s takřka největším krátkodobým, i dlouhodobým vlivem na žáky, a učitelé. Nejenom tím krátkodobým ale hlavně dlouhodobé působení vysoké expozice CO₂, odérové zátěže, prachu apod. Působí zcela jistě na zhoršující se stav respiračních onemocnění, častější výskyt elegii. Je nezbytně nutné zvýšit apel na nadřízené orgány státní správy, aby začali vymáhat, co je zákonem dáno – zejména se jedná o hygienické stanice, které by velice jednoduchým měřením mohli celou situaci jasně diagnostikovat a nařídit nápravu stavu. Zcela jistě by se jednalo o krok kupředu tím správným směrem nikoliv pouze loby výrobních a dodavatelských firem. Tedy pokud něco děláme, dělejme to dobře.