Environmentálne hodnotenie budov podľa EN 15251

Abstrakt

Od ropnej krízy v sedemdesiatych rokoch sa výrazne zvýšil záujem venovať sa fyzike budov, vnútornému prostrediu a energetickej účinnosti budov. Kvalita vonkajšieho vzduchu v mestách vo vyspelých krajinách sa výrazne zlepšila v posledných desaťročiach. Počas rovnakého obdobia sa taktiež kvalita vnútorného prostredia budov znížila. Je to dôsledkom úspor energie, zníženie vetrania a zavedenie mnohých nových materiálov a zdrojov vnútorného znečistenia.

Vnútorné prostredie budov je tá časť životného prostredia, kde na človeka bezprostredne pôsobí vlastná konštrukcia budovy, jej technické vybavenie vrátane zariadení techniky prostredia a celý súbor faktorov vnútorného prostredia vzájomne previazaných a ovplyvňujúcich sa. Komfortné vnútorné prostredie je nevyhnutné v produktivite, šťastí a spokojnosti užívateľov budovy. Európske normy poskytujú pokyny pre to, čo by malo byť príjemné z hľadiska vnútornej klímy. Často však existuje rozpor medzi teóriou uvedenou v týchto pokynoch, a skutočným pohodlím vnímaným užívateľmi budovy.

Normy a usmernenia pre odhad požadovanej minimálnej miery vetrania, ktoré dnes máme, nie sú zďaleka kompletné. Cieľom je, aby bolo možné vypočítať požadované vetranie priamočiaro, ako sú výpočty pre chladenie, výpočty tepelnej záťaže.

Príspevok je venovaný hodnoteniu vnútorného prostredia v budove na základe jednotlivých zložiek mikroklímy.

Úvod

Spotreba energie významne závisí od kritérií použitých pre vnútorné prostredie (teplota, vetranie, osvetlenie) a návrhu a používania budovy (vrátane systémov). Vnútorné prostredie tiež ovplyvňuje zdravie, produktivitu a pohodlie užívateľov. Nedávne výskumy ukázali, že cena zlého vnútorného vzduchu pre zamestnanca, vlastníka budovy a spoločnosť ako celku, sú často významne vyššie, než cena energie pre túto budovu. Bolo tiež preukázané, že dobrá kvalita vnútorného vzduchu môže zlepšiť celkový pracovný výkon a schopnosť učenia a zredukovať absenteizmus. Navyše, užívatelia cítiaci sa nepohodlne majú tendenciu uskutočňovať opatrenia na zlepšenie ich pohodlia, ktoré môžu mať energetické dôsledky.

Energetická deklarácia bez deklarácie spojenej s vnútorným prostredím nedáva žiadny zmysel. Preto sú potrebné kritériá špecifikujúce návrh vnútorného prostredia, výpočet energie, výkon a využitie budovy.

Klasifikácia vnútorného prostredia môže byť založená na návrhových kritériách jednotlivých parametrov, na výpočtoch alebo meraniach podstatných parametrov, ako sú operatívna teplota miestnosti, intenzita vetrania, vlhkosť a koncentrácia CO₂ za časovú jednotku (týždeň, mesiac, rok). Základ hodnotenia sa musí uviesť v klasifikácii a certifikácii.

Odporúča sa komplexné hodnotenie vnútorného prostredia a pod indikáciou komfortu prostredia sa rozumie nielen tepelný stav prostredia, ale aj kvalita vnútorného vzduchu.

Postavenie európskej normy EN 15251

Existujú národné a medzinárodné normy a technické požiadavky, ktoré špecifikujú kritériá na tepelnú pohodu a kvalitu vnútorného vzduchu (EN ISO 7730, CR 1752) [3, 4]. Tieto dokumenty špecifikujú rôzne typy a kategórie kritérií, ktoré môžu mať významný vplyv na potrebu energie. Čo sa týka tepelného prostredia, sú tu uvedené kritériá pre vykurovacie obdobie (chlad/zima) a chladiace obdobie (teplo/leto). Tieto kritériá však slúžia na návrh budov, vykurovacích, chladiacich a vetracích systémov. Tieto nesmú byť používané priamo pre výpočet energie a ročné hodnotenie vnútorného prostredia. Nové výsledky ukázali, že očakávania užívateľov v prirodzene vetraných budovách sa môžu líšiť od tých v budovách s úpravou vzduchu. Týmito otázkami sa vyššie spomenuté normy do detailov nezaoberajú.

Súčasná norma špecifikuje, ako môžu byť zavedené a používané návrhové kritériá pre dimenzovanie systémov. Definuje, ako zaviesť a definovať hlavné parametre, ktoré majú byť použité ako vstup pre výpočet energie pre budovu a dlhodobé hodnotenie vnútorného prostredia. Nakoniec, táto norma identifikuje parametre, ktoré majú byť použité pre monitorovanie a zobrazenie vnútorného prostredia, tak, ako je odporúčané v Smernici o energetickej hospodárnosti budov.

Rôzne kategórie kritérií môžu byť použité v závislosti od typu budovy, typu užívateľov, klimatického typu a národných rozdielov. Norma špecifikuje niekoľko rôznych kategórií vnútorného prostredia, ktoré môžu byť zvolené pre priestor s úpravou vzduchu. Tieto rôzne kategórie môžu byť tiež použité, aby nám poskytli celkové, ročné hodnotenie vnútorného prostredia, prostredníctvom hodnotenia percenta času v každej kategórii [1].

Súčasná norma poskytuje vstupy pre ďalšie normy a zároveň využíva výstupy z ďalších noriem. Odporúčané vstupné hodnoty sú dané pre každú z rôznych kategórií. Krátky popis kategórií je uvedený v tabuľke 1.

Tab. 1 Popis použiteľnosti kategórií [1]

Kategória	Vysvetlenie
I	Vysoká úroveň očakávania, odporúča sa pre priestory okupované veľmi citlivými a krehkými osobami so špeciálnymi požiadavkami ako hendikepovaní, chorí, veľmi mladé deti a staršie osoby
II	Normálna úroveň očakávania, mala by byť používaná pre nové a renovované budovy
III	Akceptovateľná, mierna úroveň očakávania, môže byť použitá pre existujúce budovy
IV	Hodnoty mimo požadovaných kritérií pre vyššie uvedené kategórie. Táto kategória by mala byť akceptovaná len počas obmedzenej časti roka
Pozn.: V ďalších normách ako EN 13779 a EN ISO 7730 [3, 5] sú kategórie tiež použité, ale môžu byť rozdielne pomenované (A, B, C alebo 1, 2, 3 atď.)

Hodnotenie vnútorného prostredia a dlhodobé indikátory

Keďže zaťaženia budov sa menia v závislosti od miesta a času, navrhnutý systém nemusí byť schopný spĺňať návrh zamýšľaný pre každú izbu počas všetkých hodín. Je potrebné hodnotiť podmienky v budove dlhodobo, s ohľadom na vnútorné prostredie. Toto hodnotenie je potrebné pre zobrazenie klimatických faktorov (vnútorného prostredia) v energetickom certifikáte. V tejto časti sú predstavené indikátory pre takéto hodnotenie a ich použitie [1].

Indikátory podľa použitých kritérií návrhu

Určenie kategórie vnútorného prostredia budovy je založené na kategóriách nasledujúcich faktorov vnútorného prostredia:

• tepelné kritériá pre zimu: špecifikované návrhové hodnoty pre vnútornú teplotu počas vykurovania;
• tepelné kritériá pre leto: špecifikované návrhové hodnoty pre vnútornú teplotu počas chladenia;
• kvalita vzduchu a kritériá vetrania;
• kritériá na vlhkosť;
• kritériá na osvetlenie;
• akustické kritériá.

Vypočítané indikátory vnútorného prostredia

Simulácia budovy je cenovo efektívny spôsob ako analyzovať kvalitu prostredia budov. Nižšie sú uvedené štyri metódy pre hodnotenie tepelného prostredia.

Jednoduchý indikátor

Na hodnotenie kvality prostredia celej budovy musia byť simulované reprezentatívne miestnosti alebo priestory. Budova spĺňa kritériá určitej kategórie, ak miestnosti reprezentujúce 95 % objemu budovy spĺňajú kritériá zvolenej kategórie.

Hodinové kritérium

Kvalita prostredia budov alebo miestností s rôznymi mechanickými alebo elektrickými systémami môžu byť hodnotené výpočtom počtu hodín alebo % času, kedy sú kritériá spĺňané alebo nie.

Hodnotenie podľa percenta mimo rozsahu:
Vypočíta sa počet alebo % hodín pobytu (tých, počas ktorých sú v budove ľudia), počas ktorých je PMV alebo operatívna teplota mimo určeného rozsahu.

Stupňohodinové kritérium

S ohľadom na tepelné prostredie, stupňohodiny mimo hornej alebo dolnej hranice môžu byť použité ako indikátor kvality prostredia budovy pre teplé alebo chladné prostredie.

Hodnotenia podľa stupňohodinového kritéria:
Čas, počas ktorého súčasná operatívna teplota prekračuje určený rozsah počas hodín s pobytom ľudí, je vážiacim faktorom, ktorý je funkciou závisiacou od toho, o koľko stupňov bola teplota prekročená.

1. Vážiaci faktor, w_f, je rovný 0 pre:

kde Θ_o,limit je spodná alebo horná hranica daného rozsahu pre určitú kategóriu pohody (napr. 23,0 °C ≤ Θ_o ≤ 26,0 °C zodpovedá −0,5 < PMV < 0,5 ako je uvedené v prílohe A [1].

2. Vážiaci faktor, w_f, sa vypočíta ako:

keď Θ_o < Θ_{o,limit,lower}   alebo    Θ_{o,limit,upper} < Θ_o

3. Pre charakteristickú časť roka je produkt vážiaceho faktora a času zosumarizovaný. Sumár produktu má jednotku hodiny.

Teplé obdobie:

Chladné obdobie:

Celkové kritérium na tepelnú pohodu (kritérium váženej PMV)

Hodnotenie podľa kritéria váženého PPD:
Čas, počas ktorého súčasná PMV presahuje hranice pohody, je vážený faktorom, ktorý je funkciou PPD. Vychádzajúc z distribúcie PMV na ročnom základe a vzťahu medzi PMV a PPD, môžeme vypočítať nasledovné:

1. Vážiaci faktor, w_f, je rovný 0 pre:

kde PMV_limit je určené rozsahom pre určitú kategóriu pohody podľa prílohy A [1].

2. Vážiaci faktor, w_f, je vypočítaný ako:

keď PMV < PMV_limit,lower alebo PMV_limit,upper < PMV, v ktorom PPD_actualPMV = PPD zodpovedajúce súčasnému PMV, PPD_PMVlimit = PPD zodpovedajúce PMV_limit .

3. Produkt vážiaceho faktora a času je zosumarizovaný pre charakteristickú pracovnú dobu počas roka. Sumár produktu má jednotku hodiny.

Teplé obdobie:

Chladné obdobie:

Tabuľka 2 ilustruje koncept metód používajúcich vážiaci faktor. Vážiace faktory sú založené na teplotnom rozdiely w_f (°C) a PPD; w_f (PPD) je uvedený pre rozsah teplôt 23–26 °C, zodpovedajúci sedavej práci (1,2 met) a ľahkému letnému oblečeniu (0,5 clo). Pre teploty nad alebo pod týmto intervalom bude počet hodín vynásobený týmito faktormi. Je očividné, že použitie vážiaceho faktora vyústi do vyššieho počtu hodín. Hodnoty môžu byť použité pre posúdenie dlhodobých podmienok pohody [1].

Tab. 2 Príklady vážiacich faktorov založené na rozdiele teplôt alebo PPD pre mechanicky vykurované alebo chladené budovy pri predpokladoch uvedených v texte [1]

Teplota °C		PPD [%]	Vážiace faktory
			wf [°C]	wf [PPD]
Chladno	20	47	3	4,7
	21	31	2	3,1
	22	19	1	1,9
Neutrálne	23	10	0	0
	24	< 10	0	0
	25	< 10	0	0
	26	10	0	0
Teplo	27	19	1	1,9
	28	31	2	3,1
	29	47	3	4,7

Merané indikátory

Mali by byť pripustené odchýlky od vybraných kritérií. Niektoré národné kritériá vyjadrujú „akceptovateľné odchýlky“ ako akceptovateľný počet hodín mimo kritéria, založený na ročnom hodnotení (100 až 150 hodín). Toto môže byť tiež uvedené ako vážené hodiny, kde je braná do úvahy aj úroveň odchýlky.

Rôzne parametre vnútorného prostredia budovy spĺňajú kritériá špecifickej kategórie keď:

Parameter v miestnostiach reprezentujúci 95 % užívaného priestoru nie je viac než napríklad 3 % (alebo 5 %) doby pobytu za deň, za týždeň, za mesiac a za rok mimo hraníc špecifikovanej kategórie. Nasledujúca tabuľka 3 ukazuje čas, ktorý zodpovedá 3% (5%) odchýlke, založenej na pracovných hodinách a celkových hodinách [1].

Tab. 3 Príklady dĺžky odchýliek zodpovedajúcich 3 a 5 % času [1]

3 % / 5 % dennej doby	Denne [Minúty]	Týždenne [Hodiny]	Mesačne [Hodiny]	Ročne [Hodiny]
Pracovné hodiny	15/24	1/2	5/9	61/108
Hodiny celkovo	43/72	5/9	22/36	259/432

Týmto sú povolené krátke časové odchýlky, napríklad keď je otvorené okno a na krátky čas je zvýšená rýchlosť vzduchu a hluk. Ako príklad je dovolené na úrovni 5 % mať teplotu nad kritériom 108 hodín počas roka, ale nie viac než 24 minút počas pracovného dňa a 2 hodiny počas týždňa.

Tepelné prostredie

Merania by mali byť uskutočnené v reprezentatívnych miestnostiach v rôznych zónach, s rôznymi záťažami počas reprezentatívnych operačných časov. Hodnotenie kategórie vnútorného prostredia je založené na časovej a priestorovej distribúcii teploty miestnosti. Miesta merania a meracie prístroje musia spĺňať EN ISO 7726 (EN12599) [6, 7].

Kvalita vnútorného vzduchu a vetranie

Kvalita vnútorného vzduchu a vetranie sú hodnotené reprezentatívnymi vzorkami odobratými z rôznych jednotiek na úpravu vzduchu a zón budovy.

Metóda na meranie miery vetrania

Vetranie budov môže byť hodnotené meraním prietokov vzduchu v potrubiach alebo meraním pomocou stopovacieho plynu.

Metóda na meranie kvality vzduchu

Kvalita vzduchu budovy môže byť hodnotená v budovách, kde ľudia sú hlavným zdrojom znečistenia meraním priemernej koncentrácie CO₂ v budove, keď je budova plne obsadená. Toto môže byť uskutočnené buď reprezentatívnymi vzorkami vzduchu v miestnosti, alebo meraním koncentrácie v odvádzanom vzduchu.

Osvetlenie

Kvalita osvetlenia budovy je hodnotená meraním osvetlenosti. V špecifických prípadoch môže byť hodnotených viac kvalitatívnych aspektov. Malo by sa postupovať podľa EN 12464-1 [8]. V špecifických prípadoch môže byť hodnotených viac kvalitatívnych aspektov.

Hluk

Hluk je hodnotený reprezentatívnymi vzorkami z rôznych systémov na úpravu vzduchu, zón, okien a orientácií. Obvykle kritériá pre hluk neovplyvnia energetickú hospodárnosť budovy. V prirodzene vetraných budovách sa však môže vyskytnúť situácia, že požadované množstvo vonkajšieho vzduchu nemôže byť prostredníctvom otvorených okien privedené do miestnosti, pretože hluk zvonka by narušil kritériá. Taktiež aj v prípade mechanického vetrania a chladenia, zabezpečenie požadovaného množstva vzduchu by vyústilo do neprijateľných hladín hluku z ventilátorov.

Ak primerané vetranie závisí na otvorení okien, mala by byť na hodnotenie hluku použitá ekvivalentná hladina tlaku zvuku (vrátane periód, keď sú okná otvorené a miestnosť je vystavená vonkajšiemu hluku).

Subjektívne hodnotenia

Pre celkové hodnotenie vnútorného prostredia môže byť použitá priama subjektívna reakcia užívateľov. Pre všeobecnú akceptovateľnosť vnútorného prostredia, tepelného pocitu a pociťovanej kvality vzduchu, by mali byť použité denné, týždenné, mesačné hodnotenia pomocou dotazníkov.

Klasifikácia a certifikácia vnútorného prostredia

Informácia o vnútornom prostredí budovy by mala byť zahrnutá v energetickom certifikáte budovy (EPBD) [2]. Pre tento certifikát je klasifikácia vnútorného prostredia nevyhnutná. Pre účel certifikácie môže byť nutné integrovať komplexné vnútorné prostredie do jednoduchého celkového indikátora kvality vnútorného prostredia budovy.

Kvôli mnohým parametrom a nedostatočnej znalosti kombinovaného vplyvu parametrov vnútorného prostredia sa odporúča urobiť celkovú klasifikáciu založenú len na tepelnom prostredí a kvalite vnútorného vzduchu [1].

Hodnotenie vnútorného prostredia zahŕňa:

• tepelné kritériá pre zimu,
• tepelné kritériá pre leto,
• kvalitu vzduchu a kritériá pre vetranie,
• kritériá pre osvetlenie,
• kritériá pre hluk.

Klasifikácia vnútorného prostredia môže byť založená na zobrazení návrhových kritérií pre každý parameter, výpočtu alebo meranie podstatných parametrov ako teplota miestnosti, dávky vzduchu, vlhkosť a koncentrácie CO₂, počas určitého času (týždeň, mesiac, rok). Základy pre hodnotenie musia byť špecifikované v klasifikácii a certifikácii. Nasledujú príklady hodnotenia vnútorného prostredia.

Vnútorné prostredie budovy môže byť klasifikované na základe [1]:

1. Kritériá použité na výpočet energie (nové budovy)
2. Celoročných počítačových simulácií vnútorného prostredia a energetickej efektívnosti (nové a existujúce budovy)
3. Dlhodobé merania vybraných parametrov pre vnútorné prostredie (existujúce budovy)
4. Subjektívne odpovede od užívateľov (existujúce budovy)

Použité kritériá návrhu

Klasifikácia sa vykonáva zobrazením tabuľky s kritériami použitými pre výpočty energie, tak, ako je to uvedené v tabuľke 4 [1].

Tab. 4 Klasifikácia založená na kritériách pre výpočet energie [1]

Kritérium vnútorného prostredia	Kategória budovy	Kritérium návrhu
Tepelné podmienky v zime	II	20–24 °C
Tepelné podmienky v lete	III	22–27 °C
Ukazovateľ kvality vzduchu, CO2	II	500 ppm nad vonkajšou koncentráciou
Dávka vzduchu	II	1 l/(s.m2)
Osvetlenie		Em > 500 lx; UGR < 19; 80 < Ra
Akustické prostredie		Vnútorný hluk < 35 dB(A) Vonkajší hluk < 55 dB(A)

Celoročné počítačové simulácie vnútorného prostredia a energetickej efektívnosti

Prostredníctvom dynamických počítačových simulácií je možné pre reprezentatívne budovy vypočítať teploty priestorov, dávky vzduchu a/alebo koncentrácie CO₂. Potom je vypočítané, ako sú teploty rozmiestnené medzi 4 kategóriami. Toto sa vykoná ako plocha podlahy vážená priemerom pre 95 % priestorov budov. Príklad je uvedený v tabuľke 5.

Tab. 5 Príklad klasifikácie tepelného prostredia a kvality vnútorného vzduchu/vetrania. Distribúcia v rôznych kategóriách je vážená plochou podlahy rôznych priestorov v budove [1]

Dlhodobé merania vybraných parametrov pre vnútorné prostredie

Parametre vnútorného prostredia ako teplota, dávka vzduchu a/alebo koncentrácia CO₂ sú merané v reprezentatívnych časoch počas roka (zima-jar-leto-jeseň). Údaje sú analyzované rovnakým spôsobom ako je uvedené vyššie pre vypočítané hodnoty a sú prezentované rovnakým spôsobom (tabuľka 5).

Subjektívne odpovede užívateľov

Pre každý z reprezentatívnych priestorov v budovách sa vypočíta percento ľudí, voliacich prostredie ako prijateľné (tepelné prostredie a kvalita vzduchu). Vypočíta sa vážený priemer podľa počtu ľudí v rôznych priestoroch, ktorý sa použije pre klasifikáciu. Viac detailov môže byť zobrazených rozdelením volieb na 7bodovej stupnici tepelného pocitu a zobrazením percenta ľudí, ktorí chcú vyššiu, nezmenenú alebo nižšiu teplotu v miestnosti. Príklad takýchto výsledkov je uvedený v tabuľke 6.

Tab. 6 Príklady použitia subjektívnej reakcie ako klasifikácie vnútorného prostredia

Klasifikácia založená na odpovediach užívateľov	Percento
Ľudia považujúci tepelné prostredie za prijateľné	85
Ľudia považujúci kvalitu vzduchu za prijateľnú	80
Distribúcia volieb pociťovaného tepelného prostredia	−3	−2	−1	0	1	2	3
	0	5	10	53	20	10	2
Distribúcia volieb uprednostňovanej teploty	Chladnejšie		Nezmenené			Teplejšie
	20		75			5

Odporúčania pre celkové hodnotenie vnútorného prostredia a certifikácie

Pre celkové hodnotenie sa odporúča, aby bol štítok vyhotovený pre tepelné podmienky a podmienky vnútornej kvality vzduchu zvlášť. Toto môže byť uvedené ako percento času, v ktorom je vnútorné prostredie (teploty, dávky vzduchu alebo koncentrácie CO₂) v jednotlivých kategóriách (I, II, III, IV).

Záver

Kvalita vnútorného prostredia v budovách nie je konštantná. Vo väčšine prípadov je vnútorné prostredie v budovách ovplyvňované rôznymi faktormi budovy. Týmito faktormi môžu byť aj napríklad zmena prevádzky budovy, aktivita užívateľov a vnútorná klíma.

Informácie o vnútornom prostredí budovy majú byť zahrnuté v energetickom certifikáte budovy, čím sa môže zhodnotiť komplexné správanie budovy. Na certifikáciu je nevyhnutná klasifikácia vnútorného prostredia budov. Je potrebné spojiť komplex informácií o vnútornom prostredí do jednoduchého celkového indikátora kvality vnútorného prostredia budov.

Kvalite vnútorného prostredia v budove treba venovať náležitú pozornosť. Vnútorné prostredie je potrebné riešiť komplexne, čiže celoročne. Na základe toho pri jeho tvorbe je potrebná dobrá vzájomná spolupráca a komplexný interdisciplinárny prístup odborníkov. Aj od tohto závisí nielen výsledná cena zariadenia a systému, ale aj nadväzujúce súvislosti (prevádzkové náklady, optimálna funkcia systému, investičné náklady, využiteľnosť priestorov a čo možno najväčšie úspory energie).

Literatúra

• [1] EN 15251 Indoor environmental input parameters for design and assessment of energy performance of buildings-adressing indoor air quality, thermal environment, lighting and acoustics.
• [2] DIRECTIVE 2010/31/EU OF THE EUROPEAN PARLIAMENT AND OF THE COUNCIL of 19 May 2010 on the energy performance of buildings
• [3] ISO EN 7730 Moderate Thermal Environments
• [4] CR 1752 Ventilation for Buildings – Design Criteria for The Indoor Environment
• [5] EN 13779 Ventilation for non-residential buildings – Performance requirements for ventilation and room-conditioning systems
• [6] EN ISO 7726 Ergonomics of the thermal environment – Instruments for measuring physical quantities
• [7] EN 12599 Ventilation for buildings – Test procedures and measurement methods to hand over air conditioning and ventilation systems
• [8] EN 12464-1 Light and lighting.Lighting of work places. Part 1: Indoor work places
• [9] Kolektiv autorů, Vnitřní prostředí budov. Brno: EXPO DATA, 2001
• [10] HURTÍKOVÁ, Daniela – PETRÁŠ, Dušan. Hodnotenie vnútorného prostredia v administratívnej budove. In 21. konference Klimatizace a větrání 2014: sborník přednášek, Praha, ČR, 21.–22. 5. 2014. Praha: Společnost pro techniku prostředí, 2014, S. 69–76. ISBN 978-80-02-02520-7.