Srovnávací studie potvrzuje výhody řízeného větrání proti větrání okny: v kvalitě větrání i ve spotřebě energie
O potřebě zajištění dostatku kvalitního vzduchu k dýchání není pochyb: dopady nedostatku čerstvého vzduchu v místnosti na sobě pociťujeme už po pár hodinách. V klidovém režimu vdechneme každý den cca 11 tisíc litrů vzduchu. To je ekvivalent asi 50 koupelnových van plných vzduchu. Pro garantované zajištění kvality vzduchu s hladinou CO2 nižší než 1 000 ppm (ze zdravotního hlediska maximální přijatelné hladiny CO2) je ale potřeba vyměnit vzduchu mnohem více: doporučený objem je cca 25 m3 na osobu a den. Význam čerstvého vzduchu pro zdraví zdůrazňuje i Světová zdravotnická organizace (WHO).1 S rostoucím znečištěním ovzduší i množstvím času stráveného uvnitř budov však význam kvalitního větrání rychle roste.
Obrázek 1: Jednotky Zehnder ComfoAir Q350 použité při studii v bytovém domě ve švýcarském Bürenu. Zdroj: Zehnder Group AG
Význam kvality vzduchu uvnitř budov
Podle různých studií sledujících dopad špatného ovzduší2 je vedle vlivu jemného prachu a dalších znečišťujících látek nejdůležitějším ukazatelem dobré kvality vzduchu v místnosti úroveň CO2. Hladina CO2 vyšší než 1 000 ppm může vést k příznakům, jako jsou bolesti hlavy, nevolnost nebo únava. Kombinace znečisťujících látek a vysokého obsahu CO2 ve vzduchu může dokonce vést k nebezpečnějším onemocněním dýchacích cest, jako je astma, anebo dokonce k infarktu.
Trávíme téměř 90 procent svého času v uzavřených místnostech3 a 65 procent doma4, takže potřebujeme dostatek čerstvého vzduchu i uvnitř budov. Zajistit ho není snadné. Často žijeme v hustě osídlených městech nebo v blízkosti průmyslových oblastí. Na venkově zase čelíme dopadům zemědělské výroby. I když často otevíráme okna, nevyhneme se vdechování škodlivin. Novostavby i objekty po rekonstrukcích jsou navíc zateplené, a tedy vzduchotěsné. To nás na jedné straně chrání, na druhé ale brání přirozené výměně vzduchu.
O tom, jak nejlépe zajistit dostatečnou výměnu vzduchu ve vzduchotěšných objektech, se vedou spory už od doby, kdy se na trhu objevily první systémy řízeného větrání. Zastánci větrání okny brání „přirozené“ větrání bez ohledu na to, že oproti dřívějšku žijeme v nesrovnatelných podmínkách. Argumenty těch, kdo věří technologiím, zůstávají nevyslyšeny. Kdo je v právu, se pokouší prokázat srovnávací studie švýcarské firmy Zehnder, evropského lídra v technologiích pro komfortní a energeticky účinné zajištění zdravého vnitřního klima. Studie zjišťuje, zda lze zdravé podmínky pro život v utěsněných domovech lépe zajistit implementací vyváženého větracího systému, anebo pravidelným otevíráním dveří a oken.
Srovnávací studie probíhala po dobu jednoho roku v objektu bytového domu, jehož parametry a místní podmínky odpovídají standardu výstavby u nás. Průběžný monitoring čtyř bytů nabídl množství údajů o kvalitě vzduchu v místnosti, venkovních podmínkách a spotřebě energie, přičemž 2 byty měly nainstalované vyvážené větrání a 2 využívaly větrání okny.
V následujících kapitolách přinášíme popis přístupu a parametry studie, výsledky výzkumného projektu a shrnutí nejdůležitějších zjištění studie, které jednoznačně prokazují neprávněnost předsudků vůči řízenému větrání i to, jak moc je větrání okny přeceňováno.
Studie prováděná v reálných podmínkách bytového domu
Porovnávané byty se nacházely v bytovém domě postaveném v roce 2017 ve švýcarském Bürenu. Místní podmínky, velikost objektu a dispozice interiéru jsou podobné moderní bytové výstavbě, jak ji známe z českého prostředí. Budova splaňuje aktuálně platné parametry pro výstavbu včetně opláštění budovy. Má nejmodernějši izolaci a je vysoce vzduchotěsná. Bytový dům má suterén, dvě patra a 1 podkrovní byt. V prvním i ve druhém patře se nachází vždy 2 byty. Byty vlevo mají plochu 80 m2, byty vpravo 113 m2.5
Obrázek 2: Bytový dům postavený v roce 2017 ve švýcarském Bürenu, kde probíhala studie. Zdroj: Zehnder Group AG
V levém horním bytě žije jedna osoba a každý z ostatních bytů obývají dva lidé. Horní byty jsou větrány okny. Větrání dvou spodních bytů zajišťuje větrací jednotka Zehnder ComfoAir Q350. Jednotky Zehnder ComfoAir Q jsou vybaveny entalpickým výměníkem, který vyměňuje teplo a vlhkost mezi přívodním a odvětrávaným vzduchem. Veškerá okna a dveře lze otevřít.
Sledované parametry měření: kvalita vzduchu a spotřeba energie
Srovnávací studie se zaměřila výhradně na typ použitého větrání, výslednou kvalitu vzduchu v místnosti a spotřebu energie pro vytápění a chlazení bytů. Jako ukazatel kvality vzduchu v místnosti byly hodnoty CO2 měřeny v ppm. V souladu s doporučením zdravotnických organizací jsou hodnoty CO2 nad 1 000 ppm považovány za nezdravé, hodnoty nižší než 800 ppm za dobré a v rozmezí 800–1 000 ppm za uspokojivé. Protože častým argumentem ve prospěch větrání okny bývá nízká energetická náročnost větrání okny, bylo součástí analýzy také měření spotřeby energie potřebné k udržení komfortní teploty uvnitř bytů.
Obrázek 3: Průřez budovou, obsazenost bytů a použitý typ větrání. Zdroj: Zehnder Group AG
Měření pocházející z několika zdrojů
Údaje použité ve srovnávací studii a byly získávány měřením z různých zdrojů:
- Jednotky ComfoAir Q poskytují údaje o vyváženém větrání. Měří a naměřené údaje zaznamenávají každých pět minut.
- Čidla kvality vzduchu shromažďují údaje o kvalitě vzduchu v místnosti každou minutu.
- Otevírání oken je monitorováno kontaktními čidly, která rozlišují mezi vyklopeným a otevřeným oknem.
- K měření vzdálenosti otevření posuvných dveří se používá speciální čidlo vzdálenosti.
- Tepelné čerpadlo poskytuje každou hodinu údaje o spotřebě energie pro každý byt.
Pro dlouhodobou analýzu jsou zprůměrovány a na hodinové hodnoty převedeny údaje získané z bodů 1 a 2. Kromě toho byl použit faktor vyvětrání, který odráží počet otevřených oken a dobu jejich otevření. Tento faktor se pohybuje od 0 % při všech zavřených dveřích a oknech až po 100 % při všech otevřených dveřích a oknech.
Obrázek 4: Půdorys 4 analyzovaných bytů s uvedením obsazenosti bytu, typem větrání a vyznačenými otvory pro možnost vyvětrání (modré kruhy). Zdroj: Zehnder Group AG
Měření kvality vzduchu ve sledovaném období odhalila nedostatky ručního větrání okny: Větrání okny neobstálo ani v létě
Jak ukazuje obrázek 5, byt s vyváženým větráním má v obývacím pokoji a ložnici průměrnou hodnotu CO2 od 400 do 600 ppm. Během noci se obsah CO2 zvyšuje. Během dne jsou obyvatelé bytu pravděpodobně v práci, ale větrací systém pokračuje ve výměně/obnově vzduchu. V důsledku toho průměrná hodnota CO2 v bytě klesá z téměř 600 ppm na 400 ppm. Večer se hodnota CO2 mírně zvýší. Průměrná kvalita vzduchu v místnosti je nicméně kdykoli v průběhu dne dobrá.
Obyvatelé bytu s manuálním větráním nechávají v noci otevřených hned několik oken. Opouštějí dům ráno a nechávají jedno okno ve vyklopené poloze. To ale, jak ukazují naměřené hodnoty, nezajišťuje dostatečnou výměnu vzduchu v místnosti. Hodnota CO2 zůstává během dne přibližně 800 ppm. Když se obyvatelé večer vrací domů, všechna okna i dveře jsou zavřené. V důsledku toho se hladina CO2 zvyšuje až na 1 200 ppm. Ani během dne hodnota CO2 neklesá pod 600 ppm. Navzdory intenzivnímu větrání okny je kvalita vzduchu v místnosti dokonce pouze uspokojivá (800–1 000 ppm CO2) až nízká (nad 1 000 ppm CO2).
Obrázek 5: Příklad faktoru vyvětrání a hodnoty CO2 během letního dne pro řízeně/vyváženě větraný byt (a) a pro byt s ručním vyvětráním okny (b). Zdroj: Zehnder Group AG
Kvalita vzduchu při větrání okny v průběhu roku významně kolísá
Obrázek 6 znázorňuje hodnoty CO2 všech sledovaných místností jako kobercové grafy. Tyto kobercové grafy ukazují, v jakou denní dobu a v jaké sezóně je kvalita vzduchu v místnosti dobrá, uspokojivá nebo špatná.
Byty s automatickými větracími systémy mají lepší kvalitu vzduchu v místnosti než byty větrané pouze okny. Vyvážené větrání zajišťuje většinou dostatečnou výměnu vzduchu v místnosti. Občas, samozřejmě, přijdou i návštěvníci, takže zejména při věším počtu návštěvníků o Vánočních svátcích dochází k výkyvům.
Pro dosažení spolehlivých výsledků při monitoringu kvality větrání byli obyvatelé domu poučeni, aby udržovali nastavení průtoku větrání na konstantní úrovni.
Obrázek 6: Kvalita vzduchu v místnosti v období 12 měsíců ve všech pokojích bytu.
Jednotlivé kobercové grafy se pohybují vodorovně od července prvního roku měření do konce června následujícího roku, a svisle dolů pak od 0:00 do 23:00. Zelená barva označuje dobrou kvalitu vzduchu v místnosti, oranžová znamená uspokojivou a červená špatnou kvalitu vzduchu v místnosti. Zdroj: Zehnder Group AG
Velké rozdíly v počtu hodin s nezdravými hodnotami CO2 odhalily nedostatečnost větrání okny
Studie sledovala i počet hodin, kdy hladina CO2 překročila 1 000 ppm. Jak je vidět na obrázku 7, existuje obrovský rozdíl mezi byty s vyváženým větráním a byty s ručním větráním okny. Doba, po kterou došlo k překročení hladiny CO2 nad 1 000 ppm, je u vyváženého větrání nižší než 100 hodin, zatímco u větrání okny je to 3 000 až 5 000 hodin.
To znamená, že v ručně větraných bytech je kvalita vzduchu v místnosti na nezdravé úrovni asi 30–50krát častěji. Celkově se v bytech s vyváženým větráním vyskytují nezdravé hodnoty CO2 pouze v cca 1 % času v roce, zatímco byty s větráním okny vykazují nezdravé hodnoty ve 30–60 % roku.
Obrázek 7: Půdorys podlaží se sledovaným počtem hodin s hodnotami CO2 nad 1 000 ppm. Faktor vyvětrání sledovaný po celý rok. Zdroj: Zehnder Group AG
Řízené větrání nezvyšuje spotřebu energie na vytápění a chlazení bytů
S ohledem na výsledky svědčící ve prospěch řízeného větrání, kde kvalita vzduchu jednoznačně předčila kvalitu vzduchu při větrání okny, bylo zajímavé ověřit, zda tento výsledek nejde na úkor spotřeby energie. Následně tedy bylo provedeno také měření dopadu obou druhů větrání na spotřebu energie.
Obrázek 8: Celková spotřeba na vytápění (v kWh/m2) pro jednotlivé byty za celý rok. Uvedeny jsou také průměrné faktory vyvětrání za půl roku v „chladném období“ od října do března. Větrané prostory jsou vyznačeny zeleně, nevětrané modře. Zimní venkovní prostředí je označeno modrou barvou. Očekávaný tepelný tok přenosem je označen červenými šipkami. Zdroj: Zehnder Group AG
Obrázek 9: Celková spotřeba na chlazení (v kWh/m2) pro jednotlivé byty. Uvedeny jsou také průměrné faktory vyvětrání za půl roku v „teplém období“ od dubna do září. Větrané prostory jsou vyznačeny zeleně, nevětrané modře. Letní venkovní prostředí je vyznačeno červeně. Očekávaný tepelný tok přenosem je označen červenými šipkami. Zdroj: Zehnder Group AG
Celková spotřeba na vytápění v každém bytě je znázorněna na obrázku 8. Výsledky ukazují, že dva byty vlevo mají podobnou spotřebu energie na vytápění, i když levý spodní byt má o něco vyšší úroveň vyvětrání okny.
V pravém spodním bytě bylo zapotřebí mnohem více energie – téměř dvakrát více než v levém spodním bytě se stejným větráním. To bylo částečně způsobeno sklepem pod ním, který nebyl ani vytápěn, ani chlazen, zatímco ostatní byty měly vytápěné vnitřní prostory nad i pod nimi. Jedná se o tzv. „neighbour´s effect“ (efekt souseda), kdy se množství spotřebované energie mění podle průměrné pokojové teploty přilehlých prostor. Dalším důvodem bylo vyšší nastavení termostatu v pravém spodním bytě. Monitorované využití vytápění a chlazení bytu závisí na faktoru vyvětrání. To je logické, protože venkovní vzduch přicházející oknem musí být přizpůsoben požadované teplotě.
Obrázky 8 a 9 ukazují, že pro stejný faktor vyvětrání je spotřeba energie pro vytápění a chlazení nižší při vyváženém větrání. Na obrázku 6 porovnáváme celkovou spotřebu na vytápění 22 kWh/m2 spodního levého bytu a 29 kWh/m2 horního pravého bytu se stejným využíváním oken (stejný faktor vyvětrání 5 %). Vidíme, že přidání vyváženého větracího systému nevede k vyšší spotřebě energie na vytápění; spotřeba je ve skutečnosti o 24 % nižší. Na obrázku 9 porovnáváme celkovou spotřebu na chlazení 5,9 kWh/m2 a 9,1 kWh/m2 obou levých bytů se stejným faktorem vyvětrání. Lze vyvodit závěr, že přidáním kvalitního vyváženého větracího systému ušetříte přibližně 35 % energie na chlazení.
Jednoznačný závěr: větrání okny nepředčilo řízené větrání ani ve spotřebě energie, natož pak v kvalitě vzduchu
Porovnání kvality vzduchu v místnosti ukázalo, že spodní byty s vyváženým větráním mají mnohem lepší kvalitu vzduchu v místnosti než horní byty s ručním větráním okny. Co se týče hodnot CO2, bylo porkázáno, že obyvatelé s řízeným větráním, neboli vyváženým větracím systémem, žijí v mnohem zdravějším prostředí. Větrací systém zajišťuje stálou výměnu čerstvého vzduchu v místnostech. Ruční větrání zajišťuje čerstvý vzduch pouze tehdy, když je otevřeno více oken. Průměrné větrání okny po delší dobu neposkytuje stejnou úroveň kvalitního vzduchu jako vyvážené větrání. V rozporu s očekáváním a zažitými předsudky vůči řízenému větrání nedokáže větrání okny zajistit zdravé vnitřní klima, protože ze 30–60 % naměřené hodnoty CO2 překračují bezpečnou hranici 1 000 ppm.
Celková spotřeba energie při větrání místností podle všeho závisí na množství oken a době, po kterou jsou okna otevřena. Přidání vyváženého větrání s rekuperací tepla a chladu nevede k vyšší spotřebě energie, a přitom výrazně zlepšuje kvalitu vzduchu v interiéru.
Více informací o parametrech použitých větracích jednotek Zehnder ComfoAir Q350 můžete zjistit v přehledu www.zehnder.cz/cs/komfortni-vetrani/vetraci-jednotky/zehnder-comfoair-q.
- Viz: who.int/data/gho/publications/world-health-statistics
- Viz: např. Myhrvold AN, Olsen E, Lauridsen O 1996: Vnitřní prostředí ve školách – zdraví a výkon žáků s ohledem na koncentrace CO2. Proc Indoor Air i96 4: 369–374 a BERNDT STENBERG, NILS ERIKSSON, JONAS HÖÖG, JAN SUNDELL, STIG WALL, The Sick Building Syndrome (SBS) in Office Workers. A Case-Referent Study of Personal, Psychosocial and Building-Related Risk Indicators, International Journal of Epidemiology, Volume 23, Issue 6, December 1994, str. 1190–1197
- Viz: ec.europa.eu/environment/integration/research
- Viz: Harvard, T.H. CHAN School of Public Health 2019: Domovy pro zdraví, 36 odborných rad, jak udělat náš domov zdravějším. str. 8
- Pro větší srozumitelnost jsou na byty v prvním patře označovány jako „spodní byty“ a byty ve druhém patře jako „horní byty“.
Značka Zehnder nabízí komplexní energeticky úsporná řešení pro komfortní a zdravé klima v interiéru: designové radiátory, komfortní větrání s rekuperací tepla, stropní sálavé vytápění a chlazení.
