Nejnavštěvovanější odborný portál pro stavebnictví a technická zařízení budov

Větrání a kvalita vzduchu v bytech po rekonstrukci s běžným větráním okny a s řízeným větráním

Při energetické sanaci budov dochází obvykle mj. ke zlepšení vzduchotěsnosti obálky budovy. U stávajících budov větraných převážně okny se výrazně snižuje podíl ex-, resp. infiltrace. Aby byla i nadále zajištěna dostatečná výměna vzduchu, musí být větrání uzpůsobeno novým podmínkám. Požadavek vzduchotěsnosti s ohledem na zamezení vzniku stavebních poruch a v zájmu úspory energie už je obecně uznáván a má i oporu v normách a zákonných ustanoveních.

1 Úvod

Při energetické sanaci budov dochází obvykle mj. ke zlepšení vzduchotěsnosti obálky budovy. U stávajících budov větraných převážně okny se výrazně snižuje podíl ex-, resp. infiltrace. Aby byla i nadále zajištěna dostatečná výměna vzduchu, musí být větrání uzpůsobeno novým podmínkám. Požadavek vzduchotěsnosti s ohledem na zamezení vzniku stavebních poruch a v zájmu úspory energie už je obecně uznáván a má i oporu v normách a zákonných ustanoveních. Navíc uživatelé rekonstruovaných budov očekávají, že po rekonstrukci už nebude okny citelně táhnout – už proto musí být vzduchotěsnost obálky budovy po sanaci výrazně lepší. Řízeným větráním lze naopak zajistit nezávisle na uživateli dostatečnou výměnu vzduchu.

V rámci doprovodného měření pro vědecký výzkum provedeného na dvou stejných bytových domech, jednom sanovaném na nízkoenergetický standard s přirozeným větráním okny a druhém sanovaným do pasivního standardu s řízeným mechanickým větráním (viz [Peper/Feist 2008]), se ukázalo, že rozdíly ve spotřebě energie na vytápění jsou menší, než se předpokládalo v energetické bilanci. Výsledky měření upozornily na to, že to je způsobeno především rozdílným přísunem čerstvého vzduchu a tedy tepelnou ztrátou větráním.

Rozšířené měření představené v tomto příspěvku, které bylo provedeno na dvou stejných objektech v zimě 2009/2010 (viz [Kah et al. 2010]), by mělo přispět k dalšímu objasnění této otázky. Cílem měření bylo důkladněji prozkoumat způsob větrání, výslednou výměnu vzduchu a kvalitu vzduchu v rekonstruovaných bytech větraných okny a bytech s řízeným větráním.

Rekonstruované objekty, ve kterých měření probíhalo, jsou klasickými bytovými stavbami z roku 1965. Každá má tři podlaží a 12 bytů (750 m2 vytápěné obytné plochy). Vlastníkem obou objektů je CAG Ludwigshafen. Analýza způsobu větrání mohla být provedena vždy v 6 větších 3pokojových bytech (73,5 m2 obytné plochy). V nízkoenergetickém domě byl v době měření jeden byt nepronajatý, takže se měřilo jen v 5 bytech.

2 Byty větrané tradičně okny

Výměna vzduchu v bytech, kde se větrá výhradně okny, byla stanovena na základě doby, po kterou byla okna otevřena, a pomocí modelu větrání okny předem ověřeného měřením s indikačním plynem. Pomocí měření s indikačním plynem bylo možné pro celkem 11 typických variant otevření okna v neobydleném bytě stanovit výměnu vzduchu. Měření ukázala dostatečně dobrou shodu s teoretickým výpočtovým předpokladem (viz [PHPP 2007]). Kromě toho byl posuzován vliv doplňkových okenních prvků, které zmenšují efektivní plochu okenního otvoru. Tyto prvky významně snižují výměnu vzduchu. Bylo naměřeno snížení výměny vzduchu mezi 30 % (zatažené vnější žaluzie) a 70 % (venkovní roleta až na štěrbinu zatažena).

Dle očekávání se u zaznamenaného způsobu otevírání oken vyskytují velké rozdíly mezi byty. V bytech s intenzivním větráním se větrá 9× více (při teplotě pod 0 °C) oproti bytu s nejkratší dobou otevřených oken. V průměru bylo v bytech větraných výhradně okny v měřeném období otevřeno každé okno denně 207 minut. Tyto časy jsou srovnatelné s údaji uváděnými v literatuře (viz [Reiß et al. 2001], [Hausladen et al. 2003]).

Pravidelná pozorování ukázala, že ve všech bytech byly v noci staženy venkovní rolety. Ve většině bytů zůstala venkovní roleta v ložnici zatažená dokonce i přes den. Při odhadu výměny vzduchu se proto předpokládalo, že minimálně v době od 19 h do 7 h je venkovní roleta v kuchyni, v ložnici a v dětském pokoji zatažena až na štěrbinu cca 30 cm (redukce výměny vzduchu o cca 50 %). Pro doplňkový výpočet (spodní odhad) se dále předpokládalo, že na všech oknech snižují záclony přirozenou výměnu vzduchu rovněž o 50 %, což bylo stanoveno pomocí měření s indikačním plynem.

V době měření se dostáváme za těchto předpokladů ke střednímu objemovému toku vzduchu 59 m3/h pro horní a 34 m3/h pro spodní odhad. To odpovídá násobnosti výměny vzduchu 0,33 h−1, resp. 0,18 h−1. Pokud vyjmeme poněkud netypické období mezi Vánocemi a Silvestrem (více se vaří, návštěvy atd.), dostáváme ještě o 10 % nižší střední objemové toky. Přičemž stanovená výměna vzduchu se výrazně liší byt od bytu (viz obr. 1). Navíc se i v jednotlivých bytech větrá den ode dne odlišně.

Obr. 1: Střední objemový tok čerstvého vzduchu v bytech větraných výhradně okny
Obr. 1: Střední objemový tok čerstvého vzduchu v bytech větraných výhradně okny. Za předpokladů pro horní odhad leží průměrný objemový tok v 5 hodnocených bytech na 59 m3/h a podle spodního odhadu na 34 m3/h.

3 Byty s řízeným větráním

Objemové toky čerstvého vzduchu u řízeného větrání bylo možné ve 4 měřených bytech průběžně zaznamenávat. Kombinací aktuálně nastaveného výkonu s příslušnými objemovými toky, které byly předtím stanoveny na základě měření, mohla být stanovena výměna vzduchu nuceným větráním. Pro dva další byty s nuceným větráním (L2 a L3) nebyla k dispozici žádná průběžná data větracího výkonu, zde se uvažovalo se středním provozním stupněm větrací jednotky.

Obr. 2: Střední objemový tok čerstvého vzduchu v bytech s nuceným větráním
Obr. 2: Střední objemový tok čerstvého vzduchu v bytech s nuceným větráním. Střední hodnoty leží mezi 41 a 135 m3/h. V bytě L1 pracuje větrací jednotka kvůli technické závadě jen na poloviční výkon.

Při předchozím měření prováděném v tom stejném objektu (viz [Peper/Feist 2008]) nebylo větrání okny téměř využíváno. Na základě těchto zkušeností bylo v bytech s nuceným větráním případné otevírání oken zanedbáno. Pro vyhodnocení se předpokládá, že rozsah větrání okny je zanedbatelný. Objemový tok čerstvého venkovního vzduchu v průběhu měření je znázorněn na obr. 2. Střední hodnoty pro jednotlivé byty se pohybují mezi 41 a 135 m3/h, průměrná hodnota pro všechny byty je 84 m3/h.

4 Měření kvality vnitřního vzduchu

Pro ověření kvality vnitřního vzduchu byla v bytech zaznamenávána koncentrace CO2. Samotný oxid uhličitý (CO2) je neškodný ještě v mnohem vyšších koncentracích, než jaké se zde vyskytují, je ale považován za spolehlivý ukazatel pro posouzení kvality vnitřního vzduchu. Téměř ve všech bytech mohla být instalována čidla CO2 v ložnici a v obývacím pokoji. V těchto místnostech lze očekávat nejvyšší koncentrace CO2. Dnes již nahrazená německá norma DIN 1946-2 požadovala jako směrnou hodnotu 1000 ppm a jako hraniční hodnotu 1500 ppm. Podle aktuální evropské normy EN 13779 je nízká kvalita vzduchu při hodnotách nad 1400 ppm (za předpokladu koncentrace CO2 ve vnějším vzduchu 400 ppm).

Obr. 3: Rozdělení do tříd koncentrace CO2 podle četnosti v době měření v bytech větráných výhradně okny a v bytech větraných nuceně
Obr. 3: Rozdělení do tříd koncentrace CO2 podle četnosti v době měření v bytech větráných výhradně okny a v bytech větraných nuceně. Podle EN 13779 se za nízkou kvalitu vzduchu považuje koncentrace nad 1400 ppm (za předpokladu koncentrace CO2 ve vnějším vzduchu 400 ppm). V hodnocených bytech s přirozeným větráním panovala podle výše uvedených kritérií během 70 % doby nízká kvalita vnitřního vzduchu, zatímco v bytech s nuceným větráním pouze během 34 % doby měření.

Jak potvrzují měření, byty s nuceným větráním vykazují v porovnání s byty větranými okny podstatně nižší koncentrace CO2. Limitní koncentrace 1500 ppm byla v bytech větraných okny překročena v 64 % doby měření, zatímco v bytech s nuceným větráním pouze ve 14 %. Hranice nízké kvality vzduchu dle EN 13779, tj. 1400 ppm je překročena u přirozeného větrání dokonce v 70 % doby měření a u nuceného větrání v 34 %. Střední obsazenost byla v obou objektech srovnatelná (1,8 dospělé osoby a 0,2, resp. 0,4 dítěte na byt).

Pro omezení vlivu různé délky pobytu v bytě závislé na jednotlivých uživatelích byly navíc zkoumány poměry během doby, kdy jsou obyvatelé bytů obvykle přítomni, tedy večer v obývacím pokoji a v noci v ložnici. Četnost nižší kvality vzduchu se v této době ještě zvyšuje. V průměru byla v ložnicích větraných okny nízká kvalita vzduchu v 81 % této doby, v ložnicích s nuceným větráním po 44 % této doby. V bytech se vzduchotechnikou by bylo možné očekávat lepší výsledky. Kvůli chybnému nastavení vzduchotechniky však ve třech bytech nebyla dosažena návrhová množství přiváděného vzduchu.

5 Diskuze a shrnutí

V rámci tohoto výzkumu mohly být prostřednictvím měření indikačního plynu ověřeny výpočtové předpoklady výměny vzduchu okny v konkrétních bytech rekonstruovaného bytového objektu. Měření mj. poukazují na výrazný vliv doplňkových prvků, jako jsou venkovní rolety a záclony, na výslednou výměnu vzduchu. Ve dvou bytových domech stejného konstrukčního typu, jeden rekonstruovaný na nízkoenergetický a druhý na pasivní standard, byla v nejchladnějším zimním období provedena porovnávací měření výměny vzduchu. Po dobu 2 měsíců byla zaznamenávána výměna vzduchu v 5 bytech větraných výhradně okny a v 6 bytech s mechanickým větráním. Na základě jasných předpokladů byl vytvořen odhad spodní a horní hranice toku vzduchu. Jako střední hodnota v posuzovaných bytech s přirozeným větráním nám v měřeném období vychází výměna vzduchu 0,18 h−1 (spodní odhad) až 0,33 h−1 (horní odhad). Pokud předpokládáme, že v období Vánoc se větrá intenzivněji, klesne nám střední výměna vzduchu o dalších cca 10 %. V bytech s nuceným větráním byla stanovena střední výměna vzduchu nuceným větráním na 0,48 h−1.

Měření kvality vzduchu jasně prokazují lepší poměry v bytech s nuceným větráním. V bytech větraných výhradně okny se vyskytovala nízká kvalita vzduchu (koncentrace CO2 nad 1400 ppm) v průměru po 70 % měřeného času, zatímco v bytech s nuceným větráním to bylo během 34 % měřené doby. Ještě závažnější jsou poměry během přítomnosti obyvatel, např. v noci v ložnici. Doba s nízkou kvalitou vzduchu se v ložnici zvyšuje na 81 % u přirozeného, resp. na 44 % u nuceného větrání. V bytech s řízeným větráním by se však daly očekávat ještě lepší výsledky ohledně kvality vzduchu. Chybné nastavení vzduchotechniky však v jednotlivých bytech způsobilo nižší množství přiváděného vzduchu než stanovil projekt. Pokud vezmeme jako výchozí stav objemový tok vzduchu nuceného větrání, sníží zpětné získávání tepla tepelné ztráty větráním v posuzovaném objektu o 23,4 kWh/m2a na 8,4 kWh/m2a (ve výpočtu použita klimatická data pro Ludwigshafen). Vypočtené ztráty větráním v bytech s přirozeným větráním naproti tomu činí 13,2 kWh/m2a pro spodní, resp. 22,8 kWh/m2a pro horní odhad výměny vzduchu. Měření tudíž podporují domněnku uvedenou v [Peper/Feist 2008], a sice, že malé rozdíly ve spotřebě tepla na vytápění obou objektů různého energetického standardu – jak se dalo očekávat i z předem sestavených energetických bilančních modelů – jsou způsobeny příliš nízkou výměnou vzduchu v bytech větraných okny. Měření navíc dokazují, že v bytech větraných okny se větrá nejen méně, ale evidentně nedostatečně. Zvěřejněné výsledky z jiných měření [Reiß et al. 2001], [Hausladen et al. 2003], [Ebel/Kah 2003] naznačují, že tzv. přirozené větrání v praxi opakovaně vede k menší výměně vzduchu, než jakou požadují hygienické předpisy pro obytné stavby. Výsledky potvrzují mnohokrát opakované doporučení, aby v zájmu zdravých vnitřních podmínek byly při současném způsobu výstavby byty pro zajištění dostatečného větrání opatřeny alespoň nuceným odtahem vzduchu (viz [Feist 2004]). Prezentovaný výzkum byl proveden v rámci pracovní skupiny IEA TASK 37 „Advanced Housing Renovation with Solar and Conservation“ a byl podpořen Spolkovým ministerstvem pro hospodářství a technologie (BMWi).

6 Literatura

  • [Ebel/Kah 2003] Ebel, W., Kah, O., Tracergasmessungen: Auswirkungen von Fensteröffnung bei kontrollierter Lüftung, 7. Passivhaus Tagung 2003, Hamburg.
  • [Feist 2004] Feist, W., Einführung – Lüftung bei Bestandsanierung unverzichtbar, Protokollband Nr. 30, Arbeitskreis konstengünstige Passivhäuser Phase III, Darmstadt, 1. Auflage 2004.
  • [Hausladen et al. 2003] Hausladen, G., Wimmer, A., Kaiser, J., Technikakzeptanz im Niedrigenergiehaus – Teil 1, HLH, Nr. 7, 2003
  • [Kah et al. 2010] Kah, O., Peper, O., Kaufmann, B., Ebel, W., Feist, W., Bastian, Z., Untersuchung zum Außenluftwechsel und zur Luftqualität in sanierten Wohnungen mit konventioneller Fensterlüftung und mit kontrollierter Lüftung, IEA SHC TASK 37, Passivhaus Institut, Darmstadt, 2010.
  • [Peper/Feist 2008] Peper, S., Feist, W., Gebäudesanierung „Passivhaus im Bestand“ in Ludwigshafen / Mundenheim, studie pro GAG Ludwigshafen s finanční podporou spolkové země Porýní Falc, Passivhaus Institut, Darmstadt 2008.
  • [PHPP 2007] Feist, W., Pfluger, R., Kaufmann B., Schnieders, J., Kah, O., Passivhaus Projektierungs-Paket 2007, nástroj pro navrhování pasivních domů, Passivhaus Institut Darmstadt, 2007.
  • [Reiß et al. 2001] Reiß, J., Erhorn, H., Ohl, J., Klassierung des Nutzerverhaltens bei Fensterlüftung, HLH, Nr. 8, 2001.
  • [Schnieders 2003] Schnieders, J., Lüftungsstrategien für den Sommer, Protokollband Nr. 30, Arbeitskreis konstengünstige Passivhäuser Phase III, Darmstadt, 1. Auflage, 2004.

Příspěvek zazněl na konferenci 15. INTERNATIONALE PASSIVHAUSTAGUNG 2011 (proběhla 27. - 28. května 2011 v Innsbrucku), převzato ze sborníku (Tagungsband), vydal Univ.-Prof. Dr. Wolfgang Feist, Universität Innsbruck a Passivhaus Institut, Darmstadt/Innsbruck 2011

Upraveno dle doporučení recenzenta
 
Komentář recenzenta doc. Ing. František Kulhánek, CSc.

Jedná se o vysoce aktuální článek, zabývající se porovnáním dvou typů větrání – přirozeného větrání okny a řízeného mechanického větrání. Problematika větrání v rekonstruovaných bytech je i u nás stále aktuální, neboť po výměně okenních konstrukcí často dochází v důsledku nedostatečné výměny vzduchu ke vzniku plísní se všemi již dlouhodobě známými důsledky.
Článek popisuje široce založený experiment měření intenzity a kvality větrání ve dvou téměř identických bytových domech. Závěr textu potvrzuje známou zkušenost, že řízené větrání zajišťuje jak zvýšenou kvalitu vnitřního ovzduší, tak i příslušné energetické úspory. Navíc však vysvětluje, proč rozdíl mezi energetickými úsporami obou systémů není tak velký, jak obvykle předpokládá výpočtové hodnocení. Příčinou tohoto stavu je fakt, že intenzita přirozeného větrání ve sledovaných bytech nezajišťovala ani minimální výměnu vzduchu, předpokládanou normovými ustanoveními. Tím však ale docházelo k dalšímu nepředpokládanému zhoršování kvality vnitřního mikroklimatu.
Článek hodnotím jako mimořádně kvalitní, dobře srozumitelný a velmi zajímavý. Jednoznačně text doporučuji k publikaci.
Překlad článku je perfektní.

English Synopsis
Ventilation and air quality in interior after reconstruction and with natural ventilation through windows and controlled mechanical ventilation.

This is a highly relevant article dealing with the comparison of two types ventilation - Natural ventilation through windows and controlled mechanical ventilation. The issue of ventilation in renovated homes in our country is still relevant. This paper describes a broad-based experiment measuring the intensity and quality of ventilation in two almost identical apartment houses. The conclusion confirms the well-known experience that controlled ventilation provides both - improved indoor air quality and the energy savings.

 
 
Reklama