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

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. 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. 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. 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