Kvalita vnitřního vzduchu nízkoenergetických domů v Nizozemí

Rostoucí ekologické uvědomění vede k tvorbě nových standardů pro energeticky úspornou výstavbu. Jako příklad může sloužit německá norma pro pasivní domy – Passivhaus standard. Článek přináší výsledky studie kvality vnitřního vzduchu ve čtyřech různých nízkoenergetických domech v Nizozemí, jež byly postaveny podle výše zmíněné normy. Je nucené větrání zárukou pro zdravé vnitřní prostředí?

S rostoucím povědomím o důsledcích energetické spotřeby na životní prostředí se objevily tendence o další snížení energetické náročnosti budov směřující k novému pojetí domů. Koncepce pasivního bydlení, jež se objevuje od roku 1989 [3, 5], vedla k této souhrnné definici: „Pasivní dům je budova, v níž může být tepelné pohody (podle ISO 7730) dosaženo výhradně dohřevem či dochlazováním takového množství čerstvého vzduchu, jež je požadováno pro splnění podmínek dostatečné kvality vnitřního vzduchu (podle DIN 1946), a to bez potřeby oběhového vzduchu (recirkulace).“ Tato definice byla zavedena i do příslušných projekčních podkladů. Německý Institut pro pasivní domy (Passivhaus Institut) v Darmstadtu vyvinul soubor nástrojů pro architekty a také tzv. balíček pro projektování pasivních domů (Passivhaus Projektierungs Paket – PhPP), jenž slouží jako pomůcka při návrhu pasivních domů.

V Nizozemí bylo podle PhPP postaveno velké množství domů, ale jejich skutečné provozní parametry ještě nebyly zkoumány. Zejména kvalitě vnitřního vzduchu, jež se často zanedbává, nebyla věnována patřičná pozornost. Dobrá kvalita vnitřního vzduchu je nutnou podmínkou pro zdraví obyvatel [1, 2]. Tato výzkumná zpráva vychází z experimentálního sledování kvality vnitřního vzduchu čtyř různých domů postavených podle německé normy Passivhaus standard. Cílem této práce je zjistit, zda instalovaná zařízení pro nucené větrání zajišťují dostatečnou kvalitu vnitřního vzduchu ve čtyřech hodnocených pasivních domech.

Obr. 1: Přibližná poloha čtyř zkoumaných domů v Nizozemí: (1) Veere, (2) Sliedrecht, (3) Dalem, (4) Duiven, (Foto: Stichting Passiefhuis Holland)

Metody
V rámci daného výzkumného úkolu byly studovány čtyři domy navržené nizozemským architektem E. Frankem (Franke Architekten, Hardinxveld-Giessendam, NL). Tyto domy se nacházejí ve městech Veere, Sliedrechtu, Dalemu a Duivenu (obr. 1) a všechny byly navrženy podle německé normy pro pasivní domy (Passivhaus standard) a s použitím výše zmíněného balíčku PhPP.

Tab. 1 obsahuje všeobecné informace o hodnocených domech. V prvním případě (č. 1) jde o řadový dům, který byl postaven tak, aby ladil se sousedními historickými budovami, a proto má klasický vzhled. Druhý dům je jedna ze šesti obytných jednotek řadového domu, který je součástí první řady hromadně stavěných pasivních domů v Nizozemí. V domě č. 3 jde o vilu typického rozvržení s obývacím pokojem v prvním patře, situovanou na svahu hráze. Čtvrtý dům představuje osamoceně stojící vilu, jež byla navržena jako energeticky soběstačná budova využívající termální a fotovoltaické solární kolektory.

Tab. 1: Základní parametry čtyř zkoumaných nízkoenergetických domů

Ve studii byly použity tři různé metody sběru dat. Nejprve byl vyplněn dotazník ke zjištění obecných informací o konkrétním domě, jeho obyvatelích a způsobech užívání objektu. Majitel každého z domů vyplnil dotazník týkající se také provozu a údržby větrací jednotky. Následovalo měření v délce od 14 do 21 dnů. První den experimentu byl změřen průtok vzduchu ve větracím systému, k měření byl použit průtokoměr Acin FlowFinder 153. Teplota, relativní vlhkost a indikátory znečištění vzduchu byly měřeny v 15minutových intervalech po dobu dvou až tří týdnů automatickými přístroji se senzory Escort Junior EJ-HS-B-16. Teplota a vlhkost byly zjišťovány v obývacím pokoji, v ložnicích a ve venkovním prostředí.

Koncentrace oxidu uhličitého, oxidu uhelnatého, formaldehydu a tlak vodních par byly měřeny analyzátorem plynů Bruel & Kjaer 1302 na pěti místech: ve dvou ložnicích, v obývacím pokoji, v přívodu vzduchu v odváděném vzduchu. Na místech obtížně dostupných analyzátorem plynů bylo umístěno nezávislé čidlo CO₂ – Vaisala GMD/W20. Obyvatelé každého domu si během měření zapisovali do deníku všechny události a změny, které by mohly ovlivňovat měření. Tyto zápisky spolu s dotazníky doplňují fyzikální měření a usnadňují interpretaci výsledků.

Obr. 2: Koncentrace CO₂ ve 12. až 20. dni měření pro dům 4 (přepočítané na hodinový průměr). Hodnoty koncentrace CO₂ ze 12. – 16. dne jsou typické pro první dva týdny měření.

Výsledky
Výsledky měření byly porovnány s nizozemskými a mezinárodními normami a předpisy, jež se týkají požadovaného průtoku vzduchu [6] a koncentrací znečišťujících látek ve vnitřním prostředí [4, 7].

Nejdůležitějším zjištěním z dotazníků byl způsob, jakým obyvatelé používali větrací zařízení. Systém nuceného větrání má obvykle tři různé stupně výkonu. Nejnižší stupeň (1) by měl být používán v nepřítomnosti obyvatel, stupeň 2 slouží pro běžný provoz a stupeň 3 je navržen pro situace s vysokou úrovní koncentrace škodlivin. Systémy nuceného větrání v hodnocených domech byly standardně nastaveny na stupeň 1, a to i když byli přítomni obyvatelé. Obyvatelé v oblasti Duivenu snížili výkon ventilace ještě více, aby dále omezili spotřebu energie. Stupně 2 a 3 byly v Duivenu a Dalemu používány zřídka a pouze obyvatelé v Sliedrechtu používali doporučený stupeň 3 v době, kdy se sprchovali.

Obyvatelé v Dalemu (dům č. 3) si stěžovali na nízkou relativní vlhkost. Rozhodli se nepoužívat kuchyňský odsavač par a myčku nádobí nechávali vyschnout s otevřenými dvířky ve snaze o zvýšení vlhkosti vnitřního prostředí. Výsledky měření průtoku vzduchu jsou zobrazeny v tab. 2.

Tab. 2: Intenzita větrání (m³/h) měřená průtokoměrem Flow Finder (výsledky byly získány při typickém nastavení větracího systému při provozu)

* Neměřeno, hodnoty odhadnuty za předpokladu max. výkonu 175 m3/h.
** Přívod vzduchu byl částečně blokován šatnou.
*** 30 m³/h na stupni 1, 62 m³/h na stupni 3. Za provozu byla větrací jednotka nastavena na stupeň 3 po 30 minut. 

V dotaznících bylo zaznamenáno jen malé množství vnitřních zdrojů znečištění. Nikdo z obyvatel doma trvale nekouřil; větrací systém umožňuje občasné kouření v objektu. Obyvatelé v Dalemu vařili na plynovém sporáku, zatímco v Sliedrechtu a Duivenu se k vaření používala elektřina.

Vnitřní teplota vzduchu v obývacím pokoji se pohybovala okolo 22 ± 1 °C ve všech čtyřech domech. Nejvyšší relativní vlhkost byla naměřena v domě č. 4, kde bylo v obývacím pokoji dosaženo hodnot mezi 55 až 60 %. Relativní vlhkosti byly poměrně nízké v domech č. 2 (35 ± 5 %) a č. 3 (40 ± 10 %).

Tab. 3: Průměrné noční koncentrace CO₂ (ppm) v ložnicích a počet spících obyvatel (uveden v závorce)

Výsledky měření CO₂ jsou zobrazeny v tab. 3. Pro hodnocení v této studii jsou použity doporučené a maximální hodnoty koncentrace CO₂ 800, resp. 1 000 ppm. Vysoké koncentrace byly zaznamenány v domě č. 4, zejména v noci v ložnici č. 2. Pokus v závěrečných dnech měření prokázal, že zvýšení intenzity větrání má pozitivní vliv na úroveň koncentrace CO₂ v nočních hodinách. V domech č. 2 a 3 překročila koncentrace CO₂ stanovený limit 1 000 ppm pouze výjimečně. Naměřené hodnoty z domu č. 3 ukazují, že přívod­ vzduchu do ložnice č. 1 nedodává při zavřených oknech dostatečné množství čerstvého vzduchu (obr. 3).

Obr. 3: Koncentrace CO₂ pro dům č. 3 (přepočítané na hodinový průměr). Okna v ložnici č. 1 byla 10. a 11. den zavřená.

Oxid uhelnatý (CO), který vzniká při nedokonalém spalování, může být pro člověka smrtelně jedovatý i v malých koncentracích [7]. Koncentrace CO v domě č. 4 nepřekročila hodnoty měřené ve venkovním prostředí, nicméně v domě č. 3 se objevily zvýšené hodnoty během pozdního odpoledne (obr. 4). V domě č. 2 se vyšší koncentrace objevily pouze při přítomnosti kuřáků v objektu.

Obr. 4: Koncentrace formaldehydu měřené v domě č. 2

Formaldehyd (H₂CO) může dráždit dýchací cesty a oči. Do vnitřního vzduchu se dostává především z cigaretového kouře a z výparů pojidel používaných v dřevotřískách [7]. V domě č. 2 i 3 byly ve vnitřním prostředí téměř denně zjištěny zvýšené koncentrace formaldehydu. Na obr. 3 je patrná zvýšená koncentrace v domě č. 3.

Tab. 4: Počty měření CO₂ překračující 800 ppm a 1 000 ppm pro každou ložnici (interval měření 15 minut)

Diskuse
Záměrem této práce bylo jednak prozkoumat provozní chování systému nuceného větrání ve čtyřech různých pasivních domech a dále zjistit, do jaké míry takový systém přispívá k vytvoření přijatelné úrovně kvality vnitřního vzduchu.

Z výsledků měření vyplývá, že obyvatelé mají zásadní roli při udržování kvality vzduchu v jejich domech. Svým chováním kvalitu vzduchu přímo ovlivňují, jak ukazují snížené průtoky větracího vzduchu ve sledovaných případech. Ačkoliv v domech č. 2 a 3 nebyly zjištěny extrémně vysoké hodnoty koncentrací CO₂, existence dalšího zdroje škodlivin by s největší pravděpodobností způsobila problémy s kvalitou vnitřního vzduchu, pokud by větrací zařízení stále nebylo používáno podle návodu. Přítomnost formaldehydu vyžaduje další zkoumání. Obyvatelé v domě č. 3 by měli používat kuchyňský odsavač par ke snížení koncentrace CO ve vnitřním prostředí. Ve všech případech lze doporučit zvýšení větracího výkonu na stupeň 2. Aby bylo dosaženo uspokojivých hodnot intenzity větrání v domě č. 4, vyžaduje větrací systém opětovné doregulování a přenastavení. Pokud by tyto požadavky byly splněny, měl by být systém nuceného větrání schopen udržet kvalitu vnitřního vzduchu na přijatelné úrovni ve všech čtyřech domech.

Je třeba zdůraznit, že výsledky této studie jsou platné pouze pro čtyři uvedené případy. Zkoumané domy jsou z hlediska konstrukce specifické, a proto obecně nereprezentují pasivní domy jako takové. Dále bylo pro praktické úvahy a interpretaci výsledků měření uvažováno dokonalé směšování vzduchu, zatímco ve skutečnosti není distribuce škodlivin v prostoru rovnoměrná.

Větrání bylo většinou provozováno na stupni 1, což je 30 % výkonu požadovaného stavebními předpisy. Obyvatelé trvale nepoužívají doporučené nastavení ventilace (stupeň 2). Ačkoliv se parametry v domech č. 2 a 3 nepohybují v přijatelných hranicích, vykazují nepatrně lepší hodnoty intenzity větrání než dům č. 4, zejména pokud zohledníme počet obyvatel a celkový objem budovy.

Konstantní hodnota vnitřní teploty vzduchu dokazuje, že velká vrstva izolace kombinovaná se zpětným získáváním tepla z větracího systému může zajistit stálou a komfortní teplotu. Relativní vlhkost v obývacím pokoji byla v domě č. 4 dost vysoká vzhledem k danému ročnímu období, což může vést k problémům v dlouhodobém horizontu. V domech č. 2 a 3 byla relativní vlhkost naopak nízká, což může mít negativní vliv na citlivé obyvatele. Ve všech čtyřech popsaných domech se teplota i relativní vlhkost nacházely v rozmezí doporučeném pro oblast komfortu.

Koncentrace CO₂ nepřesáhly mezní hodnotu 1 000 ppm příliš často, výjimkou byly dvě situace: v domě č. 4, kde zvýšení intenzity větrání nevedlo k dosažení požadované úrovně koncentrace CO₂ v ložnici č. 2, a v domě č. 3, kde nastal problém v ložnici č. 1 a kde byl přívod vzduchu blokován šatnou.

Maximální denní koncentrace CO byly naměřeny v Dalemu (dům č. 3). Čas jejich výskytu naznačuje, že byly způsobeny použitím plynového sporáku při vypnutém odsavači par. Ve Sliedrechtu (dům č. 2) se objevila zvýšená koncentrace CO v případech, kdy obyvatelé uváděli přítomnost jedné nebo více kouřící osoby ve vnitřním prostředí. Podobný vnitřní zdroj znečištění by mohl být zodpovědný za denní opakování nárůstu koncentrace formaldehydu v Duivenu a Sliedrechtu. Větrací systém dokázal snížit vnitřní koncentraci škodlivin na venkovní úroveň během jedné hodiny.

Závěr   
Vnitřní prostředí domů postavených podle německé normy pro pasivní domy (Passivhaus standard) je obecně zdravé a komfortní. V některých případech vedlo špatné používání větracího systému ke zvýšení koncentrací CO₂. Průměrný průtok větracího vzduchu za provozu byl ve všech případech nižší než hodnota doporučená nizozemskými stavebními předpisy, ačkoliv instalovaný výkon větracího zařízení byl zcela dostatečný. Pro dosažení přijatelné úrovně kvality vnitřního vzduchu v nízkoenergetických domech jsou naprosto zásadní správné použití a provoz systému nuceného větrání. Obyvatelé by měli být proškoleni v jeho obsluze a zvláštní pozornost by se měla věnovat instalaci příslušných zařízení.

Tato studie byla iniciována Nizozemskou nadací pasivních domů (Stichting Passief Huis Holland) s finanční podporou společností Franke Architekten (Sliedrecht), JEStork Air (Zwolle) and Archidome Holland B.V. 

Jaap R. Balvers, Gert Boxem, Martin H. de Wit
Autoři působí na Technické univerzitě v Eindhovenu v Nizozemí.

Obrázky: archiv autora

Literatura 
1. Aben, J. a kol.: On health risks of ambient PM in the Netherlands. RIVM report 650010032. Netherlands Aerosol Programme, 2002.
2. ASHRAE Handbook 2001-2004, Chapter 9: Indoor environmental health. 2001: Fundamentals.
3. Adamson, B.: Passive Climatization of Residential Houses in Republic of China. Lund University Report BKL 1978:2, 1987.
4. Dusseldorp A. a kol.: Gezondheidkundige advieswaarden binnenmilieu. RIVM rapport 609021029, 2004.
5. Feist, W.: Forschungsproject Passive Häuser (1988), Institut Wohnen und Umwelt, Darmstadt Passivhaus Instituut,  Darmstadt,  2007.
6. VROM. Ministry of Housing, Spatial Planning and the Environment. Building Code. Stb. 2001, 410. final revision in Stb. 2006, 586, 30th November, The Netherlands, 2006.
7. World Health Organization: Air Quality Guidelines for Europe, Second Edition. WHO Regional Office for Europe. Copenhagen, 2000.

Článek byl uveřejněn v časopisu TZB HAUSTECHNIK.