Kvalita vzduchu v budovách v provozních a ekonomických souvislostech

Člověk průměrně stráví více než dvě třetiny svého života v interiéru budov. Vnitřní prostředí budov zahrnuje řadu parametrů, vedle jiných jde o stavebně technické provedení stavby, teplotu, vlhkost a čistotu vzduchu.

Z pohledu uživatele je žádoucí, aby kvalita vnitřního prostředí byla co nejvyšší. Tento pohled by měl sdílet i vlastník a/nebo provozovatel budovy (facility manager), kteří ale sledují i hlediska další, spojená zejména s ekonomickou stránkou.

Zejména u rodinných domů je vlastník, provozovatel i uživatel obvykle jedna osoba, ale v řadě případů jde o osoby rozdílné. Příspěvek je úvodem do problematiky zajištění kvalitních parametrů vzduchu v interiéru, tedy jeho teploty, vlhkosti a čistoty.

Parametry vnitřního vzduchu zajišťují obvykle systémy vytápění, chlazení a větrání v kombinaci s obálkou stavby, zahrnující konstrukce oddělující vnitřní prostředí od vnějšího, ale zajišťující i stínění apod. Jejich návrh a provedení vychází z legislativních požadavků a ekonomických možností. Kritéria výběru uvedených systémů a prvků, případně jejich doplňkového vybavení, zahrnují výši pořizovací ceny a měly by zahrnovat i výši provozních nákladů. Ty se obvykle skládají ze spotřeby energie a servisních nákladů.

Při návrhu staveb kategorie rezidenčního bydlení lze vycházet z modelů univerzálního uplatnění, v případě staveb průmyslových či administrativních je vždy třeba postupovat individuálně a je vhodné do projekční skupiny začlenit specialistu na HVAC; zejména v západních zemích je součástí týmu i zástupce (dozor) budoucího provozovatele, tzv. commissioner. Ten by měl dohlížet nejen na to, aby budoucí stavba byla provozně úsporná při zajištění požadované kvality vnitřního prostředí, ale aby samotné zajištění provozu a údržby stavby bylo celkově optimalizované.

V textu níže jsou popsány systémy typicky využívané pro zajištění kvality vnitřního vzduchu v budovách, doplněné o pořizovací a servisní náklady. Náklady na energie jsou uvedeny v případech, kdy lze konstatovat jejich obecnou výši; tyto náklady jsou ale často obecně velmi rozdílné, kdy závisí nejen na charakteru stavby, ale i požadavcích jednotlivých uživatelů a zejména péči provozovatele a způsobu řízení spotřeby. Uvedené náklady jsou orientační, platné pro 2Q 2024, bez DPH.

Vytápění

Teplo je do staveb dodáváno některou z možností standardních zdrojů (elektřina, plyn, biomasa, uhlí CZT, OZE), nebo jejich kombinací. Spektrum je poměrně široké, zejména z důvodu často přežívajících systémů z minulosti. Moderní systémy, zabudovávané do novostaveb i stávajících staveb při jejich rekonstrukcích, již respektují ekologické požadavky s přihlédnutím k cenové a provozní politice.

Za perspektivní zdroj současnosti jsou považována tepelná čerpadla, i když jejich výhodnost v poslední době ovlivňuje cenový vývoj silové elektřiny a její distribuce. Investory hlavně v rezidenční výstavbě k jejich instalacím vede zejména legislativní tlak, ale i dotační politika. Tepelné čerpadlo efektivně zajistí vytápění i chlazení stavby, ohřev teplé vody, bazénu, umí spolupracovat s FVE. Otopná soustava může být řešena klasickým teplovodním rozvodem, tedy radiátory, i podlahovým vytápěním, případně je možné zvolit i jiný model velkoplošného vytápění, tedy stěnové či stropní provedení.

Pořizovací náklady tepelného čerpadla včetně příslušenství se pohybují mezi 18 000 až 35 000 Kč na 1 kW instalovaného výkonu; při spodní hranici se pohybují tepelná čerpadla vzduch – voda, při horní hranici země – voda. Servisní náklady u moderních tepelných čerpadel obvykle tvoří minimální položky, zejména pokud jsou pod dálkovou správou dodavatele, který dokáže případné problémy včas zachytávat a eliminovat riziko poškození mechanických částí.

Chlazení

Přibližně v průběhu poslední dekády je stále intenzivněji poptáváno chlazení interiéru budov. To je možno zajistit např. instalací tepelného čerpadla vzduch – vzduch (v Česku označovaného jako klimatizace) s přímým výparem. Toto velmi efektivní zařízení, jehož koncové prvky mohou mít podobu nástěnných, podstropních, kazetových či do podhledů integrovaných jednotek, je ovšem dalším paralelním zdrojem, resp. spotřebičem energií.

V budovách, které jsou osazeny podlahovým či jiným velkoplošným vytápěním, lze úspěšně využít již existující přestupnou plochu. Tím se sníží pořizovací náklady na variantu s chlazením. U tepelných čerpadel vzduch – voda lze v letních měsících využít synergie s dnes již běžnou a do budoucna standardní FVE. U tepelných čerpadel země – voda lze při pasivním chlazení, které obvykle poskytuje dostatečný chladicí výkon, jako vedlejší efekt regenerovat kolektor nebo vrt.

Pořizovací náklady na 1 kW instalovaného výkonu samostatné jednotky vzduch – vzduch včetně příslušenství vycházejí na 10 000 až 15 000 Kč; chladicí modul pro tepelné čerpadlo vytápění vyjde přibližně na třetinu. Při údržbě klimatizací je vhodné kromě pravidelného čištění filtru provádět i čištění výparníku, roční náklady na údržbu se pohybují v jednotkách tisíc Kč.

Čistota vzduchu

Stále více se rozšiřující instalace větracích rekuperačních jednotek v budovách sledují hygienicky dostatečnou výměnu vzduchu při současném snížení jejich energetické náročnosti. Souběžným efektem je filtrace přiváděného vzduchu, a tedy jeho čištění. Míra energetické úspornosti i kvality čištění vzduchu závisí na zvoleném typu rekuperační jednotky a jejího technického řešení a vybavení. Pro měření kvality vzduchu a ovlivnění činnosti jednotek jsou využívána vhodná čidla (teploty, vlhkosti, koncentrace CO2, VOC apod.).

Rekuperační jednotky jsou obvykle vybaveny tzv. bypassem výměníku. Tato funkcionalita umožňuje zajistit větrání interiéru budov v noci (při nižší venkovní teplotě než je vnitřní) tak, že nedochází k rekuperaci (předávání tepla mezi odváděným a přiváděným vzduchem). Do konstrukcí budovy tak lze akumulovat chlad, ze kterého jednotka následně už v rekuperačním režimu přes den „brzdí“ přívod tepla z přiváděného vzduchu. Oproti chlazení se jedná o zásadní energetickou úsporu.

Moderní vývojovou větví větracích rekuperačních jednotek je varianta, kdy se k jednotce a stávajícím rozvodům vzduchu připojí malá kondenzační jednotka. Díky této úpravě lze standardní rezidenční jednotku aktivně doplnit o 1 až 3 kW chladicího výkonu. Lze odhadnout, že při předpokládaném nárůstu slunečných dní si toto řešení na trhu najde svoji významnou pozici.

Obvyklé náklady na rekuperační jednotku včetně rozvodů pro standardní rodinný dům vycházejí na cca 150 000 až 400 000 Kč, v závislosti na provedení. Servisní náklady zahrnují zejména pravidelné výměny filtru, v případě aktivní jednotky je vhodné doplnit i čištění výparníku. U malých rekuperačních jednotek náklady na údržbu reprezentují minimální položky v jednotkách tisíc Kč za rok.

Obálka budovy

Přestože kvalita vnitřního prostředí budov je věcí zejména příslušných systémů TZB, řešení obálky budovy významně ovlivňuje energetickou náročnost jejího zajištění. Nejde pouze o tepelně izolační parametry reprezentované součinitelem prostupu tepla jejích neprůhledných i průhledných ploch a podílem tepelných mostů, ale i velikostí, tvarem, orientací, kvalitou provedení (ovlivňující třeba i riziko vzniku plísní či obecně tzv. syndromu nemocných budov) apod. Zahrnout je třeba i stínicí systémy, pevné i pohyblivé, pro eliminaci nežádoucích solárních zisků v letním období.

Stínicí systémy ovlivňují nejen energetickou náročnost budovy z hlediska chlazení nebo vytápění interiéru, ale i osvětlení. Je vhodné zvážit poměrně rozšířená řešení, kdy v interiéru je buď horko a světlo (budova stínění nemá nebo není využité), anebo chlad a temno (např. stažené pohyblivé vnější žaluzie) – takže se musí i přes den svítit. Lze tak očekávat alespoň částečnou renesanci pevných předsazených stínicích prvků na fasádách, které jsou obvykle bezúdržbové a tedy bez provozních nákladů.

Energetické náklady na pohyblivé clony jsou sice poměrně nízké, ovšem jsou případně navyšovány náklady na elektřinu pro denní svícení (které navíc poskytuje uživateli nižší úroveň pohody než denní světlo), ale zejména náklady servisními, které se pohybují i v hodnotách překračujících 10 000 Kč na jednu clonu při poškození závěsných lanek nebo motorických pohonů.

Čidla, inteligence

Efektivitu zařízení pro tvorbu vnitřního prostředí zvyšují čidla příslušných parametrů, vhodně rozmístěná v interiéru i exteriéru budovy. Jejich pořizovací náklady se obvykle pohybují ve stovkách až tisících Kč, provozní náklady jsou blízké nule. Návratnost nákladů na čidla spočívá v úspoře energií a závisí na řadě parametrů, ovšem jejich přínos je zejména v míře komfortu poskytovanému uživatelům budov, který v dynamicky se měnících poměrech interiéru i exteriéru dokáží i významně navýšit. Obdobně jsou na tom systémy inteligence budov pro řízení jejich provozu; v těchto případech se ale jedná o sofistikovaný systém s investicí v řádu i stovek tisíc Kč.

Řešení pro malé budovy

Jak bylo uvedeno výše, pro malé stavby lze využívat univerzálních řešení systémů vytápění, chlazení a větrání. Příkladem vybavení rodinného domu o tepelné ztrátě 9 kW je instalace tepelného čerpadla o výkonu 14 kW a větrací jednotky s rekuperací s výkonem 350 m3/hod větraného vzduchu.

Zapojení tepelného čerpadla obsahuje vyrovnávací nádobu a zásobník na teplou vodu. Stavba obsahuje multizónové řízení s regulací integrovanou do tepelného čerpadla. Tepelné čerpadlo tak získává informace, podle kterého minimálního nebo maximálního požadavku má nastavit pracovní charakteristiku. Tento konkrétní systém byl v loňském roce doplněn o FVE (výkon 9,9 kWp, baterie 10,65 kWh), u tepelného čerpadla došlo k upgradu FW. Analýza monitorovaných údajů využití součinnosti tepelného čerpadla a FVE ukazuje koeficient využití cca 60 procent ze solárních zisků, což významně zlepšuje ekonomickou bilanci provozních nákladů.

Obvyklé pořizovací náklady na fotovoltaickou elektrárnu (cca 10 kWp, 10,65 kWh baterie, včetně komplet montáže a administrativy) pro RD vychází na cca 380 000 až 440 000 Kč, v závislosti na provedení. Servisní náklady jsou obvykle blízké nule. Je ovšem nutné počítat s retrofitem části technologie (zejména bateriové pole a střídač) v období 10 až 15 let od instalace.

Velké budovy

Optimální návrh zařízení a systémů pro tvorbu vnitřního prostředí ve větších stavbách je vždy individuální, jako kompromisní výsledek činnosti specialistů z oblasti TZB, požární bezpečnosti, statiky, projektování (právě u velkých a náročných staveb ideálně v prostředí BIM) a dalších techniků. V návrhu je třeba respektovat řadu legislativních předpisů v závislosti na velikosti stavby a jejím účelu.

Velmi podstatné je hledisko budoucího uživatele a provozovatele, kteří bývají odlišní od investora (stavebníka). Je třeba si uvědomit, že kvalita vnitřního prostředí zásadně ovlivňuje kvalitu využití stavby (samozřejmě nejen „velké“) a pohodu uživatelů. Těm, ale i jejich zaměstnavatelům, by nemělo být jedno, jak se cítí, jakou mají pracovní výkonnost, nemocnost apod. Toto je právě náplní commissionera, který je v této fázi zastupuje – resp. měl by zastupovat, protože to u nás dosud není zavedeno – a dohlíží na optimalizaci celkového řešení budovy z jejich pohledu. Je třeba si uvědomit, že ve fázi přípravy a projektu stavby se rozhoduje o uplatnění až 80 % nákladů na stavbu.

Pokud se v průběhu výstavby nebo dokonce až užívání po dokončení budovy zjistí, že řešení je nevyhovující a je třeba ho změnit, lze to velmi omezeně nebo za cenu významného navýšení pořizovacích nákladů. Otázkám commissioningu a facility managementu v oblasti TZB bude věnován příští příspěvek.

Doc. Ing. Jan Pašek, Ph.D., Ing. Václav Ježek, Ph.D.
Autoři působí na Fakultě aplikovaných věd, Západočeské univerzity v Plzni.

Text vyšel v časopisu TZB 2/2024.