Projektování centrálního větrání bytových domů

Revitalizace bytových domů přináší už celá desetiletí trvalé zásadní zlepšení jejich tepelně-technických vlastností. Původně vzhledově nepěkné domy se promyšlenou rekonstrukcí poměrně rychle mění v pohledově estetické bytové objekty, což má v konečném důsledku pozitivní dopad jak na celkový vzhled lokality, v níž se nacházejí, tak i na lidi, pro něž daná lokalita tvoří příjemný domov.

Rekonstrukce obvodového a střešního pláště domu v podobě jeho zateplení a výměna otvorových stavebních konstrukcí (okna, světlíky, vchodové a balkonové dveře) bezpochyby napomáhají ke značnému snížení provozních nákladů na vytápění v zimním období (obr. 1). Dokonce tzv. přitápění v chladných přechodných ročních obdobích se stává celkem zbytečným. Špičkové materiály, moderní technologie a technologické postupy zabezpečují významné prodloužení životnosti bytového domu jako celku.
Avšak je otázkou, zda po tomto zásahu do vlastností obvodových stavebních konstrukcí se pro člověka zabezpečí i optimální mikroklima vnitřního prostředí v jednotlivých bytech.

Zateplení – redukce přirozeného větrání

Díky výměně starých otvorových konstrukcí za nové a díky kvalitním zateplovacím systémům, které jsou navrhovány za účelem dosáhnout maximálního snížení tepelných ztrát cestou dokonalého utěsnění celého stavebního objektu, dochází k výrazné redukci a v mnoha případech až k úplné absenci přirozeného větrání.

V bytě, kde byla kdysi netěsná okna, obvodový plášť bez zateplení, se jedná o desetinásobné až vícenásobné snížení přirozeného větrání oproti původnímu stavu. Na základě čeho? Tento fakt se jednoznačně promítá do vlastností vnitřních mikroklimatických podmínek, které začínají být pro obyvatele bytu nejen nevyhovující, ale dokonce zdraví škodlivé. V dlouhodobě nevětraném prostoru z pohledu organismu člověka se jedná hlavně o negativní vliv vysoké relativní vlhkosti vnitřního vzduchu, který je spolu s nízkou povrchovou teplotou na vnitřních stavebních konstrukcích prvotní příčinou vzniku a nárůstu tvorby plísní.

Zvyšující se vlhkost v nevětraném prostoru se v první fázi začne projevovat nadměrnou kondenzací vodních par na chladných zasklených površích (obr. 2). Její pomalé, téměř žádné vypařování vytváří živnou půdu pro plísně, které se v další fázi začnou velmi rychle rozmnožovat.
Dlouhodobá přítomnost plísní ve vnitřním prostředí má pro člověka fatální následky. Oslabují jeho imunitu a podporují vznik alergií či astmatu. Vlhkost ovlivní i pocit tepelně-vlhkostní pohody. Když je vysoká, vede k pocitům dusna, ztěžuje odpařování potu a snižuje ochlazování těla.

Nevětraný prostor má dále za následek i zvyšující se koncentraci oxidu uhličitého CO₂ vlivem dýchání člověka. Důkazem tohoto tvrzení je experimentální měření vykonané v bytovém domě, v prostoru ložnice pro dvě dospělé osoby (obr. 3). Koncentrace CO₂ už po uplynutí cca čtvrthodiny překročila maximální přípustnou koncentraci 1 500 ppm. Absence kyslíku v ovzduší má pro člověka za následek pocit únavy, ospalost až častou bolest hlavy.

Obě zmíněné veličiny (vlhkost a oxid uhličitý) mají jednu společnou charakteristiku, uživatel v bytě se na ně velmi rychle adaptuje, většina z lidí je není ani schopna relevantně posoudit. Tyto vlivy se bohužel projeví až za několik let, je tedy nutné jim předcházet včas, už při rekonstrukci objektu za účelem zateplování, a ne až za několik let. Proto musíme hovořit o tzv. komplexní obnově bytových domů, která v sobě zahrnuje nejen zmíněné zateplení obvodových stavebních konstrukcí a výměnu otevřených konstrukcí, ale i cílené vybudování řízeného nuceného větrání všech vnitřních obytných prostorů bytového domu. [1]

Způsoby (ne)větrání v bytovém domě

Velmi často bývá v technické zprávě v projektové dokumentaci pro revitalizaci objektu, v profesi vzduchotechnika, kde je naplánováno zateplení obvodového pláště a střechy obytné budovy, včetně výměny dveřních a okenních konstrukcí, uvedena věta: „Větrání bude zabezpečeno přirozeným způsobem“. Ale jak toho dosáhnout, když objekt bude utěsněn?

Otevírání oken přináší v dnešní době jen samá negativa. V zimním ročním období při nízké teplotě vnějšího vzduchu otevřené okno představuje jen ztrátu tepelné energie. V letním ročním období se zase naopak maří energie na výrobu chladu do chladicího zařízení (je-li v bytě instalováno). Ani nadměrný hluk z vnějšího prostředí nepřispívá ke zvýšení pohodlí domova.

Další alternativou je použití mikroventilace, která je součástí nových oken. Proč se tedy celý obvodový plášť bytového domu, včetně střešní konstrukce má utěsňovat, aby se následně záměrně tento proces degradoval? Skutečně se ve stavební praxi odehrávají protichůdné kroky, které postrádají logický smysl? Bez ohledu na fakt, že použití mikroventilace taktéž může vést k nezvratnému poškození oken a jejich navazujících částí.

Zaváděním laické veřejnosti je i projektování způsobu, který otázku dostatečného větrání bytového domu vyřeší jen v projektové dokumentaci, ne však ve skutečnosti. Použití tzv. ventilačních turbín (obr. 4), jimiž se nahradí nefunkční odtahový ventilátor na střeše objektu, je nevyhovující. Nehledě na fakt, že tyto turbíny byly původně vyvinuty a dodnes jsou stále konstruovány jen pro odvětrávání podstřešních prostorů, tedy bez nároku na překonání tlakových ztrát v potrubích použitých v bytových domech. Navíc tento systém pracuje v podtlakovém systému, který je plně závislý na energii větru. Výsledkem je nefunkční systém, který možná funguje pro uživatele těsně pod střechou, pro ostatní rozhodně není řešením, ale spíše přítěží. [1

Požadavky na větrání obytných budov v právních předpisech

U rekonstruovaných bytových domů, které prošly procesem zateplení, není možné spoléhat se jen na přirozené větrání. Tento způsob větrání je v době po rekonstrukci už plně nepostačující.
Jediným technickým řešením je vybudování systému řízeného nuceného větrání. Podporu pro toto tvrzení je možné najít v několika slovenských právních předpisech, které mají závazný charakter. Mezi nejvýznamnější patří následující dokumenty:

U rekonstruovaných bytových domů, které prošly procesem zateplení, není možné spoléhat se jen na přirozené větrání. Tento způsob větrání je v době po rekonstrukci už plně nepostačující.
Jediným technickým řešením je vybudování systému řízeného nuceného větrání. Podporu pro toto tvrzení je možné najít v několika slovenských právních předpisech, které mají závazný charakter. Mezi nejvýznamnější patří následující dokumenty:

• Vyhláška MZ SR č. 259/2008 Z. z. o podrobnostech o požadavcích na vnitřní prostředí budov a o minimálních požadavcích na byty nižšího standardu a na ubytovací zařízení,

• Vyhláška MVRR SR č. 311/2009 Z. z., jíž se ustanovují podrobnosti o výpočtu energetické hospodárnosti budov a obsah energetického certifikátu.

Mezi nezávazné, ale doporučené technické normy patří:

• STN EN 15251:2008 + STN EN 15251/Oa: 2012 Vstupní údaje o vnitřním prostředí budov na navrhování a hodnocení energetické hospodárnosti budov – kvalita vzduchu, tepelný stav prostředí, osvětlení a akustika,

• STN EN 13779:2007 Větrání nebytových budov. Všeobecné požadavky na větrací a klimatizační zařízení.

Vzhledem k tomu, že tvorba vnitřního prostředí centrálně upraveným vzduchem vyžaduje velké vzduchotechnické rozvody a poměrně vysoké energetické nároky, v drtivé většině případů je zvykem projektovat vydatnost vzduchotechnického zařízení na tzv. hygienické minimum, což znamená zabezpečit legislativou stanovený dostatek venkovního čerstvého vzduchu pro uživatele. [10]

V každém z výše uvedených dokumentů je možné najít zmínku o tom, proč, jak a kdy větrat. Za ten nejdůležitější se považuje závazná vyhláška MZ SR č. 259/2008 Sb. z., která se odvolává na STN EN 15251:2008. Zde je přesně definováno, jakým způsobem mají být obytné prostory větrány (Tab. 1). Citace z normy (Tabulka A.2, Tabulka B.5).

Dalším technickým parametrem, který vyhláška MZ SR č. 259/2008 Sb. z. dále zmiňuje jako závazný, je maximální přípustná koncentrace CO₂ v obytných prostorech. Zde je jako limit uvedena hodnota 1 500 ppm.
Na jedné straně je jasným způsobem požadováno, v jaké míře větrat tak, aby vnitřní prostředí bylo pro uživatele komfortní a zdravé, na straně druhé však stojí vlastníci či nájemníci bytů, jichž se nekvalitní vnitřní klima osobně dotýká a kteří v mnoha případech obývají prostory nesplňující požadavky na kvalitní prostředí. [1]

Řízené větrání s částečnou úpravou vnějšího vzduchu

Komplexně řešená vzduchotechnika v bytových domech doposud nebyla součástí projektové dokumentace. Podtlakové větrání hygienických místností (koupelna, toaleta) a odsávání par z kuchyně prostřednictvím digestoře neřešilo dlouhodobě udržitelný stav kvality vnitřního vzduchu. Přirozené větrání bylo jediným způsobem výměny znehodnoceného vnitřního vzduchu za čerstvý vnější vzduch, avšak na úkor vysoké energetické náročnosti systémů vytápění za účelem dodatečného upravení teploty vzduchu z vnějšího prostředí na požadované parametry.

Nutnost projektování a stavění novým způsobem v prvé řadě vychází z požadavku definovaného ve vyhlášce MDVRR SR č. 364/2012 Sb. z., která stanovuje, že obytné budovy postavené po 1. 1. 2015 musejí dosahovat energetické třídy A1 a od data 31. 12. 2020 musejí dosahovat energetické třídy A0 ve spotřebě primární energie. Znamená to také, že novostavby bytových domů nebudou po 1. 1. 2016 zkolaudovány, dokud neprokážou vystaveným energetickým certifikátem dosažení energetické třídy A1.

Jedním z několika řešení, která technická zařízení budov jako celek nabízejí, dosažení energetické třídy A1 v oblasti vzduchotechniky, představuje systém řízeného nuceného větrání s částečnou úpravou vnějšího vzduchu s aplikací vzduchotechnické rekuperační jednotky. [2]

Větrání s rekuperací – centrální systém

Systém centrálního větrání (obr. 5) se skládá z jedné nebo několika samostatných jednotek, které jsou umístěny na střeše bytového domu nebo v jeho technických prostorách a zabezpečují společné provětrávání bytů situovaných nad sebou, které spojuje společná svislá šachta se vzduchotechnickými potrubími pro přívod a odvod vzduchu. Aby bylo možné zabezpečit individuální provětrávání těchto bytů podle okamžitých požadavků uživatelů, je na vstupu a výstupu do každého bytu osazen regulátor objemového průtoku vzduchu.

Přívod upraveného vnějšího vzduchu je řešen do obytných místností, jako jsou obývací pokoje, ložnice či dětské pokoje. Odvod vzduchu zase z kuchyní, koupelen, toalet, případně z šaten. Regulátor objemového průtoku vzduchu zabezpečuje regulaci výkonu větrání v bytě. Pro řízení je možné použít manuální, automatické ovladače v kombinaci se snímači kvality vzduchu nebo snímači CO₂. Výkon centrální vzduchotechnické jednotky je tak neustále upravován za účelem dosažení optimálních podmínek životního prostředí pro lidi ve vnitřním prostředí, avšak zároveň při co možná nejnižší spotřebě provozních nákladů. [3], [5]

Významnou předností tohoto systému je, že zabezpečuje řízené větrání s aplikací rekuperace, tj. s využitím tepla z odváděného vzduchu, které v zimním období slouží k předehřátí chladného vnějšího vzduchu a naopak v letním období k předchlazení teplého až horkého vnějšího vzduchu. Vzájemné oddělení dvou proudů vnějšího a odváděného vzduchu v deskovém výměníku rekuperátoru vytváří vhodnou kvalitu přiváděného vzduchu s dostatečnou teplotou a vlhkostí, bez prašnosti vnitřního prostředí a se zredukováním případného zápachu v místnostech.

Díky rekuperaci je možné ušetřit až 7 GJ/rok na vytápění jednoho bytu dispozice 3+1, který je obsazen čtyřmi uživateli. Hlavním přínosem však zůstává zdravé vnitřní prostředí a s ním související snížení nemocnosti a v neposlední řadě též zvýšení hodnoty bytu a jeho příprava pro další užívání i budoucími generacemi. [1], [4]

Větrání s rekuperací – decentrální systém

V každém bytě je umístěna malá větrací jednotka, která zabezpečuje řízené větrání s rekuperací tepla. Umístěna je obvykle pod stropem v místnosti vstupní chodby do bytu, odkud je přiváděný vzduch veden podstropním rozvodem do obytných místností pomocí dýz s dalekým dosahem proudu vzduchu, talířovými ventily nebo obdélníkovými dvouřadovými vyústkami. Odvádění vzduchu je z hygienických místností a kuchyně. Přívod a odvod vnějšího vzduchu se řeší podle situace – zda se jedná o realizaci jednoho bytu či skupiny bytů, vše s přihlédnutím k protipožárním požadavkům.  

Objemový průtok vzduchu se počítá na základě hygienické dávky vnějšího (čerstvého) vzduchu na osobu. Na základě tohoto výpočtu jsou navrhovány vzduchotechnické jednotky do bytových domů s objemovým průtokem 60–120 m³/h vzduchu, v závislosti na počtu pokojů v bytě.

Samotná podstropní vzduchotechnická jednotka bývá většinou vybavena přívodním a odvodním EC-ventilátorem, rotačním rekuperačním výměníkem tepla s maximální účinností rekuperace 88 %, elektrickým ohřívačem sloužícím na dohřev vnějšího vzduchu a filtry vzduchu třídy F7.

Vzduchotechnické rozvody v souladu s protipožárními předpisy

Z hlediska požární bezpečnosti staveb návrh vzduchotechnické soustavy musí vycházet z tříd vlastností a analýzy rizika z harmonizovaných norem stavebních výrobků jako požadavky na třídu reakce na oheň, včetně tvorby kouře a opadávání a okapávání hořících částí a kapek a analýzy požárního rizika vzduchotechnických zařízení.

Normu STN 73 0872 Požární bezpečnost staveb. Ochrana staveb proti šíření požáru vzduchotechnickým zařízením je možné považovat pro návrh těchto výrobků v některých oblastech za překonanou. Návrh je vhodnější zpracovat podle STN EN 15423, která více odpovídá novým požadavkům na výrobky z hlediska požární bezpečnosti staveb.

V bytových domech se v bytech v minulosti navrhovalo jen odsávání. Na těchto rozvodech v instalačních šachtách a instalačních jádrech bytových jader nebyly navrhovány pro odsávání požární klapky, ale navrhovalo se požárně izolované ocelové potrubí s požární odolností vyvedené až nad plochou střechu stavby. Tuto zásadu by bylo dobré zachovat i v budoucnosti. Jako hlavní opatření byla místo průběžné šachty navrhována požární instalační jádra požárně utěsněná v každém podlaží. Při výměně rozvodů a instalací dochází k porušení ucpávek a použití nových stavebních výrobků, které nemají původní požární technické vlastnosti. Dokonce nejsou navrhovány požární klapky podle STN 73 0834.

V systémech VZT se v budovách navrhují nové požární klapky už od průměru 100 mm, umístěné blíže k sobě podle zkušebních podmínek, jak požaduje STN 73 0872. Výběr ovlivňuje konstrukce, přes kterou se klapka navrhuje (např. požární klapka v sendvičové konstrukci, v dřevěné konstrukci apod.), orientace konstrukce a velmi podstatnou vlastností je správné požární utěsnění požární klapky.

Pro výběr klapky je též rozhodující, zda je klapka osazena na potrubí, zda při požáru roztažnost potrubí nezpůsobí porušení klapky a zda vůbec musí být potrubí navazující na klapku. Nové klapky a potrubí jsou roztříděny do více klasifikačních tříd, které nemají stanovena národní kritéria, ale jsou použitelné při využití požárně inženýrského přístupu na základě základních vlastností.
Samozřejmě v odsávacích systémech od digestoří jsou klasické požární klapky nefunkční, jak vyplývá ze zkušební normy požárních klapek.

V systémech se využívají i větrací požární mřížky podle ETA. Ty však nejsou vhodné pro studený kouř.
V centrálních rozvodech je nutno navrhovat požární potrubí nebo požární šachty (případně jejich kombinace s požární celistvostí VZT-rozvodů). Nejdůležitější je však oddělení od únikových cest. Součástí by měly být i dilatační prvky s požární odolností. Na konci těchto rozvodů mohou být požární ventily podle ETA.

Větrání únikových cest (schodišť) jako varianta požárního větrání je samostatnou kapitolou a rekuperace se v nich zpravidla nenavrhuje.
Pro řízení kouře v budovách je nutný návrh měření a regulace kvůli zabezpečení bezpečného pohybu a pobytu osob v budovách. Jde například i o lokální kouřové hlásiče podle STN EN 14064.

Závěr

Systémy pro větrání, lépe řečeno systémy pro řízené větrání s rekuperací tepla, nejsou na světovém trhu ničím novým. V rámci výstavby bytových domů s nízkou spotřebou energie se velmi dobře etablovaly i na slovenském trhu. Jejich nabídka, variabilita a efektivita roste v některých bodech, hlavně co se týče účinnosti rekuperace, kde dosahují vysokých hodnot. Jedná se o systémy, které přinášejí majitelům nebo pronajímatelům nemovitostí – domů nebo bytů – výhody v mnoha úrovních.

Splnění požadavků obytné budovy na dosažení energetické třídy A1 a časem A0 výrazně ovlivní volbu vzduchotechnické soustavy. Vyhodnocení soustav z hlediska prostorové náročnosti instalace, investičních nákladů na realizaci díla, nákladů na primární energie, úspor nákladů na energie využitím zpětného zisku tepla (případně vlhkosti), úspor nákladů na energii ventilátorů se odrazí ve výsledné a určující hodnotě návratnosti investičních nákladů.

Poděkování

Tento příspěvek vznikl za podpory stavební firmy – developerské společnosti v oblasti nízko-energetické a ekologické výstavby SMF MARKO, s.r.o., Trnava.

LITERATURA

[1]     BAŽANT, M.: Větrání s rekuperací tepla v bytových (panelových) domech.
www.tzb-info.cz
[2]    FÜRI, B. – KURČOVÁ, M.: Termomechanika. Cvičenia. Bratislava: Vydavateľstvo STU, 2014. 350 s. ISBN 978-80-227-4132-3.
[3]    KASSAI, M. – KAJTAR, L. Cooling energy saved investigation of air-to-air heat-and energy exchangers. In: Nyers J., Stuparic D., Boros D. (szerk.) EXPRES 2016. 8th International Symposium on Exploitation of Renewable Energy Sources and Efficiency. Konferencia helye, ideje: Subotica, Szerbia, 2016.03.31 -2016.04.02. Subotica: [s. n.], 2016. pp. 6-10. ISBN:978-86-919769-0-3.
[4]    MALINOVÁ, K.: Nový zdroj tepla v 12-podlažnom bytovom dome. In Správa budov.
Roč. 6, č. 1. s. 40-42., 2012. ISSN 1337-6233.
[5]     NÉMETHOVÁ, E. – KRAJČÍK, M.: Impact of lightweight envelope retrofit on the indo
    or air quality in a high-rise building. In E-NOVA 2015: Internationaler Kongress. Nachhaltige Gebäude. Pinkafeld, Österreich, 26.-27. 11. 2015. 1. vyd. Graz: Leykam
    Buchverlagsgesellschaft, 2015, s. 229 – 235.
[6]    https://sk.wikipedia.org/wiki/Panelov%C3%BD_dom
[7]    www.allworks.sk
[8]     www.istavebnictvo.sk
[9]     www.abcweb.cz
[10]    http://vetrani.tzb-info.cz/vnitrni-prostredi/6878-pozadovana-vymena-vzduchu-v-budovach-ako-sa-vyznat-v-platnej-legislative
[11]    www.atrea.sk
[12]    http://www.zeleneatrium.sk/smf-marko/

Text: doc. Ing. Juraj Olbřímek, Ph.D., doc. Ing. Zuzana Straková, Ph.D.
Autoři pracují na Stavební fakultě Slovenské technické univerzity v Bratislavě

Článek byl uveřejnen v časopisu TZB Haustechnik 4/2016.