Řízené větrání bytových domů s částečnou úpravou vnějšího vzduchu

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

Rekonstrukce obvodového a střešního pláště domu v podobě jeho zateplení a výměny otvorových vsazených konstrukcí (okna, světlíky, vchodové a balkonové dveře) bezpochyby napomáhají ke značnému snížení provozních nákladů na vytápění v zimním období.

Dokonce tzv. přitápění v chladných přechodných ročních obdobích se stává zcela zbytečným. Materiály špičkové kvality, moderní technologie a technologické postupy zajišťují významné prodloužení životnosti bytového domu jako celku.

Nicméně otázkou je, zda po tomto zásahu do vlastností obvodových stavebních konstrukcí se pro obyvatele i nadále vytvoří a dlouhodobě zajistí optimální mikroklima vnitřního prostředí v jednotlivých bytech.

Výměna otvorových konstrukcí a degradace přirozeného větrání

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

V bytě, kde byla kdysi netěsná okna, jde až o desetinásobné i 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 až zdraví škodlivé.

V dlouhodobě nevětraném, resp. v dlouhodobě nedostatečně větraném vnitřním 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 růstu plísní.

Zvyšující se vlhkost v nevětraném prostoru se v první fázi začne projevovat nadměrnou kondenzací vodní páry na chladných zasklených površích (obr. 2).

Její pomalé, téměř žádné vypařování vytváří živnou půdu pro plísně (obr. 3), které se v druhé 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 ovlivňuje 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 stoupající koncentrace oxidu uhličitého CO₂ vlivem dýchání člověka. Důkazem tohoto tvrzení je experimentální měření provedené v obytném domě, v prostoru ložnice pro dvě dospělé osoby (obr. 4). Koncentrace CO₂ již 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 lidí je není ani schopná relevantně posoudit. Tyto vlivy se bohužel projeví až za několik let, je tedy nezbytné jim předcházet včas, už při obnově budovy, a ne až za několik let. Proto musíme hovořit o obnově bytových domů, která v sobě zahrnuje nejen zmíněnou výměnu otvorových konstrukcí, ale i cílené vybudování řízeného nuceného větrání všech vnitřních obytných prostor bytového domu. [1]

Způsoby (ne)větrání v obytném domě

Velmi často bývá v technické zprávě v projektové dokumentaci pro obnovu budovy, v profesi Vzduchotechnika, kde je naplánováno zateplení obvodového pláště a střechy obytné budovy, včetně výměny dveřních a okenních konstrukcí, uvedena věta: „Větrání bude zajištěno přirozeným způsobem.“ Ale jak toho dosáhnout, když nové otvorové konstrukce jsou velmi těsné?

Otevřené okno v zimním ročním období při nízké teplotě venkovního vzduchu představuje jen ztrátu tepelné energie. V letním období se zas naopak maří energie na výrobu chladu do chladicího zařízení (pokud je v bytě instalováno). A ani nadměrný hluk z venkovního prostředí nepřispívá ke zvýšení pohodlí domova.

Další alternativou je použití mikroventilace, která je součástí nových oken. Skutečně se ve stavební praxi odehrávají protichůdné kroky, kterým chybí logický smysl? Zaváděním laické veřejnosti je i projektování způsobu, který otázku dostatečného větrání bytového domu vyřeší jen v projektové dokumentaci, nikoli však ve skutečnosti. Použití tzv. ventilačních turbín (obr. 5), kterými se nahradí nefunkční odtahový ventilátor na střeše objektu, je nevyhovující.

Kromě toho tyto turbíny byly původně vyvinuty a dodnes jsou stále konstruovány pouze pro odvětrávání podstřešních prostor, tedy bez nároku na překonání tlakových ztrát v potrubí použitých v bytových domech. Navíc tento systém pracuje v podtlakovém systému, který je plně závislý pouze na energii větru. Výsledkem je nefunkční systém, který možná funguje pro uživatele bytů žijících těsně pod střechou, pro ostatní rozhodně není řešením, ale spíše přítěží. [1]

Požadavky na větrání obytných budov v předpisech

U bytových domů po obnově nelze spoléhat pouze na přirozené větrání. Tento způsob větrání je v čase po obnově už zcela nedostatečný. Jediným technickým řešením je vybudování systému řízeného nuceného větrání. Podporu pro toto tvrzení lze nalézt ve více předpisech, které jsou samozřejmě závazné.

Opřít se samozřejmě lze i o platné technické normy, například ČSN EN 16798-1: 2020 Energetická náročnost budov. Větrání budov. Část 1: Vstupní parametry vnitřního prostředí pro návrh a posouzení energetické náročnosti budov s ohledem na kvalitu vnitřního vzduchu, tepelného prostředí, osvětlení a akustiky – Modul M1-6.

Vzhledem k tomu, že tvorba vnitřního prostředí centrálně upraveným vzduchem vyžaduje velké vzduchotechnické rozvody a poměrně vysokou potřebu energie, v drtivé většině případů je zvykem projektovat vydatnost vzduchotechnického zařízení jen na tzv. hygienické minimum, což znamená zajistit přívod legislativou stanoveného dostatku venkovního čerstvého vzduchu pro lidi. [11]

Ve zmíněné technické normě ČSN EN 16798-1: 2020 je i přesně definováno, jakým způsobem mají být obytné prostory větrány (tab. 1, tab. 2), doporučení o větrání lze ovšem najít v celé řadě dokumentů.

Projektant vzduchotechniky častěji pracuje s objemovým průtokem vzduchu uváděným v měrných jednotkách (m³/h) (tab. 3). Pro srovnání jsou v tabulkách 4 a 5 uvedeny hygienické požadavky na mikroklima vnitřního prostředí ve vybraných zahraničních předpisech.

Dalším technickým parametrem, který se označuje jako závazný (viz například vyhláška č. 20/2012 Sb., kterou se mění vyhláška č. 268/2009 Sb., o technických požadavcích na stavby), je maximální přípustná koncentrace CO₂ v obytných prostorách. Zde je jako limit uvedena hodnota 1 500 ppm.

Na jedné straně se jasným způsobem požaduje, v jaké míře je třeba větrat tak, aby vnitřní prostředí bylo pro uživatele komfortní a zdravé, na straně druhé však stojí vlastníci či nájemníci bytů, kterých 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 dosud ve většině případů nebyla součástí projektové dokumentace. Podtlakové větrání hygienických místností (koupelna, toaleta) a odsávání vodní páry z kuchyně prostřednictvím digestoře neřešilo dlouhodobě udržitelný stav kvality vnitřního vzduchu.

Přirozené větrání bylo jediným způsobem výměny znehodnoceného vnitřního vzduchu za vnější čerstvý vzduch, avšak na úkor potřeby energie systémů vytápění za účelem dodatečného upravení teploty vzduchu z vnějšího prostředí na požadované parametry teploty.

Jedním z několika řešení, která technická zařízení budov jako celek nabízejí, dosažení energetické třídy A0 v oblasti vzduchotechniky představuje systém řízeného nuceného větrání s částečnou úpravou vnějšího vzduchu s aplikací vzduchotechnické jednotky, která využívá energii z odpadního vzduchu ve formě zpětného získávání tepla [2]. V podstatě se jedná o větrací jednotky s rekuperačním nebo regeneračním výměníkem tepla.

Centrální vzduchotechnická soustava – větrání s rekuperací

Systém centrálního větrání (obr. 6) se skládá z jedné nebo několika samostatných jednotek, které jsou umístěny na střeše bytového domu nebo v jeho technických prostorech a zajišťují společné provětrávání bytů situovaných nad sebou, které spojuje společná svislá šachta se vzduchotechnickými potrubími pro přívod a odvod vzduchu. Aby bylo možné zajistit individuální větrání těchto bytů podle okamžitých požadavků uživatelů, je na vstupu a výstupu do každého bytu osazen regulátor objemového průtoku vzduchu.

Přívod upraveného venkovního vzduchu je řešen do obytných místností, jako jsou obývací pokoje, ložnice či dětské pokoje; odvod vzduchu zase z kuchyní, koupelen, toalet, případně ze šatníků. Regulátor objemového průtoku vzduchu zajišťuje regulaci vydatnosti větrání v bytě. Pro řízení lze použít manuální nebo automatické ovladače v kombinaci se snímači kvality vzduchu nebo čidly CO₂.

Výkon centrální vzduchotechnické jednotky je tak neustále upravován za účelem dosažení optimálních podmínek životního prostředí pro lidi ve vnitřním prostředí, ale zároveň při co možná nejnižší spotřebě energií jakéhokoliv druhu [3], [5].

Významnou předností tohoto systému je, že zajišťuje řízené větrání s aplikací rekuperace, tj. s využitím tepla z odváděného vzduchu, které v zimním období slouží pro předehřev chladného venkovního vzduchu, a naopak v letním období na předchlazení teplého až horkého venkovního vzduchu.

Vzájemné oddělení dvou proudů venkovního a odváděného vzduchu v deskovém výměníku rekuperátoru vytváří vhodnou kvalitu přiváděného vzduchu s dostatečnou teplotou a vlhkostí, bez prašnosti vnitřního prostředí a se snížením případného zápachu v místnostech.

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

Decentrální vzduchotechnická soustava – větrání s rekuperací

Tato vzduchotechnická soustava je založena na principu, že v každém bytě je umístěna malá větrací jednotka, která zajišťuje řízené větrání bytu 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 trysek s dalekým dosahem proudu vzduchu, talířovými ventily nebo obdélníkovými dvojřadovými vyústkami s regulací objemového průtoku vzduchu.

Odvádění vzduchu je z hygienických místností a kuchyně. Přívod a odvod venkovního vzduchu lze řešit dvěma způsoby. Tzv. centrálním, tj. společným přívodem venkovního vzduchu (ODA) a odvodem odpadního vzduchu (EHA) do venkovního prostředí, pro všechny byty situovány nad sebou společně. Tato dvě vzduchotechnická potrubí jsou vedena společnou instalační šachtou s vyústěním na střechu bytového domu (obr. 7).

Druhý způsob přívodu a odvodu venkovního vzduchu spočívá v jeho nasávání (ODA) a vyfukování (EHA) v rámci obvodové stěny příslušného bytu (obr. 8). V tomto případě je však důležité správné umístění sacího a výfukového otvoru jednak ve vztahu k otvorovým konstrukcím (okna, balkónové dveře), jednak ve vzájemném vztahu mezi sebou. Pokud by otvor (opatřený protidešťovou žaluzií) byl příliš blízko k otvoru určenému na vyfukování odpadního vzduchu, mohlo by za jistých povětrnostních podmínek dojít k zpětnému nasátí již znehodnoceného vzduchu škodlivinami, což je samozřejmě nežádoucí.

Požadavky na protipožární bezpečnost staveb – všeobecně

Směrodatnými vyhláškami České republiky z hlediska požární ochrany jsou vyhláška č. 246/2001 Sb. o požární prevenci, avšak pro účely projektování konkrétních vzduchotechnických soustav je důležitá vyhláška č. 23/2004 Sb., kterou se stanoví technické požadavky na protipožární bezpečnost při výstavbě a při užívání staveb. Ve smyslu této vyhlášky je byt pokládán za samostatný požární úsek (obr. 9), jakož i instalační šachta, do které jsou vyvedena vzduchotechnická potrubí pro přívod a odvod vnějšího vzduchu.

Z toho vyplývá, že při každém přestupu potrubí hranicí požárního úseku musí být potrubí opatřeno požární klapkou, která by v případě požáru zabránila nežádoucímu šíření požáru vzduchotechnickým potrubím, ať už z bytu do instalační šachty, nebo opačně. Existuje však výjimka, která umožňuje procházet vzduchotechnickým potrubím přes hranici požárního úseku bez požární klapky, ale pouze v případě, že maximální průřezová plocha potrubí je 0,04 m² (což odpovídá rozměrům potrubí např. 200 x 200 mm).

Dalším důležitým aspektem vyplývajícím z vyhlášky je skutečnost, že vzduchotechnická jednotka, která není instalována ve strojovně vzduchotechniky, tj. v samostatné místnosti, která je považována za samostatný požární úsek, může zásobovat upraveným vzduchem jen prostory bytu, ve kterém je instalována. Z toho vyplývá, že je nepřípustné, aby na jednu vzduchotechnickou jednotku byly napojeny dva byty, případně více bytů situovaných v rámci jednoho podlaží, popřípadě situovaných nad sebou (obr. 10).

Vzduchotechnické rozvody v souladu s požadavky na protipožární bezpečnost staveb

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 odpadávání a odkapávání hořících částí a kapek, a analýzy požárního rizika vzduchotechnických zařízení.

Technickou normu ČSN 73 0872: 1996 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 dle ČSN EN 15423: 2011, která více odpovídá novým požadavkům na výrobky z hlediska požární bezpečnosti staveb.

Jak již bylo zmíněno, v bytových domech se v minulosti navrhovalo jen odsávání znehodnoceného vzduchu z hygienických místností a kuchyně. Na těchto rozvodech v instalačních šachtách bytových jader se nenavrhovaly požární klapky, ale navrhovalo se požární izolované ocelové potrubí s příslušnou požární odolností, které bylo vyvedené až nad plochou střechu bytového domu.

Tuto zásadu by bylo dobré zachovat i do budoucna. Jako hlavní opatření se místo průběžné šachty navrhovala požární instalační jádra požárně utěsněná na každém podlaží. Při výměně rozvodů a instalací však docházelo k porušení ucpávek a k použití nových stavebních výrobků, které nemají původní požární technické vlastnosti. Dokonce se nenavrhovaly ani požární klapky dle ČSN 73 0834: 2011 Požární bezpečnost staveb. Změny staveb.

Ve vzduchotechnických rozvodech se v některých budovách navrhují nové požární klapky již od průměru 100 mm, které jsou umístěny blíže k sobě podle zkušebních podmínek, jak požaduje ČSN 73 0872: 1996. Výběr požární klapky ovlivňuje konstrukce, přes kterou se klapka navrhuje (např. požární klapka v sendvičové konstrukci, v dřevěné konstrukci apod.), dále orientace konstrukce a velmi podstatnou vlastností je i správné požární utěsnění požární klapky.

Pro výběr klapky je také 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 požární klapky a potrubí jsou roztříděny do několika klasifikačních tříd, které nemají stanovená národní kritéria, ale jsou použitelné při využití požárně-inženýrského přístupu na základě základních vlastností.

V centrálních rozvodech vzduchotechniky je nezbytné navrhovat požární potrubí nebo požární šachty, případně jejich kombinaci s požární celistvostí vzduchotechnických rozvodů. Součástí by měly být i dilatační prvky s požární odolností. Na konci těchto rozvodů mohou být osazeny požární ventily [4].

Závěr

Vzduchotechnické soustavy pro větrání, lépe řečeno pro řízené větrání s částečnou úpravou vzduchu, včetně využití některé z možností zpětného zisku tepla z odpadního vzduchu, nejsou ve světě ničím novým. V rámci výstavby nových 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 či regenerace, kde dosahují vysokých hodnot. Jedná se o systémy, které přinášejí pro majitele nebo pronajímatele nemovitosti – domu nebo bytu – výhody v mnoha směrech.

Splnění požadavků bytové budovy k dosažení energetické třídy A0 výrazně ovlivní volbu vzduchotechnické soustavy. Vyhodnocení soustav z hlediska prostorové náročnosti instalace, investičních nákladů na realizaci díla, nákladů na primární energii, úspor nákladů na energii využitím zpětného získávání tepla (případně vlhkosti), úspor nákladů na vlastní spotřebu energie ventilátorů – toto vše se odrazí na výsledné a určující hodnotě návratnosti investičních nákladů.

Literatura

[1]            BAŽANT, M.: Vetranie s rekuperáciou tepla v bytových (panelových) domoch. www.tzb-info.cz

[2]            KURČOVÁ, M. – KOUDELKOVÁ, D.: Vykurovanie. Cvičenia. Bratislava: Vydavateľstvo Spektrum STU, 2020. 173 s. ISBN 978-80-227-5002-8.

[3]            MASARYK, M. – MLYNÁR, P. Tepelné zisky cez strechy – problém alebo potenciál? In TZB Haustechnik. ISSN 1210-356X, 2019, roč. 27, č. 3, s. 42-43.

[4]            OLBŘÍMEK, J. – STRAKOVÁ, Z. Design of the Central Ventilation System for Residential Buildings in accordance with the Fire Safety of Building’s Requirements. In Proceedings of the ATF 2016, 4^th International Conference on Applied Technology. Leuven, Belgium, 15-16.9.2016. [on-line] Leuven: The Katholieke Universiteit Leuven, Laboratory of Soft Matter and Biophysics, 2016. ISBN 9789086497966, EAN 9789086497966. p. 227-232.

[5]            PRIBYL, P. Radiálne ventilátory a možnosti ich regulácie. In Vetranie a klimatizácia 2016: zborník prednášok z 18. vedecko-odbornej konferencie na tému Zelená úsporám energie. Štrbské Pleso, Vysoké Tatry, 2.-3.6.2016. Bratislava: SSTP, 2016. ISBN 978-80-89216-92-5. s. 33-38.

[6]            https://www.akebyty.sk/panelak/1597

[7]            https://www.akostavat.com/plastove-okna-a-plesen

[8]            https://purity.designuspro.com/sk/sovety/plesen-na-plastikovyx-oknax.html

[9]            www.istavebnictvo.sk

[10]          https://www.abcweb.cz/ventilacne-turbiny-lomanco

[11]          http://vetrani.tzb-info.cz/vnitrni-prostredi/6878-pozadovana-vymena-vzduchu-v-budovach-ako-sa-vyznat-v-platnej-legislative

[12]          www.atrea.sk

Tabulky

Tab. 1 Příklady doporučených návrhových hodnot operativní teploty pro navrhování budov a systémů techniky prostředí

Typ budovy (prostor)	Kategorie	Operativní teplota (°C)
		Minimum na vytápění (zimní období) ~ 1,0 clo	Maximum na chlazení (letní období) ~ 0,5 clo
Bytové budovy: obytné místnosti (kotelny, kuchyně) sedavé činnosti 1,2 met	II	20,0	26,0
Bytové budovy: ostatní prostory (haly, sklady) stání/chození 1,6 met	II	16,0	bez požadavků

 

Tab. 2 Příklady intenzity větrání u bytových budov. Kontinuální provoz během obsazení budovy. Kompletní směšování.

Kategorie	Intenzita výměny vzduchu		Obývací pokoje a kotelny, množství vnějšího vzduchu (ODA)		Množství odváděného vzduchu (ETA = EHA) (l/s)
	(l/(s.m2))	(1/h)	(l/(s.os))	(l/(s.m2))	Kuchyně	Koupelna	Toaleta
II	0,42	0,6	7	1,0	20	15	10

 

Tab. 3 Přepočet tabulky 2 z měrné jednotky (l/s) na (m³/h)

Kategorie	Intenzita výměny vzduchu		Obývací pokoje a kotelny, množství vnějšího vzduchu (ODA)		Množství odváděného vzduchu (ETA = EHA) (l/s)
	(l/(s.m2))	(1/h)	(l/(s.os))	(l/(s.m2))	Kuchyně	Koupelna	Toaleta
II	1,512	0,6	25,2	3,6	72	54	36

 

Tab. 4 Požadavky na větrání obytných místností – nejen zahraniční předpisy

Předpis	Intenzita výměny vzduchu (1/h)	Množství odváděného vzduchu (ETA = EHA)
DIN 4701	0,5	–
VDI 2088	0,4 – 0,8	–
NKB Publication	≥ 0,5	30 m3/h
BSF 1998:38	0,4	1,26 m3/(h.m2)
ASHRAE	–	27 m3/h
ČSN 73 0540	0,1 – 0,5	–
ČSN EN 15251	0,07 – 0,7	15; 25; 36 m3/h 2,16 – 5 m3/(h.m2)
ČSN EN 15665/Z1	0,5	25 m3/(h.os)

 

Tab. 5 Požadavky na větrání kuchyně a hygienických místností – nejen zahraniční předpisy

Předpis	Množství odváděného vzduchu (ETA = EHA) (m3/h)
	Kuchyně	Koupelna	Toaleta
DIN 18017/3	40 – 60	–	20 – 30
DIN 1946/6	40 – 60	40 – 60	20 – 30
ECE Compendium	36 – 180	36 – 180	–
BSF 1998:38	36 – 54	36 – 108	36
ČSN EN 15251	50 – 72	36 – 54	25 – 36
ČSN EN 15665/Z1	150	90	50