Větrání řízené skutečnou potřebou

Lidé v současnosti tráví většinu dne v budovách – na pracovišti nebo ve škole a následně ve svém domově. Z tohoto důvodu by měl být kladen velký důraz na dobrou kvalitu vnitřního prostředí, kterou mimo jiné zajišťuje větrací systém. Přívod čerstvého venkovního vzduchu a odvod znečištěného vzduchu s vysokou vlhkostí, zápachy a výpary je třeba zajistit v každém vnitřním prostředí.

Mnoho systémů nuceného větrání pracuje na základě časové regulace – systém je nastaven na určitý konstantní výkon. Během větrání se vymění dané množství kubických metrů vzduchu na osobu za hodinu, nezávisle na aktuálním počtu lidí ve větraném prostoru. Jednoduše řečeno – v některých případech se větrá nedostatečně a naopak jindy mnohem více, než je potřeba. Z energetického a tedy i ekonomického hlediska jde o velmi neúsporné řešení. Pokud je právě z důvodů energetických úspor použita recirkulace vzduchu (část vnitřního vzduchu se po smíšení s venkovním vzduchem vrací do místnosti), může se významně zhoršit kvalita vnitřního vzduchu.

Měření koncentrace oxidu uhličitého
Koncentrace oxidu uhličitého (CO₂) ve vzduchu je vhodným indikátorem znečištění vnitřního vzduchu, protože velmi dobře zohledňuje počet lidí přítomných ve větraném prostoru.

Vzduch zemské atmosféry je tvořen přibližně: 78 % dusíku, 21 % kyslíku, 0,4 % vodních par, 0,04 % CO₂. Zbytek tvoří vzácné plyny a další složky. Oxid uhličitý je tedy přirozenou plynnou součástí zemské atmosféry. Koncentrace CO₂ v přírodě je okolo 0,04 % neboli 400 ppm (jednotka ppm vyjadřuje počet objemových jednotek plynu v miliónu objemových jednotek vzduchu; ppm – akronym z angličtiny parts-per-million). Vyšší koncentrace než 400 ppm se ve venkovním prostředí vyskytují v okolí dopravních tepen s vysokým provozem, v okolí průmyslových zón, spaloven apod.

Procesem dýchání dochází ke změně vdechovaného kyslíku na oxid uhličitý. Vydechovaný vzduch dospělého člověka obsahuje průměrně okolo 35 000 až 50 000 ppm CO₂, což je přibližně 100krát vyšší koncentrace než ve venkovním vzduchu. Bez dostatečného přívodu venkovního vzduchu proto logicky v uzavřených prostorách dochází k nárůstu koncentrace CO₂. Hodnotu koncentrace oxidu uhličitého ve vnitřním vzduchu je tedy možné považovat za důležitý ukazatel kvality vzduchu v uzavřených prostorách. Tento princip je celosvětově uznávaný a mnoho norem a předpisů se váže právě ke koncentraci oxidu uhličitého. Nejčastěji je jako základní kritérium používáno Pettenkoferovo kritérium, jež udává jako optimální koncentraci CO₂ do 1 000 ppm (0,1 %). Pro dodržení tohoto požadavku je nutno přivést 25 m³/h vnějšího vzduchu na osobu.
 
Kolik CO₂ je už příliš?
Oxid uhličitý je pouhým okem neviditelný a bez zápachu. Při překročení určitých hodnot však dochází k únavě a k poklesu schopnosti koncentrace. Je to způsobeno tím, že při nedostatečném větrání spolu s rostoucí koncentrací CO₂ roste i koncentrace dalších znečišťujících látek, jako jsou bakterie, zápachy, čpavek, různé těkavé organické látky apod. Spolupůsobením těchto faktorů pak dochází k nepříjemným pocitům spojeným s vydýchaným vzduchem. Zvýšená koncentrace CO₂ je tedy indikátorem snížené kvality vzduchu, nikoliv přímou příčinou nepříjemných pocitů spojených se znečištěným vzduchem. Sledováním koncentrace CO₂ v čase lze určit výkonnost ventilace a je možné stanovit i objemový průtok přiváděného vzduchu za hodinu na osobu. Je tedy možné monitorováním koncentrace CO₂ zkontrolovat funkčnost větrání v závislosti na počtu lidí v uzavřeném prostoru a čase.

Zejména v prostorách s větším množstvím lidí, jako jsou například kanceláře, školy, divadla a zdravotnická zařízení, je dopad nedostatečného větrání zjištěný měřením koncentrací CO₂ ve vzduchu velmi patrný.
Koncentrace CO₂ do 5 000 ppm nepředstavují vážné nebezpečí z hlediska trvalých následků na lidském zdraví. Ovšem podle výzkumů dochází již při zvýšené koncentraci CO₂  nad 1 000 ppm k ospalosti, letargii, únavě a poklesu schopnosti koncentrace a k nepříjemnému pocitu vydýchaného vzduchu. Zvýšená koncentrace CO₂ má vliv na pokles produktivity a výkonnosti člověka. Pokud tedy koncentrace CO₂ ve vnitřních prostorách překročí hranici 1 000 ppm, je vhodné zvýšit výkon větracího systému z důvodu zajištění komfortu přítomných osob. Na druhou stranu pokud koncentrace CO₂ poklesne pod 800 ppm, lze to považovat za plýtvání, neboť je nadbytečně spotřebovávána energie na ohřev, případně chlazení přiváděného vzduchu.

Příklady koncentrace CO₂

Větrání řízené skutečnou potřebou
Současné technologie dovolují snadno a relativně levně monitorovat koncentraci CO₂ ve vzduchu a na základě získaných hodnot pak řídit větrací systémy tak, aby byla zajištěna dobrá kvalita vzduchu a současně byla minimalizována energetická náročnost. Často se využívá okamžité naměřené hodnoty koncentrace CO₂ pro spojité řízení výkonu systému. Takovéto systémy se označují zkratkou DCV (akronym z anglického názvu Demand Control Ventilation) a jsou užitečné obzvlášť pro prostory s proměnným počtem lidí. Výkon ventilace se průběžně mění v závislosti na počtu přítomných.

Principy měření a typy přístrojů
Pro měření koncentrace CO₂ ve vzduchu se využívá několik principů. V současné době jsou nejrozšířenější čidla pracující na základě infračervené absorpční metody (tzv. metoda NDIR – Non-Dispersive Infra Red) a dále čidla pracující na elektrochemickém principu. Každý princip má své výhody a nevýhody.

Čidla NDIR jsou obecně přesnější, dlouhodoběji stabilnější, měří koncentraci již od nulové hodnoty, ale jejich nevýhodou je o něco vyšší cena. Elektrochemická čidla jsou naopak levnější, s nižší životností i přesností. Tato čidla mají obvykle vestavěnou  autokalibrační funkci, která zajišťuje automatickou periodickou kalibraci čidla podle koncentrace ve venkovním prostředí, čímž je eliminováno stárnutí čidla a zajištěna dlouhodobá stabilita parametrů.

Čidla všech typů mají obvykle spojitý napěťový výstup (0–10 V) nebo proudový výstup (0–20/4–20 mA), kterým předávají informaci o aktuální hodnotě koncentrace CO₂ ve vzduchu nadřízenému systému regulace.

Závěr
Dostatečný přívod čerstvého vzduchu do pobytových místností je základním předpokladem pro pohodlí i produktivitu přítomných osob. Při současné snaze o maximalizaci energetických úspor je velmi vhodné využít řízení větrání na základě skutečné potřeby – počtu přítomných osob. Oxid uhličitý lze snadno využít jako hodnotící kritérium, neboť jeho produkce osobami je dobře známá. Výhodou je, že jej lze snadno měřit a monitorovat.

Řízení větrání na základě měření koncentrace oxidu uhličitého lze využít i v zemědělství pro velkochovy hospodářských zvířat a při pěstování zeleniny, hub a podobně. Udržování koncentrace CO2 na optimální úrovni pro danou aplikaci umožňuje získat maximální užitkovost nebo nejvyšší výnosy.

Ing. Miloš Žáček
Autor je jednatelem společnosti Protronix, s. r. o.

Foto: Protronix, archiv redakce

Článek byl uveřejněn v časopisu TZB HAUSTECHNIK.