Větrání a rekuperace vzduchu

Většina novostaveb v nízkoenergetickém či pasivním standardu, je téměř absolutně vzduchotěsná. U takovýchto objektů je zapotřebí zajistit dostatečnou výměnu vzduchu ventilačním systémem. Každý moderní ventilační systém by měl obsahovat rekuperaci vzduchu.

Pojem "rekuperace" znamená zpětné získávání zbytkové neboli odpadní energie pro její další využití. Rekuperace vzduchu tedy znamená zpětné získávání tepla z odpadního vzduchu pro další využití. Nejjednodušším principem rekuperace je jednoduchý výměník vzduch-vzduch, ve kterém odpadní vzduch předává teplo přívodnímu vzduchu. Tedy odpadní vzduch se ve výměníku nejprve ochladí a pak je chladnější odveden z objektu, zatímco čerstvý vzduch je nasáván přes výměník, kde se ohřeje a pak je již předehřátý přiváděn do místností. I v případě, že za rekuperátorem není instalován žádný dohřev, vzduch přicházející z venkovního prostoru se ohřeje od odpadního vzduchu na teplotu velmi blízkou teplotě odpadního vzduchu. Je to dáno rozdílnou vlhkostí odpadního a venkovního vzduchu. Odpadní vzduch má v sobě více vlhkosti a při jeho ochlazení dochází ke kondenzaci a tím se uvolňuje další energie. Zatímco venkovní vzduch obsahuje méně vlhkosti a má menší kapacitu pojmout teplo, proto se ohřeje o vyšší teplotní rozdíl, než se ochlazuje odpadní vzduch.

V praxi to například znamená, že nasávaný venkovní vzduch o teplotě -5°C se od odpadního vzduchu nasávaného o teplotě 21°C ohřeje při účinnosti výměníku a stejných průtocích vzduchu na 18°C.

Nejběžněji používané výměníky v rekuperačních jednotkách jsou výměníky křížové popřípadě protiproudé. Rozdíl mezi protiproudým a křížovým výměníkem je v dráze jednotlivých kanálků pro jednotlivé proudy vzduchu. Křížovým výměníkem prochází čerstvý a odpadní vzduch kolmo na sebe, zatímco u protiproudého výměníku proudí liniově proti sobě. U protiproudého výměníku tedy vzniká delší dráha pro rovnoměrné předání energie, a proto dosahuje většího efektu. Obecně se tedy u protiproudých výměníků dosahuje vyšší účinnosti než u křížových. Špičkové rekuperační výměníky mohou dosahovat účinností až přes 90%.

1. Křížový výměník                                                       2. Protiproudý výměník

Ventilační rekuperační jednotku pro celý objekt je třeba volit takovou, která umožňuje regulaci průtoku vzduchu. Potřeba výměny vzduchu je v průběhu dne a v průběhu jednotlivých dní v týdnu odlišná. Objekt je třeba větrat i v době, kdy v něm nikdo není, ale podstatně méně. V období, kdy je zapotřebí větrat prázdný objekt, stačí vyměnit vzduch v objektu zhruba jednou za 6 hodin, v případě běžného užívání objektu se doporučuje výměna vzduchu jednou za dvě hodiny a při intenzivním větrání je třeba vyměnit vzduch za dobu kratší než je jedna hodina. Proto by větrací jednotka měla mít maximální hodinový výkon minimálně rovný objemu větrané (obytné)části objektu.

Vzduch jako nosič tepelné energie je vhodný pouze do domů vystavěných v pasivním standardu, u ostatních objektů je vhodnější kombinace klasické teplovodní otopné soustavy s jednotkou pouze pro řízenou ventilaci s rekuperací.

Pokud dojde k volbě druhé varianty, je nutno správně zvolit typ a umístění jednotky.

Doporučením je instalace centrálních rekuperačních jednotek oproti jednotkám lokálním.

Pokud tedy zákazník přijme řešení s centrální rekuperační jednotkou, musí se zorientovat v obrovské nabídce dodavatelských firem.

Dle našeho názoru musí centrální rekuperační jednotka splňovat těchto několik základních požadavků:

• Malé nároky na prostor
• Více možnosti umístění (svislá či vodorovná montáž)
• Křížový nebo protiproudý výměník v pasivní rekuperační jednotce nebo aktivní rekuperace
• Možnost ventilace v několika stupních větracího výkonu
• Jednoduchý odvod kondenzátu
• Nízká hlučnost
• Možnost časového programu větrání

Pokud toto bude splněno, bude se jistě lidem, kteří se vydali cestou úspory energií, ve svých objektech dýchat zase o něco lépe.  

Větrání budov a jeho význam:

Obecně platí, že kvalita vzduchu v budovách bývá vždy horší než kvalita vzduchu venku. Větrání a přívod čerstvého venkovního vzduchu jsou základními předpoklady zdravého bydlení. Proto je nutné, aby koncept výměny vzduchu v obytném prostoru byl správně navržen architektem či projektantem, ale současně je důležité, aby byl využíván a dodržován jeho uživateli - a to v jejich vlastním zájmu.

Člověk stráví podstatnou část svého života v interiéru. Kvalita jeho prostředí má tedy zásadní vliv na lidský organismus a souvisí s výskytem alergií i dalších zdravotních obtíží spojených s onemocněním dýchacích cest. Až na malé výjimky, kterými jsou např. alergeny domácích zvířat a roztočové alergeny, většinou neznáme konkrétní látky či částice způsobující zdravotní potíže. Je však dobře známo, že pokud je interiér dostatečně větrán a nejeví známky přítomné "vlhkosti", existuje relativně nízké riziko vzniku zdravotních problémů spojených s kvalitou prostředí v interiérech.

Kvalita vnitřního prostředí budov je ovlivňována mnoha faktory. Nejpodstatnějšími složkami vnitřního prostředí budov, které na člověka působí a ovlivňují tak jeho celkový stav, jsou tepelně vlhkostní poměry, mikrobi, ionty, částice plynů a par, elektrické a magnetické působení, hluk a světlo.  

Tepelně vlhkostní mikroklima

Tepelně vlhkostní mikroklima je dáno třemi navzájem závislými faktory - teplotou, relativní vlhkostí a rychlostí proudění vzduchu. Optimální tepelně vlhkostní stav vnitřního prostředí je důležitý nejen pro zdraví člověka, ale i pro správné fungování vlastní stavby.

Teplota vzduchu

Hodnocení teploty zahrnuje teplotu vzduchu, výslednou teplotu, radiační teplotu a povrchovou teplotu. Stávající hygienické předpisy nestanovují teploty v bytových domech - můžeme ji odvodit z doporučení daných technickými normami (ČSN 06 0210) a vzít v potaz doporučení daná zahraničními předpisy. Pro zajištění tepelné pohody by se měla průměrná výsledná teplota vzduchu v obytných místnostech pohybovat v rozmezí 22 + 2°C, v létě by neměla přesáhnout 26 °C, přičemž povrchové teploty by se neměly od výsledné teploty v místnosti lišit o více než 6 + 2 °C. Doporučená teplota podlahy je v rozmezí 19 až 28 °C.

Pro pocit tepelné pohody je důležité sledovat také vertikální rozložení teplot a radiační teploty.

Z hygienického hlediska by teplota v místnosti během spánku neměla klesnout pod 16 °C (kvůli snížení obranné schopnosti organismu vůči respiračním onemocněním), avšak pro snížení rizika kondenzace je vhodné dodržet požadavky na hodnoty poklesu výsledné teploty v místnosti v zimním období dle ČSN 73 0540-2, 8/tab. 7 o maximálně 3 až 4 °C v závislosti na způsobu vytápění.

Vytápíme-li ve dne obytnou místnost např. na 24 °C a v noci snížíme teplotu na 16 °C, sníží se podstatně díky ochlazení vzduchu o 8 °C jeho schopnost absorbovat vlhkost, která se pak snáze objeví jako zkondenzovaná voda na nejchladnějším povrchu v místnosti, kterým nejčastěji bývá prosklená okenní výplň. Při relativní vlhkosti vnitřního vzduchu 75 % a teplotě vnitřního vzduchu 24 °C dojde ke kondenzaci vlhkosti již při snížení teploty o přibližně 4 °C.  

Relativní vlhkost vzduchu

Vlhkost v místnosti je jedním z faktorů, které - na rozdíl například od teploty vzduchu - dokážeme subjektivně velmi obtížně pociťovat a hodnotit. Optimální hodnoty pro lidský organismus se pohybují kolem 40 %. Návrhová relativní vlhkost vnitřního vzduchu stanovená ČSN 73 0540-2, (čl. 5.1.1 ) je 50 %. Vlhkost je nutno v obytném prostředí sledovat a upravovat - nejjednodušší cestou je výměna vzduchu větráním. Nepříznivé zdravotní následky může mít pokles relativní vlhkosti v zimním období na 20 % i méně, ke kterému dochází vlivem vytápění, stejně jako zvýšení vlhkosti nad 60 % v ostatních ročních obdobích. V běžném životě může být vlhkost přesahující trvale 60 % již nebezpečným faktorem, protože dojde-li na chladnějších plochách vnitřních konstrukcí ke kondenzaci vzdušné vlhkosti, dochází na vlhkém zdivu k růstu plísní. Ve srovnání s relativní vlhkostí 30 - 40 % se při této relativní vlhkosti až dvojnásobně množí počet přežívajících mikroorganismů (Staphylococus, Streptococus).

Příčiny vysoké vlhkosti v bytových domech bývají různé - od tepelně-technických nedostatků pláště budovy, způsobu užívání budovy, zahájení provozu v nedostatečně vyschlé stavbě, až po vliv pobytu a činnosti člověka, které bývají největším zdrojem vlhkosti ve vnitřním prostředí.

Obýváním prostor a lidskou činností se do vzduchu podle kvalifikovaných odhadů dostává v průměru 12,5 kg vodní páry denně ve čtyřčlenné domácnosti (dospělý člověk - lehká činnost 30-60 g/h, vaření 600-1500 g/h, sprcha asi 2600 g/h, sušení prádla 100-500 g/h, rostliny 5-20 g/h atd.). Nárazové množství vodní páry je částečně absorbováno omítkami či dalšími materiály v bytě a postupně odvětráváno s větším či menším efektem přirozenou infiltrací oken, větráním či nuceným ventilačním systémem.  

Požadavky na větrání

Obytné prostředí bohužel není z hlediska mikroklimatických podmínek, větrání a koncentrací škodlivin v ovzduší ošetřeno v ČR žádným legislativním dokumentem. Dílčí informace můžeme nalézt v několika technických normách.

Některé požadavky NV č. 523/2002 Sb., kterým se stanoví podmínky ochrany zdraví zaměstnanců při práci, lze vztáhnout také na obytné budovy. V § 6 - Větrání pracovišť jsou obsažena ustanovení týkající se výměny vzduchu, jehož množství se určuje s ohledem na vykonávanou práci a její fyzickou náročnost.  V současnosti se v případě zajištění přirozené infiltrace dostávají mnohdy do protikladu požadavky na zajištění minimálních tepelných ztrát a hygienické požadavky na větrání. Okenní spáry jsou mnohdy utěsňovány bez zajištění alternativní náhrady.

ČSN 73 0540 uvádí doporučenou intenzitu výměny vzduchu, s označením "n", která vychází ze zimních návrhových podmínek a požadavků zvláštních předpisů (např. vyhl. MZd ČR č. 464/2000 Sb, NV 107/2001 Sb., vyhláška MZd ČR č. 108/2001 Sb. apod.)

Intenzita výměny vzduchu v místnosti "n" je čas vyjádřený v hodinách, za který se infiltrací (přirozeným větráním) vymění v místnosti všechen vzduch.

Je chvályhodné, že poslední znění ČSN doporučuje také nejnižší intenzitu výměny vzduchu v místnosti po dobu, kdy není užívána v objemu 0,1 h-1, a zdůrazňuje také v poznámkách vliv uživatele na výměnu vzduchu při přirozeném větrání.

Doporučení pro projektanta, jak řešit výměnu vzduchu v místnostech, uvádí norma ČSN 73 0540-2, odst. 7.2.2, POZNÁMKY, odst. 1:
"Pro obytné a obdobné budovy leží požadovaná intenzita výměny vzduchu přepočítaná z minimálních množství potřebného čerstvého vzduchu obvykle mezi hodnotami nN = 0,3 h-1 až nN = 0,6 h-1. Pro pobytové místnosti se zpravidla požaduje zajistit nejméně 15 m³ na osobu při klidové aktivitě s produkcí metabolického tepla do 80 W/m² a při aktivitě s produkcí metabolického tepla nad 80 W/m2 až nejméně 25 m³ na osobu."

Současně je nutno dodržet limitní hodnoty pro koncentraci CO₂ a dalších plynných sloučenin. Průměrná hodnota CO₂ v průběhu 24 hodin by neměla překročit 1000 ppm (1800 mg/m²), nejvyšší přípustná okamžitá hodnota, která by neměla být překročena během 24 hodin je 1200 ppm (2160 mg/m³ - WHO/EURO: Air Quality guidelines, 1992).

Pro koncentraci CO₂ v interiéru 1000 ppm je nutný přívod čistého vzduchu 30 m³/h.os, znečištěného vzduchu (zvláště ve městech) až 34 m³/h.os. Pro dodržení nárazové koncentrace CO₂ 1200 ppm musí být minimální hodnota čistého přiváděného vzduchu 23 m³/h/os, znečištěného vzduchu (zvláště ve městech) až 25 m³/h/os. Tyto hodnoty jsou důležité zejména při dimenzování nuceného větrání.

Požadované množství venkovního vzduchu je nutno zajistit okny s regulovatelnými větracími otvory, speciálními přívody vzduchu v obvodových zdech (optimálně umístěnými pod okny za otopnými tělesy) nebo nuceným větráním.  

Větrací systémy

Větrací systémy budov se obecně dělí na přirozené, nucené a kombinované.

Systémy přirozeného větrání

Lidstvo je využívá od počátku přesídlení do obytných budov. Výměnu vzduchu zajišťují rozdíly způsobené gravitačním vztlakem, dynamickým účinkem větru a obecně tlakovými rozdíly mezi vnějším a vnitřním prostředím. V dřívějších dobách tento systém znamenitě fungoval díky netěsným rámům oken, a například také díky existenci kamen a krbů. V dnešní době je nutno pamatovat na vytvoření potřebného prostupu vzduchu přes obvodový plášť budovy.

Nucené větrání

Je zajišťováno pomocí mechanických strojních zařízení, která regulují přívod a současně odvod vzduchu v budovách. Nucené větrání zaručuje výměnu vzduchu i při nepříznivých tlakových podmínkách, možnost regulace výkonu na základě momentálních požadavků (koncentrace CO2, počet osob či úroveň vlhkosti atd.), možnost úpravy vzduchu (filtrace, úprava teploty či vlhkosti atd.), a také možnost rekuperace tepla.

Kombinované větrání

V tomto případě upřednostňuje Elmet řízené přetlakové větrání. V systému se využívá ve většině případů nucený přívod vzduchu a přirozený odvod vzduchu okny a dveřmi. Tento systém může být s výhodou využíván jak v nových bytových stavbách, tak při zlepšení hygienických podmínek při rekonstrukcích starší bytové zástavby.

Nucený odtah vzduchu bývá obvykle navržen následujícími způsoby: systémem s trvalým přiváděním vzduchu, který si cestu ven, bez zbytečného plýtvání teplem, najde přes ventilátory  nebo mřížky  na  WC, v koupelně a přes odtahovou digestoř v kuchyni nebo přes vstupní dveře do objektu..

Přetlakové větrání pro byty a domky bez půdy:

Z různých studií, které byly ve světě provedeny, jednoznačně nejlépe vycházejí z hygienického hlediska budovy s přirozeným větráním, hůře budovy klimatizované. Na vině je často nedostatečná údržba klimatizačních soustav, ale nelze vyloučit ani lidský faktor, především psychiku lidí.
 

Decentrální rovnotlaké větrání s recyklací tepla

Rovnotlaké větrání se realizuje systémy s nuceným přívodem i odvodem vzduchu. Umožňují efektivní filtraci, tepelnou úpravu vzduchu a řízenou distribuci vzduchu do jednotlivých místností s požadovanými obrazy proudění. Zpravidla se jedná o systémy s distribucí vzduchu potrubím a jednotka bývá vybavena výměníkem pro recyklaci tepla. Distribuce vzduchu je založena na stejném principu jako u systémů podtlakových, tj. upravený vzduch se přivádí do místností obytných a odvádí se z hygienického zázemí a kuchyně. Tomuto způsobu větrání, kdy vzduch v důsledku umělého vytvoření určitých tlakových poměrů proudí definovaným směrem mezi místnostmi, se nazývá kaskádové větrání. VZT jednotka bývá umístěna zpravidla mimo větrané prostory v technické místnosti. Může, ale nemusí obsahovat ohřívač vzduchu. Musí být propojena s venkovním prostředím potrubím pro sání venkovního a výfuk odpadního vzduchu. Musí být přístupná pro servis (výměnu filtrů) a odvod kondenzátu od výměníku ZZT do kanalizace přes zápachovou uzávěru.

Systém celkového rovnotlakého větrání s větracími jednotkami pro každý byt,
sání vzduchu z fasády, výtlak odpadního vzduchu společným potrubím nad střechu.
 
Renovace původního ústředního systému na decentrální systém rovnotlakého větrání zahrnuje:

• VZT jednotku umístěnou zpravidla v technické místnosti, obsahující dva ventilátory, vzduchové filtry a výměník pro zpětné získávání tepla, příp. ohřívač, příp. vestavěné tepelné čerpadlo vzduch/vzduch - nutno zřídit nově
• Potrubí pro sání venkovního a výfuk odpadního vzduchu zakončené proti vnikání deště a drobných zvířat, potrubí musí být izolováno - pro výfuk odpadního vzduchu možno využít stávající potrubí odpadního vzduchu, sání zřídit nově
• Přívodní a odvodní potrubí s osazenými koncovými elementy vedoucí do větraných místností s příslušenstvím, tedy tlumiči hluku, příp. regulačními a zpětnými klapkami, příp. klapkami požárními - pro každý byt samostatně

 
Dostatečná výměna vzduchu je základním požadavkem na zdravé a příjemné prostředí uvnitř budov, nejen z hlediska lidského zdraví a psychiky, ale má i své ekonomické aspekty, vyjádřené snížením pracovních neschopností z důvodu rozličných chorob způsobených nezdravým vnitřním prostředím. Projektanti, uživatelé a další dotčené subjekty by měli mít k dispozici předpisy a návody, jak optimálního prostředí v obytných budovách dosáhnout.

Pokud by k větrání objektu bylo použito pouze přímého větrání okny, jehož intenzita i efektivita je bezprostředně závislá na lidském faktoru, nebylo by možno jednoznačně zajistit jak kvalitu větrání, tak jeho odpovídající energetickou efektivitu. Stejně tak předpokládané zajištění požadované násobnosti výměny vzduchu infiltrací spárami otvíravých částí okenních nevede k požadovanému výsledku ani z pohledu větrání samotného ani z pohledu ekonomického, neboť infiltrace bezprostředně závisí na směru a intenzitě větru. Východisko lze spatřovat v použití řízeného větrání, které spolehlivě zajistí, aby objekt byl větrán pouze tehdy, když je to z hygienických nebo technických důvodů nezbytné. Současně zpětným získáváním energie ve výměníku pro zpětné získávání tepla sníží na nejnižší možnou míru ztrátu tepla větráním

Požadavky na větrání bytových prostorů