Jak efektivně docílit požadovaného komfortu v panelovém domě
V předchozím článku s názvem Kvalita vnitřního prostředí panelového domu dnes. Je opravdu nutné větrat? v čísle 10/2010 bylo závěrem uvedeno, že kvůli těsným novým oknům v současné době žijeme v průměru 70 % času otopného období v prostředí s koncentrací CO2 nad dovolenou hygienickou mez 1000 ppm, která je zmiňována ve vyhlášce [2]. Zvýšená koncentrace CO2 způsobuje bolesti hlavy, ospalost a navíc s sebou nese nedostatečné větrání riziko vzniku plísní v interiéru.
Že je tato problematika žhavým tématem, si uvědomuje stále více výrobců a dodavatelů větracích systémů. V některých případech se bohužel stává, že nabízené varianty řešení problému nejsou zcela funkční. Jednou z takových nabízených variant větrání jsou například rotační hlavice nesprávně nazývané též ?ventilační samotažné turbíny?, které jsou kvůli svým výkonovým parametrům pro větrání vyšších panelových domů nevhodné. O této problematice se hovoří v akademických kruzích již velmi dlouho a je k dispozici dostatek nezávislých odborných prací (viz [3], [4]). Následující článek, v kterém jsou publikovány výsledky měření, tyto publikované výsledky potvrzuje.
¤ Obr. 2. Pro ověření (ne)funkčnosti rotační hlavice bylo provedeno měření na reálném panelovém domě za plného provozu
¤ Obr. 3. Ani tzv. "nohavičkové" zdvojené provedení rotačních hlavic nezajistí potřebné provětrání interiérů v panelovém domě
Jsou rotační hlavice vhodné pro větrání panelových domů?
Původním záměrem výrobců této hlavice bylo zvýšení účinnosti provětrávání dvouplášťových střech, které mají obecně velmi nízkou tlakovou ztrátu. Naproti tomu v ČR se tyto hlavice prodávají zejména jako náhrada centrálních ventilátorů v systémech nuceného větrání panelových domů s velkou tlakovou ztrátou. Přes zjevnou technickou rozporuplnost laická veřejnost tomuto řešení, které ?nevyžaduje žádnou energii, je naprosto tiché a přesto plně nahrazuje nákladné a výkonné ventilátory?, slepě věří. Dodavatelé tohoto zařízení ve svých technických podkladech uvádějí, že je hlavice schopna odsávat z větracího potrubí v šachtě až neuvěřitelných 2300 m3/h (při rychlosti větru 24 km/h) a cca 300- 500 m3/h při standardních větrných podmínkách v ČR (tj. 14 km/h ≈ ≈ 4 m/s). Když si toto množství vzduchu vydělíme nutnou dávkou čerstvého vzduchu na osobu - tedy 25 m3/h (viz předchozí článek), tak vypočteme, že by se tato hlavice hodila pro objekt s cca 20 osobami. Důležitým faktem však je, že v podkladech dodavatelů nelze najít tzv. tlakovou charakteristiku, tedy závislost dopravního tlaku (Pa) na průtoku (m3/h) při konstantních otáčkách hlavice (konstantní rychlosti větru). Bez těchto údajů nelze hlavici výrobcem deklarovaným způsobem použít, neboť nelze určit, a to ani teoreticky, pracovní bod systému. Ten je dán průsečíkem tlakové charakteristiky a charakteristiky potrubní sítě. Tyto charakteristiky jsou základními parametry pro každého odborného projektanta vzduchotechniky [6]. Laicky řečeno, nikde nenajdeme informaci, jaký podtlak tato hlavice dokáže vyvolat - tedy jaký tlakový odpor potrubí a potrubních elementů překoná. Celá vzduchotechnická šachta včetně všech tvarovek může mít u běžného panelového domu tlakovou ztrátu v závislosti na průtoku vzduchu kolem 150 až 300 Pa. Nicméně, jak ukazuje následující graf z vlastního měření (obr. 4), tlaková rezerva těchto hlavic je pouze max 10-15 Pa při standardních větrných podmínkách. Takto malý podtlak ovlivní maximálně poslední patro v panelovém domě.
¤ Obr. 4. Tlaková charakteristika rotačních hlavic v závislosti na rychlosti větru - výsledky měření na měřicí trati
Některé hlavice (tzv. hybridní turbíny) mají pomocné elektromotory, které roztáčejí hlavice v případě bezvětří. Měřením hlavice s elektromotorem však bylo zjištěno, že dopravní tlak při použití 7 W motoru je pouze cca 4 Pa, což není pro původní systémy nuceného centrálního větrání panelových domů dostatečné.
Když si tedy promítneme typickou charakteristiku potrubní sítě (vzt potrubí v šachtě panelového jádra - modrá křivka) a znázorníme potřebný dopravní tlak rovnající se tlakové ztrátě potrubí při průtoku vzduchu odpovídající 6 NP panelového domu (6 bytů nad sebou → 100 m3/byt → 600 m3/h na stoupací potrubí), dostaneme zcela nevyhovující pracovní bod rotační hlavice (červená oblast v grafu).
Pro ověření výkonových parametrů této hlavice bylo provedeno taktéž měření na reálném panelovém domě za plného provozu. Vítr byl simulován přídavným axiálním ventilátorem, který tvořil konstantní ?vítr? o rychlosti 5 m/s (18 km/h). V jednotlivých patrech, respektive bytech panelového domu, byl pak měřen průtok vzduchu na ústí do šachty v koupelně. V bytě v posledním patře pod střechou byl naměřen průtok u ústí do šachty cca 30 m3/h, v prvním patře pak 7 m3/h. Tento průtok byl však dle zjištění způsoben především termickým vztlakem (tzv. komínovým efektem). Při zavřených nových oknech byl pak průtok šachtou takřka nulový (zvýšila se tlaková ztráta) a interiér nebyl provětráván v žádném z pater.
Z výše popsaného si tedy lze udělat obrázek o funkčnosti tohoto zařízení. Ani tzv. zdvojené provedení rotačních hlavic s použitím ?kalhotového kusu? dle [4] nezajistí potřebné provětrání interiérů v panelovém domě a kvůli svému téměř konstantnímu tlaku je na tom za dvojnásobnou cenu v podstatě shodně jako samotná hlavice.
Závěrem lze tedy říci následující: Rotační hlavice působí na střeše bezesporu elegantněji než staré nevzhledné hlavice CAGI či původní centrální radiální ventilátory, nicméně pro větrání bytových domů jsou nevhodné a investice neposkytne plnohodnotnou funkční náhradu původních ventilátorů (cca 8000 Kč/hlavice nebo v případě ?motorové? hlavice 25 000 Kč/ks. Ceny jsou včetně práce, potřebných přírub, demontáže atd. - dle konkrétní cenové nabídky v roce 2010).
Nucené větrání s elektrickou topnou spirálou
Na trhu se také poslední dobou objevují lokální vnitřní větrací jednotky s ventilátorem o max. průtoku cca 100 m3/h. Součástí této jednotky je elektrická topná spirála 250 W, která předehřívá venkovní vzduch nasávaný přímo z fasády. Celý systém má jednoduchou regulaci na základě venkovní teploty a cena této 10 kg vážící jednotky je cca 15 000 Kč.
Princip je tedy velmi jednoduchý (obr. 6). Místo manuálního větrání okny je přívod vzduchu zaručen jednotkou automaticky. Přetlakem pak vzduch proudí do šachty. Tato jednotka má pouze regulaci podle venkovní teploty. Nereaguje tedy na obsazenost interiéru a může se stát, že větrá, i když není nikdo doma. Nevýhodou také je, že jednotka spotřebovává elektrickou energii, která se v bytové sazbě D02 pohybuje kolem 5 Kč/kWh. Při důkladnější analýze, která je popsána [5], se dostaneme k těmto závěrům: za otopnou sezonu zaplatíme cca 6000 Kč za elektřinu, dalších 1200 Kč za teplo - tedy až 5x více než při klasickém manuálním otevírání oken. V konečném důsledku se čtyřčlenné rodině požadovaného komfortu CO2 dle [2] s tímto systémem v podstatě nedostává. Závěrem lze tedy říct, že tato jednotka je dalším nevhodným způsobem větrání panelových domů, se kterým se setkáme na trhu.
Jak si ukážeme v dalším článku, o něco dražší jednotka s rekuperací tepla má takřka třikrát nižší provozní náklady, přestože také spotřebovává elektrickou energii na pohon dvou ventilátorů.
¤ Obr. 5. Součástí lokální vnitřní větrací jednotky s ventilátorem je elektrická topná spirála, která předehřívá venkovní vzduch nasávaný přímo z fasády
¤ Obr. 6. Princip nuceného větrání s elektrickou topnou spirálou
¤ Obr. 7. Schéma zapojení jednotky s elektrickou topnou spirálou
Jak efektivně větrat a levně docílit požadovaného komfortu
Nejefektivnějším způsobem by bylo přivádět vzduch na základě aktuální potřeby v interiéru, tedy na základě aktuální koncentrace CO2. To však obnáší instalaci čidel kvality vzduchu do jednotlivých obytných zón, složitou regulaci a ventilátory s velmi proměnnými otáčkami. Na první pohled se může zdát takovýto způsob větrání takřka nereálný, velmi drahý a náročný na instalaci. V dalším článku v tomto čísle s názvem Efektivita systému větrání s rekuperací tepla v panelových domech si však ukážeme, že tato zařízení existují. Nicméně i tyto systémy se zpětným využitím odpadního tepla jsou ekonomicky nenávratné. Investice do lepšího vnitřního prostředí je tedy podobná jako například investice do elektronického stahování okýnek v automobilu. Jedná se o prvek, který zlepšuje komfort, stane se postupně standardem, avšak nelze od něj očekávat finanční rentabilitu.
Článek vznikl jako výstup výzkumného projektu VAV-SP-3g5-221-07 - Komplexní rekonstrukce panelových domů v nízkoenergetickém standardu.
Použitá literatura:
[1] Beranovský, J., Kotek, P., Vogel, P., Antonín, J., Macholda F. (2010): Větrání panelových domů - opatření a jejich limity [Online tzbinfo]. Ekowatt, Centrum pro obnovitelné zdroje a úspory energie
[2] Vyhláška č. 268/2009 Sb. Ministerstva pro místní rozvoj o technických požadavcích na stavby
[3] Mareš, L. (2010): Vlastnosti rotujících větracích hlavic. Vytápění, větrání, instalace 3/2010.
[4] Mareš, L. (2010): Rotující hlavice - mýty a realita. In: Komplexní řešení problémů s větráním a vytápěním po zateplení bytových domů. Praha: Společnost pro techniku prostředí, str. bez stránkování
[5] Kotek, P., Šancová, L., Vogel, P., Beranovský, J., Macholda F. (2010): Systém řízeného nuceného větrání s elektrickou topnou spirálou [Online tzbinfo]. Ekowatt, Centrum pro obnovitelné zdroje a úspory energie
[6] Kotek, P., Beranovský, J., Vogel, P., Macholda F., (2010): Rekuperace tepla v Panelovém domě - ano, či ne? [Online tzbinfo]. Ekowatt, Centrum pro obnovitelné zdroje a úspory energie
[7] J. Chyský, K. Hemzal a kol. (1993): Větrání a klimatizace
[8] Cifrinec, I. (2010): Rekonstrukce větrání bytových domů se systémy DCV. In: Komplexní řešení problémů s větráním a vytápěním po zateplení bytových domů. Praha: Společnost pro techniku prostředí, str. bez stránkování
Autoři článku:
Ing. Petr Kotek, Ph.D.
Ing. Jiří Beranovský, Ph.D., MBA
Mgr. František Macholda, MBA
Ing. Ivan Cifrinec