Nízkoenergetické stavby a jejich mikroklima

Problematika větrání budov

Současný stav větrání v naprosté většině nových a utěsněných stávajících obytných budov v ČR je zcela nevyhovující. Dokonale těsná okna nezaručí ani nejzákladnější infiltraci, hodnoty součinitelů spárové průdušnosti oken klesají pod 0,10 · 10^-4 m² s^-1 Pa^-0,67 a hodnoty průměrné výměny vzduchu klesají pod ne < 0,05 (h^-1).
Otevírání oken na 4. polohu neřeší řízenou výměnu při proměnných meteorologických hodnotách gradientů teplot, různé konfigurace bytu návětrných a závětrných orientací fasád atd. Zároveň tím okno ztrácí akustický útlum, do bytů vniká prach a odvádí se bez užitku teplo. Osazení lokálních odsávacích systémů z hygienických zařízení a kuchyní zajišťuje řízenou výměnu vzduchu optimálně jen při instalaci přívodních akustických větracích štěrbin do fasád. Dochází však k diskomfortu obyvatel při proudění chladného venkovního vzduchu k podlaze obytného prostoru, uživatelé proto štěrbiny zakrývají, a tím znehodnocují celý systém řízeného odsávání, který je pak při zcela těsných uzavřených oknech nefunkční. Často doporučované nárazové větrání pravidelným otevíráním oken je provozně zcela neakceptovatelné a stejně nemůže řešit dostatečné odvětrání hygienických zařízení.

V moderních nízkoenergetických domech (NED) dnes klesají výpočtové tepelné ztráty až na hodnoty 200-300 W/místnost. Tak nízké výkony klasických vytápěných soustav (i nízkoteplotních) se již velmi obtížně regulují a současně dochází k přehřívání místností interními zisky i solární zátěží okny, zvláště při minimální tepelné akumulaci materiálů lehkých dřevostaveb.
Obecně u NED, které využívají aktivní i pasivní solární zisky, se dále zkracuje délka otopného období až na 2-3 měsíce a v závislosti na míře schopností tepelné akumulace stavebních konstrukcí dochází pravidelně k diskomfortním teplotním stavům.

Porovnání energetických parametrů současné a nízkoenergetické výstavby

*/ průměrný rodinný dům 140 m2 užitné plochy
**/ u domů PD kryjí vnitřní zisky až 35 % celkové spotřeby tepla k vytápění, solární zisky až 30 % a zbytková spotřeba je cca 35 %

Větrací systémy obytných budov

Řada evropských zemí předepisuje nucené větrání hygienických příslušenství taxativně. Například podle DIN 1946 - 6 je požadováno odvětrání kuchyní 40-60 m3/h s nárazovým zvýšením na 200 m³/h; pro WC je požadováno 20-30 m³/h a pro koupelny 40-60 m³/h (v závislosti na délce provozní doby). V celodenním průměru pak musí tyto výkony větrání zajistit odvod až 10 kg vodních par denně produkovaných v průměrné domácnosti. Výše uvedené hodnoty korelují i s požadavky na zajištění přívodu čerstvého vzduchu pro byt se čtyřčlennou rodinou v množství 25 m³/h/os pro neadaptované osoby (podle EUR 14444 EN a US ASHRAE standard 62 - 1989). V řadě provozovaných NED v SRN bylo dále ověřeno, že při zajištění trvalé objemové výměny vzduchu alespoň n = 0,3 /h^-1/ je dosaženo vynikající kvality mikroklimatu.

Rovnotlaké větrání

Systémy rovnotlakého větrání zajišťují nucený přívod a současně nucený odvod vzduchu z vnitřních prostor budov pomocí mechanických strojních zařízení, ventilátorů. Rovnotlaké větrání se dnes používá již univerzálně, hlavně při vyrovnané bilanci množství přiváděného a odváděného vzduchu. Nespornými výhodami těchto komfortních systémů vůči přirozenému větrání je:

• ideální možnost zpětného získávání tepla z odváděného vzduchu pro předehřev vzduchu přiváděného s účinností až 90 %. Tím lze často zcela vyloučit nutnost dalšího dohřevu přiváděného vzduchu, neboť se zároveň využívá i veškerých tepelných zisků v budovách z metabolismu osob, osvětlení, technologie apod.;
• dokonalá filtrace přiváděného vzduchu na speciálních tkaninových, případně i elektrostatických filtrech, zachycující mikročástice velikosti 1-3 mikronu s účinností 95-99 %;
• snadná automatická regulace výkonu podle momentálních požadavků (např. podle počtu osob v prostoru) na základě vyhodnocení údajů čidel vlhkosti, čidel odérů, čidel CO₂ nebo senzorů pohybu osob;
• možnost úplné hermetizace oken v budově, čímž se zcela vyloučí nežádoucí infiltrace prachu a výrazně sníží přenos hluku z ulic do vnitřního prostředí budov;
• zaručená funkce systému i při nepříznivých tlakových podmínkách v budově (např. při letní inverzi);
• možnost instalace výměníků pro chlazení, případně vlhčení přiváděného vzduchu.

V západní Evropě, USA a Kanadě se pro větrání budov uplatňují tyto systémy nuceného větrání s vysoce účinnou rekuperací tepla jako zcela standardní a energeticky nejúčinnější řešení. NED se běžně doplňují nezávislou vytápěcí soustavou (tělesa ÚT, podlahové vytápění atd.). Pro pasivní domy (PD) bez vlastní vytápěcí soustavy pak postačuje pouze dohřev přiváděného vzduchu potrubním ohřívačem, případně v kombinaci s krbovou vložkou nebo jiným bivalentním zdrojem, výhodně však s cirkulačním zkratovým okruhem, který zabraňuje extrémnímu snižování relativní vlhkosti v zimním období. Větrací jednotky se umísťují výhodně pod stropem WC, technické místnosti nebo i na půdě. Potrubní rozvody čerstvého vzduchu se instalují podle druhu umístění v podlaze nebo pod stropem. Odpadní vzduch z hygienických zařízení je odváděn kruhovým potrubím pod stropem v zákrytu s ukončením talířovými ventily s regulací. Z obytných místností je vzduch odváděn štěrbinami pod dveřmi bez prahů do předsíně a pod dveřmi je nasáván do hygienických zařízení (WC, koupelna). Odsávací digestoře nad sporáky se řeší výhradně jako cirkulační s uhlíkovými filtry pro zachycení pachů (s nastavitelným výkonem 150-450 m³/h). Přívod čerstvého a výfuk odpadního vzduchu je běžně vyveden do protidešťových žaluzií ve fasádě domů, u vícepodlažních budov do centrálních stoupaček přes uzavírací a požární klapky. Přívod čerstvého vzduchu do jednotlivých obytných místností se dimenzuje na 30-45 m³/h (podle předpokládaného obsazení). Odsávání z hygienických zařízení se dimenzuje podle DIN 1946-6.

Kombinované větrání

Systémy kombinovaného větrání v bytové výstavbě se používají především v kombinaci nuceného odtahu s přirozeným přívodem vzduchu spárami oken (např. odsávání hygienických zařízení, místní odsávání v kuchyních apod.).
Tyto systémy zároveň provětrávají obytné místnosti, ale pouze za předpokladu neutěsněných okenních spár, což u dnešních supertěsných oken neplatí. Tím se stávají odsávací ventilátory hygienických zařízení a kuchyňských digestoří zcela neúčinné, takže neodvětrají dostatečně WC, koupelny ani digestoře a nemohou ani zajistit přívod čerstvého vzduchu do obytných místností! Výrobci oken tento problém řeší instalací 4. polohy křídel (s mikroventilací), ale tím se zcela znehodnocuje proklamovaná ?úspora tepelné energie těsnými okny? a okna ztrácejí zároveň akustický útlum.
Systémy přívodních podlahových štěrbin v okenních křídlech, parapetech, případně automaticky regulovaných podle relativní vlhkosti, vrací problém zpět k netěsným okenním spárám. Nastávají problémy diskomfortu při intenzivním přívodu chladného vzduchu přímo do pobytové zóny obytných místností a s následnými stížnostmi uživatelů na studené tahy vzduchu. Zásadní nevýhodou těchto systémů je vyloučená instalace rekuperačních zařízení, zvlášť pro nízkoenergetické a pasivní objekty, kde spotřeba tepla pro větrání již převyšuje transmisní ztráty budov.

Hybridní větrání

Systémy hybridního větrání, které využívají řízenou kombinaci nuceného a přirozeného větrání, jsou prozatím realizovány pouze ve vývojových projektech a pro hromadné využití v rodinných domech jsou zatím příliš nákladné.

Integrované systémy teplovzdušného vytápění a řízeného větrání bytových staveb

Na rozdíl od klasických větracích soustav zajišťují tyto moderní systémy kompletně požadavky na vytápění, větrání, chlazení a rozvod tepelných zisků v jediném systému se společným rozvodem. Princip systému spočívá v dvouzónovém uspořádání okruhů vzduchotechnických rozvodů v rodinném domě:

• primární okruh zajišťuje cirkulační teplovzdušné vytápění, zároveň s řízeným podílem čerstvého vzduchu a rekuperací tepla s přívodem podlahovými mřížkami do každé obytné místnosti;
• sekundární okruh zajišťuje zcela oddělené odvětrání hygienických zařízení a kuchyní s rekuperací tepla;
• oba okruhy vzduchotechnických rozvodů jsou zaústěny do společné vzduchotechnické jednotky.

Podle zvoleného režimu na regulátoru pak zajišťuje jednotka celoročně požadavky na mikroklima domu.
č. 1: rovnotlaké větrání s rekuperací tepla
č. 2: teplovzdušné cirkulační vytápění a rovnotlaké větrání s rekuperací
č. 3: teplovzdušné cirkulační vytápění (bez větrání)
č. 4: podtlakové větrání sociálních zařízení s přívodem předehřátého vzduchu
č. 5: přetlakové letní větrání, případně chlazení s přívodem vzduchu přes zemní registr

Cirkulační a čerstvý vzduch se do obytných místností společně rozvádí z centrální rozdělovací podlahové komory jednotlivými plochými vzduchovody v podlaze. Cirkulační vzduch z jednotlivých místností se odvádí pod dveřmi bez prahů do předsíně, odkud se odsává centrální stěnovou mřížkou.
V jednotce se cirkulační a čerstvý vzduch filtruje, ohřívá na teplovodním registru a radiálním pomaloběžným ventilátorem rozvádí přes rozdělovací komoru s tlumičem hluku zpět do obytných místností. V jednotce se do cirkulujícího vzduchu současně přimísí v nastavitelném poměru čerstvý vzduch, který se přivádí z fasády nebo zemního registru přes předfiltr a předehřívá v rekuperačním výměníku s účinností až 89 %. Množství čerstvého vzduchu se řídí buď ručně, nebo automaticky podle četnosti využívání hygienických zařízení a provozu kuchyně. Odpadní vzduch z hygienických zařízení a vodní pára z kuchyní se trvale, případně s nárazovým zvýšením, odvádí odsávacími ventily a potrubím přivádí k jednotce. V rekuperačním výměníku se předává teplo čerstvému vzduchu a po ochlazení se odpadní vzduch odvádí menším větracím ventilátorem přes fasádní žaluzie do atmosféry. Odsávací digestoře nad sporáky se navrhují jako cirkulační s uhlíkovými filtry pro zachycení pachů, s nastavitelným výkonem 150-550 m³/h.
Regulaci vzduchových výkonů, a tím i teplot v jednotlivých místnostech, zajišťují ručně ovládané klapky v podlahových vyústkách. Při modelovém hodnocení kvality vzduchu v obytném prostoru pasivního rodinného domu v reálných provozních podmínkách standardní rodiny byly hodnoceny denní průběhy koncentrací CO₂. Jako základní provozní režim je uvažován režim č. 3, ale s nárazovým nuceným větráním podle využití hygienických zařízení, kuchyně a automatického spínání v noci. Výchozím požadavkem je nepřekročení limitní hladiny CO₂ podle EN CR 1752 pro tř. ?C? v hodnotě 1200 ppm.

Charakteristika teplovzdušných systémů integrovaných s řízeným větráním:

• jediný systém pro vytápění, větrání, chlazení, rekuperaci tepla a odsávání hygienických zařízení;
• sloučení funkcí cirkulačního vytápění a nezávisle řízeného větrání s rekuperací tepla do jediného agregátu vzduchotechnické jednotky;
• záruka hygienicky nutných trvalých výměn vzduchu v domě s možností řízeného nárazového zvýšení;
• úspora až 90 % nákladů na větrání;
• rychlý zátop s pružnou regulací teploty;
• využití všech energetických zisků v domě z provozu domácnosti pro předehřev větracího vzduchu rekuperací;
• využití solárních zisků z osluněných oken, případně teplovzdušného krbu s okamžitým přenosem tepla do ostatních neosluněných místností;
• instalací zemního potrubního registru se přiváděný větrací vzduch v zimě účinně předehřívá a v létě ochlazuje;
• dokonalou cirkulací se využívá objemu vzduchu v celém domě (zvlášť u minimálně obsazených nebo trvale nevyužívaných domů a bytů s částečnou, neodstranitelnou infiltrací vzduchu netěsností stavebních konstrukcí).