Studie: Větrání s rekuperací předčí větrání okny ve všem

26
House-Büren-outside-CSY-benefit-of-ventilation-systems

„Běžte aspoň na chvíli na vzduch,“ radíme dětem, když vysedávají zavřené ve svých pokojích. Často spíš kvůli jejich závislosti na chytrých telefonech, než kvůli čerstvému vzduchu. Ten bychom ale měli mít na paměti především. Kvalita vzduchu, který dýcháme, nás totiž ovlivňuje mnohem víc, než si uvědomujeme. Dlouhodobé vdechování vzduchu s vysokou hladinou oxidu uhličitého způsobuje nejen dýchací či psychické problémy, ale přispívá i k nárůstu nemocí jako infarkt nebo dokonce Alzheimerova choroba. Pravidelně větráte a spíte při otevřeném okně? Odborníci na větrání mají jasno: větrání okny nestačí.

Každý den vdechneme asi 11 000 litrů vzduchu. To je zhruba 50 koupelnových van plných vzduchu. Pro udržení zdravé hladiny CO2 (tedy hladiny CO2 pod hranicí 1000 ppm) v interiéru je potřeba zajistit přívod minimálně 25 m3 vzduchu na osobu za hodinu, tedy cca 600 m3 vzduchu na osobu a den. To je objem, který doma tak úplně snadno nevyvětráte. Odborníci po celém světě včetně Světové zdravotnické organizace (WHO) zdůrazňují význam čerstvého vzduchu pro naše zdraví1 a přichází s doporučeními, jak se k problému, který se díky narůstajícím klimatickým hrozbám stává stále palčivějším, postavit. I bez jejich doporučení ale jistě každý z nás ví, jak se cítí v nevyvětrané místnosti. Potřebu kvalitního větrání pociťujeme, aniž bychom si ji uvědomovali, a přesto máme tendenci ji zlehčovat. „Copak větrání může být nezdravé?“, posměšně komentujeme reklamy na zdravé, řízené větrání. „Okny větrám zadarmo“, glosujeme informace o úsporách, kterých lze dosáhnout rekuperací tepla při řízeném větrání. A za nic na světě neuvěříme, že řízené větrání může v porovnání s klasickým větráním okny dokonce šetřit: „Větrací jednotka je další spotřebič, tak mi netvrďte, že to nespotřebuje elektřinu navíc.“

Studie, kterou vám dnes představíme, ukazuje, že pravdu mají zastánci rekuperačního větrání.

Kvalita vzduchu je alfou i omegou dobrého bydlení

Různé studie ukazují dopad špatného ovzduší (2). Kromě jemného prachu a dalších znečišťujících látek je hlavním ukazatelem dobré kvality vzduchu v místnosti úroveň CO2. Hladina CO2 vyšší než 1000 ppm může vést k příznakům, jako jsou bolesti hlavy, nevolnost nebo únava, nervozita, celkové vyčerpání. Kombinace znečisťujících látek a vysokého obsahu CO2 ve vzduchu pak může dokonce vést k nebezpečnějším onemocněním dýchacích cest, jako je astma, nebo dokonce k infarktu. Jiné studie zmiňují vliv kvality větrání na rozvoj Alzheimerovy choroby.

Protože trávíme naprostou většinu (i přes 90 procent) svého času v uzavřených místnostech (3) a kolem 65 procent ve svých domovech4, nesporně potřebujeme dostatek čerstvého vzduchu nejen při procházkách venku, ale i uvnitř budov. V dnešní době není snadné toho dosáhnout. Často žijeme v hustě osídlených městech nebo v blízkosti průmyslových oblastí. Takže i když často otevíráme okna, stále se nám do plic mohou dostávat škodliviny a znečišťující látky. Novostavby a zrekonstruované budovy jsou navíc zateplené a téměř vzduchotěsné. To na jedné straně šetří energii, a tím chrání životní prostředí, na druhé straně ale utěsnění snižuje přirozenou schopnost budov „dýchat“.

A právě dostatečná výměna vzduchu je pro kvalitu vnitřního ovzduší a udržení přijatelné koncentrace oxidu uhličitého nezbytná. Výrobci větracích systémů nabízí nejrůznější řešení řízeného větrání. Know-how v této oblasti neustále posouvá vpřed evropská jednička v oboru řízeného větrání s rekuperací, švýcarská firma Zehnder, která se zaměřuje na energeticky účinná a komfortní řešení pro zdravé vnitřní klima. Jako lídr trhu nese mimo jiné břemeno osvěty, protože předsudky o řízeném větrání jsou u nás podstatně silnější, než v jiných zemích. Přesvědčení majitelů domů a bytů o kvalitě a úspornosti větrání okny je zde silně zakořeněno mimo jiné díky desetiletím technologického zaostávání v izolaci tzv. „východního bloku“. A i když se časy mění a investoři získávají vůči užitečným technologiím větší důvěru, jen tvrzení nestačí. Přesvědčovat je třeba reálnou zkušeností. Proto Zehnder investuje nejen do technologického výzkumu, ale také do studií, které výhody řízeného větrání ukazují na reálných datech. Studie realizovaná v bytovém domě ve švýcarském Bürenu zjišťuje, jak lze lépe zajistit zdravé životní podmínky v domovech za pomoci systému řízeného větrání, anebo manuálně – pravidelným otevíráním dveří a oken.

„Výzkumný tým centrály Zehnder Group AG zrealizoval roční případovou studii, jejímž předmětem bylo zkoumání kvality větrání v reálném bytovém domě s cílem porovnat kvalitu vzduchu ve srovnatelných bytových jednotkách při různých způsobech větrání,“ popisuje cíle studie Ing. Jiří Štekr, jednatel českého zastoupení firmy Zehnder, a dodává: „Místní podmínky, typ nemovitosti i dispozice bytů byly srovnatelné s moderní bytovou výstavbou u nás, takže jsou výsledky studie relevantní i v našich podmínkách. Průběžně byly monitorovány čtyři byty, které nabízely množství údajů o kvalitě vzduchu v místnosti, venkovních podmínkách a spotřebě energie. Rozdíl byl pouze v tom, že dva ze čtyř bytů měly nainstalované řízené větrání s rekuperací, a druhé dva využívaly větrání okny.“

Podívejme se, jak se měření prováděla. V článku se dovíte víc o přístupu a parametrech studie a o výsledcích výzkumného projektu. Na závěr nabídneme shrnutí nejdůležitějších zjištění.

Férové měření a férové výsledky

House-Büren-outside-2-CSY-benefit-of-ventilation-systemsBytovka jako stvořená pro porovnávací studii

Byty, které jsme porovnávali, se nacházejí v domě postaveném v roce 2017 ve švýcarském Bürenu. Místní podmínky, typ objektu a dispozice interiéru byly vybrány tak, aby odpovídaly typickým podmínkám, a jsou shodné s typickou výstavbou, jak ji známe z českého prostředí. Odpovídá aktuálně platným parametrům pro výstavbu včetně parametrů opláštění budovy. Budova má nejmodernější izolaci a vysokou úroveň vzduchotěsnosti. Má suterén, dvě patra a podkrovní byt. V prvním i ve druhém patře jsou vždy dva byty. Byty vlevo mají plochu 80 m2 , byty vpravo 113 m2.

V levém horním bytě trvale žije jedna osoba a každý z ostatních bytů obývají dva lidé. Horní byty jsou větrány okny. Větrání dvou spodních bytů zajišťuje větrací jednotka Zehnder ComfoAir Q350. Jednotky ComfoAir Q jsou vybaveny entalpickým výměníkem, který vyměňuje teplo a vlhkost mezi přívodním a odvětrávaným vzduchem. Všechny dveře a okna lze otevřít.

Zaměření na to nejpodstatnější

Naše srovnání se zaměřuje výhradně na typ použitého větrání, výslednou kvalitu vzduchu v místnosti a spotřebu energie pro vytápění a chlazení bytů. Jako ukazatel kvality vzduchu v místnosti byly hodnoty CO2 měřeny v ppm. Podle doporučení zdravotnických organizací považujeme hodnoty nad 1000 ppm za nezdravé, hodnoty pod 800 ppm za dobré a od 800 ppm do 1000 ppm za uspokojivé. V této studii jsme také analyzovali spotřebu energie potřebné k udržení komfortní teploty bytů.

Obrázek 1Obrázek 1: Průřez budovou s velikostí rodiny a typem větrání

Dům plný čidel a měřících zařízení

House-Büren-inside-CSY-installation-ComfoAir Q-benefit-of-ventilation-systems-1

Sledované údaje pocházejí z různých zdrojů:

■ Jednotky ComfoAir Q poskytují údaje o vyváženém větrání. Měří a zaznamenávají každých pět minut.

■ Čidla kvality vzduchu shromažďují údaje o kvalitě vzduchu v místnosti každou minutu.

■ Otevírání oken je monitorováno kontaktními čidly, která rozlišují mezi vyklopeným a otevřeným oknem.

■ K měření vzdálenosti otevření posuvných dveří se používá speciální čidlo vzdálenosti.

■ Tepelné čerpadlo poskytuje každou hodinu údaje o spotřebě energie pro každý byt.

Pro dlouhodobou analýzu jsme zprůměrovali údaje získané z bodů 1 a 2 a převedli je na hodinové hodnoty. Kromě toho jsme použili faktor vyvětrání, který odráží počet otevřených oken a dobu jejich otevření. Tento faktor se pohybuje od 0 % při všech zavřených dveřích a oknech až po 100 % při všech otevřených dveřích a oknech.

Obrázek 2Obrázek 2: Půdorys čtyř analyzovaných bytů s velikostí rodiny, typem větrání a možnostmi vyvětrání vyznačenými modrými kruhy

Jak to dopadlo. Kvalita vzduchu v ukázkovém letním dni

Jak ukazuje obrázek 3, byt s vyváženým větráním má v obývacím pokoji a ložnici průměrnou hodnotu CO2 od 400 do 600 ppm. Během noci se obsah CO2 zvyšuje. Během dne jsou obyvatelé bytu pravděpodobně v práci, ale větrací systém pokračuje ve výměně/obnově vzduchu. V důsledku toho průměrná hodnota CO2 v bytě klesá z téměř 600 ppm na 400 ppm. Večer se hodnota CO2 mírně zvýší. Průměrná kvalita vzduchu v místnosti je nicméně v průběhu dne dobrá.

Obyvatelé s manuálním větráním nechávají v noci otevřeno několik oken. Obyvatelé opouštějí dům ráno a nechávají jedno okno ve vyklopené poloze, což, jak ukazují naměřené hodnoty, nezajišťuje dostatečnou výměnu vzduchu v místnosti. Hodnota CO2 zůstává během dne přibližně 800 ppm. Když se obyvatelé večer vrátí domů, všechna okna a dveře jsou zavřené. V důsledku toho se hladina CO2 zvyšuje až na 1200 ppm. Během dne hodnota CO2 neklesá pod 600 ppm. Navzdory použitému větrání okny je kvalita vzduchu v místnosti dokonce pouze uspokojivá (800–1000 ppm CO₂) až nízká (nad 1000 ppm CO₂).

Obrázek 3:

Příklad faktoru vyvětrání a hodnoty CO2 během letního dne pro vyváženě větraný byt (a) a pro byt s ručním vyvětráním okny (b).

Obrázek 3aObrázek 3b

Kvalitní vzduch po celý rok – to už něco znamená

Obrázek 4 znázorňuje hodnoty CO2 všech sledovaných místností jako kobercové grafy. Tyto kobercové grafy ukazují, v jakou denní dobu a v jaké sezóně je kvalita vzduchu v místnosti dobrá, uspokojivá nebo špatná.

Byty s automatickými větracími systémy mají lepší kvalitu vzduchu v místnosti než byty větrané pouze okny. Vyvážené větrání zajišťuje většinou dostatečnou výměnu vzduchu v místnosti. Občas, samozřejmě, přijdou i návštěvníci, zejména o vánočních svátcích.

Abychom dosáhli spolehlivých výsledků při monitoringu kvality větrání, poučili jsme obyvatele domu, aby udržovali nastavení průtoku větrání na konstantní úrovni.

Obrázek 4Obrázek 4: Kvalita vzduchu v místnosti během období delšího než jeden rok ve všech pokojích bytu.

Jednotlivé kobercové grafy se pohybují vodorovně od července 2019 do června 2020 a svisle dolů od 0:00 do 23:00. Zelená barva označuje dobrou kvalitu vzduchu v místnosti, oranžová znamená uspokojivou a červená špatnou kvalitu vzduchu v místnosti.

Počet hodin s nezdravými hodnotami CO2

Spočítali jsme také počet hodin, kdy hladina CO2 překročila 1000 ppm. Jak je vidět na obrázku 5, existuje obrovský rozdíl mezi byty s vyváženým větráním a byty s ručním větráním okny. Typická hodnota je nižší než 100 hodin u vyváženého větrání a 3000 až 5000 hodin u větrání okny.

To znamená, že v ručně větraných bytech je kvalita vzduchu v místnosti na nezdravé úrovni asi 30× až 50× častěji. Celkově se v bytech s vyváženým větráním vyskytují nezdravé hodnoty CO2 pouze1 % času v roce, zatímco byty s větráním okny vykazují nezdravé hodnoty ve 30–60 % času.

Obrázek 5Obrázek 5: Půdorys podlaží se sledovaným počtem hodin s hodnotami CO2 nad 1000 ppm. Faktor vyvětrání sledovaný po celý rok.

Spotřeba energie na vytápění a chlazení bytů

Vzhledem k tomu, že kvalita vzduchu v místnosti se v bytech s vyváženým větráním ukázala být tak dobrá, chtěli jsme změřit, jaký dopad na spotřebu energie má plynulý průtok čerstvého vzduchu vyváženého větrání ve srovnání s větráním okny.

Obrázek 6Obrázek 6: Celková spotřeba na vytápění (v kWh/m2) za jeden rok pro byty. Uvedeny jsou také průměrné faktory vyvětrání za měsíce říjen 2019 až březen 2020. Klimatizované prostory jsou vyznačeny zeleně, neklimatizované prostory modrou barvou. Zimní venkovní prostředí je označeno modrou barvou. Očekávaný tepelný tok přenosem je označen červenými šipkami.

Obrázek 7Obrázek 7: Celková spotřeba na chlazení (v kWh/m2) bytů. Uvedeny jsou také průměrné faktory vyvětrání za měsíce duben až září 2020. Klimatizované prostory jsou vyznačeny zeleně, neklimatizované prostory modrou barvou. Letní venkovní prostředí je vyznačeno červeně. Očekávaný tepelný tok přenosem je označen červenými šipkami.

Celková spotřeba na vytápění v každém bytě je znázorněna na obrázku 6. Výsledky ukazují, že dva byty vlevo mají podobnou spotřebu energie na vytápění, i když levý spodní byt má o něco vyšší úroveň vyvětrání okny.

V pravém spodním bytě bylo zapotřebí mnohem více energie – téměř dvakrát více než v levém spodním bytě se stejným větráním. To bylo částečně způsobeno sklepem pod ním, který nebyl ani vytápěn, ani chlazen, zatímco ostatní byty měly vytápěné vnitřní prostory nad i pod nimi. Jedná se o tzv. „neighbour´s effect“ (efekt souseda): množství spotřebované energie se mění podle průměrné pokojové teploty přilehlých prostor. Dalším důvodem bylo vyšší nastaveni termostatu v pravém spodním bytě. Monitorované využití vytápění a chlazení bytu závisí na faktoru vyvětrání. To je logické, protože venkovní vzduch přicházející oknem musí být přizpůsoben požadované teplotě.

Obrázky 6 a 7 ukazují, že pro stejný faktor vyvětrání je spotřeba energie pro vytápění a chlazení nižší při vyváženém větrání. Na obrázku 6 porovnáváme celkovou spotřebu na vytápění 22 kWh/m2 spodního levého bytu a 29 kWh/ m2 horního pravého bytu se stejným využíváním oken (stejný faktor vyvětrání 5 %). Vidíme, že přidání vyváženého větracího systému nevede k vyšší spotřebě energie na vytápění; spotřeba je ve skutečnosti o 24 % nižší. Na obrázku 7 porovnáváme celkovou spotřebu na chlazení 5,9 kWh/m2 a 9,1 kWh/m2 obou levých bytů se stejným faktorem vyvětrání. Lze vyvodit závěr, že přidáním vyváženého větracího systému ušetříte přibližně 35 % energie na chlazení.

Řízené větrání má navrch v kvalitě, komfortu i úspornosti

Porovnání kvality vzduchu v místnosti ukázalo, že spodní byty s vyváženým větráním mají mnohem lepší kvalitu vzduchu v místnosti než horní byty s ručním větráním okny. Při pohledu na hodnoty CO2 jsme prokázali, že obyvatelé s vyváženým větracím systémem žijí v mnohem zdravějším prostředí.

Větrací systém zajišťuje stálou výměnu čerstvého vzduchu v místnostech. Ruční větrání zajišťuje čerstvý vzduch pouze tehdy, když je otevřeno více oken.

Průměrné větrání okny po delší dobu neposkytuje stejnou úroveň kvalitního vzduchu jako vyvážené větrání. Na rozdíl od toho, co by se dalo očekávat, větrání okny nedokáže zajistit zdravé vnitřní klima, protože ve 30–60 % případů hodnoty CO2 překračují 1000 ppm.

Zdá se, že celková spotřeba energie při větrání místností závisí na množství oken a době, po kterou jsou okna otevřena. Přidání vyváženého větrání s rekuperací tepla a chladu nevede k vyšší spotřebě energie a výrazně zlepšuje kvalitu vzduchu v interiéru.

Odkazy:

(1) Viz: https://www.who.int/airpollution/household/pollutants/combustion/en/

(2) Viz např. Myhrvold AN, Olsen E, Lauridsen O 1996: Vnitřní prostředí ve školách – zdraví a výkon žáků s ohledem na koncentrace CO2. Proc Indoor Air i96 4: 369–374 a BERNDT STENBERG, NILS ERIKSSON, JONAS HÖÖG, JAN SUNDELL, STIG WALL, The Sick Building Syndrome (SBS) in Office Workers. A Case-Referent Study of Personal, Psychosocial and Building-Related Risk Indicators, International Journal of Epidemiology, Volume 23, Issue 6, December 1994, str. 1190–1197

(3) https://ec.europa.eu/environment/integration/research/newsalert/pdf/health_impacts_climate_change_indoor_environment_uk_review_447na1_en.pdf

(4) Viz: Harvard, T.H. CHAN School of Public Health 2019: Domovy pro zdraví, 36 odborných rad, jak udělat náš domov zdravějším. str. 8

(5) Pro větší srozumitelnost odkazujeme v následujících odstavcích na byty v prvním patře jako „spodní byty“ a na byty ve druhém patře jako „horní byty“.

Zdroj: Zehnder AG