Projektovanie vzduchotechnických sústav: Spôsoby (ne)vetrania v bytovom dome

Vzduchotechnické sústavy na vetranie sa pri výstavbe nových bytových domov s nízkou spotrebou energie veľmi dobre etablovali aj na našom trhu.

Revitalizácia bytových domov prináša už po celé desaťročia trvalé a zásadné zlepšenie ich tepelno-technických vlastností. Rekonštrukcia obvodového a strešného plášťa domu zateplením a výmena otvorových stavebných konštrukcií (okná, svetlíky, vchodové a balkónové dvere) bezpochyby napomáhajú k značnému zníženiu prevádzkových nákladov na vykurovanie v zimnom období, dokonca sa tzv. prikurovanie v chladných prechodných ročných obdobiach stáva celkom zbytočným.

Materiály špičkovej kvality, moderné technológie a technologické postupy pritom zabezpečujú významné predĺženie životnosti bytového domu ako celku. Otázne však je, či sa po tomto zásahu do vlastností obvodových stavebných konštrukcií aj naďalej tvorí a dlhodobo zabezpečuje optimálna mikroklíma vnútorného prostredia v jednotlivých bytoch.10

Zateplenie znamená degradáciu prirodzeného vetrania

Vďaka výmene starých otvorových konštrukcií za nové a vďaka kvalitným zatepľovacím systémom, ktoré sa navrhujú s cieľom dosiahnuť maximálne zníženie tepelných strát cestou dokonalého utesnenia celého stavebného objektu dochádza v bytovom dome k výraznej redukcii a v mnohých prípadoch až k úplnej absencii prirodzeného vetrania.

V byte, kde boli kedysi netesné okná, obvodový plášť bez zateplenia, to predstavuje až desať- a viacnásobné zníženie prirodzeného vetrania oproti pôvodnému stavu. Tento fakt sa jednoznačne premieta do vlastností vnútorných mikroklimatických podmienok, ktoré začínajú byť pre obyvateľa bytu nielen nevyhovujúce, ale až zdraviu škodlivé.

V dlhodobo nevetranom, resp. nedostatočne vetranom vnútornom priestore ide z pohľadu organizmu človeka hlavne o negatívny vplyv vysokej relatívnej vlhkosti vnútorného vzduchu, ktorá je spolu s nízkou povrchovou teplotou na vnútorných stavebných konštrukciách prvotnou príčinou vzniku a nárastu tvorby plesní.

Zvyšujúca sa vlhkosť v nevetranom priestore sa v prvej fáze začne prejavovať nadmernou kondenzáciou vodných pár na chladných zasklených povrchoch (obr. 1). Jej pomalé, takmer žiadne vyparovanie vytvára živnú pôdu pre plesne (obr. 2), ktoré sa v druhej fáze začnú veľmi rýchlo rozmnožovať. Dlhodobá prítomnosť plesní vo vnútornom prostredí má v pôsobení na človeka fatálne následky. Oslabujú jeho imunitu a podporujú vznik alergií či astmy.

Vlhkosť ovplyvňuje aj pocit tepelno-vlhkostnej pohody. Keď je vysoká, vedie k pocitom dusna, sťažuje odparovanie potu a znižuje ochladzovanie tela. V nevetranom priestore sa ďalej vplyvom dýchania človeka zvyšuje koncentrácia oxidu uhličitého (CO₂). Dôkazom tohto tvrdenia je experimentálne meranie vykonané v bytovom dome v priestore spálne pre dve dospelé osoby (obr. 3).

Koncentrácia CO2 prekročila už po uplynutí približne štvrťhodiny maximálnu prípustnú koncentráciu 1 500 ppm. Absencia kyslíka v ovzduší spôsobuje pocit únavy, ospalosť až častú bolesť hlavy. Obidve spomenuté veličiny (vlhkosť a oxid uhličitý) majú jednu spoločnú charakteristiku – užívateľ v byte sa na ne veľmi rýchlo adaptuje, väčšina ľudí ich nie je ani schopná relevantne posúdiť.

PREČÍTAJTE SI TIEŽ

• Ako má vyzerať inteligentná budova? Pýtali sme sa odborníkov

Tieto vplyvy sa, žiaľ, prejavia až o niekoľko rokov. Je teda nevyhnutné predchádzať im včas – už pri rekonštrukcii objektu kvôli zatepleniu a nie až o niekoľko rokov. Musíme preto hovoriť o tzv. komplexnej obnove bytových domov, ktorá v sebe zahŕňa nielen spomínané zateplenie obvodových stavebných konštrukcií a výmenu otvorových konštrukcií, ale aj cielené vybudovanie riadeného núteného vetrania všetkých vnútorných obytných priestorov bytového domu [1].

Spôsoby (ne)vetrania v bytovom dome

V technickej správe projektovej dokumentácie na revitalizáciu objektu býva v profesii vzduchotechnika, kde je naplánované zateplenie obvodového plášťa a strechy obytnej budovy vrátane výmeny dverných a okenných konštrukcií, veľmi často uvedená veta: Vetranie bude zabezpečené prirodzeným spôsobom. Ale ako to dosiahnuť, keď bude objekt utesnený tepelnou izoláciou obvodových stien?

Otváranie okien prináša v dnešnej dobe len samé negatíva. V zimnom období predstavuje otvorené okno pri nízkej teplote vonkajšieho vzduchu len stratu tepelnej energie. V letnom období sa zasa, naopak, marí energia na výrobu chladu v chladiacom zariadení (ak je v byte inštalované). Ani nadmerný hluk z vonkajšieho prostredia neprispieva k zvýšeniu pohodlia domova.

Ďalšou alternatívou je použitie mikroventilácie, ktorá je súčasťou nových okien. Prečo sa teda celý obvodový plášť bytového domu vrátane strešnej konštrukcie má utesňovať, keď sa tento proces následne zámerne degraduje? Skutočne sa v stavebnej praxi odohrávajú protichodné kroky, ktorým chýba logický zmysel?

Zavádzaním laickej verejnosti je aj naprojektovanie spôsobu, ktorý otázku dostatočného vetrania bytového domu vyrieši len v projektovej dokumentácii, nie však v skutočnosti. Použitie tzv. ventilačných turbín (obr. 4), ktorými sa nahradí nefunkčný odťahový ventilátor na streche objektu, je nevyhovujúce.

Navyše sa tieto turbíny pôvodne vyvinuli a dodnes sa konštruujú iba na odvetrávanie podstrešných priestorov, teda bez nároku na prekonanie tlakových strát v potrubiach použitých v bytových domoch.

Okrem toho, tento systém pracuje v podtlakovom systéme, ktorý je plne závislý len od energie vetra. Výsledkom je nefunkčný systém, ktorý možno funguje pre užívateľov bytov žijúcich tesne pod strechou, pre ostatných však rozhodne nie je riešením, ale skôr príťažou [1].

Požiadavky na vetranie obytných budov v právnych predpisoch

V rekonštruovaných bytových domoch, ktoré prešli procesom zateplenia, sa nemožno spoliehať iba na prirodzené vetranie. Tento spôsob vetrania je v čase po rekonštrukcii už plne nepostačujúci. Jediným technickým riešením je vybudovanie systému riadeného núteného vetrania.

Podporu pre toto tvrdenie možno nájsť vo viacerých slovenských právnych predpisoch, ktoré majú záväzný charakter. K najvýznamnejším patria:

• Vyhláška MZ SR č. 124/2017 Z. z., ktorou sa mení a dopĺňa vyhláška MZ SR č. 259/2008 Z. z. o podrobnostiach o požiadavkách na vnútorné prostredie budov a o minimálnych požiadavkách na byty nižšieho štandardu a na ubytovacie zariadenia v znení vyhlášky MZ SR č. 210/2016 Z. z.
• Vyhláška MVRR SR č. 311/2009 Z. z., ktorou sa ustanovujú podrobnosti o výpočte energetickej hospodárnosti budov a obsah energetického certifikátu.

K nezáväzným, ale odbornou verejnosťou odporúčaným technickým normám patrí:

• STN EN 16798-1:2019 Energetická hospodárnosť budov. Vetranie budov. Časť 1: Vstupné údaje o vnútornom prostredí budov na navrhovanie a hodnotenie energetickej hospodárnosti budov – kvalita vzduchu, tepelný stav prostredia, osvetlenie a akustika. Modul M1-6.

Vzhľadom na to, že tvorba vnútorného prostredia centrálne upraveným vzduchom si vyžaduje veľké vzduchotechnické rozvody a má pomerne vysoké energetické nároky, v drvivej väčšine prípadov je zvykom projektovať výdatnosť vzduchotechnického zariadenia len na tzv. hygienické minimum, čo znamená zabezpečiť pre ľudí legislatívou stanovený dostatok vonkajšieho čerstvého vzduchu [11].

V každom z vyššie uvedených dokumentov možno nájsť zmienku o tom, prečo, ako a kedy vetrať. V spomínanej technickej norme STN EN 16798-1: 2019 je presne definované, akým spôsobom sa majú vetrať obytné priestory (tab. 1, tab. 2).

Projektant vzduchotechniky častejšie pracuje s objemovým prietokom vzduchu uvádzaným v merných jednotkách (m³/h). Prepočet tab. 2 je uvedený v tab. 3. Na porovnanie sú v tab. 4 a 5 uvedené hygienické požiadavky na mikroklímu vnútorného prostredia vo vybraných zahraničných predpisoch.

Ďalším technickým parametrom, ktorý spomína vyhláška MZ SR č. 124/2017 Z. z. ako záväzný, je maximálna prípustná koncentrácia CO₂ v obytných priestoroch. Ako limit je uvedená hodnota 1 500 ppm.

Na jednej strane sa jasným spôsobom stanovuje, v akej miere je potrebné vetrať tak, aby bolo vnútorné prostredie pre užívateľov komfortné a zdravé, na druhej strane však v praxi stoja vlastníci či nájomníci bytov, ktorí majú nekvalitnú vnútornú klímu a v mnohých prípadoch obývajú priestory nespĺňajúce požiadavky na kvalitné prostredie [1].

Riadené vetranie s čiastočnou úpravou vonkajšieho vzduchu

Komplexne riešená vzduchotechnika v bytových domoch sa doposiaľ nestala súčasťou projektovej dokumentácie. Podtlakové vetranie hygienických miestností (kúpeľňa, toaleta) a odsávanie pár z kuchyne pomocou digestora neriešili dlhodobo udržateľný stav kvality vnútorného vzduchu.

Prirodzené vetranie bolo jediným spôsobom výmeny znehodnoteného vnútorného vzduchu za vonkajší čerstvý, avšak na úkor vysokej energetickej náročnosti systémov vykurovania, ktoré museli dodatočne upraviť teplotu vzduchu z vonkajšieho prostredia na požadované parametre.

Nevyhnutnosť začať projektovať a stavať novým spôsobom vychádza v prvom rade z požiadavky definovanej vo vyhláške MDVRR SR č. 364/2012 Z. z., ktorá ustanovuje, že obytné budovy postavené po 1. 1. 2015 musia dosahovať energetickú triedu A1 a od 31. 12. 2020 energetickú triedu A0 v spotrebe primárnej energie. To znamená, že novostavby bytových domov nebudú po 1. 1. 2021 skolaudované, ak nepreukážu dosiahnutie energetickej triedy A0 vystaveným energetickým certifikátom.

Jedno z viacerých riešení, ktoré technické zariadenia budov ponúkajú ako celok na dosiahnutie energetickej triedy A0 v oblasti vzduchotechniky, predstavuje systém riadeného núteného vetrania s čiastočnou úpravou vonkajšieho vzduchu s aplikáciou vzduchotechnickej jednotky, ktorá využíva energiu z odpadového vzduchu vo forme spätného zisku tepla [2]. V podstate ide o vetracie jednotky s rekuperačným alebo regeneračným výmenníkom tepla.

Centrálna vzduchotechnická sústava – vetranie s rekuperáciou

Systém centrálneho vetrania (obr. 5) sa skladá z jednej alebo z niekoľkých samostatných jednotiek umiestnených na streche bytového domu alebo v jeho technických priestoroch a zabezpečujúcich spoločné prevetrávanie bytov situovaných nad sebou, ktoré spája spoločná zvislá šachta so vzduchotechnickými potrubiami na prívod a odvod vzduchu.

Aby bolo možné zabezpečiť individuálne prevetrávanie týchto bytov podľa okamžitých požiadaviek užívateľov, je na vstupe a výstupe do každého bytu osadený regulátor objemového prietoku vzduchu. Prívod upraveného vonkajšieho vzduchu je riešený do obytných miestností, ako sú obývacie izby, spálne či detské izby; odvod vzduchu zasa z kuchýň, kúpeľní, toaliet, prípadne zo šatníkov.

Regulátor objemového prietoku vzduchu zabezpečuje reguláciu výdatnosti vetrania v byte. Na riadenie možno použiť manuálne alebo automatické ovládače v kombinácii so snímačmi kvality vzduchu alebo snímačmi CO₂.

Výkon centrálnej vzduchotechnickej jednotky sa tak neustále upravuje s cieľom dosiahnuť optimálne podmienky životného prostredia pre ľudí vo vnútornom prostredí, no zároveň pri čo možno najnižšej spotrebe energií akéhokoľvek druhu [3, 5].

Významnou prednosťou tohto systému je, že zabezpečuje riadené vetranie s aplikáciou rekuperácie, t. j. s využitím tepla z odvádzaného vzduchu, ktoré slúži v zimnom období na predohrev chladného vonkajšieho vzduchu a, naopak, v letnom období na predchladenie teplého až horúceho vonkajšieho vzduchu.

Vzájomné oddelenie dvoch prúdov vonkajšieho a odvádzaného vzduchu v doskovom výmenníku rekuperátora vytvára vhodnú kvalitu privádzaného vzduchu s dostatočnou teplotou a vlhkosťou, bez prašnosti vnútorného prostredia a so zredukovaním prípadného zápachu v miestnostiach.

Vďaka rekuperácii možno ušetriť až 7 GJ/rok na vykurovanie jedného bytu s dispozíciou 3 + 1 kk, ktorý je obsadený štyrmi užívateľmi. Hlavným prínosom však zostávajú zdravé vnútorné prostredie, s ním súvisiace zníženie chorobnosti a v neposlednom rade aj zvýšenie hodnoty bytu, ktorý bude pripravený na ďalšie používanie budúcimi generáciami [1, 4].

Decentrálna vzduchotechnická sústava – vetranie s rekuperáciou

Táto vzduchotechnická sústava je založená na princípe, že v každom byte je umiestnená malá vetracia jednotka, ktorá zabezpečuje riadené vetranie bytu s rekuperáciou tepla. Jednotka je umiestnená zvyčajne pod stropom v miestnosti vstupnej chodby do bytu, odkiaľ je privádzaný vzduch vedený podstropným rozvodom do obytných miestností pomocou dýz s ďalekým dosahom prúdu vzduchu, tanierovými ventilmi alebo obdĺžnikovými dvojradovými výustkami s reguláciou objemového prietoku vzduchu.

Odvádzanie vzduchu sa realizuje z hygienických miestností a kuchyne. Prívod a odvod vonkajšieho vzduchu sa môžu riešiť dvomi spôsobmi. Buď tzv. centrálnym, t. j. spoločným prívodom vonkajšieho vzduchu (ODA) a odvodom odpadového vzduchu (EHA) do vonkajšieho prostredia – pre všetky byty situované nad sebou spoločne.

Tieto dve vzduchotechnické potrubia sú vedené spoločnou inštalačnou šachtou s vyústením na strechu bytového domu (obr. 6). Druhý spôsob prívodu a odvodu vonkajšieho vzduchu spočíva v jeho nasávaní (ODA) a vyfukovaní (EHA) v rámci obvodovej steny príslušného bytu (obr. 7).

V tomto prípade je dôležité správne umiestnenie nasávacieho a výfukového otvoru a to jednak vo vzťahu k otvorovým konštrukciám (okná, balkónové dvere) a jednak vzhľadom na vzájomnú polohu. Ak by bol otvor na prívod (opatrený pro dažďovou žalúziou) príliš blízko otvoru určeného na vyfukovanie odpadového vzduchu, mohlo by za istých poveternostných podmienok dôjsť k spätnému nasatiu škodlivinami už znehodnoteného vzduchu, čo je, samozrejme, nežiaduce.

Požiadavky na protipožiarnu bezpečnosť stavieb – všeobecne

Kmeňový záväzný právny predpis je zákon č. 314/2001 Z. z. o ochrane pred požiarmi, s poslednou novelizáciou v podobe zákona č. 129/2015 Z. z. Jeho vykonávací predpis je jednak vyhláška MV SR č. 121/2002 Z. z. o požiarnej prevencii, pre projektovanie konkrétnych vzduchotechnických sústav je však dôležitá vyhláška MV SR č. 94/2004 Z. z., ktorou sa ustanovujú technické požiadavky na protipožiarnu bezpečnosť pri výstavbe a užívaní stavieb.

V zmysle tejto vyhlášky sa za samostatný požiarny úsek pokladajú byt (obr. 8), ako aj inštalačná šachta, do ktorej sú vyvedené vzduchotechnické potrubia na prívod a odvod vonkajšieho vzduchu. Z toho vyplýva, že pri každom prestupe potrubia hranicou požiarneho úseku musí byť potrubie opatrené požiarnou klapkou.

Tá by v prípade požiaru zabránila nežiaducemu šíreniu ohňa vzduchotechnickým potrubím – či už z bytu do inštalačnej šachty alebo opačne. Existuje však výnimka, ktorá umožňuje vzduchotechnickým potrubiam prechádzať cez hranicu požiarneho úseku bez požiarnej klapky, no len v prípade, že max. prierezová plocha potrubia je 0,04 m² (čo zodpovedá rozmerom potrubia napr. 200 × 200 mm).

Ďalším dôležitým aspektom vyplývajúcim z vyhlášky je skutočnosť, že vzduchotechnická jednotka, ktorá nie je inštalovaná v strojovni vzduchotechniky (t. j. v samostatnej miestnosti považovanej za samostatný požiarny úsek), môže zásobovať upraveným vzduchom len priestory bytu, v ktorom je inštalovaná.

Z toho vyplýva, že je neprípustné, aby na jednu vzduchotechnickú jednotku boli napojené dva, prípadne viaceré byty situované v rámci jedného podlažia alebo nad sebou (obr. 9).

Vzduchotechnické rozvody v súlade s požiadavkami na protipožiarnu bezpečnosť stavieb

Z hľadiska protipožiarnej bezpečnosti stavieb musí návrh vzduchotechnickej sústavy vychádzať z tried vlastností a analýzy rizika z harmonizovaných noriem stavebných výrobkov, ako aj z požiadavky na triedu reakcie na oheň vrátane tvorby dymu a odpadávania a odkvapkávania horiacich častí a kvapiek a z analýzy požiarneho rizika vzduchotechnických zariadení.

Technickú normu STN 73 0872: 1978 a jej následné zmeny v podobe STN 73 0872/ Z3: 2003 Požiarna bezpečnosť stavieb. Ochrana stavieb pro šíreniu požiaru vzduchotechnickým zariadením možno pri návrhu týchto výrobkov považovať v niektorých oblastiach za prekonané.

Návrh je vhodnejšie spracovať podľa STN EN 15423: 2008, ktorá viac zodpovedá novým požiadavkám na výrobky z hľadiska protipožiarnej bezpečnosti stavieb. Ako sme už spomenuli, v bytových domoch sa v minulosti navrhovalo len odsávanie znehodnoteného vzduchu z hygienických miestností a kuchyne.

Na týchto rozvodoch v inštalačných šachtách bytových jadier sa nenavrhovali požiarne klapky, ale navrhovalo sa požiarne izolované oceľové potrubie s príslušnou požiarnou odolnosťou, ktoré bolo vyvedené až nad plochú strechu bytového domu. Túto zásadu by bolo dobré zachovať aj do budúcnosti.

Ako hlavné opatrenie sa namiesto priebežnej šachty navrhovali požiarne inštalačné jadrá, požiarne utesnené na každom podlaží. Pri výmene rozvodov a inštalácií však dochádzalo k porušeniu upchávok a k použitiu nových stavebných výrobkov, ktoré nemajú pôvodné požiarne technické vlastnosti. Dokonca sa nenavrhovali ani požiarne klapky podľa STN 73 0834: 2010 Požiarna bezpečnosť stavieb. Zmeny stavieb.

Vo vzduchotechnických rozvodoch sa v niektorých budovách navrhujú nové požiarne klapky už od priemeru 100 mm, ktoré sú umiestnené bližšie k sebe podľa skúšobných podmienok, než požaduje STN 73 0872: 1978. Výber požiarnej klapky ovplyvňujú konštrukcia, cez ktorú sa klapka navrhuje (napr. požiarna klapka v sendvičovej konštrukcii, v drevenej konštrukcii a pod.), ďalej orientácia konštrukcie a veľmi podstatné je aj správne požiarne utesnenie požiarnej klapky.

Pri výbere klapky treba tiež zvážiť, či je osadená na potrubí, či pri požiari jej porušenie nespôsobí rozťažnosť potrubia a či vôbec musí byť potrubie nadväzujúce na klapku. Nové požiarne klapky a potrubia sú roztriedené do viacerých klasifikačných tried, ktoré nemajú stanovené národné kritériá, ale sú použiteľné pri využití požiarno-inžinierskeho prístupu na základe základných vlastností.

V centrálnych rozvodoch vzduchotechniky je nevyhnutné navrhovať požiarne potrubia alebo požiarne šachty, prípadne ich kombináciu s požiarnou celistvosťou vzduchotechnických rozvodov. Súčasťou by mali byť aj dilatačné prvky s požiarnou odolnosťou. Na konci týchto rozvodov môžu byť osadené požiarne ventily [4].

Záver

Vzduchotechnické sústavy na vetranie, lepšie povedané, na riadené vetranie s čiastočnou úpravou vzduchu vrátane využitia niektorej z možností spätného zisku tepla z odpadového vzduchu nie sú vo svete ničím novým. V rámci výstavby nových bytových domov s nízkou spotrebou energie sa veľmi dobre etablovali aj na slovenskom trhu.

Ich ponuka, variabilita a efektivita v niektorých oblastiach rastú – ide hlavne o účinnosť rekuperácie či regenerácie, kde tieto sústavy dosahujú vysoké hodnoty. Zároveň prinášajú majiteľom alebo prenajímateľom nehnuteľností výhody v mnohých smeroch. Splnenie požiadaviek obytnej budovy na dosiahnutie energetickej triedy A0 výrazne ovplyvní voľbu vzduchotechnickej sústavy.

Vyhodnotenie sústav z hľadiska priestorovej náročnosti inštalácie, investičných nákladov na realizáciu diela, nákladov na primárne energie, úspor nákladov na energie využitím spätného zisku tepla (prípadne vlhkosti), úspor nákladov na energiu ventilátorov – to všetko sa odrazí na výslednej a určujúcej hodnote návratnosti investičných nákladov.