Větrání s rekuperací tepla ve školách

Větrání s rekuperací tepla ve školách


Autor: Prof. Ing. Jan Škorpil, CSc., ZČU v Plzni, fakulta elektrotechnická, katedra elektroenergetiky a ekologie


1. Úvod

Ve snaze po zlepšení tepelně technických vlastností školních budov (nejen školních)je realizováno jejich zateplení a také je prováděna výměna oken.  Z hlediska energetických úspor se jedná o přínosná opatření ale zároveň však je třeba věnovat pozornost kvalitě vnitřního prostředí, která může zejména instalací těsných oken oproti původním netěsným utrpět. Kvalita vzduchu ve vnitřních prostorách budov a zejména v učebnách je zhoršována přítomností lidí (produkce CO2, vodní pára, pachy) a také substancemi uvolňovanými z vybavení učeben. Ukazatelem kvality vnitřního ovzduší v učebnách je zejména koncentrace CO2, která by podle vyhlášky č.268/2009 Sb. neměla v pobytových prostorách převýšit hodnotu 1500 ppm. Jaký vliv má obsah CO2 a jeho koncentrace ve vdechovaném vzduchu na člověka ukazuje následující tabulka [zdroj MŽP].

Pokud v učebně překročí koncentrace CO2 hodnotu 1500 ppm  mají žáci i učitelé nevhodné podmínky pro svoji činnost, objevuje se apatie i únava.  Při dalším růstu koncentrace CO2 se následky zhoršují, nastupuje ospalost, bolesti hlavy a další nepříznivé účinky. Situaci může dále zhoršit nevhodný teplotní režim zejména pak vyšší teplota prostředí.

2. Měření v reálné učebně a jeho výsledky

Že takové podmínky reálně existují  ukazuje řada měření prováděných v učebnách. Uvedu např. měření  provedené v konkrétní učebně základní školy  v prosinci 2017 (viz obrázek dále), ve kterém je uveden průběh koncentrace CO2 v učebně během výuky.

Měření bylo zahájeno v 7:30, kdy byly ve třídě pouze osoby zajišťující měření – koncentrace CO2 byla na úrovni 638 ppm, okna částečně otevřena.  Vyučování bylo zahájeno v 7:43 hodinou českého jazyka, ve třídě bylo 15 žáků, 1 vyučující a 1 osoba zajišťující měření.

Obecně doporučená hranice koncentrace  CO2 1000 ppm byla překročena po 14 minutách měření, úroveň 1200ppm CO2 po 33 minutách. Situaci pozitivně ovlivňoval jak počet žáků, tak parciální větrání. Ani tento stav však nedokázal zajistit požadovanou úroveň CO2 ve třídě. V 8:30, kdy končila hodina bylo ve třídě již nadlimitních 1673 ppm CO2.

Situace ve třídě se nezlepšila ani během přestávky, kdy část žáků opustila učebnu, byly otevřeny dveře na chodbu a více oken.

Druhá hodina, matematika, byla zahájena v 8:38 s koncentrací CO2 na úrovni 1729 ppm, tedy nad horní doporučenou hranicí. Koncentrace CO2 se během druhé hodiny držela i přes částečně otevřená okna na úrovni kolem 1700 ppm.  Během velké přestávky 9:25-9:45 – byla třída důkladně vyvětrána otevřením všech oken i dveří na chodbu. Koncentrace CO2 se tímto důkladným větráním snížila pouze na 1147ppm CO2.

Třetí hodina od 9:45, angličtina – spojena 4 a 5 třída, počet dětí 13 + učitelka probíhala se zavřenými okny i dveřmi. V tomto nastavení se situace rychle zhoršovala.  V 10:32 byla dosažena hranice 1891ppm CO2, v učebně bylo „nedýchatelno“ vyučující jasně identifikovala velký pokles schopnosti žáků pracovat, tempo výuky se výrazně snížilo.

Čtvrtá hodina – hudební výchova probíhala se stejným počtem žáků dveře uzavřeny, dvě ventilačky se otevřely. Měření bylo ukončeno v 11:22, žáci začali opouštět třídu a koncentace CO2 ve třídě klesla na úroveň 1683 ppm CO2.

Situace gradovala na konci čtvrté hodiny, kdy v 10:55 bylo naměřeno 2022 ppm. Žáci i vyučující vzniklou situaci špatně snášeli, nastoupila únava a nezájem o výuku. Takto vysoké hodnoty znamenají výrazný diskomfort s legislativními požadavky a mají zásadní dopad na schopnost žáků jakékoliv podněty přijímat i schopnost a možnosti vyučujícího tyto podněty a informace žákům předávat.

3. Možnosti  řešení  –  větrání  s rekuperací tepla

Energetické úspory na vytápění a současně trvale vyhovující koncentrace CO2 v učebně lze dosáhnout nuceným a řízeným větráním s rekuperací tepla. Rekuperační systém je tvořen  lokální nebo centrální rekuperační  jednotkou, ve které je přívodní vzduch filtrován a ohříván ve výměníku odpadním vzduchem.  Účinnost výměny tepla mezi odpadním a přívodním vzduchem může dosáhnout až 90 % podle typu rekuperačního výměníku. Otázkou je jaký větrací systém zvolit – centrální nebo decentrální (lokální)? Zde je nutno posoudit investiční a provozní náklady, provozní  režim větraných prostor, rozsah a možnosti potřebných stavebních  úprav , montážní práce, technické parametry zařízení a jeho spolehlivost, připojení k síti a další specifické požadavky podle konkrétní lokality (bezpečnostní kriteria, revize zařízení, spotřební materiál a j.) V dalším uvedeme výhody a nevýhody jednotlivých řešení.

4. Centrální  větrací systém s rekuperací tepla

Přívod a odvod vzduchu je realizován centrální jednotkou s rekuperací, která zajišťuje také úpravu vzduchu (filtraci případně další). V budově jsou instalována potrubí s pevně umístěnými vývody, které slouží pro přívod čerstvého venkovního vzduchu a odvod vnitřního vzduchu pro  jednotlivé místnosti.

Instalace těchto rozvodů po celé budově je složitá a vyžaduje zásahy do stavební konstrukce budovy, Jedná se zpravidla o vysoké investiční náklady a časově náročné práce.  Nevýhodou centrálního rovnotlakého systému větrání jsou také zejména zvýšené nároky na prostor pro umístění centrální jednotky.  Ventilátory musí být opatřeny tlumiči hluku tak, aby nedocházelo k nežádoucímu šíření hluku uvnitř budovy nebo do venkovního prostředí.

Rovněž musí zařízení automaticky vyrovnávat tlakové poměry v přívodních i odváděcích vzduchovodech při regulaci parametrů vzduchu v jednotlivých místnostech. V případě znečištění vzduchovodů dochází ke zhoršení kvality přívodního čerstvého vzduchu a celý systém také vyžaduje potřebnou údržbu a revize z hlediska hygienického, technického i požárního.  V potaz lze vzít i hledisko spolehlivosti provozu neboť při výpadku centrální jednotky je nefunkční celý systém. 

5. Decentrální (lokální) větrací systém s rekuperací tepla

Při tomto řešení se využívá lokální rekuperační jednotka umístěná přímo ve větraném prostoru (může být umístěna u stěny, v rohu místnosti nebo zavěšená pod stropem) nebo přilehlém prostoru. Není nutná instalace potrubních systémů, stačí pouze otvory pro spojení s vnějším prostředím (stavební průchodky v obvodových zdech nebo lze využít s úpravou průchod okny). Rekuperační jednotka zajišťuje plynulou regulaci množství vzduchu podle měření obsahu CO2  v místnosti, umožňuje nastavení individuálního časového programu provozu a její ovládání je uživatelsky jednoduché. Vzhledem k tomu, že její instalace nevyžaduje rozsáhlé stavební a montážní práce nenarušuje provoz v místě instalace tak jak je to u centrální jednotky. Výhodou je také možnost postupné instalace rekuperačních jednotek do jednotlivých učeben podle dostupných finančních prostředků. Decentrální řešení umožňuje rychlou instalaci v řádu několika hodin až jednoho dne a umožňuje různá variantní uspořádání. Dodavatelů decentrálních rekuperačních jednotek různé kvality je na trhu opět vícero. 

6. Závěr

Dodržování doporučených limitů koncentrace oxidu uhličitého CO2 v souladu s dříve uvedenou vyhláškou a dosažení energetických úspor při větrání a vytápění školních učeben, lze ovlivnit pouze instalací nuceného větrání s rekuperací tepla. Z dosud uvedeného lze konstatovat, že decentrální rekuperační vzduchotechnické jednotky jsou flexibilním a rychleji realizovatelným řešením výše uvedené problematiky. Jednotky mohou být v jakékoliv části místnosti, nevyžadují žádné doplňky a akustické kryty. Čidlo koncentrace CO2 řídí výkon větrání podle počtu osob a zajistí aby se nevětralo zbytečně. Každá učebna je  automaticky řízena s  minimem obsluhy a spotřeby energie. Nová jednotka může být instalována ve třídách zatím co zbytek školy je stále v provozu.  Decentrální systém se dá celkem snadno upravit nebo rozšířit podle měnících se provozních podmínek. Postupná instalace decentrálních  systémů nuceného větrání s rekuperací tepla umožní zlepšení vnitřního ovzduší ve školách a příznivějšího prostředí pro žáky i učitele.


Autor je odborným garantem projektu Větráme školy