Jak větrat interiér školy

Z veřejně dostupných průzkumů Státního zdravotního ústavu v Praze [lit. 2] vyplývá, že prakticky u všech kontrolovaných školských objektů v ČR dochází dnes k závažným problémům v oblasti jejich mikroklimatu, hlavně v několikanásobném překračování přípustných hodnot CO₂, prachových částic PM 10, vysoké relativní vlhkosti a teploty, případně dalších škodlivin, zejména všech těkavých organických sloučenin TVOC (Total Volatile Organic Compounds), atd.
Běžně doporučovaná opatření pro větrání otevíráním oken jsou pro většinu dnešních škol zcela neakceptovatelná, hlavně z důvodu bezpečnosti žáků, vzniku průvanu, pronikání hluku a případně dalších škodlivin z venkovního prostředí.
V ČR bylo dosud realizováno pouze několik pilotních realizací převážně centrálního nuceného větrání ve školách; většina zřizovatelů (obce, kraje) a ředitelů škol však má vůči těmto investičně i stavebně náročným systémům, i přes jejich funkčnost, oprávněné obavy.

Současná legislativa v ČR k danému tématu

Základním platným předpisem pro větrání škol je v současné době Vyhláška č. 343/2009 Sb. (dříve 410 / 2005), o hygienických požadavcích na prostory a provoz zařízení a provozoven pro výchovu a vzdělávání dětí a mladistvých, kde se taxativně stanoví dávka čerstvého vzduchu v rozsahu 20–30 m₃/h/žáka (avšak bez ohledu na jejich věk!; a z toho vyplývající produkci CO₂, která se pro základní školy 1. a 2. stupně pohybuje v rozsahu od 8 do 14 l/h./os, pro střední školy až do 16 l/h./os). Dalším předpisem je Nařízení vlády č. 361/2007 Sb., ve znění pozdějších předpisů, kterým se stanoví podmínky ochrany zdraví při práci, a dále Vyhláška č. 268/2009 Sb., kterou se mění vyhláška o technických požadavcích na stavby, ve znění pozdějších předpisů (Vyhl. č. 20/2012 Sb.).

SFŽP ve spolupráci s FS ČVUT Praha zpracoval „Metodický pokyn pro návrh větrání škol“ [lit. 3], ve kterém je již logicky stanoveno hygienicky redukované množství větracího vzduchu podle věku žáků, a tím i produkce CO₂. Tento návrh je již předložen k projednání při novelizaci dosud platné Vyhl. č. 410/2005 Sb. V současné době lze na realizaci energeticky úsporných opatření ve školských objektech čerpat dotace z Operačního programu Životní prostředí pro období 2015–2020, Prioritní osa 5, specifický cíl 5.1, který na rozdíl od minulosti podmiňuje realizaci zateplení a výměnu oken vždy provedením vzduchotechnických systémů, případně podporuje i samostatnou instalací větracích zařízení.

Návrh nové koncepce decentrálního systému větrání

Vzhledem k výše uvedeným problémům při návrhu komplikovaných centrálních vzduchotechnických systémů byla firmou ATREA, která se touto problematikou zabývá již celou řadu let, navržena koncepce decentrálního větrání s následujícími zásadami:

• v každé učebně instalovat samostatně automaticky řízenou VZT jednotku podle průběžně snímané hladiny CO₂ na jednotce
• vyloučit veškeré zbytečné potrubní rozvody v učebnách návrhem bezpotrubního systému proudění podél stěn a stropů, s dodržením rychlosti proudění w_max = 0,15 m/s v oblasti pobytu žáků (idea viz obr. 1)
• univerzální provedení umožňující instalaci do všech stavebně – konstrukčních systémů budov
• plně automatický a ekonomický provoz výhradně podle současného obsazení učeben, tj. podle produkce CO₂ žáků dle jejich věku, s možností dálkového ovládání
• max. hladina hluku od VZT jednotky v pracovním bodě v prostoru učeben LAmax = 30 dB, neboť hygienicky přípustná hladina L_Amax = 45 dB je pro výuku zcela neakceptovatelná
• bezpotrubní řešení odvodu kondenzátu
• možnost volby individuálně řešených povrchů jednotky dle designu stávajících skříní v interiéru učeben
• automatické řízení vestavěnou digitální regulací RD 5, případně i dálkově
• účinnost rekuperace dle EN 308 min. 85% v pracovním bodě
• 100% funkce by-passu při rovnotlakém větrání, tj. úplné uzavření průtoku vzduchu přes ZZT při letním otevření by-passu
• návrh jednotky vyhovující nařízení komise (EU) č. 1253/2014 (Ecodesign), dále VDI 6022 a Passivhaus
• instalace protikouřového čidla zabraňujícího vypnutím jednotky přívodu zplodin z hoření v případě dýmů z požáru ve venkovním prostředí

Experimentální realizace systému

Pro pilotní realizaci systému byla vybrána chemická učebna 7. B v Základní škole Pivovarská v Jablonci n. N. (obr. 2). Učebna je umístěna v přízemí částečně pod úrovní přilehlého terénu. V učebně se střídá obsazení žáky 2. stupně (7. a 8. tř.) v počtu 25 až 29. Vzhledem k nízkým výškám okenních nadpraží nebylo možné instalovat žádnou dostupnou podstropní větrací jednotku.
V učebně bylo v průběhu příprav realizace 02-03/2016 instalováno měření hladin CO₂ současně s písemnou registrací obsazení žáky a jejich věkovou strukturou (viz graf 3). Zároveň byla měřena hladina CO₂ při řízeném otevírání sklápěcích oken umístěných ve spodní třetině výšky oken, kdy se prokázala jejich naprostá nefunkčnost pro snížení hladiny CO₂.
Pro optimální umístění jednotky v prostoru učebny byla zpracována firmou EnergySim s.r.o. [lit. 4] analýza variant jejího situování vzhledem k průběhu a rozložení rychlostních profilů a teplot v prostoru, včetně průkazu dodržení max. přípustných rychlostí proudění v oblasti hlavy žáků (viz graf 4). Tato analýza potvrdila nejvýhodnější, původně navrhované a experimentálně ověřené, umístění jednotky do zadního rohu okenní stěny učebny s vyústěním přiváděného vzduchu šikmo vzhůru podél hlavní okenní stěny s osazenými podokenními radiátory ústředního vytápění (viz graf 4).

Návrh prototypu vzduchotechnické jednotky

Firmou ATREA byla navržena a patentována koncepce vertikální interiérové jednotky s bezpotrubním přívodem vzduchu do učebny, s vestavěnými labyrintovými tlumiči hluku přívodní i odtahové sekce jednotky, pod označením Duplex 850 Inter (obr. 3). Vzduchový max. výkon rovnotlakého větrání byl navržen na 850 m³/h při externím tlaku do 50 Pa, vykrývajícím pouze tlakové ztráty venkovní integrované vyústky, při celkovém elektrickém příkonu 2 x 180 W. Zvláštní péče byla při návrhu jednotky věnována jejím akustickým parametrům s cílem dosahovat hodnot akustického tlaku po instalaci v učebně pod LAmax = 30 dB! V jednotce je instalován elektrický dohřívač z PTC článků, a vyhřívaná vana odvodu kondenzátu odparem s automatickým spínáním podle hladiny kondenzátu. Funkční ověření parametrů prototypu proběhlo v akreditované laboratoři Air-lab s.r.o. v 03/2016, včetně ověření parametrů dle platného nařízení komise EU č. 1253/2014 (Ekodesign).

Realizace systému

V rohu učebny 7. B byly v cihelné zdi tl. 850 mm vyvrtány na jádro horizontálně 2x otvory průměru 300 mm, osazeny prostupky zdivem průměru 280 mm a s hrdly jednotky byly propojeny vodotěsným Flexo potrubím. Zákryt připojovacího potrubí v délce 450 mm opatřen akustickou izolací. Zvenku byla osazena na fasádě integrovaná vyústka. Celková doba instalace byla pouze dva pracovní dny! Na přání školy byla následně jednotka opatřena tapetou v designu dle okolních skříní, tím se vizuálně zcela zakomponovala do stávajícího vybavení učebny (obr. 4). V praxi pak budou čelní dveře jednotky využívány jako magnetická nástěnka (tabule). Elektrické připojení jednotky je pohyblivým přívodem s vidlicí (součást jednotky) do stávající zásuvky (10 A/230 V) v učebně.

Měření parametrů po instalaci v učebně

Pro zkušební provoz byla nastavena automatická zásahová úroveň dosažené hladiny CO₂ na 1000 ppm s diferencí 80 ppm pro spuštění jednotky na 50% jejího maximálního výkonu, s programovým předvětráním na 100% výkon od 700 do 730 hod.
Po vyhodnocení 14 denního provozu bylo vedením školy konstatováno vynikající zlepšení kvality vzduchu oproti předchozímu stavu, zároveň s neslyšným provozem a prakticky nevnímaným prouděním vzduchu v učebně.
Pro kontrolu úrovně dosažených hladin CO₂ v učebně byla instalována kombinovaná externí čidla CO₂ a relativní vlhkosti, zároveň byl v jednotce navíc osazen dataloger COMET sledující provozní stavy jednotky ve vztahu k dosažené hladině CO₂, při registrovaném obsazení učebny žáky 2. stupně. Účelem tohoto sledování bylo ověřit správnost doporučených redukovaných vzduchových množství podle metodiky SFŽP [lit. 3] pro návrh větrání škol vůči dosud platné Vyhlášce č. 343/2009 Sb.
Výsledky měření CO₂ jsou uvedeny při konkrétním obsazení (viz graf 5). Výsledné ekvivalentní hladiny akustického tlaku v učebně korigované na hluk pozadí byly externě měřeny firmou Greif s.r.o. [lit. 5], kdy hodnoty měřené v referenčních místech učebny se pohybovaly v rozsahu LAeq,T = 27,9 dB až 29,6 dB, podle výkonu větrání od 450 m³/h do 650 m³/h. Přitom hladina hluku pozadí v učebně byla změřena na 27,3 dB (A), kdy byla výrazně ovlivněna i nástěnnými hodinami a hlukem termostatických hlavic ústředního vytápění! Měření průběhu rychlostních polí proběhlo při plném výkonu jednotky vrtulkovým anemometrem TESTO 435-2, kdy byla ověřena velmi dobrá shoda s modelovou simulací CFD analýzou firmou EnergySim s.r.o.

Zkušenosti předkůSlavný renesanční architekt Leon Battista Alberti (1404–1472), vycházející ve svém stěžejním díle „10 knih o stavitelství“ z prací antického architekta Vitruvia, personifikuje čistý vzduch a nazývá jej podle starých teologů Palladou, a požaduje, aby v domě „vzduch hodinu co hodinu byl obnovován, jinak by se totiž kazil a působil škodu“ (kniha první, hl. 12).
Ve Stavebním řádu pro Čechy (zákon č. 5 z 8.1.1889 pro království české), se v § 121 Stavba škol nařizuje: „Kromě obnovování vzduchu (provětrávání), které po vyučování prováděti se má otevřením dveří a oken, pečováno buď v každé síni školní o stálou změnu vzduchu. Přístroje, které zprostředkují tuto změnu vzduchu, buď též upraveny tak, aby stále čerstvý, tj. čistý a v zimě náležitě oteplený vzduch v dostatečném množství z venku do místnosti tak byl přiváděn, vzduch v místnostech tak z nich byl odváděn, aby tato změna vzduchu přítomných nijak nepříjemně se nedotýkala, aneb je docela ohrožovala“. Co k předešlému můžeme dnes ještě dodat? Jsme skutečně dál než naši moudří předkové …?

Závěr

Učebny škol je třeba průběžně větrat potřebným množstvím čerstvého vzduchu. Představujeme interiérovou vzduchotechnickou jednotku vyvinutou pro podmínky škol, která tento cíl uživatelsky přívětivě a energeticky úsporně plní, s mimořádně příznivým akustickým a hygienickým provozním působením, a kterou lze instalovat během dvou pracovních dnů.

Použitá literatura:

[lit. 1] Begini, M.; Zmrhal V. - Dotazníkový průzkum stavu školských budov
ln: portál TZB info (online). ISSN 1801 – 4399, 2015
[lit. 2] Státní zdravotní ústav v Praze [2008], www.szu.cz/tema/zivotni-prostredi/kvalita-vnitrniho-ovzdusi-v-zakladnich-skolach
[lit. 3] MŽP, SFŽP „Metodický pokyn pro návrh větrání škol“, 2015
[lit. 4] EnergySim s.r.o., CFD analýza (učebna školy), autor: Antonín J.; Pánek V; 2016
[lit. 5] Greif – akustika s.r.o. – Protokol o měření hluku ZŠ Pivovarská Jablonec n. N., Mareš J. (autorizované měření)
Autoři: Petr Morávek, Martin Bažant, Jan Müller, Zdeněk Zikán; Atrea s.r.o.

Zdroj: www.atrea.cz