Na základe produkcie CO2 je minimálne množstvo vetracieho vzduchu na osobu stanovené na 15 - 25 m3.h-1 v závislosti od aktivity človeka. Toto je skutočne hygienické minimum, pod ktoré by sa nemalo ísť. Pre potrebnú tepelnú a vlhkostnú pohodu by sme sa často mali dostať aj na hodnotu vyššiu. Je známe, že v bytoch okrem vlhkosti a CO2 vzniká a do vzduchu sa uvoľňuje celá rada ďalších chemických látok a pachov (niektoré si úmyselne pridávame sami vo forme rôznych osviežovačov, pohlcovačov pachov a dezodorantov). Z týchto dôvodov by sme mali požadovať prívod minimálne 30 m3.h-1 vetracieho vzduchu na osobu. Vzduch je požívatina, preto je pozornosť neustále zameraná na hygienické charakteristiky.
Regulačné rámce a normy pre prívod vzduchu
Normy a vyhlášky pre návrh obsahujú mnoho okrajových podmienok k rovnakému problému, ktoré sa ale mnohokrát značne rozchádzajú. Tvorba vnútorného prostredia centrálnou úpravou vzduchu si vyžaduje veľké vzduchotechnické rozvody a pomerne vysoké energetické nároky. Z tohto dôvodu je v drvivej väčšine prípadov zvykom projektovať hygienické minimum, čo znamená zabezpečiť dostatok čerstvého vzduchu pre ľudí.
STN EN 15251: Klasifikácia vnútorného prostredia
V tejto norme sa k človeku pristupuje z dvoch uhlov pohľadu - a to ako k zdroju bioemisií (bioeffluents) či zdroju CO2. Pri pohľade na úroveň bioemisií sa k človeku pristupuje ako k zdroju rovnakých škodlivín, ako sa emitujú z budovy (prchavé organické látky, formaldehyd, amoniak, karcinogénne látky a podobne). Dávka vzduchu na človeka sa jednoducho spočíta s dávkou vzduchu na emisie od budovy. Dávka vzduchu na osobu je uvedená v tabuľke B.1 a má byť qp,1 = 7 l/(s . os) a dávka vzduchu na emisie z budovy je uvedená v tabuľke B.3 a má byť qB,1 = 0,7 l/(s . m2). Súčasťou normy je však aj tabuľka B.2 (v slovenskom preklade z júna 2008 nesprávne označená ako B.1), ktorá by mala prehľadným spôsobom zhrnúť jednotlivé dávky vzduchu pre rozličné typy priestorov.
Napríklad v obchodoch sa dávka vzduchu na osobu qp zvyšuje o 50 % (namiesto 1,0 l/(s . m2) sa tam uvádza 1,5 l/(s . m2), čo predstavuje 10,5 l/(s . os)) a dávka vzduchu na emisie z budovy qB sa zvyšuje dokonca o 100 % (namiesto qB,1 = 0,7 l/(s . m2) sa tam uvádza qB,2 = 1,4 l/(s . m2)). V mojej certifikačnej praxi sa najviac opieram o hodnoty z tabuľky B.2 v STN EN 15251, pretože pri tomto predpise mám pocit najkomplexnejšieho spracovania.
STN EN 13779: Vetranie nebytových budov
V tejto norme sa pristupuje k človeku ako ku zdroju CO2. Štandardná dávka vzduchu na osobu je uvedená v tabuľke A.11 a má byť qp,2 = 12,5 l/(s . os). Pri pohľade na úroveň CO2 sa norma odvoláva na normu STN EN 13779.
Vyhláška MZ SR č. 259/2008 Z. z. (§ 3 ods. 9)
Podľa tejto vyhlášky sa "potrebné množstvo vzduchu na výmenu určuje v závislosti od faktorov uvedených v odseku 2; v miestnostiach bez zdrojov škodlivín a so zákazom fajčenia, v ktorých je dlhodobý pobyt viacerých osôb s aktivitou v triedach činnosti 0 až 1a, sa potrebná výmena vzduchu určuje z grafu na obr. 2 v prílohe č. 2". Bežnému človeku by pri predstave klasickej kancelárie a obchodu nenapadlo, že by sa mal privádzať čerstvý vzduch aj pre iný subjekt, než je človek, teda laicky povedané, že by sa mal privádzať čerstvý vzduch pre počítač, stôl, koberec či laminátovú podlahu. O tomto sa totiž v danej vyhláške nehovorí. Takže pokiaľ zohľadňujeme len túto vyhlášku, množstvo čerstvého vzduchu sa stanoví podľa obr. 2 v prílohe č. 2. Činnosť v obchodoch (nakupovanie a práca predavačov) je zatriedená do triedy 1b, takže daný graf je pre obchodné domy nepoužiteľný a pre obchodné priestory by sa táto vyhláška nemala používať. Predpokladaná plošná obsadenosť nie je v tejto vyhláške stanovená, pre naše potreby sa však ani nevyžaduje. Od obstavaného priestoru s hodnotou 13,5 m3/os a viac je požiadavka na množstvo vymieňaného vzduchu konštantná a qp,3 = 4 l/(s . os). To znamená, že od plošnej obsadenosti 13,5 m3/os / 3 m = 4,5 m2/os sa dávka vzduchu na osobu nemení. Predpokladajme plošnú obsadenosť zhodnú s normami STN EN 15251 a STN EN 13779, čo je v kanceláriách Ap, kanc, 3 = Ap, kanc, 2 = Ap, kanc, 1 = 10 m2/os.
Vyhláška MVRR SR č. 311/2009 Z. z.
Jedným zo zatiaľ najčastejšie spracovávaných hodnotení je normalizované hodnotenie. Podľa definície platí, že "normalizovaným hodnotením je určovanie potreby energie v budove vyrátaním s použitím normalizovaných vstupných údajov o vonkajšom a vnútornom prostredí budovy a o skutočnom vyhotovení stavebných konštrukcií a technického a energetického vybavenia budovy podľa § 2 ods. 5 až 7 zákona". To znamená, že zoberieme skutočnú budovu so skutočnými stenami a oknami, so skutočným technickým vybavením, posadíme ju do fiktívnej krajiny, obsadíme ju normalizovaným počtom osôb, ktorým zabezpečíme normalizovanú teplotu a vlhkosť vzduchu a normalizované množstvo vzduchu. Potom treba vypočítať, koľko a akej energie sa na to spotrebuje za rok.
Podľa prílohy č. 3 vyhlášky a poznámky s) "vstupné údaje na výpočet prietoku vzduchu a tepelných strát vetraním a infiltráciou určuje technická norma (STN EN 15241 pre nebytové a STN EN 13465 pre bytové budovy) alebo sa údaje o teplote vnútorného vzduchu uvažujú podľa prílohy č. 1 tabuliek č. 2 a 3.". To znamená, že si môžeme vybrať vstupné údaje z vyhlášky alebo z normy. Norma STN EN 15241 je však iba taká "úvodná" norma, ktorá definuje, čo sa má podľa ktorej normy vypočítať. Potrebné objemové prietoky privádzaného vzduchu sa majú vypočítať podľa STN EN 15251 alebo podľa STN EN 13779.
Podľa prílohy č. 1 tab. 3 (prevzatá z STN EN ISO 13790 tab. G.12) je teda predpokladaná plošná obsadenosť v kanceláriách Ap, kanc, 4 = 20 m2/os a v obchodoch Ap, obch, 3 = 10 m2/os. Množstvo čerstvého vzduchu na osobu v kanceláriách je qp, kanc, 2 = 14 m3/(h . os) = 3,89 l/(s . os) a v obchodoch qp, obch, 2 = 7 m3/(h . os) = 1,94 l/(s . os). Plošná obsadenosť sa vcelku zhoduje s normou STN EN 15251, pretože vo vyhláške sa uvažuje plocha vypočítaná pre celú budovu (administratívu alebo obchody) a z vonkajších rozmerov. Ak by sme mali pri energetickej certifikácii pre vetranie uvažovať vstupné údaje podľa vyhlášky, v tomto momente by sme skončili, pretože minimálnu výmenu 0,5 h-1 pre celú budovu má už vo svojich výpočtoch zahrnutú profesia vykurovania a pre profesiu vetrania už "nič nezostalo".
Typy vetrania a ich vplyv na hygienické požiadavky
Základnou funkciou vzduchotechniky je zabezpečiť požadovaný stav vzduchu privádzaného do interiéru a dlhodobo tento stav udržať nezávisle od pôsobenia negatívnych faktorov exteriéru (teplota a vlhkosť vonkajšieho vzduchu, oslnenie, rýchlosť vetra a pod.). Pritom treba mať na zreteli druh stavebnej konštrukcie a typ prevádzky v danom objekte. Na samotnú úpravu vzduchu často vplýva viacero faktorov súčasne, ako sú napríklad tepelno-vlhkostné požiadavky či kvalita vzduchu po chemickej stránke, keďže v priemyselných prevádzkach vznikajú látky, ktoré sú nebezpečné pre zdravie človeka. Prostredie pôsobí na človeka nielen prostredníctvom teploty vzduchu, ale aj pohybom vzduchu, sálania okolitých plôch, predmetov a stavebných konštrukcií, vlhkosti a znečistenia vzduchu. Tieto vplyvy sa môžu prejavovať v rozličných kombináciách. Je potrebné stanoviť, aký bude systém vetrania - prirodzený alebo nútený.
Prirodzené vetranie
Prirodzené vetranie sa navrhuje len výnimočne. Dôvody sú najmä tepelné (nedostatočné vnútorné zdroje tepla na ohriatie vonkajšieho vzduchu), dispozičné (znehodnotenie pracovnej oblasti človeka chladným privádzaným vzduchom) a hygienické (legislatíva umožňuje prirodzené vetranie iba v priestoroch, kde nie je nutný prívod filtrovaného vzduchu a ohrievaného vzduchu v zimnom období).
Nútené vetranie
Nútené vetranie sa aplikuje najčastejšie. Do mnohých prevádzok nemožno privádzať neupravený (či už z hygienických, alebo z technologických dôvodov) vonkajší vzduch, t. j. nefiltrovaný od prachu a bez ohrevu v zimnom období. V tomto prípade hovoríme o celkovom vetraní. Objemovým prietokom vonkajšieho vzduchu sa stanovuje hygienické minimum. Vzduchotechnika má zabezpečiť nielen vetranie, ale aj zaistiť požadované podmienky v príslušných priestoroch. Obe tieto úlohy prinášajú rôzne požiadavky na prívod vonkajšieho (čerstvého) vzduchu. Treba pamätať na to, že jeho neúmerné množstvo spôsobuje v zime vysokú spotrebu tepla na jeho ohrev, čo sa neskôr negatívne prejaví aj v prevádzkových nákladoch.
Ak sú v priestoroch zdroje škodlivín, je prívod vonkajšieho vzduchu daný ich najvyššími prípustnými koncentráciami. Tento prípad však nastáva v chladných prevádzkach len zriedka. Častejšie vyvoláva potrebu vetrania prítomnosť ľudí. Z hľadiska produkcie oxidu uhličitého človekom je vyhovujúci prívod 20 m3/h vonkajšieho vzduchu na osobu. Dnes sa táto hodnota považuje za nízku. Minimálna dimenzovaná hodnota býva 30 m3/h na osobu a vyššia. Niektoré zahraničné normy pripúšťajú v čase minimálnych vonkajších teplôt zníženie tejto hodnoty na 8 m3/h na osobu (VDI, ASHRAE).
Za minimálny podiel vonkajšieho vzduchu sa požaduje 10-percentný podiel vonkajšieho vzduchu z celkového objemového prietoku vzduchu privádzaného do priestoru. Toto stanovisko však nie je správne. V mnohých objektoch sa z rozličných dôvodov požaduje vysoká výmena vzduchu a požadovaný podiel 10 % vedie k energetickému plytvaniu (typickým príkladom, aj keď nie z oblasti priemyslu, je vetranie výpočtových stredísk, kde by pri tejto požiadavke pripadalo na jedného človeka niekoľko stoviek m3/h).
V niektorých prípadoch, najmä ak nie je možné vopred stanoviť počet ľudí v objekte, sa množstvo vonkajšieho vzduchu stanovuje z hodinovej výmeny vzduchu vztiahnutej na objem vetraného priestoru. Toto množstvo možno ešte do značnej miery zvýšiť v prípadoch, keď to dovoľujú energetické podmienky (prechodné ročné obdobia, keď netreba chladiť ani vykurovať; keď na vykurovanie možno využívať odpadové teplo; pri použití zariadenia na spätné získavanie tepla).
Celkové množstvo vzduchu privádzaného do priestorov je dané súčtom objemového prietoku vonkajšieho vzduchu (hygienické minimum) a obehového (cirkulačného) vzduchu. Podiel obehového vzduchu je vhodné obmedziť na najmenšiu možnú hodnotu, aby sa obmedzil pracovný rozdiel teplôt (rozdiel teploty vzduchu v miestnosti a privádzaného vzduchu), najmä v lete. Tento rozdiel by mal byť v letnom období v bežných prípadoch 6 až 8 K, v zime max. 3 K. Obehový vzduch zhoršuje kvalitu privádzaného vzduchu, zvyšuje náklady na vzduchotechnické zariadenie, je náročný na priestory pre vzduchovody, zhoršuje hlukové pomery a v neposlednom rade zvyšuje príkon ventilátorov.
Systémy vzduchotechniky a ich aplikácia
V priemyselných prevádzkach sa iba zriedka stretávame s celkovou úpravou vzduchu (vrátane ohrevu, chladenia, vlhčenia a odvlhčovania). Výnimkou sú prípady, keď si tieto úpravy vzduchu vyžaduje priamo technológia - dôvodom býva ekonomicky pomerne náročná prevádzka. V prevádzkach, kde sa najčastejšie stretávame s teplom ako jedinou škodlivinou, musí vzduchotechnické zariadenie zabezpečiť jednak riadenú výmenu vzduchu (vetranie), a jednak upravuje teplotu (v dôsledku toho aj vlhkosť) privádzaného vzduchu do riešeného priestoru. Väčšinou sa aplikujú nízkotlakové vzduchotechnické zariadenia.
Podľa dispozičného usporiadania sa môžu rozdeliť na centrálne, decentrálne (miestne) a kombinované, ktoré sa pri vetraní či klimatizácii priemyselných halových objektov využívajú najčastejšie.
Centrálne systémy
Centrálne sa upraví len hygienické minimum vonkajšieho vzduchu a jednotkové zariadenie cirkulačne upraví teplotu vzduchu priamo v priestore podľa požiadavky užívateľa (ohrevom alebo chladením). Vzduchotechnická jednotka s komorami, ako sú ohrievač, chladič, prípadne zvlhčovač, zaradenými do systému na základe požiadavky na kvalitu vzduchu, je umiestnená buď v strojovni vzduchotechniky, alebo na streche objektu, ak to strešná stavebná konštrukcia umožňuje. Ak je centrálna úprava jedinou úpravou vzduchu v celom halovom objekte, upravuje sa pomerne veľké množstvo vzduchu.
Moderné VZT jednotky spĺňajú tie najvyššie nároky na hygienu. Vane na kondenzát zvárané laserom so spádom do všetkých strán a zaoblenými hranami účinne zabraňujú tomu, aby vo VZT jednotke zostávala vlhkosť. Vynikajúce hygienické charakteristiky jednotiek testuje a certifikuje inštitút TÜV Süd. Certifikácia je navyše založená na najaktuálnejšom znení noriem.
Systémy spätného získavania tepla (SZT) v centrálnych jednotkách zahŕňajú:
- Zmiešavacia komora - systém s najvyššou účinnosťou získavania tepla z odvádzaného vzduchu s tým, že do priestoru sa vracia istá časť obehového vzduchu.
- Komora SZT s regeneráciou - s podobne vysokou účinnosťou pracuje aj rotačný výmenník tepla. Pri rotačnom výmenníku už odvádzaný vzduch necirkuluje, resp. cirkuluje iba v zanedbateľnej miere. Dochádza však k výmene hmoty v podobe vlhkosti.
- Komora SZT s rekuperáciou - z hygienického hľadiska je najprijateľnejší rekuperačný panelový výmenník tepla, pri ktorom sa energia odovzdáva cez plochy, ktoré hermeticky oddeľujú prívod vonkajšieho vzduchu a odvod odvádzaného vzduchu.
Decentrálne systémy
Decentrálne systémy vzduchotechniky sa používajú najmä v halových objektoch, ktoré majú rôzne prevádzky s rozdielnymi požiadavkami na vnútornú mikroklímu. V tomto prípade:
- Prívod vzduchu sa zabezpečuje jednou VZT jednotkou, úprava vzduchu daného priestoru sa však realizuje až na mieste určenia.
- Každý priestor sa rieši samostatnou VZT jednotkou, ktorá zabezpečuje aj prívod vonkajšieho vzduchu. Tieto jednotkové zariadenia sú schopné zaistiť prívod čerstvého vzduchu, pokryť tepelné straty a navyše môžu mať v sebe zabudovaný aj niektorý zo systémov SZT.
Kombinované systémy
Kombinácia spočíva v nasávaní a úprave hygienického minima vonkajšieho vzduchu centrálnou vzduchotechnickou jednotkou. Tento vzduch sa ohrieva, prípadne chladí iba tak, aby sa pokryli zisky/stratyspôsobené vetraním. Zvyšok tepelných ziskov/strát sa pokrýva jednotkovými cirkulačnými zariadeniami.
Optimalizácia návrhu vzduchotechnických systémov
Keďže vetranie aktívne pôsobí na tvorbu vnútorného prostredia a má vplyv na ekonomiku výstavby a prevádzku budov, je voľba vhodného vetracieho systému veľmi dôležitým krokom pri návrhu objektu. K výberu vhodného systému by sa malo pristúpiť iba po dôkladnej analýze vnútorných podmienok a prevádzkových požiadaviek. Treba si uvedomiť, že nútené vetranie s úpravou vzduchu, a najmä klimatizácia (ak sa podľa typu prevádzky vyžaduje), je spojené s nárokmi na spotrebu energie. Ak sa má dosiahnuť správny chod vzduchotechnického systému, musí sa v konečnom dôsledku doplniť aj o ďalšie prvky vzduchotechniky, ako sú vzduchové clony a miestne odsávače škodlivín. Projektant musí zohľadniť všetky tieto aspekty, ako aj požiadavky a potreby ľudí nachádzajúcich sa v daných priestoroch.