UVB. Udržitelná výstavba budov. Přednáška č. 10. Ing. Michal Kraus, Ph.D. Katedra stavebnictví

Transkript

1 Vysoká škola technická a ekonomická V Českých Budějovicích Udržitelná výstavba budov Přednáška č. 10 Ing. Michal Kraus, Ph.D. Katedra stavebnictví

2 Syndrom nezdravých budov (Sick Building Syndrome SBS) Souhrn celé řady zdravotních problémů vyvolaných envirosystémem budov Klasifikace budov podle míry odezvy na SBS: Zdravé Nezdravé 2

3 Klasifikace SBS symptomů Smyslové podráždění očí, nosu, hrdla Podráždění pokožky Neurotoxické problémy (útlum, poruchy řeči...) Nespecifikované hyperreakcie Problémy s chutí a pachy Nepřímé ukazatele SBS symptomů Snížení kreativity Zhoršení paměti Omezený rozsah pozornosti Snížení výkonnosti 3

4 Podle dlouhodobého studia se na vzniku SBS podílí více faktorů: Vlastnosti budov a jejich vnitřního prostředí Kontaminace vnitřního ovzduší Náplň práce a zvláštní charakteristiky pracovníků Z vlastností budov je to hlavně nemožnost otevírat okna, nedostatečná údržba, syntetické podlahoviny a závěsy v interiéru, nebo dlouhodobá práce s počítači. Při předcházení vzniku SBS je třeba používat ekologicky nezávadné materiály a věnovat pozornost větrání a osvětlení. Budovy by měly být v zásadě provozuschopné i bez vzduchotechniky. Místnosti pro trvalý pobyt by měly mít otvíratelná okna, teplota v interiéru by měla být individuálně regulovatelná a samozřejmostí je samočinné vypnutí vytápění při větrání okny. Dodatečné zvlhčování vzduchu by mělo řešit při relativní vlhkosti vzduchu menší než 35% a v první řadě přirozenou cestou, např. použitím vhodných pokojových rostlin v interiéru. 4

5 Zdravotní účinky a zdroje vybraných škodlivin Škodlivina Zdroj Zdravotní účinky CO 2, teplo, vlhkost, odéry člověk a jeho činnosti SBS TVOC (SVOC, PVOC) Stavební materiály a zařízení SBS, akutní a chronické rizika leukémie Tabákový dým CO, NO X Radon kouření spalování podloží, stavební materiály SBS, akutní a chronické rizika, karcinogenní účinky akutní respirační a neurologická rizika chronická rizika, karcinogenní účinky 5

6 6

7 7

8 Vznik Přenos Distribuce fyzikálních, chemických a biologických škodlivin v VPB a envirosystému budov 8

9 Envirosystém budov 9

10 Část prostředí, se kterým je živý organismus ve vzájemném přímém působení bez zprostředkování jinými složkami reality Evirosystém budov je charakterizován procesy: Vzniku Přenosu Distribuce Envirosystém budov se sestává z: Zdrojů agens Subjektů prostředí Pole přenosu Dominantní vliv na kvalitu prostředí mají architektonické konstrukce a soustavy techniky prostředí Prostředí je v bezprostřední interakci s člověkem a ovlivňuje jeho zdraví komfort a výkonnost 10

11 Agens Homogenní složka fyzické reality, která vytváří toky a bezprostředně exponuje nebo může exponovat subjekty prostředí Soubor agens, které působí bezprostředně spolu a výsledkem jejich působení jsou společné účinky komplex agens 11

12 Agens Složky envirosystému budov Hmotnostní Toxické látky Aerosoly Odérové látky Mikrobi Energetické Teplo Světlo UV záření Laserové záření Ionizační záření Statická elektřina Zvuk Vibrace Vlhkost 12

13 Biologické Mikroorganismy Fyzikální Teplo Vlhkost Světlo Zvuk Složky envirosystému budov Chemické Toxikanty Aerosoly Odéry 13

14 Chemické složení vzduchu Dusík (N 2 ) 78 % Kyslík (O 2 ) 21 % Vzácné plyny Argon (Ar), Neon (Ne), Helium (He) Oxid uhličitý (CO 2 ) Jiné 14

15 Chemické složení škodlivin vnitřního vzduchu Oxidy dusíku (NO x ) Oxid uhelnatý (CO)74185Q+ Oxid uhličitý (CO 2 ) Oxidy síry (SO 2, SO 3 ) Ozon (O 3 ) Prchavé organické látky (VOCs) Tabákový dým Formaldehyd (HCHO) Radon (Rn) Azbest 15

16 %-ny výskyt Objektivní hodnocení ukazatelů pohody a bezpečnosti ve vnitřním prostředí budov 80% 76% 74% 70% 70% 60% 55% 55% 50% 40% 30% 20% 10% 0% Ukazatel Výskyt Toxikanty 76 % Aerosoly 74 % Odéry 70 % Mikroorganizmy 55 % Tepelná nepohoda 55 % Vlhkostní nepohoda 33 % 33% 16

17 Toxikanty Těkavé a polotěkavé organické látky Radon Oxidy dusíku Oxidy uhlíku Ozón Cigaretový kouř 17

18 Teplota a vlhkost Exponovaný subjekt potřebuje do výsledného tepelného stavu prostředí odvádět teplo, které sám produkuje. Základní tvorba tepla (bazální metabolismus): Pohlaví Věk Tepelná produkce - druh vykonávané činnosti, teplota přijímané potravy Vliv váhy a výšky člověka se eliminuje, pokud se tepelný tok vztahuje na povrch těla Výsledná tepelná produkce člověka (metabolické teplo) 18

19 Teplota a vlhkost Metabolické teplo odváděno do výsledného tepelného stavu prostředí: Konvekcí Kondukcí Radiací Respirací Evaporací Výsledek vzájemné interakce člověka a prostředí tepelný stav Výsledný 19

20 Zdroje tepla a vodní páry je ovlivňované především: Tepelně vlhkostním stavem vnějšího ovzduší Tepelně vlhkostními vlastnostmi stavebních konstrukcí Zdroji tepla a vodní páry a Soustavami TZB (vytápění, větrání a klimatizace) Budovy s nevhodně řešenými obalovými konstrukcemi z hlediska umístění a zastoupení transparentních (okenních) konstrukcí - zdroj nadměrné tepelné radiace v létě (často i na jaře a podzim) a nadměrné chladové (negativní) radiace v zimě. Budovy s klimatizací nebo jen s nuceným, resp. často i přirozeným větráním - dochází ke studeným průvanem, tj k nadměrnému ochlazování konvekcí, které mohou bolestivě postihnout některé zádové a kloubové partie člověka. 20

21 Tepelná pohoda Pocit spokojenosti s tepelným stavem prostředí Stav, ve kterém největší procento osob ze sledované skupiny udává pohodu prostředí (Fanger) Závisí na fyzikálních podmínkách prostředí, na fyziologických a psychických vlivech, které působí na lidský organismus Nezbytný předpoklad tepelné pohody - rovnováha tepelné bilance člověka, nezbytná k udržení stálé teploty jádra těla. Tepelná rovnováha - stav, při kterém okolí odebírá lidskému tělu tolik tepla, kolik člověk právě produkuje 21

22 Faktory tepelné pohody Stav tepelné pohody je možné vyjádřit funkční závislostí veličin: f(q Q, R cl, θ ai, p di, v ai, θ r,m ) = 0 q Q - celková hustota tepelného toku z lidského těla [W/m 2 ] R cl - tepelný odpor oblečení [m 2.K/W] θ ai - teplota vnitřního vzduchu [ C] p di - částečný tlak vodní páry vnitřního vzduchu [Pa] v ai - rychlost proudění vnitřního vzduchu [m/s] θ r,m - střední radiační teplota, t.j. účinná teplota okolních ploch [ C] 22

23 Hustota tepelného toku vlivem metabolizmu Činnost q M [W/m 2 ] q M [met] Ležení 46 0,8 Sezení v pokoji 58 1,0 Sezení - práce 70 1,2 Stání - lehká činnost (nakupování, laboratorium) - střední činnost (prodavač, domácí práce) - intenzivní činnost (při těžkých strojích) Jednotka aktivity je 1 met = 58 W/m ,6 2,0 3,0 23

24 Tepelný odpor oděvu Druh oděvu Rcl [m 2.K/W] Icl [clo] Bez oděvu 0 0 Šortky 0,016 0,1 Typický tropický oděv: Spodní prádlo, blůzka s krátkým rukávem, ponožky, sandály, šortky 0,047 0,3 Lehký letní oděv: Spodní prádlo, blůzka s krátkým rukávem, dlouhé lehké nohavice, ponožky, boty Pracovní oděv: spodní prádlo, bavlněná košile s dlouhým rukávem, nohavice, vlněné ponožky, boty Typický zimní oděv ve vnitřním prostředí budov: Spodní prádlo, košile s dlouhým rukávem, svetr s dlouhým rukávem, nohavice, teplé ponožky, boty Klasický teplý evropský oděv: bavlněné teplé spodní prádlo s dlouhým rukávem, košile, sako a vesta, kalhoty, vlněné ponožky, boty 0,078 0,5 0,124 0,8 0, ,233 1,5 24

25 Akustika je vědní disciplína zabývající se studiem mechanického kmitání a vlnění v pružných prostředích, jeho vznikem, šířením a působením Zvuk je mechanické kmitání částic pružného prostředí Slyšitelný zvuk je schopný vyvolat sluchový vjem, zvuk se středními frekvencemi 20 Hz až Hz Hluk je každý nežádoucí zvuk, který nepříznivě ovlivňuje pohodu člověka, vyvolává nepříjemný až rušivý pocit, ohrožuje jeho zdraví 25

26 Šíření zvukových vln ze zdroje 26

27 Zdroje hluku Hluk v pozadí - akustické rušivé vlivy (vítr, vibrace, elektrické a magnetické pole, atd.), zdroje, které se v prostředí běžně nevyskytují (stavební úpravy, hluk bouře, atd.) Vnější prostředí Silniční, železniční, letecká a lodní doprava Průmyslový hluk Hluk ze sportovních stadionů a hřišť Výstavba nových objektů Přírodní zdroje hluku atd. Vnitřní prostředí Různé práce, hra na hudebních nástrojích, poslech rozhlasu, atd. Nejčastěji se vyskytující vnitřní zdroje hluku: Nesprávné konstrukční řešení Nesprávné dispoziční řešení bytů Chyby při rekonstrukcích starších bytů Prudký tok vody Hlučné míchací baterie 27

28 Oxidy dusíku Oxid dusnatý NO Bezbarvý plyn Syntéza z prvků v plynném stavu, reakce kyseliny dusičné a mědi Oxid dusičitý NO 2 N 2 + O 2 2 NO 2 NO + O 2 2 NO 2 NO + O 3 NO 2 + O 2 Bezbarvý dimér N 2 O 4 anebo hnědočervený monomér NO 2 Fotochemicky velmi aktivní, absorbuje sluneční záření z viditelné a ultrafialové oblasti N 2 O 4 + H 2 O HNO 2 + HNO 3 28

29 Zdroje oxidů dusíku Oxid dusnatý Přírodní zdroje Lidská činnost Spalovací procesy, zejména emise z energetiky, komunálních zdrojů a dopravy Vliv nadměrné produkce NO na ozonovou stratosférické vrstvu Oxid dusičitý Přímo ve znečištěné atmosféře oxidací oxidu dusnatého Menší množství se do ovzduší dostává z antropogenních zdrojů - směs NO + NO 2 NO x 29

30 Zdroje oxidů dusíku Vnější prostředí Vnitřní prostředí: Spalovací procesy Plynové sporáky Plynové kotle Ohřívače teplé vody Kouření Spalovací procesy NO x vznikají reakcí N 2, který se nachází v zemním plynu nebo reakcemi N 2 z vnitřního vzduchu s O 2 primární produkt NO - vzniká při spalovacích procesech za vysokých teplot, NO 2 vzniká po ukončení spalování za dostatečného množství O 2 ve výfukovém plynu a v atmosféře 30

31 Radon Chemický prvek skupiny vzácných plynů Radioaktivní prvek, plynná látka bez barvy a bez zápachu Hustota: 9, kg/m 3 (těžší než vzduch) Nejstálejší izotop: Další izotopy: 222 Rn s poločasem rozpadu t = 3,825 dne 219 Rn (aktinon) 220 Rn (toron) Největší podíl při ozáření - izotop 222 Rn 31

32 Cesty transportu radonu v budovách 1 - difúzí konstrukcemi spodní stavby 2 - konvekcí trhlinami v konstrukci spodní stavby 3 - skrz poruchy od sedání konstrukce 4 - průnik drenážním potrubím 5 netěsnostmi podlahových otvorů 6 - netěsnostmi okolo prostupů instalací 7 - netěsnostmi okolo revizních šacht 8 - uvolňováním z vody 9 - emanací ze stavebních materiálů 10 - atmosférickým vzduchem 32

33 Kategorizace radonového rizika v ČR 33

34 Těkavé organické látky Směs organických sloučenin v plynném skupenství Podle Organizace spojených národů (OSN): všechny organické sloučeniny antropogenního původu (kromě metanu), které jsou schopné za přítomnosti oxidů dusíku a slunečního záření produkovat fotochemické oxidanty Jakákoliv organická látka v tuhém, kapalném nebo plynném skupenství, která se při běžné teplotě a tlaku dostává do ovzduší ve formě par s tlakem vyšším než 0,13 kpa Podle Světové zdravotnické organizace (WHO): organické sloučeniny s bodem varu od C do C 34

35 Zdroje těkavých organických látek Vnější prostředí: Produkty spalování a vypařování Skladování Doprava Barviva Paliva Maziva Uvolňování ze stavebních materiálů: Izolační materiály Neupravené a impregnované dřevo Plasty Materiály na bázi odpadní dřevní hmoty Lepidla a živice: Nátěrové látky Vosky a laky Rozpouštědla a čistící prostředky Zařizovací předměty Doprava 44% Ostatní zdroje 5% Elektřina 1% Budovy a průmysl 50% Činnosti člověka: kouření, vaření, praní, topení, osobní hygiena, používání fotokopírek, tiskáren, faxů, tonerů, inkoustů Kuřácké domácnosti - koncentrace benzenu o 25% vyšší ve srovnání s byty, ve kterých se nekouřilo 35

36 Rodinné domy Bytové domy Budovy pro školství Budovy pro administrativu Budovy pro kulturu a na veřejnou zábavu Nemocnice TVOC [μg/m 3 ] Výskyt VOCs v jednotlivých typech budov

37 Zdroje formaldehydu Stavební materiály Močovinoformaldehydové a fenolformaldehydová lepidla (dřevotřísky, dřevovláknité desky...), Produkt nedokonalého spalování paliv, tabákový kouř Meziprodukt fotochemické oxidace uhlovodíků v atmosféře 37

38 Odérové látky Odér - schopnost odérových látek (odorantů) nebo směsí látek aktivovat čichový smysl a vyvolat vjem. Odorant - látka vyvolávající odérový vjem prostřednictvím olfaktorického (čichového) orgánu. Pro stimulaci čichového smyslu a vyvolání odérového vjemu musí mít odérové látky tyto vlastnosti: Těkavost - dostatek molekul odérových látek ve vzduchu Rozpustnost ve vodě - vlhká vrstva sliznice nosu Rozpustnost v tucích - tukové vrstvy nervových buněk 38

39 Indikátory odérového znečištění v prostředí Indikátory odérového znečištění v prostředí: Těkavé organické látky (VOCs) Stavební materiály Zařízení interiéru Oxid uhličitý (CO 2 ) Lidské odéry 39

40 [%] Míra výskytu odérových látek v jednotlivých typech budov žádný odér slabý odér mírný odér silný odér velmi silný odér ohromující odér 10 0 Bytové budovy Budovy pro školství Budovy pro administrativu Budovy pro kulturu a na veřejnou zábavu Nemocnice 40

41 Zdroje odérových látek ve vnitřním prostředí budov Vnější prostředí Produkty spalovacích motorů (oxidy dusíku a síry, oxid uhelnatý, sírany a jejich sloučeniny) Produkty výrobních procesů v průmyslových závodech Spaliny z tepláren a kotelen Vzduchotechnické zařízení neudržované filtry Stavební materiály Dřevotřískové desky Parkety - formaldehyd Přípravky na napouštění dřeva, nátěry, lepidla, laky... Člověk a jeho činnost Tělesné pachy - aceton, isopren Cigaretový kouř - pyridin Kosmetické přípravky Odpadky, Čisticí prostředky Zařízení interiéru 41

42 Zdroje patogenních mikroorganismů Bakterie Viry Člověk jako subjekt prostředí Klimatizační a větrací systémy Alergeny Roztoči Alergeny z domácích zvířat Pyly 42

43 Bakterie Roztoč - prachový Roztoč - postelový Pylový alergen 43

44 Zdroje plísní Potraviny Stavební materiály - dřevo, plast, dále textilie, papír Vznikají zejména v nevhodných tepelně-vlhkostních podmínkách Nejčastější místa vzniku: V rozích místností V místech nízkých povrchových teplot Za nábytkem V místech s vysokou vlhkostí vzduchu a nízkým prouděním vzduchu 44

45 45

46 Nedostatky v oblasti hygieny prostředí budov jsou způsobeny: Snižováním spotřeby energie v budovách Následné snižování intenzity výměny vzduchu Poruchami stavebních konstrukcí Vznik potřeby uplatňovat návrhové praktiky v souladu s koncepcí environmentální bezpečnosti budov. 46

47 Dotazy či připomínky: Děkuji za pozornost Ing. Michal Kraus, Ph.D. 47