ÝMĚNA ZDUCHU A INTERIÉROÁ POHODA PROSTŘEDÍ AERKA J. Fakulta architektury UT v Brě, Poříčí 5, 639 00 Bro Úvod Jedím ze základích požadavků k zabezpečeí hygieicky vyhovujícího stavu vitřího prostředí je výměa vzduchu v místostech majících charakter trvalého pobytu lidí. Ze zkušeosti je zámo, že v uzavřeých a edostatečě větraých prostorách se vzduch zehodocuje. Je to způsobeé zvyšující se kocetrací CO 2, vodími parami jako vedlejším produktem pobytu lidí, ale i kouřem a uvolňováím škodlivi při pracovích a uživatelských procesech. Z uvedeých důvodů jsou eje hygieickými předpisy, ale i ormami předepsáy požadovaé miimálí výměy vzduchu v závislosti a druhu čiosti v příslušých místostech, resp. rámcově a druhu objektu. Příspěvek se zabývá eje výpočtovými postupy pro určeí požadovaé výměy vzduchu, ale i specifikací faktorů, které teto atribut výzamě ovlivňují, a o jak v úrovi České republiky, tak i v zahraičí, zejméa ve vazbě a evropské ormy. zduchová propustost materiálů, spar a styků obvodových kostrukcí Odděluje-li kostrukce vzduchové prostředí s růzým tlakem, dochází k prouděí vzduchu směrem od vyššího tlaku k ižšímu za těchto předpokladů: - materiál, ze kterého je kostrukce vyrobea, je pórovitý a tyto jsou vzájemě propojey (vzduchová propustost látek), - styky a spáry v kostrukci, které propouštějí vzduch, jsou etěsé (spárová ifiltrace, exfiltrace). zduchová propustost materiály Na obrázku 1 je vyzačea propustost vzduchu růzými látkami, když a ose x je rozdíl tlaku vzduchu z jedé a druhé stray kostrukce ( p) a a ose y hmotostí tok vzduchu (q m ), který proudí daou látkou. Obr. 1. Charakteristické křivky vzduchové propustosti růzými materiály. Provedeme-li aalýzu jedotlivých závislostí, pak je možo kostatovat ásledující: - křivka 1 je charakteristická pro materiály, které mají homogeí strukturu a póry jsou přibližě stejé velikosti (porobeto). Úsek křivky od bodu 0 do A je přímkový, což zameá, že jde o lamiárí pohyb vzduchu v pórech. Od bodu A (křivka druhého stupě) se šíří vzduch přechodým druhem prouděí. Hraice mezi lamiárím a přechodým prouděím je defiováa kritickým tlakovým spádem dle vztahu 1 ( Pa m ) pmax p k =. (1) d kde p max je maximálí rozdíl tlaku vzduchu, v Pa, d tloušťka kostrukce (materiálu), v m, - křivka 2 charakterizuje materiály s póry o růzých velikostech. zhledem ke tvaru křivky je možo kostatovat, že vzduch proiká látkou přechodovým a turbuletím prouděím již při malých hodotách p, - křivka 3 charakterizuje materiály, kterými vzduch proiká je epatrě (dřevo, cemetová malta), a to lamiárím prouděím, - křivka 4 charakterizuje vlhké materiály. zduch zače proikat materiálem až při určitém miimálím tlakovém spádu p mi, který je potřebý pro překoáí povrchového apětí vody, vyskytujícího se v pórech látky. Čím je látka vlhčí, tím větší je potřebý tlakový rozdíl p mi. IUAPPA Praha 2000 90 Sectio: A
Materiály, které ejsou pórovité, resp, které emají póry a kapiláry vzájemě spojeé, epropouští vzduch, to zameá, že součiitel hmotosti vzduchové propustosti ε m = 0. Ifiltrace vzduchu spárami ve vějších kostrukcích Pro kvatifikaci vzduchové propustosti spar a styků, která se vyjadřuje pomocí objemového toku vzduchu spárou, lze použít vztah if 3 ( m. 1 ) = il L p s (2) kde if je objemový tok vzduchu, v m 3.s -1, i L součiitel spárové provzdušosti, v m 3. m -1 s -1.Pa -m, L délka spáry, v m, p rozdíl tlaku vějšího a vitřího vzduchu, expoet, který se určí měřeím, pohybuje se v itervalu 0,5 < < 0,85 (ejčastěji 0,67). Teto expoet je závislý a poměru objemového toku a log il tlakového rozdílu = p. log Staoveí možství objemového toku ifiltrovaého vzduchu je velmi obtížé a v růzých situacích je v jiých dimezích. ýzamě závisí a součiiteli spárové provzdušosti styku oka - ostěí, křídla - rámu oka, zaskleí, příslušých délkách spar a příslušého expoetu těsícího profilu. Domiující faktor při určeí ifiltrovaého objemového možství vzduchu je styková spára křídla a rámu oka, eboť ostatí složky if jsou kostrukčími opatřeími (těsěí spáry mezi rámem a ostěím pěěým polyuretaem, trvale pružý tmel u zaskleí) elimiováy. tabulce 1 jsou uvedey ormové a výpočtové hodoty součiitele prostupu tepla a součiitele spárové průvzdušosti dle ČSN 73 0540-3/1997. ýzamým faktorem ovlivňujícím součiitele spárové průvzdušosti je tlak větru ozačovaý w o. U oke širšího uplatěí se doporučuje uvažovat se základím tlakem větru w o = 0,55 k.n.m -2. Tabulka 3 ám udává i L,max pro spáru mezi rámem a křídlem oka v závislosti a výšce budovy (oka). Položka Druhy oke Normové hodoty ýpočtová Součiitel prostupu tepla k ok, W.m -2.K -1 Součiitel spárové průvzdušosti i L = 10-4 m 2.s -1.Pa - hodota součiitele prostupu tepla k ok,p W.m -2.K -1 1 2 3 4 5 Oka dřevěá, kombiovaá a z plastů 1 Jedoduchá oka 1.1 s jedím sklem 4,5 1,9 5,2 1.2 s přídavým sklem v rámečku z plastu ebo 2,6 1,9 3,0 kovu (sdružeé křídlo 1.3 s izolačím dvojsklem bez selektiví vrstvy 2,5 1,9 2,9 1.4 s izolačím dvojsklem se selektiví vrstvou 1,8 1,9 2,1 1.5 s izolačím dvojsklem bez selektiví vrstvy a 1,9 1,9 2,2 s přídavým sklem v rámečku z plastu ebo kovu (sdružeé křídlo) 1.6 s izolačím trojsklem 1,8 1,9 2,1 2 Zdvojeá oka 2.1 se dvěma skly 2,4 1,4 2,8 2.2 se třemi skly s izolačím dvojsklem a 1,7 1,4 2,0 vitří straě oka 2.3 se třemi skly, třetí sklo v rámečku mezi křídly 1,65 1,4 1,9 3 Dvojitá oka dřevěá, kombiovaá a z plastů 3.1 dvojitá, dvě skla 2,35 1,2 2,7 3.2 dvojitá, sklo jedoduché a dvojsklo 1,4 1,6 IUAPPA 2000 91 Sectio: A
Oka kovová 4 Jedoduchá 4.1 s jedím sklem 5,65 1,9 6,5 4.2 s izolačím dvojsklem 3,9 1,9 4,5 4.3 s izolačím dvojsklem a přerušeým 3,2 1,9 3,7 tepelým 4.4 s izolačím dvojsklem, se selektiví vrstvou a 2,35 1,9 2,7 přerušeým tepelým 4.5 s izolačím trojsklem a přerušeým tepelým 2,5 1,9 2,8 5 Zdvojeá oka 5.1 se dvěma skly 3,3 1,4 3,8 5.2 se dvěma skly a přerušeým tepelým 2,8 1,4 3,2 5.3 se třemi skly s izolačím dvojsklem a vitří straě oka a přerušeým tepelým 2,4 1,4 2,8 Tab. 1. Normové a výpočtové hodoty součiitele prostupu tepla a součiitele spárové průvzdušosti. ýška použití oke ad teréem m ýška budovy (oka) 1) H (m) Součiitel výšky k w pro teré typu A 10 a ižší 1,00 0,77 20 1,25 0,97 30 1,40 1,08 40 1,55 1,19 50 1,65 1,27 60 1,75 1,34 70 1,85 1,43 Tab. 2. Doporučeé hodoty zatížeí větrem pro oka širšího uplatěí. Tlakový rozdíl p (Pa) Nevytápěé prostory 3) ytápěé prostory 2)3) Zatížeí větrem w kn.m -2 Klimatizovaé prostory 3) q v max i Lmax q v mi i L q v max i L q v max i L 0 H 8 300 4,11.10-3 0,9.10-4 1,83.10-3 0,4.10-4 2,74.10-3 0,6.10-4 0,91.10-3 0,2.10-4 0 H 20 500 5,46.10-3 0,85.10-4 2,57.10-3 0,4.10-4 3,54.10-3 0,55.10-4 1,15.10-3 0,18.10-4 0 H 30 700 6,44.10-3 0,8.10-4 2,42.10-3 0,3.10-4 4,03.10-3 0,5.10-4 1,21.10-3 0,15.10-4 0 H 70 1000 7,16.10-3 0,7.10-4 3,07.10-3 0,3.10-4 4,09.10-3 0,4.10-4 1,02.10-3 0,1.10-4 1) Kostrukce oke umístěé ve výši ad 70 m je uto posuzovat idividuálě. 2) Oka použitá pro vytápěé prostory, v ichž je umístě plyový spotřebič otevřeý ebo spotřebič bez odtahu spali, musí vyhovovat požadavkům uvedeým v čl. 72 ČSN 38 6441 Odběrí plyová zařízeí a svítiply a zemí ply v budovách z 15.2.1980. 3) Hodoty spárové průvzdušosti q v mi a q v max se uvádějí v m 3.m -1.s -1. Hodoty součiitele spárové průvzdušosti i L mi a i L max se uvádějí v m 3.m -1.s -1.Pa -0,67. Tab. 3. Hodoty spárové průvzdušosti. ýměa vzduchu v místostech Dochází-li k ifiltraci vzduchu spárami, a to jak u materiálů, tak zejméa oky, je tím vyvoláa výměa vzduchu v příslušých místostech. Určující veličia vychází ze vztahu 3600 ( i L) p 1 ( ) 3600 if L = = h kde je výměa vzduchu při ifiltraci, v h -1, objem vzduchu v místosti, v m 3. (3) IUAPPA 2000 92 Sectio: A
Při praktických výpočtech je obtížé staovit tlakový rozdíl p v průběhu hodoceí (estacioárí stav). Za účelem predikce je tlakový rozdíl defiová pomocí veliči B - charakteristické číslo budovy a M - charakteristické číslo místosti. Charakteristické číslo budovy B je závislé a rychlosti větru staoveého dle polohy budovy v krajiě (chráěá, echráěá a velmi epřízivá poloha) a a druhu budovy (řadové a osaměle stojící objekty). Charakteristické číslo místosti M závisí a poměru průvzdušosti oke a vitřích dveří. Hodota M má iterval od 0,4 do 1,0. Potom vztah pro itezitu výměy vzduchu lze upravit takto: 3600 ( il L) B M = 1 ( h ) (4) Doporučeé hodoty itezity výměy vzduchu v místostech ve smyslu ČSN 73 0540-2/1994 při přirozeé ifiltraci jsou ásledující: N = 0,5 h -1 pro obyté místosti obytých budov, N = 0,35 h -1 pro občaské stavby a ostatí místosti obytých budov, N = 0,25 h -1 pro ostatí budovy. evytápěých místostech lze počítat ve smyslu ČSN 06 0210/1994 s itezitou výměy vzduchu: N = 0 u místostí sousedících převážě s vytápěými místostmi, N = 0,5 h -1 u místostí sousedících zčásti s vytápěými místostmi a zčásti s vekovím prostředím - bez vekovích dveří, N = 1,0 h -1 u místostí sousedících zčásti s vytápěými místostmi a zčásti s vekovím prostředím, s ímž jsou spojey vekovími dveřmi, N = 1,5 h -1 u místostí sousedících převážě s vekovím prostředím - bez vekovích dveří, N = 2,0 h -1 u místostí sousedících převážě s vekovím prostředím, s ímž jsou spojey vekovími dveřmi. Předpisové požadavky v zahraičí Kompedium Evropské hospodářské komise (EHK) vydaé v roce 1996 v New Yorku a Žeevě defiovalo podmíky pro hygieicky optimálí prostředí se zřetelem a větráí bytů a ebytových prostorů. Údaje jsou uvedey v tab. 4 a 5. ětraý prostor Miimálí výměa Nejmeší možství Doplňkové požadavky vzduchu za hodiu odsávaého vzduchu h -1 l.s -1 Byt jako celek 0,5 - - Ložice 0,5 4 l.s -1.osoba -1 otevíravá oka Obývací pokoj 0,5 - otevíravá oka Kuchyě - 10 otevíravá oka ebo digestoř 50 l.s -1 Koupela, WC - 10 otevíravá oka ebo mechaické větráí 30 l.s -1 Tab. 4. Požadavky a větráí bytů. Budova ýměa vzduchu v m 3.h -1 Nekuřáci Kuřáci Školské budovy 18 - Kolektiví ubytovy 18 25 Kaceláře 18 25 Zasedací místosti 18 30 Stravovací prostory 22 30 Sportoví prostory 25 30 Díly 40-60 - Tab. 5. Požadavky a větráí ebytových prostorů. IUAPPA 2000 93 Sectio: A
Norma EN 832 Thermal performace of buildigs - Calculatio of eergy use for heatig - Residetial buildigs vydaá v září 1998 svou přílohou F defiuje údaje výměy vzduchu pro obyté a rodié domy, které lze aplikovat při výpočtech potřeby tepla. Uvedeé údaje jsou určey při tlakovém rozdílu vekovího a vitřího prostoru 50 Pa. Hodoty výměy vzduchu v obytých budovách jsou staovey v závislosti a těsosti budovy a stupi ochray ochray budovy proti větru. ásledujícím tabelárím vyjádřeí jsou tyto faktory defiováy včetě hodot výměy vzduchu. Možství výměy vzduchu při 50 Pa v (h -1 ) Úroveň vzduchotěsosti pláště obyté domy rodié domky méě ež 2 méě ež 4 vysoká od 2 do 5 od 4 do 10 středí více jak 5 více jak 10 ízká Stupeň ochray budovy proti větru Tab. 6. Úroveň vzduchotěsosti pláště. íce ež jeda expoovaá stěa budovy Těsost budovy Pouze jeda expoovaá stěa budovy Těsost budovy ízká středí vysoká ízká středí vysoká velmi epřízivá 1,2 0,7 0,5 1,0 0,6 0,5 echráěá 0,9 0,6 0,5 0,7 0,5 0,5 chráěá 0,6 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 Tab. 7. Možství výměy vzduchu, v h -1, u přirozeě větraých obytých budov při respektováí vzduchotěsosti pláště a stupě ochray budovy proti větru. Stupeň ochray budovy proti větru Těsost budovy ízká středí vysoká velmi epřízivá 1,5 0,8 0,5 echráěá 1,1 0,6 0,5 chráěá 0,7 0,5 0,5 Tab. 8. Možství výměy vzduchu, v h -1, u přirozeě větraých rodiých domů (jedobytových) při respektováí vzduchotěsosti pláště a stupě ochray budovy proti větru. Závěr Příspěvek předkládá odboré veřejosti komplexí pohled a jede z výzamých faktorů ovlivňujících hygieickou pohodu vitřího prostředí - požadovaá výměa vzduchu v komplexím pohledu k faktorům, které teto atribut výzamě ovlivňují. Je a místě kostatovat, že adměrá výměa vzduchu výrazě ovlivňuje eergetickou bilaci objektu, tedy její faktor spotřeby eergie a vytápěí. kapitole 3.1. je uvedea difereciace obytých objektů ve vztahu k domiujícím faktorům ovlivňujícím výměu vzduchu (úroveň vzduchotěsosti pláště, stupeň ochray budovy proti větru) a příslušé hodoty v h -1. závěru je vhodé podotkout, že teto faktor se výzamě podílí a iteriérové pohodě vitřího prostředí a tedy i a produktivitě vykoávaých čiostí a případých rehabilitačích procesů v daých prostorách obytého a občaského charakteru. Literatura [1] Cihelka, J.: ytápěí, větráí a klimatizace, SNTL Praha 1985. [2] ČSN 73 0540-3: Tepelá ochraa budov, část 3: ýpočtové hodoty veliči pro avrhováí a ověřováí. [3] Hygieické předpisy, svazek 66/1990, směrice 76. [4] Halahyja M., Chmúry, I., Sterová, Z.: Stavebá tepelá techika - Tepelá ochraa budov, JAGA Bratislava 1998. [5] Wärmeschutz bei Gebäude, 16. 8.1994, účiost 1.1.1995. IUAPPA 2000 94 Sectio: A