Rekonštrukcia vetracích systémov bytových domov

Rekonštrukcia vetrania bytových domov je dôležitou súčasťou celkovej revitalizácie bytového fondu a zatepľovanie vonkajších fasád s výmenou okien. Vetranie je potrebné pre:

• prívod čerstvého vzduchu (jedna osoba spo-trebuje cca 20 000 l vzduchu za 24 hodín)

• udržanie zdravej relatívnej vlhkosti (jedna osoba vyprodukuje cca 2 l vody počas 24 hodín), ďalšia vlhkosť vzniká pri varení a (pri vysokej relatívnej vlhkosti dochád-za k množeniu plesní, baktérií a chorobo-plodných zárodkov)

• udržanie nízkej hladiny CO2, ktorý ohrozuje zdravie užívateľov bytov, zvyšuje únavu a znižuje duševnú aktivitu (jedna osoba vy-produkuje v závislosti na fyzickej námahe cca 17 litrov CO2 za hodinu)

Pre rekonštrukcie starších objektov so zreteľom na existenciu historických dispozícií a nemož-nosti inštalácie dostatočne dimenzovaných stúpacích vedení sa uvažuje výmena vzduchu cca 200 – 250 m3/h (WC a kúpeľňa 100 m3/h, ku-chyňa 100–150 m3/h) na jednu bytovú jednotku.

V súčasnej dobe sú v závislosti na historickom období vzniku bytového domu v prevádzke najmä nasledujúce ventilačné systémy.

1. Prirodzené vetranie s infiltráciou

K vetraniu a výmene vzduchu dochádza prenikaním vzduchu netesnosťami v oknách, dverách a stavebnou konštrukciou. Pri bezvetrí je infiltrácia iniciovaná iba teplotným rozdielom vnútorného a vonkajšieho prostredia. Zväčšiť intenzitu vetrania je možno krátkodobým otvorením okien.

• najlacnejšie a bezúdržbová, historicky pou-žívaná metóda, hoci parametre nezodpove-dajú súčasným komfortným a hygienickým požiadavkám na vetranie
•  v letnom období a za bezvetria je infiltrácia vďaka malému teplotnému rozdielu úplne nefunkčná • komfort je zanedbateľný • obťažujúci prenos pachov medzi bytovými jednotkami • užívateľ nemôže rozhodnúť o tom, kedy je nutné vetrať (čo je na WC, v kúpeľni a kuchyni neprijateľné)
•  v zimnom období dochádza k neriadenému intenzívnemu vetraniu a veľkým tepelným stratám (v rozpore s energetickými požia-davkami) • pri inštalácii moderných tesných okien je princíp nefunkčný • nevyváženie vy-kurovacieho systému na náveternej a záve-ternej strane budovy • systém je absolútne závislý na poveternostných podmienkach

2. Aerácia, samočinné vetranie

K vetraniu a výmene vzduchu dochádza obdob-ným spôsobom ako pri infiltrácii s tým rozdielom, že pre prívod a odvod vzduchu sú vytvorené zvláštne otvory v rôznych výškach miestnosti. Tým je definovaný a zväčšený prietokový prierez. Pri bezvetrí je aerácia iniciovaná iba teplotným rozdielom vnútorného a vonkajšieho prostredia, pri vyrovnaní teplôt je vetranie neúčinné.

•  lacná a bezúdržbová, historicky používaná metóda, hoci parametre nezodpovedajú súčasným komfortným a hygienickým poži-adavkám na vetranie
•  v letnom období a za bezvetria je aerácia vďaka malému teplotnému rozdielu úplne nefunkčná • v zimnom období naopak dochádza k neriadenému masívnemu vetraniu a veľkým tepelným stratám • pri inštalácii moderných tesných okien je princíp nefunkčný • komfort je zanedbateľný • obťažujúci prenos pachov medzi bytovými jednotkami • užívateľ nerozhoduje o tom, kedy je nutné vetrať (to je na WC, v kúpeľni a kuchyňu neprijateľné)
•  v zimnom období dochádza k neriadenému intenzívnemu vetraniu a veľkým tepelným stratám (v rozpore s energetickými požiadavkami) • pri inštalácii moderných tesných okien je princíp nefunkčný • nevyváženie vykurovacieho systému na náveternej a záve-ternej strane budovy • systém je absolútne závislý na poveternostných podmienkach

3. Šachtové vetranie

K vetraniu dochádza vďaka rozdielu teplôt vo vnútri a mimo budovy. Pri šachtovom vetraní sú vetracie mriežky z vetraných miestností vedené do zbernej vetracej šachty. Šachty môžu byť podobné komínom, svetlíkom, murované alebo potrubné. Šachty môžu byť ako pre odvod, tak aj pre prívod vzduchu. Obvykle sa však používajú na odvod vzduchu a na prívod sa používajú prívodné otvory za vykurovacím telesom, aby bol zaistený ohrev prívodného vzduchu v zimnom obdobie. Úplne nevhodný je prívod z priestoru, kde môže vzniknúť podtlak (najmä schodisko a spoločné chodby), ktorý znemožní vetranie.

• lacná a bezúdržbová, historicky používaná metóda, hoci parametre nezodpovedajú súčasným komfortným a hygienickým požiadavkám na vetranie
•  prenikanie hluku prívodným otvorom z vonkajšieho priestoru • poruchy funkcie šachtového vetrania pôsobením vetra • v prechodných obdobiach, kedy dochádza k vyrovnaniu vonkajšej a vnútornej teploty je vetranie nefunkčné
• v letnom období môže niekedy vďaka nižším interným teplotám dôjsť k prúdeniu v obrátenom smere do interiérov • užívateľ nerozhoduje o tom, kedy je nutné vetrať (to je na WC, v kúpeľni a kuchyni neprijateľné)
•  v zimnom období dochádza k neriadenému intenzívnemu vetraniu a veľkým tepelným stratám (v rozpore s energetickými požiadavkami) • pri inštalácii moderných tesných okien je princíp nefunkčný • systém je absolút-ne závislý na poveternostných podmienkach

4. Šachtové vetranie s vetracími hlavicami

K vetraniu dochádza vďaka rozdielu teplôt vo vnútri a mimo budovy. Na funkciu vetrania má veľký vplyv vietor (rovnako ako u komínov). Nasávací účinok šachty sa zväčšuje vetracími hlavicami. Veľmi rozšírené sú vetracie hlavice VHO. Ďalšie parametre viď predchádzajúca kapitola.

• lacná a bezúdržbová, historicky používaná metóda, hoci parametre nezodpovedajú súčasným komfortným a hygienickým poži-adavkám na vetranie
•  prenikanie hluku prívodným otvorom z vonkajšieho priestoru • nemožnosť použitia tlmičov hluku pre nízky vztlak systému • poruchy funkcie šachtového vetrania pôsobením vetra • v prechodných obdobiach, kedy dochádza k vyrovnaniu vonkajšej a vnútornej teploty je vetranie nefunkčné • v letnom období môže niekedy vďaka nižším interným teplotám dôjsť k prúdeniu v obrátenom smere do interiérov • užívateľ nerozhoduje o tom, kedy je nutné vetrať (to je na WC, v kúpeľni a kuchyni neprijateľné)
•  v zimnom období dochádza k neriadenému intenzívnemu vetraniu a veľkým tepelným stra-tám (v rozpore s energetickými požiadavkami) •pri inštalácii moderných tesných okien je princíp nefunkčný systém je absolútne zá-vislý na poveternostných podmienkach • sú vetrané všetky bytové jednotky zároveň

5. Šachtové vetranie s rotačnými hlavicami

K vetraniu dochádza vďaka rozdielu teplôt vo vnútri a mimo budovy. Na funkciu vetrania má veľký vplyv vietor (rovnako ako u komínov). Na-sávací účinok šachty sa obdobne ako v pred-chádzajúcom prípade mierne zväčšuje rotač-nými vetracími hlavicami („veterné turbíny“). Rotačné hlavice sú historicky známe ako komí-nové hlavice a prvky vetrania dvojplášťových Hlavica je tvorená „cibuľovitým“ radiál-nym kolesom, s dozadu zahnutými lopatkami. Ak práve fúka vietor, dochádza k spojeniu účin-ku podtlaku v ústí pripojeného potrubia (ob-dobne ako u hlavíc VHO) a podtlaku na sacej strane rotujúceho radiálneho kolesa.

Na obrázku vpravo dole sú vidieť systémové charakteristiky hlavného stúpacieho potrubia 12 NP objektu a pracovná oblasť, v ktorej sa pohybuje pracovný bod strešného ventilátora s radiálnym kolesom Ø 450 mm. Do vyznačenej oblasti sa pracovný bod dostane pri otáčkach n ≈ 700 min-1. Ďalej je vidieť, ako klesá výkon radiálneho kolesa s nižšími otáčkami. Obdobné radiálne koleso Ø 450 mm použité vo „veternej turbíne“ dosiahne takéto otáčky pri rýchlosti vetra blížiace sa víchrici. Pri rýchlosti vetra v ≈ 16 km/h dosahuje koleso „turbíny“ Ø 450 mm výkon cca Pmax ≈ 5 Pa (0 m3/h) a Mmax ≈ 500 m3/h (0 Pa) pri n ≈ 150 min-1. Pri rýchlosti vetra v pásme v ≈ 5 km/h je príspevok radiálneho kolesa „turbíny“ úplne nepatrný.

Paralelné spájanie dvoch hlavíc nevedie pri ma-lých rýchlostiach vetra k žiadanému výsledku. Jedná sa o paralelné radenie radiálnych kolies, ktoré v oblastiach reálnych hodnôt systémovej charakteristiky prakticky nezvyšuje dopravný tlak potrebný na prekonanie tlakových strát stúpačky, odvodných a prívodných prvkov, tvaroviek a vedenia. Motorizované verzie „turbín“ majú vý-znam, pokiaľ má motor vo vzťahu k rozmerom radiálneho kolesa dostatočné otáčky a výkon (pre koleso s priemerom 450 mm je možné uva-žovať otáčky od 700 min-1 a P ≈ 300 W, 450 min-1 a P ≈ 200 W). Motorizovaná „turbína“ je v sku-točnosti radiálnym strešným ventilátorom veľmi jednoduchej konštrukcie. Podmienkou pre riad-nu funkciu pri vyšších otáčkach by však bolo staticky a dynamicky vyvážené radiálne koleso a tuhá konštrukcia (túto podmienku dostupné turbíny väčšinou nespĺňajú). Ostatné charakte-ristiky viď predchádzajúci bod

•  lacná metóda, dobre použiteľná pre nená-ročné aplikácie ako je odvetrávanie dvojplášťových striech, kanalizačných stúpačiek a ostatných priestorov bez nároku na spoľahlivosť funkcie (vietor fúka len niekedy)
• prenikanie hluku prívodným otvorom z vonkajšieho priestoru • nemožnosť použitia tlmičov hluku pre nízky vztlak systému • v prechod-ných obdobiach, kedy dochádza k vyrovnaniu vonkajšej a vnútornej teploty je vetranie nefunkčné • v letnom období môže niekedy vďaka nižším vnútorným teplotám dôjsť k pr-údeniu v obrátenom smere do interiéru tlmiče hluku na saní na odstránenie akustických emisií rotujúceho mechanizmu • užívateľ nerozhoduje o tom, kedy je nutné vetrať (to je na WC, v kúpeľni a kuchyni neprijateľné)
•  v zimnom období dochádza k neriadenému intenzívnemu vetraniu a veľkým tepelným stratám (v rozpore s energetickými požiadavkami) • pri inštalácii moderných tesných okien je princíp nefunkčný • systém je absolútne závislý na poveternostných podmienkach aj v prípade použitia motorizovaných hlavíc s nízkymi otáčkami a výkonom motora • sú vetrané všetky bytové jednotky zároveň

6. Decentrálne nútené vetranie

Vetranie sa vykonáva pomocou ventilátorov, ktoré sú osadené v jednotlivých miestnostiach a sú pripojené do stúpacieho zberného potrubia. Tlakové straty stúpačky, tvaroviek, prívodných a priechodných prvkov sú kryté výkonom indivi-duálnych ventilátorov v bytových jednotkách. Prívod vzduchu sa zaisťuje prívodnými prvkami za vykurovacími telesami, prívodnými regulač-nými prvkami v rámoch okien, termostatickými prívodnými prvkami a podobne. Ventilátory sú v prevádzke podľa požiadavky užívateľov, môžu byť ovládané hygrostatmi, termostatmi, snímač-mi CO2 , doplnené dobehovými spínačmi a spínačmi trvalého zníženého vetrania.

•  účinná metóda zodpovedajúca súčasnému stavu techniky • parametre vetrania zodpove-dajú súčasným komfortným a hygienickým po-žiadavkám na vetranie • v spojení s elektronic-kými snímačmi CO2, hygrostatmi a programovateľnými časovými spínačmi dobe-hu a zníženého vetrania môžu spĺňať aj súčasné požiadavky na energeticky úsporné a účelné vetranie (najmä pri použití moderných motorov s nízkou spotrebou a vysokou účinnosťou)
• náklady na vetranie sú jednoznačne hradené užívateľom, ktorý sám rozhoduje o režime ve-trania • vďaka samoregulačným charakteristi-kám ventilátorov (krivka A v obrázku) je možné eliminovať nevýhody šachtového vetrania, u ktorého je kvalita vetrania závislá na poveter-nostných podmienkach a vztlaku v stúpačke
• vďaka samoregulačnej charakteristike je zais-tené zachovanie približne rovnakého prietoku pri zmene systémovej charakteristiky • pri pou-žití ventilátorov s tesnými klapkami nedochád-za k prenikaniu pachov medzi bytmi • systém má dostatočný tlak na krytie strát rozvodov, prí-vodných prvkov vrátane tlmičov hluku • vždy sú vetrané účelne len potrebné priestory
•  výkonové dimenzovanie na 100% výkonu systému, s ohľadom na existujúce rozmery stúpacieho potrubia a prevádzkové rýchlosti vzduchu (*) • nebezpečenstvo chybnej voľby ventilátora s nedostatočným externým tla-kom a prietokom, ktorý nie je schopný pre-konať tlakové straty systému • vždy je nutné voliť radiálne ventilátory, axiálne ventilátory obvykle nemajú dostatočný dopravný tlak •nevýhodou je emisia hluku ventilátorov priamo v obytných miestnostiach hluk je mož-né znížiť použitím špeciálnych ventilátorov s malým hlukom a tlmičmi vibrácií motorov
• pri použití decentrálneho vetrania zostáva problémom odvetranie digestormi, digestory s vlastnými ventilátormi nie je vhodné pripá-jať do spoločného stúpacieho potrubia, pretože dochádza k prefukovaniu a prenika-niu pachov do susedných bytových jedno-tiek, digestory je potom nutné riešiť ako centrálny systém alebo vyviesť priamo cez stenu mimo objektu
• (*) keďže často sú rozmery existujúceho stú-pacieho potrubia poddimenzované, projek-tant VZT a prevádzkovateľ objektu musí zo-hľadniť technické možnosti vo vzťahu k projektovaným a hygienickým požiadavkám (súdobosť používania, maximálnej rýchlosti prúdenia, výkon ventilátora atď.)

7. Centrálne nútené vetranie

K vetraniu dochádza pomocou centrálnych ventilátorov, ktoré sú osadené na konci stúpa-cieho zberného potrubia, väčšinou na strechách budov. Tlakové straty stúpačky, tvaro-viek, prívodných a odvodných prvkov vrátane tlmičov hluku, sú kryté výkonom centrálneho ventilátora. Prívod vzduchu sa zaisťuje prívodnými prvkami s tlmičmi hluku za vykurovacími telesami, prívodnými regulačnými prvkami s tl-mičmi hluku v rámoch okien, termostatickými prívodnými prvkami a podobne. Ventilátory sú v prevádzke podľa požiadavky užívateľov, môžu byť ovládané hygrostatmi, termostatmi, snímačmi CO2, doplnené dobehovými spínačmi a spínačmi trvalo zníženého vetranie

• účinná metóda zodpovedajúca súčasnému stavu techniky • parametre vetrania zodpove-dajú súčasným komfortným a hygienickým požiadavkám na vetranie • v spojení s elektronickými snímačmi CO2, hygrostatmi a programovateľnými časovými dobehovými spínačmi a zníženého vetrania môžu spĺňať aj súčasné požiadavky na energeticky úsporné a účelné vetranie (najmä pri použití moder-ných motorov s nízkou spotrebou a vysokou účinnosťou) • náklady na vetranie sú spoločné pre všetky bytové jednotky • užívateľ rozhoduje o potrebe vetrania • eliminácia nevý-hod šachtového vetrania, u ktorého je kvalita vetrania závislá na poveternostných podmienkach • nedochádza k prenikaniu pachov medzi bytmi • výkon systému bezpečne pokrýva straty tlmičov potrebných na odstránenie vonkajšieho hluku prenikajúceho do objektu prívodnými prvkami • ventilátor (zdroj hluku do potrubia) sa inštaluje mimo bytovej jednotky • dimenzovanie ventilátora na existujúcom hlavnom potrubí stanovuje projektant VZT v súčinnosti s prevádzkovateľom objektu
•  ventilátor nie je vybavený regulačnou jed-notkou otáčok v závislosti na potrebe vetra-nia a systém elektricky ovládanými tanierovými ventilmi, je ventilátor často prevádzkovaný s väčším výkonom, než je práve potrebné, a sú vetrané všetky byty, čo výrazne zhoršuje energetické straty objektu

8. Centrálne vetranie riadené skutočnou potrebou

Vetranie riadené skutočnou potrebou je založené na tom, že potreba vetrania sa mení v závislosti na rôznych faktoroch. V závislosti na stúpajúcej ľudskej aktivite (produkcia CO2, vlhkosti a nárast teploty) je nutné výkon vetrania zvýšiť. V závislos-ti od poveternostných podmienok (ak je dostatočný rozdiel teplôt ti, te a termický vztlak v stúpačke), je možné výkon vetrania znížiť. Vetranie sa vykonáva pomocou „inteligentných“ centrál-nych ventilátorov (obsahujú jednodoskový počítač a príslušné snímače tlaku, resp. prietoku). Sú osadené na konci stúpacieho zberného potrubia, väčšinou na strechách budov. Tlakové straty stúpačky, tvaroviek, prívodných a odvodných prvkov sú kryté výkonom centrálneho ventilátora. Prívod vzduchu sa zaisťuje zásadne hlukovo izolovanými prívodnými prvkami za vykurovacími telesami, prívodnými regulačnými prvkami v rámoch okien, termostatickými prívodnými prvkami a podobne. Ventilátory sú v prevádzke iba podľa požiadavky užívateľov. Vždy sú ovládané inteligentnými snímačmi CO2 (doplnené snímačmi vlhkosti, teploty, programovateľnými časovými spínačmi a spínačmi trvalo zníženého vetrania).

• ekologicky šetrná a účinná metóda, zodpo-vedajúca súčasnému stavu techniky • parametre systému vyhovujú súčasným komfortným a hygienickým požiadavkám na vetranie s nízkou spotrebou a vysokou účinnosťou • náklady na vetranie sú spoločné, ale minimalizované na najnižšiu možnú úro-veň • eliminácia nevýhod šachtového vetrania, u ktorého je kvalita vetrania závislá na poveternostných podmienkach • nedochádza k prenikaniu pachov medzi bytmi • zdroj hluku sa inštaluje mimo bytovej jednotky hluk do objektu sa eliminuje tlmičmi • ventilátor sa výkonovo dimenzuje podľa rozhodnutia projektanta VZT a užívateľa objektu (*) • vďaka systému elektricky ovláda-ných tanierových ventilov a digestorov s elektrickými klapkami je vetraná iba príslušná miestnosť či pracovisko a výkon presne zodpovedá najnižšej potrebnej energie
•  jednodoskový počítač spolu s elektronikou ventilátora (vstavané snímače tlaku) rozpo-zná potrebu vetrania (pri otvorení tanierového ventilu na WC poklesne tlak v potrubí) a špeciálny elektronicky komutovaný jednosmerný motor v stúpacom potrubí tlakový senzor rozpozná zvýšenie tlaku a elektronika automaticky zníži výkon motora • inteligentný ventilátor optimalizuje svoj vlastný výkon s ohľadom na absolútnu minimalizáciu spotreby energie pri všetkých prevádz-kových režimoch ako sú:
• zmena potreby vetrania (ľudskej činnosti)
• obsadenosť objektu a bytov
• poveternostné podmienky
• príspevok termického vztlaku
• vplyv infiltrácie
• sezóna
• denná doba (denné a nočné vetranie)

• v prípade potreby rekuperácie je nutné zvo-liť iné systémové riešenie
• (*) keďže často sú rozmery existujúceho stúpa-cieho potrubia poddimenzované, projektant VZT a prevádzkovateľ objektu musí zohľad-niť technické možnosti vo vzťahu k projekto-vaným a hygienickým požiadavkám (súdo-bosť používania, maximálnej rýchlosti prúdenia, výkon ventilátora atď.)

Inteligentný systém centrálneho vetrania CRxB Ecowatt

Systém je založený na použití špeciálnych prvkov pre DCV systémy (demand controlled ventilation – vetranie riadené skutočnou potrebou). Ide o ventilátory CRxB Ecowatt, vybavené inteligentným systémom s jednodoskovým počítačom, vstavaným diferenciálnym snímačom tlaku, jednosmerným EC motorom (elektronicky komutovaným), sériovým rozhraním, elektricky ovládanými odvodnými tanierovými ventilmi, snímačmi CO2, snímačmi relatívnej vlhkosti, programovateľnými časovými spínačmi pre ovládanie odvodných tanierových ventilov.

Princíp EC motora

Ventilátory s jednosmernými motormi s elek-tronickou komutáciou sú napájané bežným sieťovým napätím. To je ďalej usmernené a napája motor ventilátora. Vonkajší rotor motora nesie silné permanentné magnety s vysokým sýtením, vnútorné statorové vinutie je napájané jednosmerným prúdom, vinutia sú prepínané elektronicky. Priebeh komutácie je kontrolovaný elektronikou s Hallovou sondou. Jednosmerné motory s elektronickou komutáciou majú vďaka svojmu principu a konštrukcii nižšie straty v železe, sklzové straty a straty v medi v porovnaní s konvenčnými asynchrónnymi motormi. EC mo-tory všeobecne dosahujú účinnosť až 80 % pri najvyšších otáčkach, ani v regulačnom režime účinnosť neklesá pod 60%. Porovnanie príkonu klasických asynchrónnych motorov a EC motorov je zobrazené na predchádzajúcej strane, podľa pracovného bodu je možno ušetriť bežne 50% energie.

Regulácia ventilátorov

Regulácia ventilátorov s EC motorom je zais-tená digitálnou jednotkou so sériovým rozhra-ním. Programátorom Prosys Ecowatt je možné zvoliť autonómny režim s 2 prepínateľnými charakteristikami (max/min), prepnutie denného/nočného vetrania. Ďalej je možné progra-mátorom Prosys Ecowatt zvoliť režim, kedy ventilátor plynule mení chrakteristiky a reguluje na konštantný tlak (alebo prietok) v potrubí. Indikátory prevádzkového stavu na programá-tore signalizujú prevádzkové stavy, prípadné poruchy a ich príčiny. Regulačná jednotka obsahuje ochranu proti nadmernému prehriatiu, zablokovaniu a opačnému zmyslu otáčania.

Cez sériové rozhranie je možné ventilátor ovlá-dať, vykonávať dátovú komunikáciu a progra-movať. Na to slúži programovací terminál Pro-sys Ecowatt. Cez sériové rozhranie je možné ventilátory navzájom prepojiť do siete a ovlá-dať jedným terminálom. Každý ventilátor má jedinečnú identifikačnú adresu (pozri schému na ďalšej strane).

Ventilátor má vstavaný snímač diferenciálneho tlaku, ktorý v spojení s regulačnou jednotkou a EC motorom umožňuje plynulú bezstratovú reguláciu otáčok (výkonu) ventilátora podľa požiadaviek na okamžitú hod-notu prietoku (v závislosti od počtu aktuálne otvorených tanierových ventilov na WC, v kúpeľniach a kuchyniach).

Šípky ukazujú zmenu pracovného bodu z pb1 na pb2 a zároveň výkonové charakteristiky ventilátora z otáčok n1 na n2 pri zmene systémovej charakteristiky z s1 na s2, pri použití regulácie na konštantný tlak v stúpacom potrubí.