Gaisa kvalitātes salīdzinājums telpās ar sabalansētu mehānisko ventilāciju un vēdināšanu ar logiem

“Ej ārā un ieelpo svaigi gaisu” – šādu padomu ikdienā saņēmām no vecvecākiem, kad bijām bērni. Un kā ierasts, viņiem izrādījās taisnība un tas bija ļoti vērtīgs padoms, ko bieži aizmirstam šodien.

Mēs katru dienu ieelpojam un izelpojam aptuveni 11 000 litrus gaisa – vairāk kā 50 ar gaisu piepildītas vannas. Arī Pasaules Veselības organizācija nemitīgi uzsver svaigā gaisa nozīmību mūsu veselībai.

Dažādi pētījumi ir parādījuši nekvalitatīva un sasmakuša gaisa ietekmi un cilvēka un ēkas veselību. Neskaitot putekļus un citus piesārņotājus, galvenais indikators iekštelpu gaisa kvalitātei ir CO₂ līmenis telpā. Kad CO₂ līmenis telpā pārsniedz 1 000 ppm (ppm – CO₂ daļiņu skaits uz miljons gaisa daļiņu), tas var izraisīt galvassāpes, nogurumu un nespēju koncentrēties. Piesārņojošo vielu koncentrācija ilgstošā laika periodā var novest pie nopietnām respiratorām slimībām, piemēram, astmas.

Ņemot vērā, ka 90 % laika pavadām telpās un 65 % laika tieši savā mājoklī, nešaubīgi ir svarīgi nodrošināt svaiga gaisa pieejamību telpās. Šodien tas nemaz vairs nav tik viegli. Mēs bieži dzīvojam ļoti blīvi apdzīvotās pilsētās, kā arī tuvu industriālajām zonām, tādēļ, pat ja regulāri vēdinām telpas ar logiem, pastāv liels risks uzņemt piesārņojumu savās plaušās. Pie tam, mūsdienās gan jaunas, gan renovētās ēkas ir ļoti labi izolētas un blīvas, kas nodrošina augstu energoefektivitāti, bet vienlaikus samazina dabīgo gaisa apmaiņu telpās. Lai telpās uzturētu veselīgu gaisa kvalitāti, gaiss tajās jāapmaina regulāri.

Sabiedrībā valda uzskats, ka pāris reizes dienā atvērt logu un pavēdināt telpas ir pietiekami, lai uzturētu telpās veselīgu un komfortablu klimatu. Zehnder grupa, kas ikdienā visā pasaulē risina iekštelpu klimata jautājumus, nolēma pārbaudīt, vai ar to tiešām ir pietiekami.

Pētījums tika veikts viena kalendārā gada garumā no 2019. g. 8. jūlija līdz 2020. g. 30. jūnijam. Kā pētījuma objekts tika izvēlēta daudzdzīvokļu ēka, kurā tika pastāvīgi monitorēti četri dzīvokļi, lai iegūtu datus par telpu gaisa kvalitāti, āra apstākļiem un enerģijas patēriņu. Divi no šiem dzīvokļiem bija aprīkoti ar sabalansētu mehānisko ventilāciju ar siltuma un mitruma atgūšanu, savukārt divos dzīvokļos telpas tika vēdinātas ar logiem.

Pētījuma objekts

Pētītā ēka ir 2017. gadā celta daudzdzīvokļu ēka Būrenē, Šveicē (1. attēls). Ēka ir celta pēc mūsdienu standartiem – ar efektīvu siltumizolāciju un augsta līmeņa gaisa blīvuma pakāpi. Ēkai ir četri stāvi: divi dzīvojamie stāvi, jumta stāvs un pagrabs. Pirmajā un otrajā stāvā katrā ir divi dzīvokļi, kuru platība katram dzīvoklim ēkas kreisajā pusē ir 80 m² un labajā pusē – 113 m². Jumta stāva dzīvoklis netika monitorēts. Pagrabā vienā daļā atrodas bērnu rotaļu istaba, kas ir apkurināma un dzesējama, savukārt otrā daļā ir neapkurināma telpa, kam izrādījās būtiska ietekme uz 1. stāva labās puses dzīvokļa apkures patēriņu.

Trijos dzīvokļos dzīvo mājsaimniecības, kurās ir divi cilvēki, vienā dzīvoklī – viens cilvēks (2. attēls). Katrā no lielākās platības dzīvokļiem ir arī mājdzīvnieki – vienā no tiem suns, otrā divi kaķi.

2. stāva (turpmāk tekstā – augšējos) dzīvokļos telpas tiek vēdinātas ar logu un durvju palīdzību, savukārt pirmajā stāva (turpmāk tekstā – apakšējos) dzīvokļos ir uzstādītas sabalansētas mehāniskās ventilācijas sistēmas ar siltuma un mitruma atgūšanu ar Zehnder ComfoAir Q 350 ERV iekārtām. Visos dzīvokļos visi logi un durvis ir verami.

Veiktie mērījumi

Mērījumu mērķis bija salīdzināt ventilāciju tipus pēc gaisa kvalitātes telpās un patērētās enerģijas apkurei un dzesēšanai.

Kā indikators gaisa kvalitātei tika izmantota CO₂ koncentrācija telpās (ppm), ņemot vērā veselības organizāciju rekomendācijas, par neveselīgu gaisu pieņemot koncentrāciju virs 1 000 ppm, vidēji kvalitatīvu – no 800 līdz 1 000 ppm, par veselīgu – zem 800 ppm.

Tāpat tika mērīts arī enerģijas patēriņš komfortablas temperatūras gan apkures, gan dzesēšanas sezonās nodrošināšanai dzīvokļos. Ēkā apkuri un dzesēšanu nodrošina siltumsūknis.

2. attēls. Dzīvokļu plāni ar iemītnieku skaitu, ventilācijas tipu un vedināšanas iespējamām vietām caur logiem un durvīm, iezīmētām ar zilajām atzīmēm

Iegūtie dati tika ievākti no vairākiem avotiem:

• ComfoAir Q iekārtas – ieraksta gaisa apmaiņas datus, kas tika fiksēti reizi 5 minūtēs;
• Gaisa kvalitātes sensori – mērījumi ik minūti;
• Logu atvēršana tika fiksēta ar kontaktsensoriem, atsevišķi uzrādot, vai logs ir atvērts pilnībā vai tikai daļēji;
• Distances sensori mērīja, cik tālu ir atvērti bīdāmie logi un durvis;
• Siltumsūknis nodrošināja ik stundas enerģijas patēriņa datus par katru dzīvokli.

Tika pieņemts vēdināšanas faktors, kurā ietverts tas, cik daudz logu ir atvērti un cik ilgu laiku. Faktors ir robežās no 0 %, kad visi logi un durvis ir ciet, līdz 100 %, kad visi ir pilnībā vaļā.

Iegūtie rezultāti

• Iekštelpu gaisa kvalitāte

3. attēlā redzams, ka dzīvokļos ar sabalansētu mehānisko ventilāciju vidējais CO₂ līmenis telpā ir no 400 līdz 600 ppm. Nakts laikā CO₂ līmenis palielinās, sasniedzot 600 ppm. Dienas laikā, kad iedzīvotāji, iespējams, neatrodas mājoklī, tas samazinās, jo mehāniskā ventilācija turpina pastāvīgi darboties, samazinot CO₂ līmeni līdz 400 ppm – līdzvērtīgi kā priežu mežā. Vakarā līmenis palielinās, taču apskatot mērījumus diennakts griezumā, vidējā gaisa kvalitāte ir veselīga.

3. attēls. Vēdināšanas faktors un CO₂ koncentrācija telpās ar mehānisko ventilāciju (apakšējie dzīvokļi)

Dzīvokļos ar logu vēdināšanu (4. attēls) nakts laikā tiek atstāti atvērti vairāki logi. No rīta, dodoties prom, iedzīvotāji atstāj vienu logu puspavērtu, taču tas nedrošina pietiekamu gaisa apmaiņu telpās. CO₂ līmenis saglabājas 800 ppm robežās visu dienu, un, kad iedzīvotāji atgriežas mājās un logi tiek aizvērti, CO₂ līmenis palielinās līdz 1 200 ppm. Redzams, ka visas diennakts laikā CO₂ līmenis nenokrīt zemāk par 600 ppm. Neskatoties uz vēdināšanu ar logiem, gaisa kvalitāte telpās ir vidēja un pat neveselīga.

4. attēls. Vēdināšanas faktors un CO₂ koncentrācija telpās tikai ar logu vēdināšanu (augšējie dzīvokļi)

• Gaisa kvalitāte gada laikā

5. attēlā redzams, kāda ir gaisa kvalitāte dažādās telpās visa gada griezumā. Šī diagramma ļauj labāk redzēt kurās diennakts stundās un kuros mēnešos gaisa kvalitāte ir labāka vai sliktāka. Krāsas apzīmē gaisa kvalitāti telpā: zaļā – kvalitatīvs gaiss ar CO₂ koncentrāciju <800 ppm, dzeltenā – vidēja gaisa kvalitāte ar CO₂ 800–1000 ppm, sarkanā – neveselīgs gaiss ar CO₂ >1000 ppm.

Katrs taisnstūris parāda gaisa kvalitāti vienā telpā (dzīvojamā istaba, guļamistaba) gada griezumā no 2019. g. jūlija līdz 2020. g. jūnijam (horizontāli no kreisās uz labo pusi), katras dienas griezumā no plkst. 0:00 līdz 24:00 (vertikāli no augšas uz leju).

5. attēls. Gaisa kvalitāte telpās visa gada griezumā pa telpām

5. attēlā uzskatāmi redzams, cik ļoti atšķiras gaisa kvalitāte telpās ar mehānisko ventilāciju un telpās ar logu vēdināšanu. Lielāko daļu laika sabalansēta mehāniskā ventilācija nodrošina pietiekamu gaisa apmaiņu telpās. Protams, ir reizes, kad, piemēram, ciemiņu dēļ gaisa kvalitāte uz brīdi pasliktinās, taču tā īsā laika posmā tiek uzlabota. Jāatzīmē, ka pētījuma ietvaros iedzīvotājiem bija lūgts nemainīt ventilācijas iekārtas jaudu, vadoties pēc gaisa kvalitātes, bet uzturēt visu laiku konstantu plūsmu.

• Neveselīga iekštelpu klimata stundas

Tika uzskaitītas arī stundas gada laikā (pavisam gadā ir 8 760 stundas), kad telpās ir neveselīga gaisa kvalitāte ar CO₂ koncentrāciju virs 1000 ppm. Kā redzams 6. attēlā, ir ievērojama atšķirība starp dzīvokļiem ar mehānisko ventilāciju un dzīvokļiem ar logu vēdināšanu.

6. attēls. Neveselīgās iekštelpu klimata stundas un vēdināšanas faktors gada laikā

Dzīvokļiem ar mehānisko ventilāciju dzīvojamās istabās tipiski šādu stundu skaits nepārsniedz 30, un guļamistabās ap 100, turpretī dzīvokļos ar logu vēdināšanu neveselīgās stundas ir no 3000 līdz 5000. Var secināt, ka gaisa kvalitāte telpās tikai ar logu vēdināšanu ir vidēji 30–50 reizes sliktāka. Mehāniskās ventilācijas gadījumā neveselīgs klimats telpās ir 1 % no gada, vēdinot ar logiem 30–60 % no gada.

• Enerģijas patēriņš apkurei un dzesēšanai

Ņemot vērā, ka dzīvokļos ar sabalansētu mehānisko ventilāciju gaisa kvalitātes rādījumi bija tik augsti, tika nolemts izmērīt pastāvīga svaiga gaisa nodrošināšanas ietekmi uz apkures un dzesēšanas enerģijas patēriņu, salīdzinot to ar logu vēdināšanu.

7. attēls. Apkures enerģijas patēriņš (kWh/m²) katrā dzīvoklī gada laikā. Telpu vēdināšanas faktors ir norādīts laika posmā no oktobra līdz martam. Apkurināmās telpas ir zaļā krāsā, neapkurināmās zilā. Siltuma zudumu virzieni iezīmēti ar sarkanām bultām.

8. attēls. Dzesēšanas enerģijas patēriņš (kWh/m²) gada laikā. Telpu vēdināšanas faktors ir norādīts laika posmā no aprīļa līdz septembrim. Dzesējamās telpas ir zaļā krāsā, nedzesējamās zilā. Siltuma ietekmes virzieni iezīmēti ar sarkanām bultām.

Apkures enerģijas patēriņš abiem kreisās puses dzīvokļiem ir līdzvērtīgs, lai gan apakšējam kreisajam dzīvoklim vēdināšanas faktors ar logiem ir nedaudz augstāks.

Apakšējam labās puses dzīvoklim ir nepieciešams gandrīz divas reizes vairāk apkures enerģijas, jo tam ir lieli siltuma zudumi uz apakšā esošo neapkurināmo pagrabu, kā arī šajā dzīvoklī tika uzturēta augstāka temperatūra telpās. Pārējos dzīvokļos var novērot tā saucamo “kaimiņu efektu”, kad virs un zem tiem ir apsildāmās platības un patērētās apkures enerģijas daudzumu būtiski ietekmē apkārtējā temperatūra.

Par pamatu dzīvokļu savstarpējai salīdzināšanai tika izvēlēts vēdināšanas faktors, jo caur logu ielaistais gaiss ir jāuzsilda vai jāatdzesē līdz izvēlētajai telpas temperatūrai. Salīdzinot kreisās puses apakšējo un labās puses augšējo dzīvokli, kuros vēdināšanas faktors bija 5 %, apkures patēriņš dzīvoklī ar mehānisko ventilāciju ir par 24 % mazāks (7. attēls). Salīdzinot abus kreisās puses dzīvokļus, kuros vēdināšanas faktors bija 7 %, dzesēšanas patēriņš dzīvoklī ar mehānisko ventilāciju ir par 35 % mazāks (8. attēls).

Kopsavilkums

Gaisa kvalitātes salīdzinājums nepārprotami norāda, ka telpās ar sabalansētu mehānisko ventilāciju ir veselīgāk uzturēties kā telpās, kuras tiek vēdinātas tikai ar logiem.

Sabalansēta mehāniskā ventilācijas sistēma nodrošina pastāvīgu svaigā gaisa apmaiņu telpās. Manuāla logu vēdināšana nodrošina svaiga gaisa pieplūdi tikai tad, kad vairāki logi ir atvērti. Salīdzinot abus principus, mehāniskā ventilācija nodrošina daudz labāku gaisa kvalitāti, taču vēl būtiskāk ir tas, ka logu vēdināšana, var teikt, nemaz nedrošina veselīgu klimatu telpās, ņemot vērā, ka 30–60 % no gada laika CO₂ koncentrācija telpās pārsniedz 1000 ppm.

Apkures enerģijas patēriņš ir atkarīgs no tā, cik daudz un cik bieži telpas tiek vēdinātas ar logiem, kā arī no izvēlētās apsildes temperatūras un siltuma zudumiem un ieguvumiem.

Mehāniskā ventilācija ar siltuma un mitruma atgūšanu neveicina lielāku enerģijas patēriņu, turklāt tā ievērojami paaugstina iekštelpu gaisa kvalitāti.

 Raksts tapis sadarbībā ar Zehnder Baltics.