Testovanie vzduchotesnosti veľkých budov a bytových domov

Požiadavky na energetickú hospodárnosť definované či revidované pri implementácii smernice o energetickej hospodárnosti budov (Energy Performance of Buildings Directive, EPBD) berú v mnohých európskych krajinách vo svojich výpočtových metodikách do úvahy aj vzduchotesnosť teplovýmennej obalovej konštrukcie budovy. Praktická aplikácia pri veľkých budovách a bytových domoch však prináša otázky, ktoré sa týkajú najmä postupov pri testovaní. Tieto postupy sa musia harmonizovať tak, aby umožňovali posúdenie vzduchotesnosti vo veľkom meradle a slúžili ako štandardné vstupy pri výpočtoch energetickej hospodárnosti.

Teplovýmenná obalová konštrukcia budovy s vysokou vzduchotesnosťou sa dostáva čoraz viac do centra záujmu a je veľmi pravdepodobné, že takáto situácia bude naďalej pretrvávať a zrejme aj gradovať. Príčinou sú potenciálne vysoké úspory energie spojené s dobrou vzduchotesnosťou obvodového plášťa (napríklad informačná správa ASIEPI P 157 priblížená v aktualitách TZB Haustechnik č. 8/2009) v kombinácii s ekonomickou výhodnosťou vysokej úrovne vzduchotesnosti v porovnaní s bežnými budovami.

Článok prináša diskusiu o niektorých podrobnostiach týkajúcich sa postupov meraní a príprav budov z pohľadu vstupov potrebných na energetické výpočty. Poukazuje pritom aj na súvisiace problémy a možnosti riešenia pri nejasných definíciách testovania samostatných zón vo veľkých budovách a bytových domoch.

Základné informácie o meraní vzduchotesnosti veľkých budov
Základnou európskou normou, z ktorej sa vychádza pri meraniach veľkých budov, je norma EN 13829 [5]. Podľa nej sa pri meraní v budovách s objemom väčším ako 4 000 m³ môže umiestniť do vonkajších dverí jeden veľký ventilátor alebo niekoľko menších ventilátorov. Samozrejme, pri veľkých budovách treba na organizáciu a prípravu testu a na inštalovanie ventilátora (či ventilátorov) vynaložiť viac námahy [8, 9, 10]. Stovky meraní s dvomi až desiatimi normalizovanými ventilátormi alebo s jedným ventilátorom „kráľovskej veľkosti“ [10] ukázali, že celú budovu možno v praxi testovať ako jednu zónu [11, 12]. Pri realizácii meraní je dôležité, aby sa dosiahla rovnaká distribúcia vzduchu v celej budove – napríklad otvorením vonkajších dverí [8]. Tlakové rozdiely vnútri budovy by sa nemali odlišovať od tlakového rozdielu nameraného medzi interiérom a exteriérom o viac než 10 %, pričom tieto podmienky sa musia zabezpečiť počas celého merania. Treba poznamenať, že napríklad otvor s veľkosťou bežných dverí 2 m2 (2 × 1 m; 20 000 cm²) vytvorí pri prúdení vzduchu s objemom 6 000 m³/h tlakový rozdiel len 1 Pa. Preto prirodzené prúdenie vzduchu zvyčajne neznamená problém za predpokladu, že komínový efekt (napríklad zmena tlakového rozdielu v súvislosti s výškou) zostáva zanedbateľný.

S vybavením, ktoré je v súčasnosti dostupné, možno v praxi testovať budovy do objemu 100 000 m³. Ak má budova výbornú vzduchotesnosť, napríklad pri pasívnych domoch, možno testovať objemy až do veľkosti 200 000 m³. Na ilustráciu možno predpokladať, že jeden ventilátor dodáva 6 000 m³/h vzduchu. To znamená, že 10 ventilátorov dodáva 60 000 m³/h. Najväčšia budova, ktorú možno pri takýchto podmienkach testovať pri predpokladanej vzduchotesnosti n50 = 1 1/h, môže mať objem 60 000 m³. Pri predpokladanej vzduchotesnosti n50 = 0,5 1/h možno potom testovať maximálny objem 120 000 m³.

Pri vyjadrení pomocou priepustnosti vzduchu na jednotku plochy vonkajších stien (q50) je na testovanie vhodná budova s plochou vonkajších stien 12 000 m² a priepustnosťou q50 = 5 m3/(h . m²). Ak je q50 = 1 m³/(h . m²), hranica plochy vonkajších stien sa zvyšuje na 60 000 m².

Všeobecné informácie (prípadne aj praktické rady) o postupoch testovania vzduchotesnosti pri veľkých budovách možno získať od Združenia na testovanie a meranie vzduchotesnosti (Air Tightness Testing and Measurement Association, ATTMA), od Združenia pre stavebné práce, výskum a informácie (Building Services Research and Information Association, BSRIA) [2, 3], z technickej normy [1], normy ISO 9972 [4], normy EN 13829 [5], z niekoľkých informačných správ Centra pre infiltráciu vzduchu a vetranie (Air Infiltration and Ventilation Centre, AIVC) [6] a od ďalších organizácií [7, 8, 9, 10, 11, 12, 15] a spoločností [9, 13, 14].

Organizácia merania
Na zníženie potrebného času a personálnych požiadaviek na meranie treba test dôkladne naplánovať a zorganizovať. Najmä v prípade veľkých budov je užitočné uskutočniť pred meraním prehliadku budovy [13], čo umožní technikovi posúdiť vzduchové bariéry, preskúmať možnosti inštalácie meracích zariadení a určiť, kde treba dočasne utesniť otvory (napríklad vetrací systém). Dátum testovania sa stanovuje na základe poznatkov získaných počas prehliadky. V prípade časovej tiesne sa môžu merania naplánovať aj na noc alebo víkend.

Skúsenosti ukazujú, že vo všeobecnosti sa s testovaním vzduchotesnosti veľkých budov nespájajú žiadne významné praktické problémy [12, 13].

Cena merania
Udať cenové relácie je pomerne zložité, keďže sa môžu výrazne pohybovať v závislosti od daného kontextu, regiónu a ešte viac krajiny. Približne však výdavky na testovanie budovy s objemom 10 000 m³ možno určiť na základe týchto (časových) potrieb: 

• organizácia, prehliadka budovy – 3 hodiny,
• inštalácia príslušenstva,
• príprava – 4 hodiny (2 osoby),
• hľadanie netesností a napísanie správy – 3 hodiny (2 osoby),
• meranie – pol hodiny (2 osoby),
• napísanie záverečnej správy – 4 hodiny.

Výsledná cena sa stanoví približne v rozsahu adekvátnom 22 osobohodinám. K tomu treba prirátať ešte inštaláciu príslušenstva.

Príprava budovVšeobecne
Norma EN 13829 udáva dva typy metód, ktoré uvádzame nižšie.

Metóda A – test budovy v užívaní
Podľa tejto metódy by mal stav teplovýmennej obalovej konštrukcie budovy zodpovedať stavu počas toho obdobia v roku, keď je v prevádzke systém vykurovania alebo chladenia. Nepodnikajú sa nijaké ďalšie opatrenia na zlepšenie vzduchotesnosti obalu. Všetky koncové prvky systémov núteného vetrania alebo klimatizačných systémov sa musia utesniť. Takisto ostatné vetracie otvory (napríklad otvory na prirodzené vetranie) sa musia uzatvoriť.

Metóda B – test teplovýmennej obalovej konštrukcie budovy
Všetky úmyselné otvory v teplovýmennej obalovej konštrukcii budovy musia byť uzatvorené. Všetky nastaviteľné otvory sa musia uzatvoriť a zvyšok otvorov sa musí utesniť. Všetky koncové prvky systémov núteného vetrania alebo klimatizačných systémov, ako aj ostatné vetracie otvory (napríklad otvory na prirodzené vetranie) sa musia uzatvoriť.  

Vo väčšine krajín neexistujú presné predpisy, ktoré by udávali, kedy sa má použiť metóda A alebo B. Aj norma EN 13829 môže byť nejednoznačná, či dokonca zavádzajúca. V mnohých prípadoch vyžaduje metóda A rovnakú prípravu ako metóda B (napríklad tie isté otvory sú uzatvorené alebo utesnené), a preto vedie k rovnakému výsledku. Existuje však mnoho prípadov, keď metódy A a B vedú k celkom odlišným výsledkom, čo sa môže stať v prípade prítomnosti konštrukčných otvorov (výfuky plynových kotlov, výťahové šachty a podobne). Táto otázka je predmetom diskusie vo viacerých krajinách. Belgický ústav pre výskum budov (Belgian Building Research Institute) napísal správu (pracovný dokument), v ktorej vysvetľuje spôsob, akým sa táto otázka rieši v Belgicku. Dokument možno nájsť na internetovej stránke projektu ASIEPI.

Príprava veľkých budov
V prípade veľkých budov alebo bytových domov sa vo všeobecnosti vyskytuje len niekoľko problémových miest, medzi ktoré patria veľké otvory do exteriéru vo výťahových šachtách, otvory v technických šachtách, dočasne zapnuté vetracie systémy (napríklad kuchynské odsávanie nad sporákom) či jednotlivé spaľovacie zariadenia, ktoré nasávajú vzduch z miestnosti. Aby bolo možné použiť výsledok merania na výpočet tepelných strát a potreby energie budovy, nesmú sa tieto otvory utesniť (metóda A), ak sa ich vplyv nezohľadňuje v použitej výpočtovej metóde. V prípade využitia výsledkov na pre­ukázanie vzduchotesnosti teplovýmennej obalovej konštrukcie možno tieto otvory utesniť (metóda B). Keďže to však nie je vždy jednoznačné, je veľmi dôležité zaznamenať dočasne uzatvorené a utesnené otvory v správe z merania.

Hodnotenie „celkovej vzduchotesnosti budovy“ založené na testoch pre samostatné zóny   
Existuje množstvo prípadov, pri ktorých nemožno testovať budovu ako celok. Ako príklad môže slúžiť situácia, ak:

• dve poschodia nemožno vzájomne prepojiť prúdom vzduchu,
• väčší počet bytov nie je prepojený vzduchotesným schodiskom,
• budova je príliš veľká.

Okrem toho je často praktickejšie a lacnejšie testovať samostatne vzorku bytov než celý obytný blok ako jednu zónu. Vo všetkých týchto prípadoch sa budova musí rozdeliť na samostatné zóny, ktoré sa testujú oddelene.
Vo všeobecnosti neexistuje jednoznačne uznávaná metóda na vykonanie a analýzu takýchto testov. Medzi hlavné otázky, ktoré sa v praxi vynárajú, patria:

• Treba vykonať test pre všetky zóny?
• Ak nie, akým spôsobom by sa mali voliť testované zóny?
• Akým spôsobom by sa mal test pre tieto zóny vykonať?
• Aké sú požiadavky na vzduchotesnosť týchto zón?

Riešenie týchto otázok nie je v nijakom prípade úlohou EPBD. Odpovede by sa mali nachádzať v normách (napríklad v EN 13829/ISO 9972) alebo príručkách, čo však nezodpovedá dnešnej situácii.

Samozrejme, okrem spomenutých technických dôvodov existuje aj finančný dôvod, prečo by sa mala merať len časť zo všetkých zón budovy. Môže sa tak znížiť cena merania, napríklad v tom prípade, ak netreba preveriť všetky byty, pretože časť z nich je identická.

Diskusia v Nemecku – metóda pre bytové domy založená na vzorke bytov
Podľa súčasného návrhu Spoločnosti pre vzduchotesnosť v stavebnom priemysle so sídlom v Nemecku (Fachverband Luftdichtheit im Bauwesen e.V., FliB e.V., www.flib.de) by sa malo testovať najmenej 20 % z celkového po­čtu bytov v budove. Aspoň jeden testovaný byt by sa mal nachádzať na najvyššom poschodí, jeden na prízemí a jeden na poschodí medzi vrchným poschodím a prízemím (obr. 1).

Obr. 1  Nemecký návrh metódy založenej na vzorke bytov

Hraničné hodnoty vzduchotesnosti pre časti budov
Predpisy v normách či príručky na hodnotenie vzduchotesnosti teplovýmennej obalovej konštrukcie budovy boli vytvorené pre budovu ako celok. Pri posudzovaní nameraných výsledkov pre jednotlivé zóny budovy však môže nameraná priepustnosť vzduchu zahŕňať aj toky cez netesnosti do priľahlých, vykurovaných alebo chladených častí (vnútorné netesnosti).

Extrapolácia meraní vykonaných metódou založenou na vzorkách
V Nemecku (FliB e.V.) sa vypočítava vážený priemer z výsledkov pre samostatné zóny založený na objeme (alebo na inom základe za predpokladu, že je vzájomne previazaný s jednotkou použitou pre vzduchotesnosť), ktorý sa porovnáva s požadovanou limitnou hodnotou. Vzduchotesnosť jednotlivých zón môže byť o 30 % nižšia, než je limitná hodnota pre celú budovu, a to z dôvodu, že:

• meranie po zónach berie do úvahy netesnosti medzi zónami,
• netestované zóny môžu byť menej prievzdušné.

Na druhej strane sa úplne zanedbáva fakt, že netestované zóny vrátane ďalších bytov, chodieb, schodíšť a podobne môžu byť menej tesné. V praxi platí, že ak jedna zóna (byt) presahuje hraničnú hodnotu 30 %, netesnosti do susedných bytov a do exteriéru sa musia korigovať až dovtedy, kým nebudú merania pod touto hranicou. To znamená, že meraný priemer je na základe dohody ekvivalentný hodnote, ktorá by bola nameraná pre budovu ako celok.

Metódy založené na vzorkách v ďalších krajinách
Vo Veľkej Británii by mali testované zóny tvoriť 20 % vonkajších stien budovy. Pravidlo ATTMA hovorí, že hraničná hodnota je pre každý meraný byt o 10 % menšia než hodnota pre celú budovu. Na rozdiel od Nemecka sa teda počíta s určitou rezervou pre netestované zóny vrátane ďalších bytov, chodieb, schodíšť a podobne, ktoré môžu byť menej tesné než merané zóny. Týchto 10 % preto tvorí rezervu, ktorá poskytuje väčšiu istotu pri dosiahnutí limitnej hodnoty pre celú budovu.

Alternatívou testovania je vo Veľkej Británii vykonanie detailného posudku, resp. auditu a tiež vykonanie prehliadky vzduchových bariér nezávislým expertom. To sa môže poistiť ešte nadväznými testami na vzorke – či už na modeloch, alebo na malých testovacích zónach.

Vo Francúzsku a v Nórsku sa v niektorých prípadoch takisto povoľujú zónové merania, hoci používané metódy nemajú vždy oficiálny status. Vo Francúzsku sa musia v bytových domoch vykonať merania na troch bytoch za predpokladu, že budova má 30 alebo menej jednotiek; v ostatných prípadoch sa musia testy vykonať pre 6 bytov. Vzorka sa vyberá na základe dĺžky podláh a okien. Toto pravidlo je však predmetom diskusie, pretože vzorka sa v mnohých prípadoch považuje za príliš malú a rozmery podláh a okien sa niekedy nedajú jednoznačne určiť.

Vo Francúzsku a v Nemecku sa priepustnosť budovy extrapoluje na základe dohody pomocou váženého priemeru meraní na danej vzorke. V Belgicku však napríklad takéto extrapolácie nie sú povolené. Meranie sa musí vykonať pre celú budovu alebo jednotlivo pre každú časť. 
   
Technika ochrany testovanej zóny hermetizáciou
Ďalší prístup k meraniam oddelených zón predstavuje vytvorenie rovnakého tlaku v susediacich miestnostiach, resp. zónach, ako je tlak v testovacej miestnosti. Táto metóda sa bežne nazýva technika ochrany testovanej zóny hermetizáciou. Týmto spôsobom sa zabráni toku vzduchu medzi susediacimi zónami, čo umožňuje presné meranie toku vzduchu cez netesnosti v teplovýmennej obalovej konštrukcie do exteriéru. FliB e.V. v Nemecku navrhuje, aby sa pri takýchto meraniach na zjednodušenie povolila o 30 % nižšia tesnosť, než je limitná hodnota.

Obmedzenia metódy založenej na vzorkách
Posúdenie vzduchotesnosti celej budovy založené na testoch v samostatných zónach má jedno zásadné obmedzenie: veľmi netesná zóna, ktorá nie je zahrnutá v testovanej vzorke, môže viesť k radikálne rozdielnym záverom. Napríklad výťahové a technické šachty sa zväčša vetrajú do exteriéru a môžu vytvárať výrazné netesnosti. V prípade bytových domov sa výber vzoriek zvyčajne zameriava na byty, pričom sa môžu vyskytovať výrazné netesnosti na chodbách či schodištiach. Vedľajším účinkom metód založených na vzorkách preto môže byť, že časti s potenciálne vysokou netesnosťou sa z testovania systematicky vylučujú.

Ďalšie obmedzenie predstavuje nedostatočná spätná väzba z použitia uvedených metód. Niekedy to vyzerá tak, akoby tieto metódy vytvorili odborníci intuitívne, s nedostatkom presvedčivých argumentov. V praxi by však získanie takýchto argumentov znamenalo cenovo náročné štúdie zahŕňajúce rozsiahle merania, ktoré môže byť navyše náročné zladiť s dodatočnou revíziou platných noriem.

Výsledky meraní a limitné hodnoty: q50 namiesto n50 pre veľké budovy? 
Výsledky meraní pre veľké budovy v Nemecku vyhovujú takmer vždy kritériám vyjadreným prostredníctvom požiadaviek na výmenu vzduchu (n50) a stanoveným nemeckými predpismi pre energetickú náročnosť. Skúsenosti ukazujú, že hodnoty n50 sú pre veľké budovy vždy výrazne nižšie než pre malé budovy. Pre tieto naoko lepšie výsledky existujú zvyčajne dva dôvody. Veľké budovy majú zvyčajne menej spojov na štvorcový meter teplovýmennej obalovej konštrukcie, čo znamená menej potenciálne kritických miest. Okrem toho, nízke pomery A/V (plocha/objem) vedú pri veľkých budovách k relatívne nízkym prietokom vzduchu cez netesnosti. V porovnaní s veľkým objemom budovy je plocha teplovýmennej obalovej konštrukcie, cez ktorú môže prúdiť vzduch, relatívne malá.

Ukazuje sa, že limit určený na základe prietoku vzduchu cez netesnosti na štvorcový meter teplovýmennej obalovej konštrukcie (napríklad q50) sa zdá byť primeranejší než limit založený na prietoku vzduchu cez netesnosti na kubický meter objemu budovy (napríklad n50). Vzťah medzi n50 a q50 je

n50 = q50 . (A/V)

kde    q50    je    priepustnosť vzduchu na plochu teplovýmennej obalovej konštrukcie (m³/(h . m²)),

• V    –    vnútorný objem (m³),
• A    –    plocha teplovýmennej obalovej konštrukcie (m²),
• n50    –    prietok vzduchu pri 50 Pa (1/h).

Obr. 2 ukazuje závislosť medzi n50 a q50 pri rozličných pomeroch A/V podľa niektorých typov budov:

• 1,2 pre bungalov (366 m³),
• 0,8 pre rodinný dom (600 m³),
• 0,5 pre malý bytový dom (2 600 m³),
• 0,3 pre bytový dom (10 000 m³),
• 0,2 pre skladisko (42 000 m³).

Obr. 2  Porovnanie n50 a q50. Príklad: pri veľkej budove s pomerom A/V = 0,2 zodpovedá hodnote q50 = 5 hodnota n50 = 1 1/h.

Ak by sme uvažovali priamy vzťah medzi hodnotami q50 a n50 založenými na limitnej hodnote q50 = 3,0 m³ pre obytné budovy (odporúčanej v nemeckej norme DIN 4108-7) a na uvedených pomeroch A/V, dostali by sme napríklad:

•  n50 ≤ 1,5 (1/h) pri pomere A/V = 0,5 (malý bytový dom),
• n50 ≤ 0,9 (1/h) pri pomere A/V = 0,3 (bytový dom),
• n50 ≤ 0,6 (1/h) pri pomere A/V = 0,2 (skladisko).

Ten istý príklad by pri limitnej hodnote q50 = 1,25 m³/(h . m²) (možno ju dosiahnuť pri rodinných domoch, keďže zodpovedá hodnote n50 = 1 1/h) viedol k hodnotám n50 rovným 0,63; 0,38 a 0,25.

Problémom teda zostáva definícia primeraných limitných hodnôt, ktorá sa však nemôže uskutočniť v európskom meradle, keďže treba vziať do úvahy miestne klimatické podmienky a spôsob užívania. Tieto parametre rozhodujú v kľúčovej miere o vplyve netesností v teplovýmennej obalovej konštrukcii.

Závery a odporúčania
Hlavnou otázkou zostáva možnosť posúdenia vzduchotesnosti veľkých budov alebo bytových domov takým spôsobom, aby sa výsledky dali použiť ako vstup do výpočtu. Cieľom je zároveň preukázať zhodu s predpismi a vytvoriť komplex jasne definovaných pravidiel, ktoré budú univerzálne platné v prípade právnych diskusií.

Na prekonanie tohto problému sa v niektorých krajinách využívajú metódy, ktoré sa vzájomne výrazne odlišujú. Mali by však podliehať posúdeniu, aby sa zistili prípadné problémy pri ich praktickom využívaní, a následne by sa mali harmonizovať a uplatniť pri tvorbe predpisov.   

Obrázky: archív autorov
Preklad zabezpečil Ing. Michal Krajčík.
Foto: Dano Veselský

Príspevok je prevzatý z informačnej správy P 165 projektu ASIEPI (Assessment and ­Improvement of the EPBD Impact – Hodnotenie a zefektívnenie uplatňovania smernice o energetickej hospodárnosti budov). Viac informácií o tomto projekte možno získať na stránke www.asiepi.eu.

Literatúra
1.    ATTMA: Technical Standard 1 – Measuring Air Permeability of Building. The Air Tightness Testing and Measurement Association, www.attma.org.
2.    Knights, Ch., Potter, N.: BSRIA Guide: Air Tightness Testing for New Dwellings – The Essential Guide to Part L1 of the BG 11/2004.2. www.bsria.co.uk.
3.    Pickavance, D., Jones, T.: BSRIA Guide: Air Tightness Testing – The Essential Guide to Part L2 of the 2006 Building Regulations BG 4/2006. www.bsria.co.uk.
4.    ISO 9972: Second Edition 2006-05-01 – Thermal Performance of Buildings – Determination of Air Permeability of Buildings – Fan Pressurization Method.
5.    EN 13829: February 2001 – Thermal Performance of Buildings – Determination of Air Permeability of Buildings – Fan Pressurization Method (ISO 9972: 1996, modified).
6.    Dorer, V., Tanner, C., Weber, A.: Air Tightness of Buildings. In: Ventilation Information Paper, n°8, December 2004, AIVC.
7.    Justifications on the Additional Specifications on Building Airtightness Measurement within the Context of EPB Regulations (in Belgium). ww.epbd.be/media/docs/Airtightness_measurement_EPB_justifications_v1_081020.pdf.
8.    Bolender, T.: Messung der Luftdurchlässigkeit an großen Gebäuden – Bauphysik 26 (2004). Ernst & Sohn Verlag, Berlin.
9.    Dorschky, S.: BlowerDoor-Messung großer Gebäude – Bauphysik 27 (2006). Ernst & Sohn Verlag, Berlin – Auswertesoftware: www.blowerdoor.de.
10.    Sharples, S.: Air Tightness: The Largest Building Ever Tested. In: Air Information Review, Vol. 25, No. 3, June 2004, AIVC.
11.    FLiB-Beiblatt zur DIN EN 13829 – Fachverband Luft­dichtheit im Bauwesen e.V., 34131 Kassel.
12.    Erhorn-Kluttig, H., Erhorn, H., Lahmidi, H.: Air ­Tightness Requirements for High Performance Buildings. In: Information Paper # 157. 2009. Available on www.buildup.eu.
13.    Experience with Air Tightness Tests of Large Building. Information paper, BlowerDoor GmbH, Energie- und Umweltzentrum 1 31832 Springe, Germany.
    www.blowerdoor.eu.
14.    Rolfsmeier, S.: Erfahrungen aus der Luftdicht­heitsmessung großer Gebäude, Messtechnik im Bauwesen. Spezial 1, 2009, Ernst & Sohn Verlag, Germany.
15.    Sharples, S., Closs, S., Chilengwe, N.: Air Tightness Testing of Very Large Buildings. In: A Case Study Building Services Engineering Research & Technology, 2005, 26 (2), pp. 167 –172.

Článok bol uverejnený v časopise TZB Haustechnik.