Zodpovedný prístup k projektovaniu a prevádzke budov vyžaduje environmentálne povedomie a udržateľné prístupy. Vychádza sa z toho, že kvalita životného prostredia predurčuje zdravie, výkonnosť a pohodu človeka. Akustická kvalita v prostredí budov pri aplikácii techniky prostredia sa môže zhoršovať v interiéroch, či ich exteriéroch. Príspevok sa zaoberá problematikou akustickej záťaže z techniky prostredia – externých tepelných čerpadiel v energeticky efektívnych budovách a možnosťami jej eliminácie.
Energetická únia je strategickým konceptom Európskej únie. Koncept je zameraný aj na rozvoj nových technológií, aplikácií obnoviteľných zdrojov energie, inteligentných energetických systémov a energeticky aktívnych budov. Energeticky efektívne budovy sa vyznačujú podstatne nižšou energetickou náročnosťou, ako bola zodpovedajúca záväzná požiadavka stavebno-energetických predpisov na začiatku 21. storočia. Sprísnenie tepelno-technických požiadaviek je dané aj konsolidovaným znením STN 73 0540 – 2+ Z1 + Z2 (2019) Tepelná ochrana budov, časť 2: Funkčné požiadavky [1]. Energetickú efektívnosť budov prioritne ovplyvňuje:
a) úroveň tepelno-izolačných vlastností budovy,
b) aplikácia techniky prostredia, hlavne na báze obnoviteľných zdrojov,
c) meranie a regulácia, prevádzkovanie budovy.
Tepelné úniky v energeticky efektívnych budovách vo vykurovacom období bývajú často nepatrné a preto sa dôležitým stáva chladenie budov počas letného obdobia a zabezpečenie požadovanej výmeny vzduchu (vetranie) v budovách. Splnenie minimálnej požiadavky na energetickú hospodárnosť budovy teda závisí aj od technických systémov v budove, účinnosti zdroja tepla a chladu, energetických nosičov a pod. Aplikácia techniky prostredia (zdrojov tepla a chladu, vetrania a klimatizácie) si vyžaduje také požiadavky na ich akustické parametre, aby nedochádzalo k zvýšenej akustickej záťaži v interiéroch a exteriéroch budov. K tomu je potrebné zaoberať sa celým životným cyklom techniky prostredia od projektu (dizajnu) cez realizáciu až po prevádzkovanie.
Cyklus siedmych krokov na obrázku 1 ukazuje postup neustáleho monitoringu hlukových imisií z externých tepelných čerpadiel pri budovách a prípadné úpravy na zníženie akustickej záťaže. Tento príspevok sa teda venuje iba vybranej problematike možnej akustickej záťaže, konkrétne z vonkajšej jednotky tepelného čerpadla v etape návrhu a počas prevádzky. Prevádzka tepelného čerpadla vytvára rôzne emisie hluku v zimnom období (vykurovanie) a v letnom období (chladenie), čo je potrebné zohľadniť.
Alternatívne možnosti umiestnenia tepelných čerpadiel v exteriéri
Umiestnenie tepelných čerpadiel je potrebné posudzovať vo vzťahu k lokalizácii týchto zdrojov hluku v budove. Legislatívne kritériá sú viazané na limitné hodnoty hluku zo zdrojov hluku v budove, zo zdrojov z exteriéru, resp. je potrebné posúdiť hladiny hluku z exteriéru 2 m pred fasádou, resp. pred oknami budovy alebo na okraji chránenej parcely. Legislatívne požiadavky sú závislé od charakteru lokality (prísnejšie limity sú pre územie nemocníc, škôl ako pre priemyselné lokality) a závisia od konkrétnej legislatívy daného štátu.
Prípustné legislatívne hodnoty ekvivalentných hladín hluku LAeq (dB) alebo maximálnych hladín hluku LAmax závisia od druhu chránenej miestnosti v budove. Príslušné normy udávajú aj minimálne požiadavky na vzduchovú nepriezvučnosť deliacich stavebných konštrukcií R´w (dB) obvodového plášťa alebo R´w (dB) vnútorných konštrukcií pre danú hladinu hluku.
Tieto legislatívne požiadavky sú dôležitým limitujúcim faktorom pre optimálne osadenie tepelných čerpadiel vo vonkajšom alebo vnútornom prostredí.
Umiestnenie tepelných čerpadiel v životnom prostredí závisí od urbánneho prostredia, architektúry budovy, celkovej koncepcie zásobovania budovy energiou, vytvorenia technologickej zóny v budove či v exteriéri atď. Cieľom je splnenie nasledovných atribútov, ako sú energetická výhodnosť, funkčnosť a spoľahlivosť, bezpečnosť, údržba a životnosť tepelného čerpadla, estetickosť umiestnenia, ekonomická výhodnosť a minimalizácia hlučnosti. Tieto požiadavky je potrebné zabezpečiť počas celého životného cyklu tepelného čerpadla.
Dôležité je umiestnenie tepelného čerpadla vzhľadom k posudzovaným priestorom už v etape návrhu – v urbanistickom dizajne. Môžu vzniknúť riešenia osadenia tepelných čerpadiel bez protihlukových úprav na zdroji či prenosovej ceste, alebo s nimi. V rámci koncepcie riešenia vhodného umiestnenia tepelných čerpadiel v interakcii s budovou je možných viacero alternatív lokalizácie:
a) umiestnenie v exteriéri v dotyku s budovou – napríklad pri štítovej stene bez okien,
b) umiestnenie v exteriéri – pred budovou a fasádou s oknami,
c) umiestnenie tepelných čerpadiel v exteriéri pri rohu budov v tvare L,
d) umiestnenie tepelných čerpadiel vo vedľajšej budove,
e) umiestnenie tepelných čerpadiel v navrhovanej budove – v suterénnych priestoroch,
f) umiestnenie tepelných čerpadiel v budove na podlaží (technická miestnosť),
g) umiestnenie tepelných čerpadiel v uzavretom podkroví šikmej strechy,
h) umiestnenie tepelných čerpadiel na plochej streche na najvyššom podlaží,
i) umiestnenie tepelných čerpadiel v otvorenej časti šikmej strechy,
j) umiestnenie na vonkajšom komíne,
k) umiestnenie na nižšom podlaží ustupujúcej budovy,
l) umiestnenie v chránenom priestore v zemine,
m) kombinácie horeuvedených riešení.
Podľa spôsobu umiestnenia zdrojov hluku – tepelných čerpadiel – je potrebné pri modelovaní zohľadniť vyžarovanie zvukovej energie v priestore pomocou činiteľa smerovosti Q podľa schémy na obrázku 2.
Každé z horeuvedených riešení predstavuje osobité riešenie, ktoré je potrebné posúdiť modelovaním a simuláciou hladín hluku v danej urbanistickej zástavbe riešením hlukovej štúdie.
V rámci pasívnej ochrany pred hlukom z tepelných čerpadiel v budove alebo pri budove je vhodné zaoberať sa nasledujúcimi technickými riešeniami pri priestorovom riešení uvedenými v tabuľke 1. Aktívna ochrana spočíva v regulovaní výkonu, regulovaní jednotlivých kusov čerpadiel (zapínanie, vypínanie) či ich časovej expozícii.
Kombináciou uvedených riešení je možnosť dospieť k optimálnemu riešeniu vo vzťahu k potrebnej vibro-akustickej ochrane životného prostredia. Pri návrhu umiestnenia tepelných čerpadiel je dôležité spracovanie hlukovej štúdie, v ktorej sa modelujú hladiny hluku (obr. 4).
![Obr. 4: Modelovanie priebehu izofón z tepelného čerpadla 3D (softvér Hluk+ 11.profi) – situácia v jestvujúcej zástavbe [4]](https://imaterialy.cz//wp-content/uploads/obrazky/620d52a3d04ab/hluk04a-620fa80bbbf0c_297x180.jpg "Obr. 4: Modelovanie priebehu izofón z tepelného čerpadla 3D (softvér Hluk+ 11.profi) – situácia v jestvujúcej zástavbe [4]")
![Obr. 4: Modelovanie priebehu izofón z tepelného čerpadla 3D (softvér Hluk+ 11.profi) – situácia v navrhovanej dostavbe IBV [4]](https://imaterialy.cz//wp-content/uploads/obrazky/620d52a3d04ab/hluk04b-620fa822cd9c1_272x180.jpg "Obr. 4: Modelovanie priebehu izofón z tepelného čerpadla 3D (softvér Hluk+ 11.profi) – situácia v navrhovanej dostavbe IBV [4]")
Príklad merania hluku z tepelného čerpadla v podmienkach in situ
Dôvodom pre merania imisií hluku boli sťažnosti susedov na nepriaznivú hlukovú záťaž v zástavbe rodinných domov. Zdrojom hluku bolo tepelné čerpadlo vzduch–voda o výkone 17 kW – AirX 170, ktoré bolo osadené v zadnej časti domu podľa obrázku 5.
Čas merania 11.08–11.55 hod.; exteriérové podmienky: θe = –5 °C, bezvetrie.
Prehľad nameraných údajov je v tabulke 2.
Z predchádzajúcich údajov meraní hluku je možné konštatovať nasledovné:
▪ Pozadie neovplyvňuje namerané hladiny hluku;
▪ Vo väčšine nameraných hodnôt uvedených v tabuľke č. 2 boli 1/3oktávovou analýzou zistené tónové zložky hluku, čím bola výsledná hladina upravená s korekciou +5 dB;
▪ Tónové zložky hluku sú v oblasti nízkych frekvencií 125, 250 Hz;
▪ 1 m od tepelného čerpadla bola nameraná priemerná hodnota 54,2 dB s korekciami a započítanou neistotou merania. Bez týchto korekcií bola nameraná priemerná hodnota LAeq = 47,43 dB, čo je viac ako katalógová hodnota udávaná výrobcom LAeq = 40,0 dB;
▪ Posúdenie nameraných hodnôt s prípustnými hodnotami danými legislatívou (Vyhláška 549//2007 MZ SR v znení neskorších predpisov) poukazuje na prekročenie hladín hluku pri rozostavanom rodinnom dome pre denný, večerný a nočný referenčný časový úsek. Súčasne je možné prekročenie hladín hluku pri susednom rodinnom dome v nočnom referenčnom čase;
▪ Odporúčalo sa riešiť úpravu tepelného čerpadla akustickým krytom, resp. zástenou pre zníženie imisií hluku a optimalizáciu prevádzky v nočnom režime.
Záver
Pri riešení akustickej kvality životného prostredia pri aplikácii tepelných čerpadiel ako vonkajších zdrojov hluku je z hľadiska ich lokalizácie potrebné využiť tieto zásady:
1. Inštalovať tepelné čerpadlo čo najďalej od hranice pozemku suseda, ak to nie je možné, je potrebné hlukovou štúdiou verifikovať dosiahnutie prípustných hodnôt hladín hluku a navrhnúť akustický kryt, resp. clonu.
2. Pri umiestnení tepelného čerpadla na náveternej strane použiť akustickú zástenu.
3. Umiestnenie tepelného čerpadla na streche, resp. na stene budovy, môže ovplyvňovať hladiny hluku v blízkom interiéri, preto je potrebné navrhovať vonkajšie konštrukcie s dostatočnou vzduchovou nepriezvučnosťou a vibroizoláciami pri kotvení čerpadla na konštrukciu.
4. Uprednostňovať montáž tepelného čerpadla na dilatovaný základ v zemi, čím sa znižuje prenos vibrácií do budovy.
5. Využívať stavebné prvky na zníženie prenosu hladín hluku v exteriéri – oplotenie, tienenie inými budovami a podobne.
6. Ak sa použije viacero tepelných čerpadiel, je potrebné zvážiť ich decentrálne rozmiestnenie.
7. Používať nízkohlučné tepelné čerpadlá (silent).
Urbanistický dizajn je úzko spätý s posudzovaním vplyvov na životné prostredie (EIA), a preto je hluková štúdia neodmysliteľnou súčasťou procesu návrhu budov využívajúcich tepelné čerpadlá, resp. iné zdroje hluku. Pri riešení akustickej kvality životného prostredia pri aplikácii tepelných čerpadiel ako vnútorných zdrojov hluku je z hľadiska ich lokalizácie potrebné využiť tieto zásady:
1. Inštalovať tepelné čerpadlo v miestnosti s dodatočnou pohltivosťou ohraničujúcich konštrukcií;
2. Zabezpečiť požadované hodnoty vzduchovej nepriezvučnosti okolitých deliacich konštrukcií;
3. Eliminovať zvukové mosty a prenos vibrácií.
4. Riešiť podľa potreby aj elimináciu hluku vetracími prvkami s tlmičmi.
Predikcia hluku je významným prvkom pri ochrane životného prostredia, a preto nie je vhodné podceňovať spracovanie hlukových štúdií. Zásady ochrany pred hlukom spočívajú vo vykonávaní technických, konštrukčných alebo organizačných opatrení pre konkrétnu technológiu. Zvyčajne sa vykonávajú na zdroji, na prenosovej ceste a u subjektu (osoba alebo budova, v ktorej osoba pobýva).
Hlukové charakteristiky tepelných čerpadiel sa musia monitorovať počas celého ich životného cyklu (obr. 1), ktorý sa začína návrhom v rámci hlukovej štúdie a končí sa monitorovaním a neustálym zlepšovaním (metóda Kaizen).
MARIÁN FLIMEL
Foto: archív autora
Použitá literatúra:
1) STN 73 0540 – 2+ Z1 + Z2 (2019) Tepelná ochrana budov, časť 2: Funkčné požiadavky.
2) ESPENSON, Tea: Heat Pumps – Performance and Aplication. NOVA, 2018, chapter 5, FLIMEL, M.: Potential optimisation of heat pump placement in terms of environmental noise levels.
3) RIMÁR, M., FEDÁK, M. Spaľovacie procesy. TU Košice, 2018.
4) FLIMEL, M. Komerčné zákazky.
Doc. Ing. Marián Flimel, CSc., (*1957) se věnuje otázkám kvality pracovního prostředí, stavební fyzice a energetické hospodárnosti budov. Je docentem v oblasti environmentálního inženýrství.
Související články:
Tepelné čerpadlo dokáže snížit náklady na teplo až o 80 %
Zdroje energie pro pasivní domy
Porovnání účinnosti a hlučnosti tepelných čerpadel
Chlazení domu tepelným čerpadlem je šetrnější než klimatizace
Jak funguje tepelné čerpadlo? V hlavní roli kondenzace a vypařování
