Jsou investice do vysoké kvality vzduchu ve vnitřním prostředí ekonomicky výhodné? (II)

Analýza nákladů a výnosů v důsledku zlepšování kvality vzduchu ve vnitřním prostředí

Ke zvážení jestli pozitivní důsledky zlepšené kvality vzduchu na výkonnost pozorovanou při experimentech v laboratoři a v reálném prostředí jsou ekonomicky výhodné, bylo provedeno srovnání dlouhodobých investic do zlepšení kvality vzduchu v administrativní budově vůči následným ziskům ze zvýšené produktivity administrativních pracovníků. Zisky ze snížených výdajů na zdravotní péči, absenci kvůli zdravotním problémům nebyly do analýzy zahrnuty (Wargocki a Djukanovic, 2005). Investice do zlepšení kvality vzduchu byly simulovány v administrativní budově s nízkým znečištěním vnitřního prostředí (CEN CR 1752, 1998), s 864 zaměstnanci, větrané systémem s konstantním průtokem vzduchu se zpětným získáváním tepla, situované v chladném, mírném a horkém klimatickém pásmu.

Bylo předpokládáno, že kvalita vzduchu v administrativní budově bude způsobovat 50 % nespokojených. Za účelem snížení procenta nespokojených o 10 % byla zlepšena kvalita vzduchu zvýšením průtoku přiváděného venkovního vzduchu z 6 na 60 l/s na osobu a snížením zátěže škodliviny ze 0,2 na 0,1 olf/m² podlahové plochy (Tab. 1). Dále bylo odhadnuto, že změna kvality vzduchu bude jediným parametrem mající vliv na výkonnost práce. Další faktory, např. hluk a tepelné podmínky byly předpokládány neměnné a proto nebyly v modelových případech uvažovány. Kroky ke zlepšení kvality vzduchu ve vnitřním prostředí zahrnovaly zvýšené náklady na energii a údržbu, počáteční investici do klimatizačního systému a náklady na stavební úpravy. Tyto výdaje byly porovnány se zvýšením produktivity předpokládané na základě experimentální závislosti, která ukázala, že každé snížení podílu lidí nespokojených s kvalitou vzduchu při vstupu do místnosti o 10 % znamenalo 1,1% zvýšení výkonnosti vykonávané administrativní práce (Obr. 1). To odpovídá ročnímu zisku $368,75 na osobu, za předpokladu hodinové mzdy na osobu $19,4. Vypočtené náklady a výnosy byly použity pro analýzu dlouhodobých nákladů: životnost budovy byla nastavena na 25 let a úroková sazba na 3,2 %.

Tab. 1 znázorňuje příklad výsledků analýzy dlouhodobých nákladů pro mírné klima. Protože se zisky ze zlepšené produktivity staly dominujícím faktorem v analýze dlouhodobých nákladů a výrazně přesáhly zvýšené výdaje, byly vypočtené ekonomické zisky podobné i v chladném a horkém klimatu. Analýza ukázala, že zlepšení kvality vzduchu je vysoce efektivní: zisky ze zlepšené kvality vzduchu mohou být až 60x vyšší než náklady; investice mohou být běžně navráceny za ne déle než 2 roky (doba návratnosti je podobná době návratnosti 1,4 roky navržené Droganem et al. (1998)); a míra návratnosti může být až 7x vyšší než minimální přijatelná úroková sazba. Odhady nezahrnují zisky ze snížených nákladů na zdravotní péči a sníženou absenci na pracovišti kvůli zdravotním problémům. Snížená absence díky zvýšenému množství přiváděného vzduchu může vyústit v dodatečné úspory až $400 za zaměstnance (Milton at al., 2000). Výše uvedené odhady naznačují, že zlepšení kvality vzduchu z "průměrné" úrovně (50 % nespokojených) na "excelentní" úroveň (10 % nespokojených) bude znamenat v malé administrativní budově se 100 zaměstnanci roční výnos přibližně $100.000 po dobu 25 let. Přestože byly výsledky získány provedením modelových případů a závisí na několika použitých předpokladech lze očekávat, že mohou být aplikovány na většinu zemí rozvinutého světa.

Tab.1 Výsledky analýzy dlouhodobých nákladů pro budovu v mírném klimatu

Implikace na projektování budovy a klimatizačního systému

Vlivy kvality vzduchu na výkonnost lidí prezentované v tomto článku jsou řádově podobné těm, které byly pozorovány při sledování vlivu teplotních podmínek na lidskou výkonnost (Wyon, 1996). Spolu tak s výsledky analýzy nákladů a zisků poskytují silný ekonomický podnět pro navrhování vnitřního prostředí se vzduchem o vyšší kvalitě než je minimum předepsané současnými normami pro větrání. Vysoká kvalita vzduchu ve vnitřním prostředí vyústí nejen ve zvýšenou produktivitu práce, ale také podpoří zdraví a pohodlí pracovníků. Zajištění dobré kvality ve vnitřním prostředí nemusí být bezpodmínečně nákladnější a energeticky náročnější, pokud je použito inteligentního návrhu obálky budovy a klimatizačního systému, spolu s pečlivým výběrem stavebních a nábytkových materiálů. Velmi účinným způsobem zlepšení kvality vnitřního prostředí, jak je důrazně doporučeno ve zprávě CEN CR 1752 (1998), je snížení zdrojů škodlivin ve vnitřním prostředí volbou málo-znečišťujících stavebních a nábytkových materiálů. Zvýšená spotřeba energie potřebná ke zvýšení průtoku vzduchu může být často minimalizována energeticky úspornými systémy zpětného získávání tepla. Vysoké kvality vdechovaného vzduchu může být dosaženo i při malých průtocích vzduchu přiváděných osobním větráním (Melikov et al., 2002; Fanger, 2003) na místo tradičních klimatizačních systémů, které jsou zaměřeny na plně směšovací princip větrání. V takových systémech je dosaženo vysoké kvality vdechovaného vzduchu tak, že jsou malá množství čerstvého chladného vzduchu přiváděna přímo do oblasti dýchání osob. Vysoké kvality vdechovaného vzduchu lze dosáhnout jen tehdy, je-li zaručena vysoká kvalita vzduchu přiváděného klimatizačním systémem. Ten někdy může být i sám sobě zdrojem znečištění (Wargocki et al., 2002b, c), jak bylo ukázáno ve výše popsané studii v reálných podmínkách call centra (Wargocki et al., 2004). Účinná údržba a čištění klimatizačního systému je tedy neodmyslitelná. Aplikování nových a nadějných metod čištění může větrání i částečně nahradit (Fanger, 2005).

Nové výsledky o vlivu kvality vzduchu na schopnosti žáků řešit školní úlohy

Během dvou nezávislých intervenčních experimentů uskutečněných na konci léta a v zimě ve čtyřech identických třídách na základní škole v Dánsku, byl zvýšen průtok přiváděného vzduchu z přibližně 5 na 9,5 l/s na osobu v létě a z cca 4 na 8,5 l/s na osobu v zimě. Intervence probíhaly v náhodném pořadí vyvážené za účelem prezentace výsledků (Wargocki et al., 2005). Každý experiment byl proveden ve dvou paralelních třídách zároveň a každé podmínky trvaly jeden týden. Množství přiváděného vzduchu bylo zvyšováno stávajícím klimatizačním systémem. Za určených podmínek, během příslušných vyučujících hodin, žáci vykonávali úlohy představující až osm různých typů školní práce od čtení až po matematiku; 49 desetiletých žáků v létě a 44 dvanáctiletých žáků v zimě. Úlohy zadávané obvyklými učiteli byly vybrány tak, aby mohly být přirozenou součástí běžného školního dne. Jak učitelé tak i žáci nebyli obeznámeni s prováděnými intervencemi. Aby bylo během experimentů zachováno tak běžné každodenní rutinní školní prostředí jak je to jen možné, žáci i učitelé mohli jako jindy otevírat okna a do školních osnov a aktivit nebyly provedeny žádné změny.

Výsledky ukázaly, že zvýšené množství přiváděného venkovního vzduchu významně zlepšilo výkonnost (množství vykonané práce) při řešení jednotlivých úloh od 3 do 35 % a to jak v létě tak i v zimě (chybovost zůstala stejná). Pro žádnou z úloh nebylo snížení výkonnosti spojené se zvýšeným množstvím přiváděného vzduchu statisticky významné. Užitím výkonnosti jednotlivých úloh ovlivněných zvýšeným množstvím přiváděného vzduchu, byla vypočítána průměrná schopnost žáků řešit školní úlohy a byla odvozena regresní rovnice v závislosti na množství přiváděného venkovního vzduchu změřeného ve třídách (Obr. 3). Regrese indikuje, že zdvojnásobení množství přiváděného venkovního vzduchu by zlepšilo průměrnou schopnost žáků řešit školní úlohy o 15 %. Z obrázku je patrná extrémně dobrá kvantitativní shoda mezi výsledky dvou nezávislých experimentů, které byly provedeny v různém ročním období, v rozdílných třídách a s dvěma věkově odlišnými skupinami dětí.

Obr. 3 Schopnost žáků řešit školní úlohy v závislosti na
množství přiváděného venkovního vzduchu

Tato studie ukazuje, že zlepšením větrání ve třídách, lze značně zlepšit schopnost žáků řešit školní úlohy. Přestože největší studovaný průtok vzduchu nebyl nijak vysoký - ve skutečnosti jen téměř dosahuje 10 l/s na osobu ¹, tyto výsledky svědčí o tom, že pouhé zlepšení požadavků na větrání ve školách na minimum požadované pro kanceláře by poskytlo velmi dobrou návratnost investic z hlediska budoucích úspěchů kterékoli společnosti, která závisí na dětmi dosažené úrovně vzdělání. Stojí za zapamatování, že schopnost žáků řešit školní úlohy ovlivňuje získané vědomosti a to může mít celoživotní důsledky jak na žáky tak i na společnost.

Závěry

• Experimenty v laboratoři i v reálných podmínkách ukazují, že zlepšení kvality vzduchu ve vnitřním prostředí zlepšuje výkonnost kancelářské práce.
• Nové experimenty v reálných podmínkách ukazují ze zlepšení kvality vzduchu ve vnitřním prostředí, zlepšuje schopnost žáků řešit školní úlohy.
• Zisky ze zlepšené kvality vzduchu ve vnitřním prostředí snížením zdrojů znečištění nebo zvýšením množství přiváděného venkovního vzduchu jsou mnohem vyšší než potřebné výdaje.
• Současné výsledky tvoří silný argument a pevný podnět pro poskytování vzduchu ve vnitřním prostředí v lepší kvalitě než je minimální úroveň požadovaná současnými normami.

Poděkování

Tato práce byla podpořena Dánskou radou pro technický výzkum (STVF) jako součást výzkumného záměru Mezinárodního centra pro vnitřní prostředí a energii (ICIEE) na období 1998-2007, založené na Dánské technické univerzitě. Práce byla také částečně podpořena společností ASHRAE smlouvou 1257-RP "Indoor Environmental Effects on the Performance of Schoolwork by Children".

Literatura

Bakó-Biró, Z. (2004) Human Perception, SBS Symptoms and Performance of Office Work during Exposure to Air Polluted by Building Materials and Personal Computers, Ph.D.-thesis, International Centre for Indoor Environment and Energy, Technical University of Denmark.

Bakó-Biró, Z., Wargocki, P. Weschler, C. and Fanger, P.O. (2004) "Effects of pollution from personal computers on perceived air quality, SBS symptoms and productivity in offices", Indoor Air, 14, 178-187.

CEN CR 1752 (1998) Ventilation for buildings: Design criteria for the indoor environment, Brussels, European Committee for Standardization.

Dorgan, C.B., Dorgan, C.E., Kanarek, M.S. and Willman, A.J (1998) "Health and productivity benefits of improved indoor air quality", ASHRAE Transactions, 104, Pt. 1A, 658-666.

Fanger, P.O. (1988) "Introduction of the olf and the decipol units to quantify air pollution perceived by humans indoors and outdoors", Energy and Buildings, 12, 1-6.

Fanger P.O. (2003) " Providing indoor air of high quality: challenges and opportunities", In: Tham, K.W., Sekhar, S.C. and Cheong, D. (eds) Proceedings of Healthy Buildings '2003, Singapore, Vol. 1, pp. 1-10.

Fanger, P.O. (2005) "What is IAQ", In Yang, X., Zhao, B. and Zhao, R. (eds) Proceedings of Indoor Air 2005, Beijing, China, Tsinghua University Press, Vol. I(1), pp. P-1-P-8.

Melikov, A., Cermak, R. and Majer, M. (2002) "Personalized ventilation: evaluation of different air terminal devices", Energy and Buildings, 34, 829-836.

Milton, D., Glencross, P. and Walters, M. (2000) "Risk of sick-leave associated with outdoor air supply rate, humidification and occupants complaints", Indoor Air, 10, 212-221.

Pejtersen, J., Brohus, H., Hyldgaard, C.E., Nielsen, J.B., Valbjørn, O., Hauschildt, P., Kjærgaard, S.K. and Wolkoff, P. (2001) "Effect of renovating an office building on occupants' comfort and health", Indoor Air, 11, 10-25.

Tham, K.W., Willem, H.C., Sekhar, S.C., Wyon, D.P., Wargocki, P. and Fanger, P.O. (2003) "Temperature and ventilation effects on the work performance of office workers (study of a call center in the tropics)", In: Tham, K.W., Sekhar, S.C. and Cheong, D. (eds) Proceedings of Healthy Buildings '2003, Singapore, Vol. 3, pp. 280-286.

Wargocki, P. (1998) Human perception, productivity and symptoms related to indoor air quality, Ph.D.-thesis, International Centre for Indoor Environment and Energy, Technical University of Denmark.

Wargocki, P., Wyon, D.P., Baik, Y.K., Clausen, G. and Fanger, P.O. (1999) "Perceived air quality, Sick Building Syndrome (SBS) symptoms and productivity in an office with two different pollution loads", Indoor Air, 9, pp. 165-179.

Wargocki, P., Wyon, D.P., Sundell, J., Clausen, G and Fanger P.O. (2000a) "The effects of outdoor air supply rate in an office on perceived air quality, Sick Building Syndrome (SBS) symptoms and productivity", Indoor Air, 10, 222-236.

Wargocki, P., Wyon, D.P. and Fanger, P.O. (2000b) "Pollution source control and ventilation improve health, comfort and productivity", In: Proceeding of Cold Climate HVAC '2000, Sapporo, pp. 445-450.

Wargocki, P., Lagercrantz, L., Witterseh, T., Sundell, J., Wyon, D.P. and Fanger, P.O. (2002a) "Subjective Perceptions, Symptom Intensity and Performance: a Comparison of Two Independent Studies, both Changing Similarly the Pollution Load in an Office", Indoor Air, 12, pp. 74-80.

Wargocki, P., Sundell, J., Bischof, W., Brundrett, G., Fanger, P.O., Gyntelberg, F., Hanssen, S.O., Harrison, P., Pickering, A., Seppänen, O. and Wouters, P. (2002b) "Ventilation and Health in Nonindustrial Indoor Environments. Report from a European Multidisciplinary Scientific Consensus Meeting", Indoor Air, 12, pp. 113-128.

Wargocki, P., Bischof, W., Brundrett, G., Fanger, P.O., Gyntelberg, F., Hanssen, S.O., Harrison, P., Pickering, A., Seppänen, O., Sundell, J. and Wouters, P. (2002c) "The role of ventilation in nonindustrial indoor environments. Report from a European multidisciplinary scientific consensus meeting", In: Proceedings of Indoor Air 2002, The 9th International Conference on Indoor Air Quality and Climate, Monterey, USA, Vol. 5, pp. 33-38.

Wargocki, P. Bakó-Biró, Z., Clausen, G. and Fanger, P.O. (2002d) "Air quality in a simulated office environment as a result of reducing pollution sources and increasing ventilation", Energy and Buildings, 34, pp. 775-783.

Wargocki, P., Bakó-Biró, Z., Baginska, S, Nakagawa, T., Fanger, P.O., Weschler, C. and Tanabe, S. (2003) "Sensory emission rates from personal computers and television sets", In: Tham, K.W., Sekhar, S.C. and Cheong, D. (eds) Proceedings of Healthy Buildings '2003, Singapore, Vol. 3, pp. 169-175.

Wargocki, P., Wyon, D.P. and Fanger, P.O.. (2004) "The performance and subjective responses of callcentre operators with new and used supply air filters at two outdoor air supply rates", Indoor Air, 14 (Suppl 8), 7-16.

Wargocki, P. and Djukanovic, R. (2005) "Simulations of the potential revenue from investment in improved indoor air quality in an office building", ASHRAE Transactions, Vol. 111 (Pt.2), pp. 699-711.

Wargocki, P., Wyon D.P., Jark, L. and Schaub, Hansen, M..(2005), "The effects of outdoor air supply rates in classrooms on the performance of schoolwork by children", In: Proceedings of CLIMA 2005, Lausanne, Switzerland, on CDROM.

Wyon, D.P. (1996) "Indoor environmental effects on productivity", In: Proceedings of IAQ´96 Paths to Better Building Environments, USA, ASHRAE, 5-15.

Wyon, D.P. and Wargocki, P. (2006) "Indoor air quality effects on office work", In: Croome, D. (ed.) Creating the Productive Environment, in the press.

¹ Minimální doporučený průtok vzduchu na pracoviště pro dospělé osoby v Evropě, ačkoli bylo publikováno, že i to je často nedostatečné (Wargocki et al., 2000b)