Ke vlivu rostlin na kvalitu vnitřního prostředí z pohledu provozu a ventilace budov.

Abstract

Tato práce se zabývá unikátním výzkumem vlivu rostlin na kvalitu vnitřního prostředí budov s příznivým dopadem na provozní úspory z pohledu ventilace budov. Práce obsahuje řadu teoretických simulací a jedinečných ověřujících praktických měření nutných pro pochopení problematiky implementace rostlin do vnitřního prostředí budov a jejich provozu. Teoretické simulace pracovaly s proměnnými parametry požadované kvality vnitřního prostředí Creq a kvality přiváděného vzduchu Csup z pohledu CO2 a VOC (Volatile Organic Compounds) s proměnným osvětlením. Na základě výpočtu bylo prokázáno, že pro vzorové vnitřní prostředí kanceláře o objemu 74.7 m3, při obsazenosti 3 osob a implementaci 3 m2 zelených listů může být při osvětlení 40 % zelených listů rostliny PPFD (Photosynthetic Photon Flux Density) = 300 μmol · m-2 · s-1 a 60 % zelených listů 80 μmol · m-2 · s-1, potenciální úspora 0.31 % až 1.44 % na ventilaci budov a při PPFD = 100 / 60 μmol · m-2 · s-1 potenciální úspora 0.15 % až 0.98 %. Pomocí teoretické simulace bylo prokázáno, že VOC je oproti CO2 minoritní, nicméně i zde rostliny mohou významně přispět ke snižování koncentrace. Za pomocí praktického měření bylo zjištěno, že pro osvětlení rostlin je vhodné umístit je poblíž otvorových výplní s přímým přístupem přirozeného světla, neboť v modelové kanceláři bylo pouze při umělém osvětlení sloužícím k osvětlení kancelářských pracovišť zjištěny nedostatečné hodnoty osvětlení v rozsahu PPFD 0 až 10 μmol · m-2 · s-1, zatímco po východu slunce a prosvětlení pracovišť přirozeným světlem se naměřené hodnoty v období podzim – zima – jaro pohybovaly v rozsahu PPFD 0 až 647 μmol · m-2 · s-1. V této práci byla dále prakticky změřena skutečná výkonnost vybraných kultivarů Ficus Benjamina a Aloe Vera v uzavřeném modelovém prostoru simulujícím světelné podmínky a take příslušné koncentrace CO2 vnitřního prostředí. Měření kultivaru Ficus Benjamina (C3 – nejčastější metabolický výskyt pro fixaci uhlíku při fotosyntéze) významně předčilo teoretické předpoklady kdy při ploše listů ~ 0.26 m2, a při úrovni osvětlení PPFD ~ 139 μmol · m-2 · s-1 v úrovni horní úrovně koruny rostliny byla schopna snižovat koncentraci CO2 průměrně o 0.526 g · m-2 · h-1, při PPFD ~ 49 μmol · m-2 · s-1 o 0.421 g · m-2 · h-1, zatímco teoreticky vypočtená hodnota při vhodnějších světelných podmínkách PPFD 300 / 80 μmol · m-2 · s-1 byla pouze 0.307 g · m-2 · h-1 resp. 0.150 g · m-2 · h-1 v případě PPFD 100 / 60 μmol · m-2 · s-1. U kultivaru Aloe Vera (CAM – výskyt metabolického cyklu vyvinutý u některých rostlin jako adaptace na nehostinná či vyprahlá prostředí) byly hodnoty dle předpokladu méně příznivé, při PPFD ~ 90 μmol · m-2 · s-1 asimiliovala rostlina průměrně 0.022 g · m-2 · h-1, při PPFD ~ 50 průměrně 0.005 μmol · m-2 · s-1. Poslední část práce zohledňuje monitoring chování zaměstnanců ve skutečné kancelářském prostředí s monitoringem vývoje koncentrace CO2 po dobu jednoho pracovního týdne, kde lze vhodně vypozorovat zvyky a potenciální možnosti s dopadem na úsporu v oblasti ventilace budov. Tato práce celkově potvrzuje dosavadní omezené poznání dané problematiky implementace rostlin do vnitřního prostředí budov a poukazuje na zcela nový vědní obor jež je nezbytné dále rozvíjet.

The present paper deals with unique research on the effect of plants on the quality of the indoor building’s environment with a positive impact on operational savings in building ventilation aspects. The present paper contains a number of theoretical simulations and unique verifying of practical measurements that are necessary for understanding the issue of implementing plants into the internal environment of buildings and their operation. Theoretical simulations deal with variable parameters of the required quality of the indoor environment Creq and the quality of the supplied air Csup from the point of view of CO2 and VOC (Volatile Organic Compounds) with variable lighting. Based on the provided calculation, it was shown that for a sample office indoor environment with a volume of 74.7 m3, occupancy of 3 people and the implementation of 3 m2 of green leaves, when lighting 40 % green plant leaves PPFD (Photosynthetic Photon Flux Density) = 300 μmol · m-2 · s-1 and 60 % green leaves 80 μmol · m-2 · s-1, brings potential saving of 0.31 % to 1.44 % on building ventilation and PPFD = 100 / 60 μmol · m-2 · s-1 potential savings of 0.15 % to 0.98 %. Using provided theoretical simulations, it was shown that VOC is a minority compared to CO2, but plants can still contribute significantly to reducing its concentration. Using practical measurements, it was found that for plant illumination, it is advisable to place them near openings with direct access to natural light, since in the model office, only artificial lighting used for office lighting showed insufficient illumination values in the PPFD range of 0 to 10 μmol · m-2 · s-1, whereas after sunrise and illumination of the workplaces with natural light, the measured values in the autumn-winter-spring period ranged from 0 to 647 μmol · m-2 · s-1 PPFD. In this thesis, the actual performance of selected cultivars of Ficus Benjamina and Aloe Vera was practically measured in an enclosed model space simulating light conditions and the respective CO2 concentrations of the indoor environment. The measurements of the cultivar Ficus Benjamina (C3 - the most common metabolic pathways for carbon fixation in photosynthesis) significantly exceeded the theoretical assumptions when, with a leaf area of ~ 0.26 m2, and a PPFD light level of ~ 139 μmol · m-2 · s-1 at the upper level of the plant canopy, it was able to reduce the CO2 concentration on average by 0.526 g · m-2 · h-1, and at PPFD ~ 49 μmol · m-2 · s-1 by 0.421 g - m-2 - h-1, whereas the theoretically calculated value at more suitable light conditions of PPFD 300 / 80 μmol · m-2 · s-1 was only 0.307 g · m-2 · h-1 and 0.150 g · m-2 · h-1, respectively, in the case of PPFD 100 / 60 μmol · m-2 · s-1. For the Aloe Vera cultivar (CAM - carbon fixation pathway that evolved in some plants as an adaptation to arid conditions), the values were less favourable as expected, with an average of 0.022 g · m-2 · h-1 assimilated by the plant at PPFD ~ 90 μmol · m-2 · s-1 and 0.005 μmol · m-2 · s-1 at PPFD ~ 50. The last part of the work takes into account the monitoring of the behaviour of employees in a real office environment with the monitoring of the CO2 concentration evolution for one working week, where habits and potential opportunities with an impact on savings in the field of building ventilation can be appropriately identified. Overall, this work confirms the current limited understanding of the issue of plant implementation in the indoor environment of buildings and points to a completely new scientific field that needs to be further developed and researched.