Skutečná energetická bilance oken v Hradci Králové

Nezastíněné okno v zimě slouží jako zdroj energie. Ukazují to reálná data pro lokalitu Hradec Králové-Kluky. Ztráty vlivem prostupu tepla vedením totiž nejsou jediným parametrem ovlivňujícím energetickou bilanci oken. Zásadní je množství slunečního záření spolu se solárním faktorem g.

Energetické chování běžného okna, zasazeného do reálného prostředí referenčního klimatického roku 2016 pro místo Hradec Králové-Kluky, zkráceně RKR 2016, dává na první pohled překvapivé zjištění. Okna, orientovaná neseverním směrem, v průběhu topné sezóny více energie získají, než jimi unikne ven.

Výchozí hodnoty

Podkladem pro porovnání byly záznamy o teplotě vzduchu, intenzitě přímého i rozptýleného (difúzního) slunečního záření a další klimatická data, odečítaná v hodinových intervalech po celý rok 2016, což představuje 8 760 hodin (bez 29. února 2016). Na jejich základě jsme, opět postupně pro každou hodinu, stanovili prostup tepla oknem ve Wh/m² a zisky vzniklé průchodem slunečního záření (také ve Wh/m²). Sečtené hodinové bilance daly bilance denní a měsíční.

Další použité hodnoty:

• Modelové okno s izolačním dvojsklem disponuje součinitelem prostupu tepla oknem U = 1,3 W/(m²K) a solárním faktorem g = 0,7. Zasklení zabírá 80 % plochy okna, 20 % zbývá na rám.
• Pro výpočet tepelných ztrát prostupem tepla uvažujeme s vnitřní teplotou 20 °C. V jednom případě necháme okno po celý den odkryté, v druhém případě zatáhneme po setmění venkovní roletu, čímž navýšíme tepelný odpor o R = 0,5 m²K/W.

Výsledky

Graf 1 ukazuje měsíční ztráty prostupem tepla vedením vypočítané shodnou metodou, jaká se používá pro průkaz energetické náročnosti budov. Varianta bez rolety byla počítána pro U_w = 1,3 W/(m²K). Okno s roletou bylo po setmění vylepšeno na U_w = 0,78 W/(m²K). Dodejme, že do bilancí není zahrnuta netěsnost oken a z nich plynoucí ztráty tepla.

Celkové ztráty prostupem tepla vedením za období od 1. 9. do 31. 5. činily 114,2 kWh/m² v případě samostatného okna respektive 86,4 kWh/m² pokud byla na noc zatahována roleta. Nezávisle na orientaci oken vůči světovým stranám.

Tepelné zisky vznikající prostupem přímého a difuzního slunečního záření už samozřejmě na orientaci oken závisí. Pro jejich stanovení byla, stejně jako v případě ztrát, použita reálná hodinová data naměřená Českým hydrometeorologickým ústavem. Ta kromě teploty obsahují průměrnou intenzitu globálního záření (W/m²), průměrnou intenzitu přímého záření (W/m²) a průměrnou intenzitu rozptýleného záření (W/m²). Globální záření je součtem přímého a rozptýleného. Za pozornost stojí, že v období září až květen, představuje – nezávisle na měsíci – rozptýlená složka zhruba 1/3 celkové dopadající energie. Zhruba třetinové zisky lze tedy očekávat po dobu, kdy jsou přímé sluneční paprsky zastíněny například stromy nebo okolní zástavbou. Výsledky pro různě orientovaná okna ukazuje graf 2.

Celková bilance

Jak si vedou po započítání zisků a ztrát různě orientovaná okna v jednotlivých měsících, ukazuje poslední graf 3. Pro tento případ nebylo počítáno se zatahováním rolety na noc, s roletou by tedy výsledná bilance vycházela ještě o něco lépe. V posledním sloupci jsou sečteny všechny měsíce (září až květen).

Závěr

Okna pracují především s energeticky velmi silným zářením slunečního původu. To i v zimě a téměř vždy zásobuje interiér větším teplem, než jsou ztráty tepla okny vedením, počítané z rozdílu vnitřní a venkovní teploty vzduchu. Okna lze vždy navrhnout tak, aby měla fakticky kladnou energetickou bilanci. Pozor ale na to, že v teplém období je příliv zářivého tepla okny až 10× větší než v zimě, a naopak působí nežádané přehřívání interiéru. To opět můžeme řešit vhodným zastíněním.