Domy s celoročně příjemnou vnitřní teplotou (2. část)
Minule jsme ukázali, že dům z termoizolačních cihel a dalších těžkých hmot si v zimě drží stabilní a příjemnou vnitřní teplotu při nižší spotřebě energie na vytápění ve srovnání s lehkou stavbou z dřevěných nosníků, tepelné izolace a deskových záklopů. V tomto příspěvku se zaměříme na přechodné a letní období a ukážeme si, že těžký cihlový dům opět nabízí příjemnou a stabilní vnitřní teplotu, avšak bez potřeby chlazení.
V první části tohoto příspěvku [1] bylo na základě studie [2] (dále jen Studie) řečeno, že těžká stavba v cihlovém provedení ušetří svému majiteli až 20 % energie potřebné k vytápění v porovnání s lehkou stavbou, jejíž tepelná izolace – vyjádřená velkým tepelným odporem v K/W – je na totožné úrovni. Další výhodou cihlových domů je jejich mnohem pomalejší chladnutí po vypnutí vytápění: stejně izolovaná lehká stavba chladne podle [1] významně rychleji (2× i více). Lehkou stavbu naopak lépe prohřívá zimní slunce, které proniká dovnitř okny.
Uvedená fakta lze shrnout do dvou grafů na obr. 1 a obr. 2, které se do první části dostaly jen v podobě tabulky 2.
Hodnoty v tabulkách na obrázcích 1 a 2 se vztahují k typovému rodinnému domu Wienerberger Pýthie, který je navržen jako cihlostavba z materiálu Porotherm 44 EKO (zde CZ P44) nebo z materiálu Porotherm 44 T Profi (cihla plněná vatou, zde označovaná jako CZ EKO). Lehké modifikace tohoto domu, které si zachovaly stejné venkovní rozměry a tepelněizolační schopnosti (stejné součinitele prostupu tepla obálkovými konstrukcemi) byly zvoleny jako dřevostavby z dřevěných nosníků, tepelné izolace a deskových záklopů.
Oba cihlové vzory mají menší celoroční potřebu energie na vytápění, než jejich lehké varianty. Konkrétně o téměř 2 000 kWh v případě domů se slabší tepelnou izolací (na úrovni domu z cihel Porotherm 44 EKO) a necelých 1 600 kWh (u domu s izolací, která odpovídá cihlám Porotherm 44 T Profi). Lehká varianta domu Pýthie protopí celoročně o 20 % více energie, než její „těžký” vzor postavený z cihel Porotherm 44 EKO. A téměř o 15 % víc v případě domu, jehož tepelnou izolaci určuje materiál Porotherm 44 T Profi.
Letní chování stavby je neméně zajímavé. Často dokonce zajímavější, protože letní horko a palčivé slunce, které může rozpálit povrchy střech a fasád až k 70 °C i více, zakládá situace, kterým nedokážeme vždy čelit. Mimo jiné i proto, že vůbec neexistuje něco jako nejvyšší letní návrhové teploty, a tím méně pak návod, jak se jim bránit.
Co je tepelná akumulace?
Tepelná akumulace vyjadřuje míru stavební konstrukce nebo stavby pojmout nebo vydat teplo při nárůstu, resp. poklesu její teploty. S tím souvisí pojmy teplotní setrvačnost nebo teplotní stabilita budovy, která je vystavena střídání venkovní teploty.
U těžkých zateplených staveb záleží na umístění tepelné izolace: Je-li izolace umístěna na venkovní straně, dochází ke stabilizaci vnitřní teploty. Naopak vnitřní tepelná izolace vede po vypnutí vytápění či chlazení k rychlému náběhu vnitřní teploty na úroveň teploty obvodové stěny za izolací.
Vnitřní teploty v létě
Jsou názory, dočteme se ve Studii, že v těžkých budovách s vysokým tepelným odporem obvodových plášťů se podmínky v letním období v důsledku vysoké tepelněakumulační schopnosti obvodových plášťů zhoršují a počet dnů s nepříznivým tepelným stavem se zvětšuje, protože se vyhřátá budova kvůli malým tepelným ztrátám pomalu zbavuje nadbytečného tepla.
Studie porovnala průběhy teplot ve dvou modelech netemperovaných místností o různých hodnotách tepelněakumulační schopnosti vnějších konstrukcí. Jako konstrukce s velkou akumulační schopností se uplatnilo blíže neurčené cihelné zdivo s hodnotou ukazatele tepelné akumulace UTA = 1 205 h a součinitelem prostupu tepla U = 0,15 W/(m2K), zatímco stěna s malou tepelněakumulační schopností měla UTA = 22,5 h a součinitel prostupu tepla U = 0,14 W/(m2K)).
Dále se uvažovaly různé velikosti oken (Ao = 2,8 m2; 5,6 m2; 11,2 m2 – okno celostěnové) při orientaci k jihu a dále pak různé hodnoty solárního faktoru (g = 0,525; 0,324; 0,084). Dále byly použity hodnoty z „Referenčního klimatického roku”. Výsledkem je zjištěný průběh teploty vnitřního vzduchu θai v rozsahu 2 208 hodin, což představuje tzv. přechodné období mezi koncem a počátkem otopného období. Zjištěné celodenní vnitřní teploty v místnostech jsou rozděleny do čtyř intervalů A, B, C a D:
- Interval A: dny, ve kterých vnitřní teplota nepřekročí rozmezí od 18 °C do 24 °C (příznivé dny),
- Interval B: dny, v nichž vnitřní teplota nepřekročí rozmezí od 15 °C do 27 °C (přijatelné dny),
- Interval C: dny, v nichž vnitřní teplota klesne pod 15 °C (nevyhovující dny z pohledu chladu),
- Interval D: dny, v nichž vnitřní teplota stoupne nad 27 °C (nevyhovující dny z pohledu horka).
Doplňme ještě, že dny spadající do intervalu A (příznivé) jsou zároveň součástí intervalu B (přijatelné). Součet B+C+D v každém řádku tab. 1 a tab. 2, tedy dává 2 208 dní.
Tab. 1 říká, že v místnosti s velkou tepelnou akumulací a při malých a středně velkých oknech je v intervalu nevyhovujících teplot z důvodu chladu (interval C) významný počet dnů, zatímco v intervalu nevyhovujících teplot z důvodů horka (D) jde – s výjimkou oken s vyšším solárním faktorem, které dobře propouští sluneční světlo – o nepatrný počet.
Jinak je tomu v místnosti s celostěnovým oknem s nezatemňujícím zasklením. Zde je nulový počet dnů v intervalu nevyhovujících teplot z důvodu chladu a velký počet z důvodu horka. U zatemňujícího zasklení (g = 0,085) je to jinak: Studie zde neregistruje ani jediný nevyhovující den z důvodu horka, zato 182 nevyhovujících dní z důvodu chladu.
Tab. 1: Četnost dní, ve kterých teploty v místnosti s velkou tepelnou akumulací odpovídaly intervalům A, B, C, D pro tři různé plochy oken A o a tři různé solární faktory g. V posledním sloupci je podíl nevyhovujících dní z pohledu chladu i tepla v %. Vnější konstrukce měly UTA = 1 205 h a součinitel prostupu tepla U = 0,15 W/(m2K).
| g (-) | A | B | C | D | (C+D)/B |
| A0= 2,8 m2 | |||||
| 0,525 | 945 | 1 668 | 540 | 0 | 24 % |
| 0,324 | 687 | 1 516 | 692 | 0 | 31 % |
| 0,084 | 334 | 1 238 | 920 | 0 | 43 % |
| A0= 5,6 m2 | |||||
| 0,525 | 1 143 | 1 941 | 92 | 175 | 12 % |
| 0,324 | 1 203 | 1 876 | 326 | 6 | 15 % |
| 0,084 | 539 | 1 444 | 764 | 0 | 35 % |
| A0= 11,2 m2 (celostěnové okno) | |||||
| 0,525 | 29 | 288 | 0 | 1 920 | 87 % |
| 0,324 | 583 | 1 057 | 0 | 1 151 | 52 % |
| 0,084 | 1 314 | 2 026 | 182 | 0 | 8 % |
Poznamenejme, že horké špičky v interiéru lze do velké míry odclonit venkovním stíněním. Toto řešení, v zahraničí zcela běžné, je velmi účinné a levné.
Důležité sdělení je ještě v něčem jiném. Okno, pokud propouští sluneční světlo, je především významným zdrojem energie; zahraniční studie dokonce uvádějí, že není-li okno orientováno do severního čtvrtkruhu, má aktivní energetickou bilanci v rámci celé topné sezóny [3]. To znamená, že za topnou sezónu více tepla vpustí dovnitř, než kolik jím uteče ven. Energetickým zdrojem je vedle slunce také rozptýlené denní světlo, jehož intenzita je na úrovni cca 100 W/m2. České oficiální výpočty tento zdroj energie zanedbávají, rozumní investoři a stavitelé s tímto energetickým zdrojem již začínají pracovat.
Tab. 2, která popisuje dům v lehkém provedení, říká, že při malých oknech je četnost nevyhovujících dní z pohledu chladu (C) i horka (D) vysoká s převahou chladných dní, a to zejména u vysoce zatemňujících oken.
Naopak u místnosti s celostěnovým oknem bez zatemňujícího zasklení je patrná dvoj- až trojnásobná četnost dnů v intervalu D, tj. nevyhovujících teplot z důvodu horka, v porovnání s počtem nevyhovujících dní z pohledu chladu.
Místnost s celostěnovým oknem s celozatemňujícím zasklením zároveň vykazuje nápadně vyšší četnost dnů v intervalu D v porovnání se svou těžkou obdobou (s nulovou četností). A také také ca 3× vyšší četnost v intervalu C (531 dní proti 182).
I v případě lehkých staveb platí, že značný počet nevyhovujících dnů z důvodu horka lze eliminovat stínicím prostředkem na venkovní straně.
Tab. 2: Četnost dní, ve kterých teploty v místnosti s malou tepelnou akumulací odpovídaly intervalům A, B, C, D pro tři různé plochy oken a tři různé solární faktory. V posledním sloupci je podíl nevyhovujících dní z pohledu chladu i tepla v %. Vnější konstrukce měly UTA = 22,5 h a součinitel prostupu tepla U = 0,14 W/(m2K).
| g (-) | A | B | C | D | (C+D)/B |
| A0= 2,8 m2 | |||||
| 0,525 | 439 | 932 | 646 | 630 | 58 % |
| 0,324 | 474 | 1 041 | 725 | 442 | 53 % |
| 0,084 | 537 | 1 161 | 905 | 142 | 47 % |
| A0= 5,6 m2 | |||||
| 0,525 | 388 | 816 | 484 | 908 | 63 % |
| 0,324 | 461 | 971 | 542 | 695 | 56 % |
| 0,084 | 557 | 1 212 | 732 | 264 | 45 % |
| A0= 11,2 m2 | |||||
| 0,525 | 345 | 701 | 343 | 1 164 | 68 % |
| 0,324 | 4253 | 850 | 388 | 970 | 62 % |
| 0,084 | 624 | 1 249 | 531 | 428 | 43 % |
Sluneční architektura
Rozumné řešení, jak se zbavit velkých letních přebytků energie, kterou nás zásobuje slunce, spočívá v uplatnění prvků sluneční architektury. Tím se myslí vhodný tvar domu, jeho orientace vůči světovým stranám a v nasazení stínicí techniky (rolet, žaluzií, slunolamů apod.).
Patří sem i vhodné řešení fasád a střech, které by podle možností měly být světlé, aby nepohlcovaly sluneční ani tepelné záření, případně odvětrávané, což je u šikmých střech požadováno. Letní ochranu před horkem, tedy stínění domu, lze také realizovat vysazením vhodných stromů, které v zimě opadávají a umožňují využít energii slunce jen v době, kdy ji potřebujeme.
Závěr
Studie akumulačního potenciálu... [1] od CSI a.s. Praha, jejíž hlavní závěry shrnuje tento příspěvek, je výjimečná tím, že jako první podrobně ukazuje vliv akumulační hmoty na docílení příjemné vnitřní teploty při co nejnižší spotřebě energie na vytápění. Studie porovnává reálné modely domu Wienerberger Pýthie, navržené jednak z těžkých cihelných systémů Porotherm a jednak z materiálů typických pro lehké dřevostavby. Dochází k závěru, že těžké domy mají stálejší vnitřní teplotu, v létě se nepřehřívají, nebo podstatně méně, a v zimě pak potřebují významně méně tepla na vytápění. Tepelněakumulační schopnost budovy na jedné straně a její tepelná izolace na druhé se navzájem doplňují; oba tyto komplementární vztahy jsou vyváženy, tvoří celek s nejvyšší hodnotou.
Literatura:
[1] Hejhálek, J.: Domy s celoročně příjemnou vnitřní teplotou (část I), Stavebnictví a interiér č. 12/2016, www.stavebnictvi3000.cz.
[2] Řehánek, J. – Kučera V – Novotný A.: Studie akumulačního potenciálu cihelného zdiva ke zmenšení energetické náročnosti a zajištění tepelného komfortu jako výhody ve srovnání s lehkou konstrukcí (dřevostavbou totožného rodinného domu), Praha, Centrum stavebního inženýrství a.s. Praha, červen 2016.
[3] Eriksen, Kurt Emil: Energetická bilance oken, Stavebnictví a interiér č. 5/2016, str. 28, www.stavebnictvi3000.cz.
[4] Hejhálek, J: Okno jako tepelná ochrana i zdroj energie, Speciální vydání časopisu Stavebnictví a interiér, www.stavebnictvi3000.cz.
