Letní přehřívání domů. Oficiálně neexistuje, ale ...

Také rok 2019, byť netrhal rekordy, zaznamenal případy, kdy teplota v rodinných a bytových domech vystoupala až příliš. Stále častější stížnosti na letní přehřívání domů nelze odbýt jen tepelnou izolací a venkovními roletami na oknech. Řešení tkví v porozumění problému a v aplikaci prvků sluneční architektury včetně světlých barev budov a zeleně nejen v jejich okolí, ale i na nich.

Jenže to si odborná veřejnost občas nemyslí, což ukázal i časopis Světlo. Ten 2. října 2019 napsal na web, že: „... při stavbě dřevěného pasivního nebo nízkoenergetického domu je třeba počítat s tím, že dřevostavby mají menší tepelnou stabilitu, a tedy i sklon k přehřívání. Může nastat situace, kdy je dům sice v neletních obdobích energeticky velmi úsporný, v horkých letních dnech se ale přehřívá...”, protože „... se do místností dostává teplo okenními otvory. (...) Prostup tepla přes obvodovou konstrukci je u nízkoenergetických domů zanedbatelně malý a v takovém případě roste význam zastínění.” Věci však fungují jinak.

Těžké cihlové domy s akumulací tepla/chladu

Naše největší cihlářská společnost, firma Wienerberger, s. r. o., která si letos připomíná 200. výročí svého vzniku a na jejíž systém výstavby se v tomto příspěvku o letním přehřívání budov odvoláváme, nabízí „těžké” stavby z cihel Porotherm, k tomu pálenou střešní krytinu Tondach, dále lícové cihly Terca a cihelnou dlažbu Penter. Tedy těžké materiály s velkou akumulací tepla, které jsou pro celoroční teplotní stabilitu domu podstatné. Jenže praxe ukazuje, že ve věcech letního přehřívání budov to nestačí. A o tom je tento příspěvek.

Léto: tepelné izolace izolují hůře

Při zimní venkovní teplotě −10 °C a vnitřní +20 °C má fasádní tepelná izolace z pěnového polystyrenu (EPS) průměrný součinitel tepelné vodivosti λ = 0,0352 W/(m²K). V létě se ale její izolační účinky zhoršují. Při venkovní teplotě +35 °C a vnitřní 25 °C je λ = 0,0401 W/(m²K), a když slunce rozehřeje tmavou zateplenou fasádu na 80 °C (vnitřní je stále 25 °C), vystoupá průměrná λ až na úroveň 0,0454 W/(m²K), přičemž "řeší" teplotní spád 55°C.

Poznámka: Letní účinnost tepelné izolace je téměř o 30 % horší než v zimě(!), přičemž tato izolace řeší v létě až dvojnásobný teplotní rozdíl mezi interiérem a sluncem rozpálenou fasádou.

Tepelné izolace. Přehled, materiály a použití

Tepelné izolace jsou ve výstavbě jednou ze základních součástí stavby, jejichž vhodným výběrem a správnou aplikací podstatně ovlivníme kvalitu celého objektu. Ovšem od doby, kdy…

Poznámka: Vlastnosti všech tepelných izolací se s teplotou zhoršují, avšak EPS je stabilnější než další oblíbená izolace – minerální vata (MW). EPS má totiž strukturu uzavřených vzduchových buněk, kdežto pro MW je typická průvzdušná struktura vláken: její izolační schopnost snižuje proudění vzduchu mezi vlákny, urychlované změnami tlaku vzduchu a okrajových teplot.

O tom, jak slunce ohřívá povrchy

V historicky nejteplejší den, což byl v ČR (k datu sepsání tohoto textu) 20. srpen 2012, kdy byla v Dobřichovicích naměřena teplota +40,4 °C, ohřívala (podle oficiální metodiky) střecha na pasivní úrovni interiér až s intenzitou I = U·(40,4 – 27) = 2,4 W/m².

Izolace na letní přehřívání domů nestačí. Pomůže vydatné větrání, barvy a stínění

O tom, jestli se bude v létě interiér přehřívat a jak, rozhoduje intenzita oslunění domu, z ní odvozené povrchové teploty střešních, fasádních a okenních ploch plus přímé sluneční…

Když ale slunce ohřeje černou střechu na 80 °C, je skutečný tok tepla do interiéru významně vyšší. A vyšší než venku je i teplota vzduchu ve větrané mezeře. Tím to ale nekončí:

Sálavý tok tepla od rozpálené černé krytiny (80 °C) k pojistné hydroizolaci (40 °C) je podle Stefanova-Boltzmannova zákona 880 – 550 = 230 W/m² (pro srovnání: intenzita slunečního záření je asi 1000 W/m²). Řeč je o tom, že tak jako venkovní vzduch neuchladí svým prouděním osluněnou krytinu na „svou” teplotu, nedokáže ani proud vzduchu v mezeře ochladit pojistnou hydroizolaci na teplotu venkovního vzduchu. Ta se v praxi rychle zahřeje, běžně až na teploty kolem 60 °C. Jinými slovy, počítat ztráty nebo zisky tepla osluněných střech jen z teplot venkovního a vnitřního vzduchu, je chybné a zejména zavádějící.

Když k tomu započítáme i zhoršení tepelné izolace v podmínkách vysokých letních teplot sluncem prohřáté střechy, dojdeme k závěru, že skutečný prostup tepla osluněnou letní střechou může být klidně desetinásobkem toho, co otrocky počítá „teplovzdušný” technik s razítkem.

Jsou těžké stavby vždy těžké?

Představme si bungalov o zastavěné ploše 12 × 12 m a výšce cihlových obvodových i vnitřních stěn 3 m. Dřevěná jehlanová střecha domu (osazená černou střešní krytinou) má výšku 2 m; z toho plyne sklon střešních ploch 21,8°. Toto budiž vzorový "těžký dům" pro naše další úvahy a výpočty.

Nicméně lehká střecha, jejíž plocha je 151,8 m² (přes 51 % celkové nadzemní plochy domu), z něho dělá spíše dřevostavbu. Tento pohled se ještě umocní, když i nad přízemím bungalovu zhotovíme jen lehký strop z trámů a izolace. Tím se připravíme o podstatnou akumulační hmotu, kterou lze dobře realizovat s těžkým keramobetonovým stropem Porotherm a krajním případě i se sklonitou těžkou střechou z téhož těžkého stavebního systému.

Téma: slunce

Lavina sluneční energie

Orientujme náš čtvercový bungalov dvěma způsoby tak, že jedna z jeho obvodových stěn míří k severu, ve druhém případě k severovýchodu. Tím popíšeme dvě krajní možnosti orientace celého domu z pohledu celodenních slunečních zisků. Všechna další natočení – třeba o 190° – budou ležet mezi nebo s nimi splývat.

Předpokládejme ještě, že střecha tohoto domu, zhotovená z pálených tašek, bude černá, to znamená, že její povrch plně pohltí dopadající sluneční záření (emisivita=1). Stejně černou barvu aplikujme i u fasádních povrchů.

Tab. 1 ukazuje celkové množství sluneční zářivé energie, která dopadne na dům v den letního slunovratu (21. června) za jasného dne. Čtenář tuší a čísla to potvrzují, že celá střecha bude takřka po celý (bílý) den zalita sluncem, zatímco obvodové stěny si v průběhu stejného dne „vychutnají” i chládek bez přímého oslunění.

Co se týče celkové energie slunečního záření, která v předmětný den dopadne na bungalov – ať už je orientován jakkoli – jde o téměř 2 MWh. K tomuto číslu jsme došli pomocí výpočtového programu Celodenní sluneční energie dopadající na sklonitou plochu na tomto portálu.

Téma: Letní přehřívání budov

Čísla platí za předpokladu, že dům je na volném prostranství, nikoli ve stínu sousedních domů, stromů apod. V ceně elektřiny představují 2 MWh částku přes 9 000 Kč/den (odhad pro rok 2021). Když se na tuto lavinu energie, která může bez přerušení trvat několik dní, nepřipravíme, stane se tu pobyt velmi nepříjemný.

Letní přehřívání budov aneb Praha versus Arrecife

Lanzarote je subtropický ostrov, pro který je typická místní architektura, která vsadila na bílou barvu fasád i střech domů. Nejde o rázovitost, nýbrž o inteligentní řešení…

Základy řešení letního přehřívání domů

1) Lidé a stavební předpisy "usilují" hlavně o nízké ztráty tepla v zimě. To je triviální úloha, a protože se při ní (a ve smyslu normy) pracuje jen s teplotami vzduchu, a nikoli se sluneční energií, chová se dům skoro vždy lépe, než říká inženýrský výpočet. Avšak v létě, kdy je sluneční záření dominantní, je teplovzdušný výpočet tepelných ztrát či zisků bezcenný.

2) Historickým řešením problému s přehříváním byly velmi těžké a masivní stavby jako hrady, chrámy, zámky apod. Byly (a často ještě jsou) tak těžké, že se jejich konstrukce ani za celé léto neprohřejí do stavu „nepohodlí”.

3) Ani dnešní stavby, včetně rodinných domů, by neměly šetřit akumulační hmotou u vnitřních i obálkových konstrukcí. Vedle těžkých obvodových stěn je pro letní příjemné vnitřní prostředí ještě důležitější masivní těžký strop a zejména střecha nad obydleným prostorem, která (v případě řečeného domu) vykazuje v létě dvojnásobnou osluněnost, než fasáda. Přehřívání pak "podporuje" i tmavá až černá střešní krytina, která se na slunci nejvíc ohřívá. Z pohledu letního přehřívání je ideální bílá střešní krytina, která je běžně k vidění v tropech a subtropech a na kterou si i velmi kritické oko rychle zvykne.

4) Samozřejmostí jsou stínicí předměty. Žaluzie nebo rolety, vždy umístěné na venkovní straně oken, by měly sluneční paprsky odrážet ven, nikoli absorbovat. Absorpce by vedla k jejich ohřátí a následně i k ohřátí oken a nakonec i interiéru. Jinými slovy, sluneční paprsky se ideálně musí od prvního povrchu spojeným s domem odrazit zpět do venkovního prostoru.

5) Stejně jako je v zimě nutné domy vytápět, musíme počítat s tím, že je v létě bude nutné chladit. Chlazení může být pasivní (bílá architektura, světlé barvy a venkovní zeleň) nebo aktivní (stínicí předměty, klimatizace). Obě řešení lze kombinovat.

Sluneční architektura

Letní energetika tak, jak ji učí jižanské země, je ve své podstatě architekturou barev a slunečního záření. V těchto zemích by byla nejen fasáda domu, ale i jeho střecha pravděpodobně realizována v bílé barvě (která odráží celé viditelné spektrum slunečního záření) nebo třeba v barvě žluté, která odráží červenou a zelenou a absorbuje jen modrou (tj. asi 2/3 energie slunečního záření).

Poznámka: Architektura barev je k vidění i v chladných oblastech, včetně míst za polárním kruhem. Možná že je veselejší nebo nápadnější, důvodem ale bývá i zimní tepelná ochrana během dlouhých polárních nocí: bílá a jiné světlé barvy mají malou sálavost, což znamená, že do okolí sálají jen malý zlomek energie ve srovnání s černými povrchy. Platí to i pro případ, že tuto službu neobstará zasněžená nebo ojíněná střecha. Naopak v letním období, kdy bílý den trvá 24 hodin a slunce dopadá na fasády místy až kolmo, může světlá barva regulovat zisk tepla.

Velmi nápadnou a funkční inspirací bílých až stříbrných povrchů jako ochrany proti prochladnutí jsou bílé až stříbrné kosmické skafandry: Kdyby byly v černém provedení, astronaut by skrze skafandr velmi rychlé vysálal své teplo do vesmírného prostoru o teplotě 3 K (-270 °C) a zmrzl.

Téma: sluneční architektura

Zeleň

Sebelépe architektonicky řešený dům nedocílí své vrcholové užitné hodnoty, není-li vsazen do vhodného prostředí. Dům by měl být obklopen zelení. Ta vedle toho, že dům vydatně stíní, a chrání tak před přehříváním, je také zdrojem vzdušné vlhkosti a chladu: například v korunách listnatých stromů je v létě nejen příjemný vzduch, ale i podstatně nižší teplota.

Naopak v zimě, po opadání listí, je tentýž dům přirozeně a naplno ohříván zimním sluncem. Sluneční záření nejenže okny vstupuje přímo do interiéru, ale ohřívá i venkovní a vnitřní povrch okenních skel a dále fasádu a střechu domu, zejména jsou-li realizovány v tmavých barvách.

Závěr

Je-li řeč o energii ve stavebnictví, potom hlavním tématem není jen úspora energie za vytápění coby součást boje proti takzvanému globálnímu oteplování. Důležitější je i celoročně příjemné bydlení bez lavin letního horka a při minimu potřeby letního chlazení. Cestou k tomuto cíli je vhodná architektura, akumulační hmota, světlé barvy a zeleň.

Téma: Bílá a světlá architektura

Související články

• Akumulační materiály - nástroje proti teplotním šokům
• Jak na aktivní dům? Plánujme a stavme s myšlenkou na výsledek