Okna, stínění, světlo a energie

Když nás zajímá skutečná tepelná ochrana domu a chceme dovést reálné účty za vytápění nebo letní chlazení k minimu, pak nemůžeme přehlédnout stínicí předměty, především venkovní. Vyrazíme-li jako turisté do (nejen) vyspělé ciziny, zaznamenáme stínicí předměty takřka na každém domě a od majitelů či uživatelů se dovíme, že zajišťují příjemné prostředí a snižují výdaje za energii.

Zajímavou studii o tom, jak venkovní roleta ovlivní vnitřní povrchovou teplotu na různých typech okenního zasklení, dále solární faktor a a tím i součinitel prostupu tepla oknem, zveřejnila na svých stránkách německá firma Somfy. Výsledky ukazuje tabulka na obr. 1.

0br. 1/ Tepelné vlastnosti oken vybavených venkovní roletou - povrchová teplota na vnitřní straně okenního zasklení ve °C, solární faktor a součinitel prostupu tepla ve W/(m²K) pro jednoduché sklo, dvojsklo, izolační dvojsklo, izolační dvojsklo s argonovou výplní a trojsklo (s termoreflexním pokovením v polohách 2 a 5) v režimu s vytaženou nebo staženou venkovní roletou. Venkovní teplota je 0 °C, vnitřní 20 °C.

Pozornější pohled na výsledky studie říká, že stínicí prvek a vzduchová mezera mezi ním a zasklením vytvářejí přidaný tepelný odpor o průměrné velikosti 0,216 m²K/W. Ten učiní z okna s hodnotou součinitele prostupu tepla U_W = 1,5 W/(m²K), tedy na spodní hranici požadavku normy ČSN 73 0540-2, výrazně lepší okno se součinitelem U_W = 1,1 W/(m²K). Tato kombinace okna a dobře navrženého stínění může dobře sloužit i v pasivním domě, byť zde norma doporučuje okno s U_W = 0,9 W/(m²K). Údaje v tab. 1 se zakládají na laboratorním měření, nikoliv na výpočtech.

Skutečné prostředí staveb

Jenže uživatele a investora nezajímá ani výpočet, ani laboratorní měření. Ti chtějí vědět, jak okna a okenní stínění reálně poslouží na domě. Reálná energetika oken a stínicí techniky je však vzdálená od toho, co předpovídá norma i zmíněná studie; obě totiž pracují jen s teplotami vzduchu, ale neznají záření. A když, tak jen povrchně.

Okna a stínicí technika oddělují interiér, kde požadujeme stabilní teplotu, od exteriéru, kde působí hlavně obrovské sálavé toky energie, jejichž zdrojem je horké slunce (o teplotě 5 500 °C s intenzitou sálání 1000 W/m²) a jeho protipól − ledový vesmír. Ten „prosvítá“ zpoza atmosféry takto: letní sálavá teplota jasné oblohy je za bílého dne cca –10 °C, v noci cca –20 °C. Zimní teplota jasné oblohy je cca –40 °C ve dne a –60 °C v noci. Toto zářivé prostředí pak ohřívá (ochlazuje) venkovní povrchy budov často úplně jinak, než k teplotě vzduchu, která se dosazuje do úředních výpočtů.

Stínicí technika a její funkce

Roli stínicí techniky lze shrnout do dvou bodů:

A. Stínicí technika v pracovní poloze stíní, tzn. nepropouští energeticky silnou, viditelnou a neviditelnou složku přímého slunečního záření do interiéru nebo na okno, okenní rám, případně fasádu.

B. Stínicí technika s nízkoemisivním (reflexním) povrchem navíc významně chrání dům před letním denním přehříváním tím, že zůstává i na přímém slunci chladná a nesálá tak teplo dovnitř a na okno. Podobně chrání i před zimním nočním prochládáním tím, že pod studenou oblohou chladne jen minimálně, takže plochy a prostor pod ní přicházejí o teplo jen v malé míře.

Tyto možnosti nabízejí venkovní okenní rolety, žaluzie a nověji také screeny. Umožňují stínění v plném rozsahu od 0 do 100 %, při kterém mohou být okna zavřená nebo libovolně pootevřená.

Sluncem rozpálené fasády, ale chladná okna

Tak lze pojmenovat chování oken a fasádních ploch vystavených přímému slunci. Jenže stavební tepelné výpočty svým pojetím říkají, že teplota venkovních povrchů budovy je vždy v těsné blízkosti venkovní teploty, posunutá o malý teplotní interval Δθ = 0,04·U·(T_I-T_E) k vnitřní teplotě.

Např. 16. května 2018 za jasného počasí byla Hradci Králové teplota vzduchu 18,3 °C. Při vnitřní teplotě 25 °C by pak podle normy měla být na fasádní stěně teplo ta 18,35 °C. Skutečnost v tento den byla taková, že na osluněné části fasády byla teplota 42,9 °C, zatímco na neosluněné jen 13,7 °C.

V případě oken norma říká, že za stejných podmínek jejich povrchová teplota je 18,51 °C. Ve skutečnosti byla 26 °C na osluněném okně a jen 11,8 °C na okně ve stínu. Ukazuje to tab. 1.

Krátké odbočení

Nápadný nesoulad mezi normovou předpovědí a fakty opravňuje říct, že normový předpis se míjí s realitou. Snad jen v zimě, když je trvale a silně zataženo, takže se teplota vzduchu cca rovná teplotě prostorového tepelného záření, má oficiální výpočet snad naději potkat se s realitou. I proto se asi české stavební tepelné počtářství zaměřuje na zimu a léto opomíjí s tím, že ho jako v zimě řeší tlustá tepelná izolace. Stále je tak přehlížena stínicí technika, která jediná účinně reguluje obrovské letní zářivé toky energie.

Jiným projevem neznalosti fyziky tepla je, že jsou oceňována a dotacemi uplácena jen hezká čísla na energetických štítcích. Když si však někdo sám (bez akademiků a zájmových spolků) postaví dům, který fakticky nepotřebuje elektrickou ani plynovou přípojku, je soběstačný a energeticky šetrnější, než oslavovaný pasivní dům, nikdo si toho nevšimne.

Okno se stíněním za slunného dne

Ukažme si, jak stínicí předměty pracují. Připomeňme si, že slunce ohřáté na 5 500 °C září na povrchu Země s intenzitou záření cca 1000 W/m². Asi polovina (500 W/m²) projde oknem dovnitř a zbytek pak ohřívá rám okna a jeho zasklení.

A. Venkovní stínění všechen či téměř všechen sluneční zářivý tok zastaví a zabrání tak, aby slunce přímo ohřívalo jak interiér, tak povrch okna. Slunce ale ohřeje stínění a to pak sálá sluncem nabyté teplo k oknu, které se rovněž ohřívá. Dodejme, že méně, než kdyby bylo okno vystaveno přímému slunci. A od okna se ohřeje interiér: opět mnohem méně, než kdyby sluneční záření vstupovalo přímo dovnitř.

B. Sálání venkovního stínění k oknu výrazně snížíme, když bude jeho vnitřní povrch (přivrácený k oknu) nízkoemisivní (= reflexní). Při běžně dosažitelné emisivitě ε = 0,1 snížíme intenzitu tepelného sálání rolety či žaluzie vůči ploše okna na desetinu. A na cca 1/10 pak snížíme i celkový prostup tepla skrze osluněné stínění a okno do interiéru.

C. Když i venkovní povrch stínění (přivrácený ke slunci) bude reflexní, sluneční záření se od něho odrazí a on zůstane chladný, přesněji ohřeje se sluncem jen velmi málo. Takové stínění pak i pod náporem slunce působí na okno i interiér chladivě. Toto řešení nabízí nejvyšší ochranu před letním sluncem.

Okno se stíněním za jasné noci

V noci působí místo horkého slunce chladná jasná obloha o sálavé teplotě –20 °C v létě a až –60 °C v zimě. V létě můžeme stínění zatáhnout, otevřít okna a přímo chladit noční jasnou oblohou. Je to i skvělý způsob nočního větrání, kdy spíme na čerstvém a příjemně chladném venkovním vzduchu.

V zimě bereme kromě čerstvého vzduchu ohled i na tepelnou ochranu. Otevřenými okny větráme jen v nezbytné zdravotní míře, ideálně v součinnosti s roletou či žaluzií v režimu stínění; jako prvek tepelné ochrany jsou stínicí předměty účinné i v noci (tj. chrání před účinky ledové jasné zimní oblohy). Nejvyšší tepelněizolační efekt pak vykazují rolety, žaluzie a jiné stínicí předměty s oboustranně nízkou emisivitou.

Závěr

Stínicí technika – žaluzie, rolety, okenice, screeny, markýzy apod. jsou nejvíce doceňovány jako protisluneční ochrana a výjimečný architektonický prvek. Plným právem. Vedle toho stínicí technika chrání okna před povětrnostními vlivy, prodlužuje životnost oken a významně ovlivňují tepelnou pohodu při bydlení. Méně je známo, že správná stínicí technika také podstatně ovlivňuje energetickou náročnost budov − v zimě a hlavně v létě. Jenže současná stavební tepelná technika nedokáže energetický příspěvek stínicích předmětů uvidět, natož popsat a stínicí předměty správně navrhnout. Tento článek otevírá novou cestu stínicí techniky.

Tento redakční příspěvek vznikl za přispění společnosti ISOTRA a.s., předního návrháře a výrobce účinné stínicí techniky.