Okno jako tepelná ochrana i zdroj energie

V zahraničí se objevují studie, které říkají, že okna vpouštějí do budov více energie, než počítají stavební výpočty. Dokazují, že i v zimě mají často okna lepší tepelnou bilanci, než obvodové zdi a střecha domu. To znamená, že s okny protopíme méně, než kdybychom je zazdili. V závěru článku, který Vám přináší Stavona, přední český výrobce oken, se zastavíme i u letní funkce okna.

Okno zdaleka není jen součást tepelné ochrany domu. Do obydlí přivádí okno světlo a vzduch, chrání nás před venkovním chladem nebo horkem, deštěm a sluncem a vytváří naše soukromí. Okno určuje domovní mikroklima, brání vstupu nevítaných hostů z živočišné i lidské říše a chrání před pohledy zvenčí. Chceme-li nejen na papíře s razítkem, ale skutečně snížit zimní ztráty tepla domu a předejít jeho nepříjemnému letnímu přehřívání, musíme se zaměřit především na okna.

Dánská studie

Studie [1], která se opírá o měření Dánské technické univerzity na skutečných stavbách za ostrého provozu, ve stručnosti říká, že okno, pokud nemíří přímo na sever, vpustí více tepla dovnitř, než kolik ho jimi uteče ven. Konkrétně okno se „slabšími” tepelněizolačními vlastnostmi mělo na měřeném domě nejlepší energetickou bilanci +5 kWh/m², zatímco „pasivní” zeď byla nejhorší s energetickou ztrátou –10 kWh/(m²K)! „Slabší” okno mělo součinitel prostupu tepla U_W = 1,3 W/(m²K) a solární faktor g_W = 0,63. Další čtyři testovaná okna se součiniteli U_W = 1,0 – 1,1 – 1,2 a 1,4 W/(m²K) dopadla hůře. Pasivní stěna o součiniteli U = 0,15 W/(m²K) však dopadla nejhůř. Studie se týkala jen topné sezóny.

Venkovní žaluzie a rolety

Jiná precizně provedená studie [2] zase říká, že kvalitní venkovní žaluzie nebo roleta, je-li spuštěna, zvýší energetickou hodnotu okna, tedy jeho součinitel prostupu tepla U_W zhruba o třídu. Tím se myslí, že okno s izolačním dvojsklem a venkovní žaluzií/roletou izoluje cca stejně, jako samotné okno s trojsklem.

Sálavé děje

Chceme-li znát a zaplánovat kompletní energetické ztráty a zisky, které procházejí oknem, musíme brát v úvahu nejen teplotu venkovního vzduchu, ale počítat také se slunečním zářením a tepelným sáláním oblohy a zemského povrchu. Ve venkovním prostředí jde o silné zářivé děje (čísla v závorce udávají prostupnost různých druhů záření oknem):

• a) sluneční záření (až 65 %),
• b) tepelné záření oblohy (0 %)
• c) tepelné záření zemského povrchu (0 %).

Je důležité vědět, že teplota vzduchu, která se dosazuje do energetických výpočtů budov, je jejich výsledkem, nikoliv naopak. Co se týče teploty sálavých zdrojů, teplota jasné letní oblohy je cca –30 °C, v zimě až –60 °C.

Sálavá teplota zatažené oblohy odpovídá teplotě mraků, cca –10 až 10 °C v zimě i v létě. Tato záření působí chladivě a je jim vystaveno hlavně střešní okno, zatímco svislé fasádní okno, které míří k obzoru, sbírá směs záření oblohy a zemského povrchu, jehož teplota se může blížit teplotě vzduchu. Sluneční záření je vždy hřejivé, má tepotu 5 500 °C a intenzitu 1 000 W/m², která platí pro kolmý dopad.

Letní funkce okna

Nyní se zastavíme u letních extrémů, které většinou vnímáme velmi intenzivně. Grafy na obr. 1 a obr. 2 zobrazují průběh slunečních zisků a tepelných ztrát pro 1 m² okna Stavona Forte 3S v den letního slunovratu v ČR. Po celý den je jasno, teplota uvnitř je setrvale na 25 °C, teplota vzduchu venku harmonicky kolísá ve 24hodinových intervalech mezi 15 a 25 °C s minimem ve 4 hodiny ráno. A konečně sálavá teplota venkovního prostředí kolísá mezi 0 °C a –20 °C s minimem o půlnoci. Výsledky říkají, že za jasného letního dne dosahují celodenní sluneční zisky až 1,61 kWh na každý 1 m² nezastíněného okna na jižní straně a 2,68 kWh na každý 1 m² nezastíněného okna na západní straně. To jsou velká čísla: při okenní ploše 5 m² to již představuje 13,4 kWh na západní straně, resp. 8,0 kWh tepla na jižní!

Obr. 1: Tok slunečních zisků oknem Stavona Forte 3S v den letního slunovratu za jasné oblohy vztažený na 1 m² zasklení okna. Celodenní sluneční zisk vztažený na m 2 zasklení je 2,681 kWh/m² pro západně orientované okno a 1,610 kWh/m² pro jižně orientované okno.

Obr. 2: Tok tepelných ztrát a zisků oknem Stavona Forte 3S v den letního slunovratu za jasné oblohy pro 1 m² okenní plochy. Celodenní tepelná ztráta prostupem je 0,146 kWh/m² plochy pro západně orientované okno a 0,191 kWh/m² pro jižně orientované okno.

Další poznatek je, že přestože v noci okno chladí, noční ztráta tepla ven skrze zavřená okna nevyrovná ani desetinu denních slunečních zisků, což na účinné chlazení zavřenými okny nestačí. Z tvrzení v posledních dvou odstavcích plyne závěr, že v létě za jasného dne je nutné ponechat okna zavřená a navíc je chránit spuštěnou venkovní roletou nebo žaluzií, abychom se vyhnuli nežádoucím tepelným ziskům okny a přehřívání interiéru.

Naopak v noci můžeme využít chladného sálání oblohy ke chlazení interiéru otevřenými okny při vytažené, tzn. neúčinkující roletě/žaluzii.

Služba žaluzie/rolety

Pokud za uvedeného 1. letního dne spustíme při zavřevném okně venkovní okenní žaluzii, zajistíme dobrou osvětlenost místnosti, ale do interiéru nepronikne přímé slunce. Západní okna stačí zastínit jen mezi 13.30 až 21.00 hodinami a jižní ca mezi 8.30 a 17.30. Převedeme-li předešlá tvrzení do energetických čísel, pak stažená žaluzie/roleta srazí tepelný zisk z 1,61 kWh na každý 1 m² a den jen na 0,030 kWh na m²·den na jižním okně. A na západním okně zaznamenáme se staženou roletou dokonce ztrátu –0,020 kWh/(m²·den) oproti zisku 2,68 kWh na každý 1 m² nezastíněného okna.

Závěr

Pokud bychom zobecnili závěr tohoto článku na jeden konkrétní produkt, např. nové okno Stavona Forte 3S se štíhlým profilem 82 mm s výbornou hodnotou U_W = 0,7 W/(m²K) a solárním faktorem zasklení 0,5, dostaneme výsledek, že na zasklení oken Stavona Forte 3S se odrazí asi desetina sluneční energie a zbylých asi 40 % pohltí venkovní plocha okna. Tím se venkovní povrch okna a jeho zasklení ohřívá nad teplotu vzduchu, což zvýší tok tepla do budovy nad oficiální výpočet, který pracuje „jen” s průměrnou teplotou venkovního vzduchu. Když zapojíme do hry venkovní stínicí techniku, tak nejenže zastavíme přímý tok tepla do interiéru až o 500 W/m², ale udržíme vnější plochu okna v chladu, čímž ještě více minimalizujeme tepelný tok do interiéru.

Pokud jde o využití venkovní stínicí techniky z pohledu tepelné ochrany, liší se zimní období od letního.

V zimě je vhodné spustit roletu/žaluzii v noci (snížení ztrát tepla) a ve dne ji naopak vytáhnout (zvýšení tepelných zisků). Naopak v létě za slunného dne ponecháme venkovní roletu vně zavřeného okna spuštěnou (ochrana před horkým slunečním zářením) a v noci ji vytáhneme a okno otevřeme (chlazení nočním vzduchem a sáláním chladné oblohy).

Literatura a zdroje:

[1] Eriksen, Kurt Emil: Energetická bilance oken, Stavebnictví a interiér č. 5/2016, str. 28, www.stavebnictvi3000.cz.

[2] Hejhálek, Jiří: Tepelná ochrana pomocí venkovní stínicí techniky, Stavebnictví a interiér č. 5/2016, str. 34, www.stavebnictvi3000.cz.