Předokenní roleta pro komfortní, energeticky šetrné bydlení

Výstavba rodinných, bytových a dalších domů, kde se zdržují lidé, se dnes zaměřuje na nízkou spotřebu energie pro vytápění resp. chlazení, ohřev vody a osvětlení. Samozřejmosti přitom zůstává vysoký celoroční komfort bydlení. Střecha a obytné podkroví je specifická součást domu, jejíž dobré naplánování vyžaduje zvláštní pozornost. Velký význam zde mají předokenní rolety.

Na šikmé střešní okno dopadá za jasného zimního dne zhruba stejné množství sluneční energie, jako na svislé okno stejné plochy a orientace. Výjimkou jsou vodorovná okna, která posbírají při jižní orientaci pouze čtvrtinu toho, co svislá. Naopak v létě dopadá na střešní okno až třikrát více energie, než na svislé okno stejné orientace. Chceme-li se cítit v podkrovním bytě dobře a neplýtvat energií, nestačí jen kvalitními okny dobře izolovat dům od chladného venkovního prostředí. Musíme požadovat, aby okno v zimě propouštělo sluneční tepelné záření a podpořilo vytápění. V létě naopak musí střešní okno zabránit průniku a vysokého toku tepla a napomáhat chlazení domu. Skloubit všechny tyto požadavky může předokenní roleta.

Ochrana před horkem

Význam předokenního zastínění mnozí investoři, stavební firmy a developeři vůbec nechápou, soudě aspoň podle obsahu většiny smluv o dílo na realizaci nebo výměnu oken. Standardem je vnitřní žaluzie, která má chránit i před palčivými slunečními paprsky.

Naše redakce provedla jednoduchý test, který si může provést každý. Na svislém, novém okně se skly U_g = 1,1 W/(m²K), jsme spustili reflexní vnitřní žaluzie. Západní slunce dopadalo na sklo téměř kolmo. Po několika minutách byla naměřena teplota na vnitřním povrchu skel 58 °C a na povrchu žaluzie obráceném dovnitř 45 °C. V teplém letním dni fungovaly sklo i žaluzie jako radiátor.

Při podobném pokusu s venkovní roletou - ovšem na jiném místě a jiném domě - za podobných podmínek (západní slunce kolmo ozařující okno se staženou roletou), byla na vnitřním povrchu skla naměřena 26 °C, blízká vnitřnímu vzduchu.

Obr. 1: Předokenní roleta na střešních oknech VELUX. Jako zdroj energie pro pohon rolety si zákazník může vybrat fotovoltaický článek integrovaný do tělesa rolety, který nabíjí akumulátory (pohon SSL s dálkovým ovladačem).

Mnoho funkcí v jednom

Rolety, žaluzie a markýzy dříve sloužily hlavně jako ochrana před nežádoucími pohledy zvenčí. Postupně a hlavně v poslední době přibyly další, technické a estetické funkce. Je-li nyní řeč o předokenních roletách, tak jen heslovitý výčet jejích funkcí je poměrně dlouhý. Předokenní roleta:

• Je nápadný architektonický prvek, který elegantně zapadá do konceptu sluneční architektury. Jeho rozšíření ovlivní tvář měst, obcí a sídlišť jakož i celkový ráz krajiny, do něhož jsou lidská sídla i osamocené stavby zasazeny.
• Jedinečně dotváří vzhled interiéru, mimo jiné i tím, že umožňuje pracovat se světlem a vytvářet otevřené či intimní prostředí nezávisle na denní době.
• Je doplňkový bezpečnostní prvek, který chrání jednak před nevítaným průzkumem vnitřního vybavení a jako další překážka znesnadňuje vloupání.
• Vyvolá díky automaticky řízenému ovládání dojem přítomnosti osob, což je další prvek bezpečnosti a ochrany majetku.
• Vylepšuje zvukovou izolaci. Například významně omezuje hluk z deště, krup apod.
• Zvyšuje tepelný odpor okem a tím přispívá úspoře energie za vytápění.
• Podstatně snižuje nežádoucí tepelné zisky a tím přispívá k úspoře energie za chlazení, při zachování tepelné pohody.

Tepelná ochrana

Předokenní roleta brání v zimě ochlazování venkovní strany zasklení proudícím studeným vzduchem. V to je její hlavní přínos k tepelné ochraně okna.

Lamelu předokenní rolety tvoří plochý uzavřený hliníkový profil tloušťce cca 5 mm, vyplněný polyurethanovou pěnou. Průměrný tepelný odpor takové lamely je malý, letmý a hrubý výpočet říká nějakých 0,0625 m²·K/W. K němu se ale musí připočíst odpory při přestupu tepla, které jsou – při obvyklém použití rolety – mnohem významnější.

Obr. 2: Lamely předokenní rolety

Budeme předpokládat, že spuštěná roleta vytváří spolu s oknem chráněnou vzduchovou mezeru tloušťky 30 mm. Odpor při přestupu tepla mezi zasklením a mezerou (resp. mezi roletou a mezerou) při proudění budiž 0,28 m²·K/W pro svislé okno a 0,17 m²·K/W pro vodorovné1. Tyto předpoklady odpovídají uzavřené mezeru s Nusseltovým číslem 4,1 (–) pro svislou a 6,8 (–) pro vodorovnou mezeru. Vyšší Nusseltova čísla, než se používají pro uzavřenou mezeru této tloušťky mají opodstatnění v tom, že roletou se nevytvoří uzavřená, ale jen chráněná mezera. Odpor při přestupu tepla sáláním spočítáme postupem podle [6] na základě emisivity, kterou pro okno a sklo položíme rovnu ε = 0,95. Pro roletu s metalickým, tepelně reflexním povrchem zvolíme emisivity ε = 0,95; 0,5; 0,2; 0,1.

Výpočet pro okno s U_w = 1,2 W/(m²K) se spuštěnou venkovní roletou ukazuje tab. 1. Zlepšení tepelného prostupu okna je po stažení rolety o 17 až 28 %, tedy o 2 až 3 desetiny W/(m²K). Tato zdánlivě malá čísla vyniknou, když si uvědomíme, že např. snížení hodnoty U = 0,38 W/(m²K) o 25 setin W/(m²K) na 0,13 W/(m²K) znamená zlepšení nevyhovující obvodové stěny daleko nad požadavek pro pasivní dům.

Transport tepla proudícím vzduchem lze stanovit jen přibližně. Přitom se vychází z chování laboratorních modelů a od něho odvozených tzv. podobnostních čísel (Nusseltovo apod.). Předpokládají se obvyklé podmínky, např. rychlost větru 1 m/s. Ty sice nastanou málokdy, ale umožňují srovnávat např. různá okna mezi sebou, což není málo.

V reálných situacích může být střešní okno vystaveno bezvětří i vichřici. Nejlepší efekt budou mít předokenní rolety právě při extrémně nízkých teplotách a silném větru. Je to proto, že brání rychlému proudění chladného vzduchu podél zasklení, které nejvíce odebírá sklu teplo.

Čím větší je tepelná izolace oken, obvodové stěny, střechy a dalších obálkových konstrukcí, tím více se v létě projevuje domovní skleníkový efekt. Nejúčinnější řešení je vůbec nevpustit sluneční tepelné sálání dovnitř a to hlavně pomocí předokenních rolet.

Samozřejmou tepelné ochrany je ochrana před horkem. Předokenní roleta v létě nevpustí vysoce energetické sluneční tepelné sálání dovnitř, dokonce ani do okenních skel. Výsledkem je nesrovnatelně vyšší teplná pohoda, aniž bychom museli nákladně chladit a riskovat letní virózy a angíny. Literatura uvádí, že odebrání 1 kWh tepla v létě je 3× dražší, než dodáni 1 kWh tepla v zimě. Stažená předokenní roleta v létě nás většinou uchrání od zoufalých improvizací, kdy nevědouce jak utéct před vedrem, vyrábíme s naplno spuštěnými ventilátory a při otevřených oknech mohutný průvan. Tepelně technický účinek předokenní rolety lze tak shrnout:

• zvyšuje tepelný odpor okenní sestavy; v zimě za studených nocí snižují ztráty tepla okny,
• v létě brání pronikání krátkovlnné složky slunečního tepelného sálání do interiéru, tzn. jeho přehřívání.

Obr. 3: Ovládání rolety může být manuální, nebo pomocí dálkového ovladače elektricky (SML), jako na tomto obrázku, či na solární pohon (SSL).

Tepelný zisk střešním oknem

Číselné vyjádření možných denních tepelných zisků sklonitým oknem v zimě (a čase rovnodennosti a obou slunovratů) ukazuje tab. 2 převzatá ze [7]. Ve skutečnosti jsou zisky menší o odraz krátkovlnné tepelné složky slunečního záření na sklech a o tepelné (dlouhovlnné) vyzařování skel do venkovního prostoru. Snížení o 10 % až 20 %. U speciálních skel, které cíleně brání průchodu slunečního tepla, až o 60 %. S těmi ale nelze počítat, pokud chceme využívat tepelné sluneční zisky v zimě. Z tab. 2 plyne, že pro čerpání slunečních zisků v zimě je vhodná jižní orientace okna a prakticky jakýkoliv sklon.

Okno s velkým sklonem a svislé okno (sklon 90°) je však velmi výhodné i v létě, a to naopak proto, že jeho možný denní zisk tepla ze slunečního záření je malý. Tab. 2 ukazuje, že je dokonce o dost menší, než je celodenní tepelný zisk stejným oknem v zimě.

Domovní skleníkový efekt

Pokud v létě vpustíme okny dovnitř sluneční energii 15 i více kWh za den, která nemá možnost přes vysoce tepelně izolující stěny a okna unikat, dojde k přehřátí místnosti. Otevřít okno přitom často nemá smysl, protože venku panují teploty nad 35 °C. Jde-li navíc o lehkou stavbu (dřevostavbu) nebo místnost pod lehkou střechou, potom díky malé tepelné akumulaci stěn mohou vnitřní teploty přesáhnout neúnosnou mez velmi rychle. Jak horko, tak případné výdaje na chlazení můžeme řešit tak, že nežádoucí sluneční energii vůbec nevpustíme dovnitř.

Obr. 4: Růst denní vnitřní teploty v domě s malou a vysokou tepelně akumulující hmotou a s vysokým nebo nízkým průměrným součinitelem prostupu tepla při setrvalém slunečním tepelném 50 kWh/den zisku všemi okny. Průměrná venkovní teplota je 20 °C. Modrá křivka: nízká akumulace, malá tepelná izolace. Tyrkysové křivka: vysoká akumulace, nízká izolace. Lososová křivka: vysoká akumulace, vysoká tepelná izolace. Červená křivka: nízká akumulace, vysoká tepelná izolace.

Tab. 2 ukazuje, že na okno se sklonem 30° orientovaným k jihu dopadá za jeden sluneční letní den 3,76 kWh/(m²·den) tepelné energie jen prostřednictvím krátkovlnné složky slunečního tepelného záření s délkou vlny od 0,8 μm do 2,4 μm. Uvažujme, že 90 % vnikne zasklením dovnitř a ohřeje vnitřní plochy. Vniklé teplo ale obtížně uniká ven, protože vnitřní ohřáté povrchy vyzařují teplo jako dlouhovlnné záření s maximem spektrální hustoty při délce vlny ca 9,5 μm, které skla oken ani stěny nepropouštějí. Teplo může unikat jen vedením přes tepelněizolační obvodové konstrukce. Čím větší je jejich tepelná izolace, tím pomalejší je únik tepla a domovní skleníkový efekt větší. Přibližme si to na příkladě:

Mějme dům s celkovou plochou ohraničujících konstrukcí domu A = 400 m², na němž jsou umístěna okna se součinitelem prostupu tepla U_w = 1,2 W/(m²K) o celkové ploše 20 m². Nechť za slunného počasí projde jednotkou plochy okna průměrný tepelný zisk 2,5 kWh/(m²·den), za všechna okna to pak je 50 kWh/den. Sledujme, jaký bude průběh teploty v domě se špatným průměrným součinitelem prostupu budovy = 0,5 W/(m²K) a s výborným součinitelem U_em = 0,28 W/(m²K), jestliže jeho konstrukce mají vysokou nebo naopak nízkou schopnost akumulovat teplo. Vysoká tepelná akumulace je realizována akumulační hmotností konstrukcí 100 tun, nízká pak 20 tun. Nechť je průměrná venkovní denní teplota 20 °C a konečně počáteční průměrná vnitřní teplota 20 °C. Platí:

50·N − (Θ − 20)·0,024·U_em·A·N − (Θ − 20)·C·M = 0,

kde
N – počet dní od začátku experimentu,
θ – ustálená teplota v budově ve °C,
U_em – průměrný součinitel prostupu budovy ve W/(m²K),
A – celková plocha ohraničujících konstrukcí domu v m²,
C – specifické teplo akumulujících konstrukcí v kWh/(t·K),
M – hmotnost akumulujících konstrukcí v tunách.

Jestliže odhadneme specifickou tepelnou kapacitu akumulující hmoty na 1000 J/(kg·K) = 0,27778 kWh/(t·K), snadno už dopočítáme hledanou teplotu t po N dnech.

Tab. 3 i graf na obr. 4 ukazují, že vysoká tepelná izolace stavby zvýší vnitřní ustálenou teplotu (po mnoha dnech expozice sluncem) citelně více, než by tomu bylo u starých, starých, špatně izolujících staveb. U lehkých staveb s nízkou tepelnou akumulací navíc roste vnitřní teplota dost rychle: na 30 °C vyskočí už cca po 2 dnech. Naproti tomu stavba z betonu nebo z cihel překlene až týden horka při jasné slunečné obloze.

Předokenní roleta - nejúčinnější protisluneční ochrana

Význam předokenní rolety - jako ochrany před přímým slunečním sáláním - je významně větší u střešních oken, které mají během dne větší účinnou plochu vůči směru slunečních paprsků, než mají svislá okna stejné plochy. Tuto skutečnost přibližuje obr. 5, kde jsou uvedeny okamžité účinné podíly okenní plochy a jejich celodenní (24 hodinové) průměry pro okna jižní orientace různých sklonů.

Z toho, co jsme dosud uvedli, také plyne, že je vhodné navrhnout umístění oken tak, aby v každou denní dobu zůstala vždy část oken mimo dosah přímého slunce tak, aby tato okna mohla plnit funkci osvětlení. Osluněná okna by pak chráněna předokenní roletou.

Obr. 5: Okamžitý účinný podíl sklonité okenní plochy ke směru dopadajícího slunečního záření v době letního slunovratu. Červená křivka: vodorovný sklon, 0° (průměr za 24 hod: 0,356), zelená: sklon 30° (0,346), modrá: sklon 45° (0,309), fialová: sklon 60° (0,255) a žlutá: svislý sklon, 90° (0,112).

Předokenní rolety VELUX

Venkovní rolety VELUX jsou optimálním řešením pro úplné zatemnění pobytových prostorů pod střechou. Jsou dodávány pouze s okny značky VELUX. Rolety snižují intenzitu slunečního tepla a také hluku doléhajícího zvenčí. V zimě poskytují výbornou tepelnou izolaci. Venkovní roleta chrání okno před extrémními vlivy počasí a interiér před nechtěným zájmem zvenčí. To je šest ochranných funkcí v jednom – a to už se většinou vyplatí. Předokenní roleta může být kombinována s jakýmkoliv typem zastínění v interiéru. Předokenní roleta VELUX působí navíc velmi elegantně, jak celkově, viz obr. 1, tak v detailu, viz obr. 6, což dokládá zisk prestižního ocenění za design Red Dot Award.

Obr. 6 Předokenní roleta VELUX SSL v detailním pohledu. Tato roleta získala prestižní ocenění Red Dot Award za design.

Závěr

Energetické a pobytové požadavky při výstavbě je nejlépe řešit zároveň. Určitě to platí u plánování novostavby, kdy můžeme „měnit” doslova všechno (tvar domu a střechy, orientaci vůči světovým stranám, vnitřní dispozice, umístění oken včetně střešních atd.). A stejný přístup je užitečný i při modernizaci, kdy už s některými parametry domu už nelze hýbat.

Energeticky šetrné a zároveň pohodlné bydlení není projev zapáleného environmentalismu, ale přirozenost nebo ekonomická nutnost. Domy s nízkou spotřebou energie a vysokým pohodlím začínají mít vyšší kupní i odhadní hodnotu. Jejich obyvatelé jsou také méně závislí na dodávkách energie. Část dnešních investorů raději přežene investice do pohodlí a budoucích úspor energie za provoz, než aby se převáděla komplikovaností, rozlehlostí a výzdobou stavby.

Literatura a zdroje:

[1] Mohelníková, J.: Střešní okno z pohledu požadavků na denní osvětlení budov, Stavebnictví a interiér č. 12/2006, str. 18.
[2] Rosa, M., Hejhálek, J.: Světlovod VELUX – jednoduché a přirozené osvětlení denním světlem, Stavebnictví a interiér č. 8/2007, str. 72.
[3] www.fotografovani.cz.
[4] Výpočetní program Úhel dopadu slunečních paprsků na vodorovnou, svislou a sklonitou rovinu.
[5] Zpráva ČTK: Odborníci se neshodnou, proč je málo nízkoenergetických domů.
[6] Hejhálek, J.: Přestupové tepelné odpory obvodové konstrukce, Stavebnictví a interiér č. 10/2007, str. 48.
[7] Hejhálek, J.: Střecha, střešní okna a architektura z pohledu energie, Stavebnictví a interiér č. 1/2008, str. 24.