Screenové rolety a moderní sluneční architektura

Sluneční architektura (Sun Architecture) je architektonický koncept, který pracuje se slunečním zářením. Léto 2015 s dlouhými týdny bezoblačné oblohy ukázalo, že je nutné pamatovat i na problém letního přehřívání budov. Zásadní či dokonce rozhodující roli v tom hraje stínicí technika, i její relativně nový produkt – screenové rolety.

Připomeňme si, že současná tepelná technika ve výstavbě řeší hlavně zimní potřebu tepla na vytápění a tu odhaduje z průměrných denních teplot venkovního vzduchu podle tzv. denostupňové metody [1]. Možné letní přehřívání řeší jen pasivně, odkazem na vysokou tloušťku tepelné izolace, která má za horkých dní zabránit prostupu tepla ok letního vzduchu do obytných míst.

Tepelné záření

Hlavním problém, který vede k nepoměru mezi očekáváními a skutečností, je to, že venku (i uvnitř budov) není jen studený či teplý vzduch, ale zejména teplé nebo studené tepelné záření od Slunce, povrchu Země a Vesmíru. Sluneční architektura s tímto faktem pracuje, čímž se podstatně a ve prospěch uživatelů liší od české praxe a předpisů v oblasti tepelné ochrany budov.

Případová studie

Sluneční záření má teplotu téměř 5500 °C, což odpovídá povrchové teplotě Slunce. V pozemských podmínkách má toto záření intenzitu 1000 W/m² a když dopadá, dejme tomu, kolmo na střechu, může ji teoreticky ohřát až na 90 °C. Takto rozpálená střecha vyzařuje tentýž výkon – 1000 W/m² – zpět k obloze, příjem a výdej je vyrovnán a teplota střechy se ustálí. Ve skutečnosti Slunce málokdy svítí na střechu či fasádu kolmo, a ty jsou navíc ochlazovány vzduchem. V praxi se tudíž střecha ohřeje cca až do 70 °C. Přitom může být teplota venkovního vzduchu jen 30 °C a průměrná celodenní (podle denostupňové metody) jen 20 °C.

Při nejvyšší návrhové vnitřní teplotě 27 °C dojdeme k těmto číslům:

a) V denostupňové metodě je interiér ochlazován s výkonem 0,16×(20–27) = 1,12 W/m² na každý m² střešní plochy. Použili jsme normou doporučený součinitel prostupu tepla lehkou střechou U = 0,16 W/(m²K). V případě střešního okna s doporučeným součinitelem U_W = 1,1 W/(m²K) je vnitřek ochlazován s výkonem 8,7 W/m².

b) Odvodíme-li ohřívání interiéru z teploty venkovního vzduchu 30 °C, což je úředně předepsaný postup, bude interiér ohříván s výkonem 0,16×(30–27) = 0,48 W/m² z každého m² střešní plochy.

c) Při teplotě sluncem rozpálené střechy 70 °C, což je v létě realita, je interiér ohříván s výkonem až 0,16×(70–27) = 6,88 W/m² z každého m² osluněné střešní plochy. To je téměř 15× intenzivnější ohřev, než stanoví závazný úřední výpočet. V případě již uvedeného střešního okna to představuje ohřev 52,03 W/m².

Chce-li architekt skutečně zajistit celoročně příjemné vnitřní klima budovy, musí počítat s možnými povrchovými teplotami střechy či fasády vystavených slunečnímu záření. A nikoliv jen s teplotami venkovního vzduchu a už vůbec ne s denostupňovými teplotními průměry.

Tepelné záření venkovního prostředí

Vedle slunečního sálání je naše planeta vystavena záření chladného vesmíru, jehož teplota je 3 K, tzn. –270 °C, a energetická hustota téměř nulová. Vesmír vlastně ředí tepelné záření, které vyzařuje povrch Země, a to tím více, čím jsme dále od zemského povrchu. Výsledkem ředění je nízká teplota tepelného záření jasné oblohy. Teploty záření oblohy lze odpozorovat infračerveným teploměrem a liší ve dne a v noci, ale také v létě a v zimě:

a) letní denní teplota jasné (modré) oblohy je přibližně 0 °C, zatažené kolem 20 °C, o několik stupňů pod teplotou vzduchu. V noci klesá sálavá teplota oblohy cca na –5 až –10 °C.

b) zimní denní teplota jasné (modré) oblohy klesá až k –60 °C, při zatažené obloze se blíží k teplotě vzduchu. V noci tyto teploty klesnou o několik stupňů.

Podstatné je, že si obloha a obálka domu (střecha a fasáda) vždy vyměňují sálavé teplo, které může často násobně převyšovat výměnu tepla zprostředkovanou prouděním či vedením vzduchu.

Navrhujeme screenové rolety

Stínicí technika a speciálně screenové rolety pracují se všemi uvedenými zářivými energiemi a samozřejmě i se vzduchem. Ukažme si to na příkladech:

• Screenová roleta pohlcuje větší či menší část dopadajícího slunečního a tepelného záření, čímž se ohřívá. Zbytek roleta odrazí. Roleta tím fakticky zastaví všechna na ni dopadající záření (od Slunce, Země i oblohy, ale i z interiéru) s výjimkou malého množství, které je dáno propustností screenu a roletou prochází.
• Ohřátá roleta zároveň sálá vlastní teplo na obě strany. Intenzita tohoto sálání závisí jen na emisivitě rolety a na její teplotě. V teplotně ustáleném stavu roleta vyzařuje stejný energetický výkon, jaký pohlcuje.
• Zatímco roleta pohlcuje (a zčásti odráží) různá tepelná záření od Slunce a okolních těles, sama pak sálá čisté vlastní tepelné záření o spektrálním složení odpovídajícím, podle Planckova zákona [2], její teplotě. Oboustranně pohlcovaná a vyzařovaná intenzita může za slunného dne daleko překročit 1000 W/m².
• Povrch screenové rolety sálá z jedné strany do venkovního prostoru a z druhé buď přímo do místnosti nebo na vnější sklo okna. Izolační zasklení okna pak propustí dovnitř jen malou část energie (tepla) z toho sálání.
• Screenová roleta s nižší emisivitou (lze volit screenovou tkaninu s emisivitou kolem 0,2) odráží podstatnou část slunečního a venkovního tepelného záření a jen malý, neodražený zbytek pohltí. Pohlcuje-li běžný, sálavý screen (s vysokou emisivitou až 1) sálavou energii 800 W/m², tak nízkoemisivní jen pouhých 160 W/m². Screen a venkovní sklo okenního zasklení se přitom podstatné méně zahřívají.

Noční chlazení jako součást sluneční architektury

Zatímco venkovní screenová roleta brání za dne slunečnímu nebo venkovnímu, velmi teplému tepelnému záření v přímém přehřívání interiéru nebo okenních zasklení, které mohou ohřívat interiér následně, v noci nastává jiná situace.

Po západu Slunce a úplném setmění se doporučuje, je-li to možné, dokořán otevřít okna a vystavit tak místnost chladnému sálání noční oblohy, která za jasných nocí spadne i několik °C pod nulu. Jinými slovy, rozehřáté stěny mohou své teplo volně vysálat ven a ochladit se. Řešení je nejúčinnější právě u střešních oken (lze-li je zcela otevřít), které míří k obloze a nezabírají v zorném úhlu zemský povrch a okolní rozehřáté budovy.

ISOTRA SCREEN SKY

Screenová roleta ISOTRA SCREEN SKY, která se aplikuje jen jako venkovní, přináší zlepšení vnitřní tepelné pohody a představuje moderní variantu zastínění pro střešní okna. Vedle úniků nebo nežádoucích zisků tepla chrání okno před vlivy počasí a tlumí venkovní hluk, např. při dešti.

Tak jako exteriérové stínicí předměty obecně, dotváří ISOTRA SCREEN SKY architekturu domu, která pak nese přívlastek sluneční a jako taková je zároveň významným designovým prvkem.

Volbou technické tkaniny Satiné (skelné vlákno potaženo PVC) nebo Soltis (polyesterové vlákno s nanesenou vrstvou vrstvou PVC) zajistíme nejvyšší ochranu proti slunečnímu záření a průniku tepla, příjemnou úroveň intenzity přirozeného světla v interiéru a kontakt s venkovním světem.

Správnou volbou tkaniny získáme kontrolu nad světlem a současně zůstaneme ve vizuálním kontaktu s vnějším okolím. Stažením rolety nejsou nijak omezeny funkce okna.

SCREEN SKY

ISOTRA SCREEN ZIP

Součástí konceptu sluneční architektury je samozřejmě také fasádní roleta. Velmi funkční a zároveň působivá je screenová roleta ISOTRA SCREEN ZIP s bočním vedením látky ve vodících lištách, k nimž je roleta pevně vázána s pomocí zipového uchycení.

Podobně jako u předchozí screenové rolety také v tomto případě technická tkanina Satiné nebo Soltis zajišťuje maximální ochranu proti slunečnímu záření, zabraňuje průniku tepla do interiéru, udržuje příjemnou úroveň intenzity přirozeného světla a kontakt s venkovním světem. Navíc, při volbě neprůsvitné látky typu blackout, roleta poskytuje velmi účinné zatemnění.

Systém ZIP SCREEN podstatně zvyšuje odolnost rolety proti větru.

Pro odolnost venkovních rolet platí norma EN 13561:2009, stupeň 3. Pro představu: je to přibližně odolnost proti větru do 6. stupně Beauforta, což odpovídá rychlosti 45 km/h. Vodící lišty této rolety jsou přitom velmi subtilní a neruší vzhled fasády či okenního rámu. Motorický pohon podtrhuje užitnou hodnotu, architektonický výraz a celkový komfort tohoto výrobku. Další informace o roletách se zipovým uchycením screenové tkaniny najde čtenář v [3].

SCREEN ZIP

Literatura a zdroje:

[1] Vyhláška č. 194/2007 Sb. kterou se stanoví pravidla pro vytápění a dodávku teplé vody.
[2] Beiser, Arthur: Úvod do moderní fyziky, Academia 1975
[3] Hejhálek, Jiří: Screeny ISOTRA ZIP ECONOMY a SKY