Tepelná ochrana s pomocí venkovní stínicí techniky

Pokud nás zajímá skutečná tepelná ochrana domu a reálný obnos, který zaplatíme za vytápění, případně letní chlazení, pak nepřehlížejme venkovní stínicí předměty. Vyrazíme-li např. do Německa, zaznamenáme stínicí předměty takřka na každém domě a od majitelů či uživatelů se dozvíme, že mj. snižují i energetickou náročnost domu.

Informaci o tom, jak ovlivní venkovní roleta vnitřní povrchovou teplotu okenního zasklení, solární faktor a součinitel prostupu tepla oknem, zveřejnila na svých stránkách německá společnost Somfy. Celou studii lze vtěsnat do čísel grafu na obr. 1.

Bližší rozbor výsledků říká, že roleta, coby stínicí prvek, a vzduchová mezera mezi ním a zasklením vytvářejí přidaný tepelný odpor o velikosti 0,204 m²K/W. Ten udělá z okna, které je na úrovni současného povinného požadavku, okno, které vyhovuje požadavku na nízkoenergetický dům.

Odpor 0,204 m²K/W je reálně měřenou hodnotou. Stojí za pozornost, že výpočtem podle normy [1], pro stavební tepelnou techniku zcela zásadní, vychází tento přidaný tepelný odpor mezery mezi zasklením a roletou jen na 0,149 m²K/W. Výpočtem podle [2], který zavádí pojem teploty prostorového tepelného záření, docházíme k hodnotě 0,236 m²K/W.

Obr. 1: Povrchová teplota na vnitřní straně zasklení ve °C, solární faktor a součinitel prostupu tepla ve W/(m²K) pro jednoduché sklo, dvojsklo, izolační dvojsklo (s termoreflexním pokovením), izolační dvojsklo s argonovou výplní a trojsklo (s termoreflexním pokovením v polohách 2 a 5) v uspořádání bez venkovní rolety a s roletou.

Příspěvek termoreflexe

Přídaný tepelný odpor 0,204 m²K/W, který podle studie na obr. 1 vzniká v mezeře mezi venkovním sklem okna a roletou nebo žaluzií, lze ještě vylepšit.

Technologicky je snadno proveditelná nízkoemisivní (reflexní, odrazivá) úprava povrchu žaluzií nebo rolet. Upravíme-li emisivitu vnitřního povrchu externího stínění na hodnotu ε = 0,15, pak při stále stejné tloušťce mezery 5 cm zvýšíme její tepelný odpor na hodnotu 0,402 m²K/W. Tím povýšíme okno se součinitelem U_W = 1,1 W/(m²K), které je na samé hranici požadavku pro nízkoenergetický dům, až na úroveň 0,763 W/(m²K), které plně vyhoví i pasivnímu domu! Kdybychom tímto stíněním doplnili okno s U_W = 0,7 W/(m²K), součinitel prostupu tepla by se zlepšil na úroveň 0,546 W/(m²K)!

Hodnoty součinitelů U pro všechna okna ze studie Somfy na obr. 1, která jsou chráněna venkovním stínicím předmětem (žaluzií nebo roletou) s nízkoemisivním povrchem ukazuje tab. 1. Výpočty jsou provedeny podle normového postupu (ČSN EN ISO 6946).

Někdo by mohl namítnout, že neukázněný uživatel domu může stínicí techniku užívat nesprávně, že např. v noci ponechá roletu vytaženou v okenním kastlíku ap. Přesně to samé může ovšem udělat i s okny, když s nimi bude větrat celou noc a den.

Tab. 1: Vliv stínicí techniky s nízko emisivním pokovením na úrovni ε = 15 na celkový součinitel prostupu tepla vybraných typů zasklení.

Okenní stínicí předměty může dnes samočinně řídit technika, zejména v době nepřítomnosti lidí, a proto jejich přínos lze zcela přirozeně započíst do energetické náročnosti budovy. Venkovní stínicí předměty na oknech a balkonových dveřích jsou dobrým příkladem toho, jak lze docílit energetických úspor různými cestami, přičemž tu správnou si volí investor tak, aby pro něho byla co nejvýhodnější.

Stínicí technika řeší ovšem i situace, na které energetické výpočty nepamatují, ale které jsou přesto podstatné a často komplikují život při užívání staveb.

Okna za slunného dne

I v pasivních domech se někdy v horkém a slunném létě vyšplhají teploty nad 27 °C. Striktně vzato, dům tím ztrácí známku pasivity, neboť je definován právě tak, že tuto teplotu nikdy nepřekročí.

Podstata je v tom, že přímé slunce rozpálí venkovní sklo okna až na teplotu t_PE = 40 °C, v případě trojskla i nad 50 °C, přestože je teplota venkovního vzduchu pouhých 25 °C. Jenže prostup tepla se podle předepsaných postupů počítá vzhledem k teplotám venkovního a vnitřního vzduchu t_EXT, resp. t_INT. Dostáváme dva výsledky:

a) výpočet ve smyslu normy na základě teplot vzduchu

b) výpočet podle skutečné venkovní povrchové teploty

Budeme-li pro ilustraci předpokládat teplotu vnitřního vzduchu 27 °C a venkovního 25 °C, tak podle normového výpočtu (1) okno s dvojsklem na úrovni U_W = 1,1 W/(m²K) ochlazuje náš interiér s intenzitou 2,2 W/m².

Uvažujeme-li reálnou teplotu 40 °C okna na venkovní straně, která je vystavena přímému slunci, bude tímto oknem interiér ohříván s intenzitou 15 W/m². Když budeme mít okno s trojsklem a hodnotu U_W = 0,7 W/(m²K), dojdeme k závěru, že osluněné okno při povrchové teplotě 50 °C nás bude ohřívat dokonce s intenzitou 16,6 W/m². Jinými slovy: zatímco normový výpočet zaznamenává mírné ochlazování, skutečnost je znatelné ohřívání.

Okna za jasné noci

V noci je zemský povrch ochlazován chladnou noční oblohou. Nižší noční sálavá teplota je protipólem horkých slunečních dní, ve kterých se horké sluneční záření (o teplotě 5 500 °C, ale relativně slabé intenzity do cca 1000 W/m²) mísí se zářením, které nás obklopuje za jasné noci. Noční záření jasné oblohy je směsí záření (v noci pomalu chladnoucího) zemského povrchu a záření atmosféry, za níž „prosvítá” studený vesmír o teplotě –273 °C. Výsledné záření oblohy má v létě teplotu cca 0 °C a v zimě až –60 °C.

Noční obloha nejvíc ochlazuje povrchy mířící kolmo vzhůru. Noční chladné záření (o teplotě –60 °C) však nepůsobí tak intenzivně, jako je tomu u horkého, byť slabého slunečního záření.

Například při teplotě vnitřního vzduchu 20 °C a venkovního 0 °C poteče podle normového výpočtu střešním oknem s dvojsklem na úrovni U_W = 1,1 W/(m²K) ztrátový tok tepla o intenzitě 22 W/m². Vezmeme- li v úvahu skutečnou povrchovou teplotu –7,56 °C okna na jeho venkovním skle (které míří k obloze), bude jím unikat teplo s intenzitou 31,7 W/m². Výrobci střešních oken si jsou této skutečnosti vědomi, a proto osazují střešní okna roletami.

Tentýž výpočet pro střešní okno s U_W = 0,7 W/(m²K) vede k normovému ztrátovému toku o intenzitě 14 W/m². Výpočet, respektující sálavé děje, dává ztrátový tok o intenzitě 21,5 W/m² při povrchové teplotě –9,8 °C.

Okna při zatažené obloze

Zatažená obloha, nejlépe v podobě dvouvrstvé deky oblačnosti, je idealizace, se kterou pracuje norma stanovující tepelné ztráty domu. Při ní se teplota vzduchu rovná teplotě zemského povrchu, teplotě mraků a konečně i teplotě obklopujícího tepelného záření. V takovém případě nedochází k žádnému přehřívání, ani podchlazování oken, dveří, střechy a stěn. A zároveň dobře funguje vzorec (1).

Význam stínicí techniky

• Chrání okna před povětrnostními vlivy a prodlužuje jejich životnost.
• Zlepšuje součinitel U_W až o třídu.
• Chrání interiér před nadbytkem světla.
• Zlepšuje neprůzvučnost okna.
• Dotváří architekturu domu atd.

První bod je zřejmý: zmíněné teplotní extrémy vyvolané sálavými ději při jasné denní či noční obloze, které dalece překračují teploty vzduchu, dále rychlé teplotní změny (zapadne-li slunce za mrak apod.) a i další povětrnostní vlivy, jako je silný vítr, déšť, sněžení, vlhkost a tlakové změny – na to všechno reaguje materiálově komplikovaná struktura okna různorodě až protichůdně. V takových podmínkách nelze dlouhodobě udržet např. argonovou meziskelní výplň. Přitom jejím vyvětráním se až o třídu zhorší energetické zařazení okna. Nelze udržet ani těsnost mezi zasklením a rámem, těsnost funkční spáry, stabilní materiálové konstanty okna, ani další parametry, které mají přímý vliv na energetickou účinnost okna.

Stínicí předměty nepochybně chrání okna před vlivy počasí a podstatně prodlužují jejich životnost a správnou funkčnost.

Stínicí technika energetická účinnost budov

Ukázali jsme, že aplikací stínicí techniky na venkovní straně zvýšíme energetickou účinnost okna až o celou třídu. Tento fakt by měl zohlednit i energetický posudek a štítek, což se v některých zemích EU také děje.

Důležitým argumentem je i to, že stínicí technika překlenuje zásadním způsobem časté typy počasí, při kterých dominují sálavé děje (slunné počasí nebo sálání noční jasné oblohy) a které nastavují zcela jiné venkovní povrchové teploty na oknech, než jsou teploty odvozené (podle normy) z teploty vzduchu pomocí tzv. odporu při přestupu tepla 0,04 m²K/W normovým předpisem:

kde t_PE je venkovní povrchová teplota okenní sestavy, t_E a tI je venkovní a vnitřní teplota vzduchu a U_W součinitel prostupu teplaje okenní sestavy i s případným stínicím předmětem.

Poznámka

Při posuzování a navrhování venkovní stínicí techniky se někdy uvažuje, že venkovní rolety, žaluzie apod. stíní jen sluneční záření, tedy sluneční energii, která přímo dopadá na okno chráněné stínicím předmětem. Přesně v tom duchu „účinkuje” i norma ČSN EN 13363, část 1 a 2. Pracuje totiž jen s přímou dopadající sluneční zářivou energií (o již uvedené teplotě 5 500 °C, byť v pozemských podmínkách ca 63 000× zředěné oproti hustotě, kterou má na Slunci). Její účinek, tzn. absorpce na stínicích předmětech a následné sálání (sluncem ohřátých předmětů) v dlouhovlnné oblasti se pak posuzuje odděleně od běžných sálavých dějů v oblasti stavební tepelné techniky, které se odehrávají ve stejné dlouhovlnné oblasti a řeší je stavební tepelná norma [1].

Toto ne zcela logické, avšak velmi důsledné oddělení obou norem, které se potkávají právě v oblasti oken a stínicích předmětů, vedlo nejspíš k tomu, že se v ČR pozapomnělo na stínicí techniku jako součást tepelné techniky budov.

Závěr

Stínicí technika – žaluzie, rolety, okenice, screeny, markýzy apod., o nichž byla v tomto článku řeč, zásadně ovlivňují nejen tepelnou pohodu při bydlení. Chrání zároveň okna před povětrnostními vlivy, prodlužují jejich životnost, zlepšují až o třídu součinitel prostupu tepla a dotvářejí architekturu domu. Jediné, co zbývá, je akceptace ze strany stavební tepelné techniky.

Literatura a zdroje:

[1] ČSN EN ISO 6946.

[2] Hejhálek, Jiří: Tepelné záření a navrhování reflexních fólií do staveb, Vega 2014