Žaluzie, rolety a okenice jako významná součást tepelné ochrany budov

Žaluzie, rolety, okenice a další prvky stínicí techniky jsou ve výstavbě dobře známé. Z původně doplňkové a nepovinné výbavy se z ní dnes stává nezbytný stavební prvek zajišťující nové služby. Je to zejména ochrana před intenzivním slunečním sáláním, zlepšení tepelné izolace oken a konečně také podstatné zvýšení životnosti oken, tzn. zasklení i rámů.

Stále platné jsou tradiční hodnoty žaluzií, rolet ap., jako je ochrana před nevítanými pohledy z venku a zastínění ostrých slunečních paprsků. A samozřejmě i funkce dekorativní. Velmi oblíbené jsou z tohoto pohledu tradiční vnitřní žaluzie, které ještě dnes zaujímají kolem 3/4 prodaného objemu stínící techniky. Tento článek se však bude především zabývat stínícímu předměty na venkovní straně oken, které jsou nejúčinnější z pohledu tepelné ochrany a jejichž aplikace se nyní dynamicky rozvíjejí.

Princip ochrany před slunečním sáláním

Ostré sluneční záření, jehož intenzita za jasného dne dosahuje cca 1000 W/m², dopadá na zasklení oken, které jej z části odrazí (cca 11 % u dvojskla nebo 15 % u trojskla), zčásti pohltí (cca 25 % resp. 35 %) a zbytek propustí dovnitř (64 % resp. 50 %). U různých typů zasklení tyto údaje mírně kolísají.

Skla oken a pak také stěny a předměty v interiéru se pohlceným zářením ohřejí. Fyzikálně to znamená, že pohlcené viditelné a infračervené krátkovlnné sluneční záření s délkou vlny od 0.3 až 3 mikrometry se promění v teplo těles; tělesa pak vyzařují tzv. dlouhovlnné tepelné záření o vlnové délce 4 až 40 mikrometrů, viz graf na obr. 1. To ale obtížně uniká ven díky izolaci stěn a oken. To často vede k přehřívání vnitřku.

Nejspolehlivější a nejlevnější ochranou před slunečním sáláním jsou venkovní rolety nebo žaluzie, které vysoce energetické sluneční záření zastaví ještě před okny. V pasivních domech jsou takřka nezbytností, ovšem přijdou vhod v každém domě.

Tradiční interiérová žaluzie tuto službu nesplní. Krátkovlnné sluneční záření celkem snadno projde zasklením a interiérová žaluzie ho z velké části pohltí, čímž se sama zahřeje; výjimkou nejsou ani teploty 40 °C i více, ostatně každý vlastník těchto žaluzií si to může ověřit sám. Z žaluzie se tím stanou radiátory, které vytápí místnost. V létě je to velmi nepříjemné.

Chladit nebo stínit?

Venkovní žaluzie jsou navrhovány většinou tak, že vhodným naklopením lamel odcloní přímé sluneční paprsky, ale vpustí dovnitř rozptýlené světlo. Energetický příkon se tím několikanásobně sníží, ale rozptýlené světlo většinou zajistí požadovanou osvětlenost. Venkovní rolety lze spustit tak, že se otevřou štěrbiny v zámkových spojích sousedních lamel; tím se zajistí v místnosti šero dostatečné pro běžnou orientaci.

Případná chladicí soustava by měla pracovat v době dlouhé vlny tropických veder, kdy ani v noci neklesne venku teplota pod 20 °C a dům se tak nedá přirozeně chladit. Neměla by odvádět teplo, které zbytečně vpouštíme okny dovnitř. A nejde o maličkosti. Západně orientovaná okna o ploše dvojskel 10 m² a součiniteli slunečního zisku g = 0,62 vpustí za slunného letního dne dovnitř až 3,3 kWh tepla o výkonu, který ve špičce dosahuje až 6,20 kW!

A i když do chlazení chceme a můžeme investovat, problém je jinde. Chlazení se vždy podepíše na spotřebě tzv. primární energie za vytápění, ohřev vody a chod technických zařízení, do nichž se započítává i klimatizace. U pasivních domů podle programu Zelená úsporám nesmí tato položka překročit 60 kWh/(m²·rok). I když splníme kritérium pasivity, tzn. 20 kWh/(m²·rok) měrné potřeby energie na vytápění, zbytečným chlazením můžeme snadno překročit požadavek na potřebu primární energie. A to hlavně proto, že chladicí souprava je poháněná elektřinou, jejíž každá kWh se do primární energie započí,.,.tává třikrát.

Téma: stínicí technika

Vytápějící okna

Každé izolační dvojsklo a trojsklo se zahřeje a začne vytápět místnost, pokud na něj dostatečně svítí slunce. V zimě to uvítáme, protože jde o nemalý a bezplatný topný příspěvek nad rámec očekávání.

V létě to naopak vadí, podobně jako tomu bylo v případě ohřátých interiérových žaluzií. I zde se ubráníme aplikací venkovních stínící předmětů, rolet a žaluzií, okenic.

Princip vytápějících oken je prostý. Jakmile se povrchová teplota okenního zasklení z interiérové strany vyrovná pokojové teplotě, ustane prostup tepla oknem. Pokud ji převýší, tok tepla se obrátí a okno začne vytápět. Grafy na obr. 2 a obr. 3, ukazují že pokud slunce září do oken přibližně kolmo a otopná soustava udržuje stálou pokojovou teplotu 20 °C, potom i za arktických mrazů převyšuje teplota zaklení z vnitřní stany pokojovou teplotu. Otopná soustava tedy běží na nižší výkon.

Dokonce i když slunce ozařuje okenní plochu zešikma, např. pod úhlem 15°, což odpovídá kolmé složce dopadajícího záření 1000 × sin (15°) = 259 W/m², tak termoizolační trojsklo začíná vytápět už při venkovní teplotě –6 °C a dvojsklo při 1 °C. Výpočtově těmito skly však stále „uniká” teplo dané součinitelem prostupu tepla sklem U_g násobeným rozdílem vnitřní a venkovní teploty, což je cca 0,7 × (20–(–6)) = 18,2 W/m² pro běžné trojsklo a 1,1 × (20 – 1) = 20,9 W/m² pro dvojsklo.

(Údaje v grafech na obr. 2 a 3 byly spočítány na základě vyrovnané bilance sdílení tepla při sálání a vedení mezi skly a okolním prostředím. Emisivity povrchů jednotlivých skel ε_n = 0,05 pro n = 3 a n = 5 u trojskla a pro n = 3 u dvojskla. V ostatních případech ε_n = 1. Povrchy skel jsou číslovány od venkovní strany čísly 1, 2, 3, 4 u dvojska a 1, 2, 3, 4, 5, 6 u trojskla. Na venkovní straně zasklení byl uvažován součinitel přestupu tepla a_E = 0,04 W/(m²K), na vnitřní a_I = 0,13 W/(m²K). Skla jsou zdrojem tepla získaného absorpcí slunečního záření, jehož konkrétní podíly na sklo byly odvozeny z globálních parametrů trojskla g = 50 % a r = 14 %)

Venkovní stínicí předměty = ochrana oken

Graf na obr. 3 dále ukazuje, že opře-li se slunce na tepelně izolační trojsklo, teplota středového skla v horkém létě vystoupá až na 50 °C a převýší o 15 až 20 °C teploty krajních skel.

Rozložení teplot s extrémem na středovém skle znamená pro trojsklo vysokou zátěž v důsledku roztažností materiálů a vzniku mechanických napětí. To může vést k rychlejšímu stárnutí, předčasné ztrátě deklarovaných vlastností či přímo k poškození oken i skel. Výrobci proto používají speciální středové sklo s vysokou odolností, projektanti někdy volí místo středového skla poddajnou tepelně reflexní fólii Heat Mirorr.

I tento problém, vysokou tepelnou zátěž zaklení vyvolanou krátkovlnným slunečním zářením, opět řeší venkovní stínicí předměty. Ty ostatně chrání celé okno, tedy i rámy, které díky nim nejsou vystaveny trvalému působení povětrnosti.

Tepelná izolace stínicích předmětů

V zimě a za tmy, kdy nelze čerpat bezplatnou energii slunce a snižovat tak tepelné ztráty domu, by měly být stínicí předměty zataženy. Tím pak přispějí ke zvýšení tepelně izolačních vlastností zasklení, jinak řečeno ke snížení jeho součinitele prostupu tepla U_G. Je-li tepelný odpor stínícího předmětu R_B (index B je od ang. slova blind – roleta), potom lze vyjádřit součinitel prostupu tepla celé soustavy U jako

Otázka zní, jakým tepelným odporem přispěje stínící předmět. Abychom si odpověděli, rozložme tento odpor na sálavou a nesálavou složku R_B,S a R_B,K, které jsou k sobě zřejmě paralelní. Platí tedy:

Sálavou složku R_B,S lze dobře vyjádřit pomocí emisivity ε a venkovní (termodynamické) teploty T_E jako

kde σ = 5,67·10^-8 W/(m²K⁴) je Stefanova Boltzmannova konstanta. Nesálavou složku tepelného odporu R_B,K lze vyjádřit jako

kde d je tloušťka mezery mezi žaluzií a zasklením a λ_EF je nesálavý součinitel tepelné vodivosti této mezery, který zahrnuje vedení i proudění tepla. Začíná u hodnoty odpovídající čisté vodivosti vzduchu při dané venkovní teplotě roste s tím, jak rychle proudí vzduch v mezeře. Jednou z předností venkovních žaluzií a hlavně rolet je, že se v mezeře mezi zasklením a stíněním vzduch pohybuje jen málo a to i tehdy, když je větrno.

Tab. 1 ukazuje, jak se změní součinitel prostupu tepla běžného dvojskla U_g = 1,1 W/(m²K) při různých zimních teplotách, jestliže ho ochráníme roletou. Přitom počítáme s nehybným vzduchem v mezeře 5 cm mezi roletou a zasklením.

Zlepšení je podstatné a při nízkoemisivní úpravě povrchu rolety dokonce docílíme značně lepších hodnot než při použití nechráněného trojskla.

Závěr

Článek ukazuje a rozebírá funkci venkovních okenních stínicích předmětů, tedy rolet, žaluzií, okenic apod. v dnešní výstavbě. Tyto prvky významně zlepšují tepelnou izolaci okna a účinně chrání dům před přebytky slunečního záření, které může vyvolat nepříjemný růst vnitřní teploty. Zároveň zpomaluje stárnutí okna, a to jak zasklení, tak i rámové konstrukce. Na okno a jeho roletu, žaluzii či okenici je třeba pohlížet jako na jeden celek, která má, oproti samotným oknům, podstatně vyšší technické a užitné vlastnosti.

Téma: Žaluzie

Téma: stínicí technika