Žaluzie, rolety, okenice a screeny – principy fungování

Představy o tom, jak fungují domovní stínicí předměty, se stále vyvíjejí. Původně chránily interiér před přímým sluncem nebo bránily pohledům zvenku. Dnes slouží i jako tepelná clona: cloní tepelné záření, které by jinak unikalo z interiéru ven nebo zvenku dovnitř. Vhodné vnitřní stínicí předměty významně ovlivňují teplotu vnitřního tepelného záření a tím i vnitřní teplotu.

Lidská sídla jsou ponořena nejen na dno vzdušného oceánu okolo Země, kde jsou ovívána větrem. Jsou také ponořena do tepelného záření, které vyzařuje Země a kterému budeme říkat zemské záření. Ve dne se k němu přidává sluneční záření.

Co je to tepelné záření a jeho teplota?

Každé těleso vyzařuje tepelné záření, které si lze představit jako balík elektromagnetických vln různých vlnových délek. Země a pozemská tělesa toto záření vyzařují také, i když ho lidské oko nevidí. To vidí pouze záření rozpálených těles, jako je plamen, rozpálené uhlíky v ohni, vlákno v žárovce, slunce apod.

Vlnový balík obsahuje obrovské množství vln, z nichž jedna vlnová délka λ_M spolu s nejbližšími sousedy je v balíku zastoupena nejvíc. Ukazuje to obr. 1. Délka dominantní vlny je přesně určena teplotou tělesa a klesá, když teplota roste. Teplotou tepelného záření se tedy myslí teplota tělesa, které toto záření sálá.

Pro tepelné záření je charakteristická nejen jeho teplota, ale také intenzita, s kterou sálá, tj. opouští povrch tělesa. Pro černé těleso ji udává Stefanův – Boltzmannův zákon

kde σ = 5,67×10^–8 W/(m²K⁴) je Stefanova – Boltzmannova konstanta, t je teplota ve °C a T termodynamická teplota v kelvinech. Intenzity a teploty sálání a dominující délku vlny vybraných zahřátých těles udává tabulka. Nemělo by nám uniknout, že běžná tělesa sálají do prostoru velké energetické výkony a že podobně velké výkony také z okolního prostoru přijímají (absorbují).

Funkce stínicích předmětů

V den psaní tohoto článku, 28. července 2014, bylo skoro jasno. Podle internetového výpočtového programu [1] by na plochu jižně orientovaných svislých oken o ploše 15 m² dopadla sluneční energie o velikosti necelých 50 kWh, z čehož zhruba polovina, 25 kWh, by pronikla okny dovnitř. Kdyby byl dům perfektně těsný a tepelně izolovaný, takže by přijatá energie mohla unikat ven jen okny v podobě tepla, pravděpodobně bychom z něho utekli. Při venkovní teplotě 30 °C by vnitřní teplota vystoupala až na 90 °C, pokud máme okna osazena izolačnímu dvojskly. V případě trojskla až ke 110 °C!

Horku v domě se bráníme tak, že otevřeme dokořán okna a dveře. Do domu však vpustíme teplý letní vzduch a přímé slunce. Sice už nejsme jako v sauně, domovní teplota bude přesto vyšší, než venku, řekněme od 35 °C výš. Řešení je nevpustit přímý sluneční svit vůbec dovnitř a ideálně ani venkovní zemské záření a horký venkovní vzduch. K tomu slouží stínicí předměty, nejlépe ve spojení s oknem.

Objekt	teplota [°C]	intenzita záření [W/m2]	λM [μm]
Povrch slunce	5 505	6,32×10-7	0,502
Slunce v místě oběžné dráhy Země	5 505	1 360	0,502
Horké těleso	100	1 099	7,77
Střecha rozpálená sluncem	70	786,2	8,45
Povrch lidského těla	30	478,9	9,56
Povrch stěny v místnosti	20	418,7	9,89
Tmavé těleso	0	315,6	10,61
Tmavé těleso	-20	253,2	11,45
Vesmír	-270	5,58×10-6	920

Téma: stínicí technika

Druhy stínicích předmětů

Každý je zná, alespoň některé. Patří mezi ně např. záclony a závěsy, které se používají na vnitřní straně oken, často spolu s vnitřními žaluziemi nebo neprůhlednými roletami, které se stahují i po západu slunce a tak zajišťují ochranu před pohledy zvenku.

Dále to jsou tzv. meziokenní nebo meziskelní žaluzie, které plní podobné funkce, jako vnitřní.

Třetí kategorií jsou venkovní, neboli předokenní clony. Ze starších dob známe okenice, které nyní zažívají znovuzrození. Velmi známé jsou venkovní rolety, žaluzie a v poslední době tzv. screeny. Screeny jsou většinou tkaniny s malou otvorovitostí, která zajistí slušnou míru vnitřní osvětlenosti, kterou lze navíc volit výběrem vhodného screenu. Ve dne navíc umožňují výhled ven, ale nikoliv dovnitř.

Výhodou předokenních clon je, že nevpustí sluneční energii, která by se v místnosti proměnila v teplo, nejen dovnitř, ale ani na zasklení. To pak i v létě zůstává chladné a neohřívá interiér.

V poslední době se venkovní clony, to znamená rolety, žaluzie, screeny apod., opatřují reflexní úpravou. Ta zajišťuje, že se od clony odrážejí nejen přímé sluneční paprsky, ale i rozptýlené sluneční světlo a zemské záření. Tím se clona neohřívá, což je velmi důležité. Kdyby clona veškeré dopadající záření pohlcovala, ohřála by se – v létě nejsou výjimkou teploty 70 °C – a sálala teplo do okna nebo do místnosti. Kovově lesklá clona se i na přímém slunci ohřeje jen mírně nad teplotu vzduchu. Tím chrání i okenní zasklení, které se neohřívá nebo jen velmi málo.

Na jiném principu pracují vnitřní reflexní clony, které jsou v tomto časopisu představeny výrobkem MULTIFILM. Svítí-li přímé slunce do okna, proniká jeho viditelná část záření (a cca polovina energie slunečního záření) zasklením přímo na tuto clonu; zbylou, infračervenou a dlouhovlnnou polovinu slunečního záření zasklení pohltí. Prošlé záření clona odrazí nazpět k zasklení a protože jde o krátkovlnnou viditelnou složku, většina jím projde ven.

Tím funkce vnitřní reflexní clony nekončí. Clona, která odráží teplo sálající od zasklení, se málo ohřívá. Tím, že je vysoce reflexní i z interiérové strany, zároveň sálá do pobytového prostoru jen cca desetinu toho, než běžný povrch. I kdyby měla vyšší teplotu, než vnitřní povrchy, bude se chovat jako nesálavá, tedy chladná. A nebude ohřívat prostorové záření, jehož teplotu budou určovat především teploty vnitřních stěn.

Toto řešení se hodí všude, kde jsou velké okenní plochy. To je třeba příklad výškových administrativních budov, kde je zároveň obtížné provádět dodatečnou montáž a údržbu venkovních žaluzií či rolet. Další výhodou je, že si vnitřní clony dlouhodobě udržují vysokou odrazivost.

Teplota záření v místnosti

Obr. 1 ukazuje, že v mezeře mezi dvěma rovnoběžnými nekonečnými povrchy o teplotách 20 °C a 100 °C se ustálí teplota prostorového záření na úrovni 67,0 °C. K tomuto číslu dospějeme tak, že obě teploty ve °C vyjádříme v kelvinech, umocníme na čtvrtou a z obou mocnin spočítáme průměr. Tento průměr se pak rovná čtvrté mocnině teploty záření v mezeře, vyjádřené v kelvinech.

Chceme-li počítat teplotu záření v místnosti, musíme znát teplotu Ti a plochu Ai všech jejích povrchů (stěn, podlahy, stropu, oken, ale i nábytku, topidel apod.). A také emisivity všech povrchů εi, u kterých se ještě zastavíme. Čtvrtá mocnina teploty prostorového záření v kelvinech je pak váženým průměrem

Teplotu prostorového záření ve °C pak stanovíme jako t = T – 273,15. Pozorný pohled na vztah (2) říká, že když je teplota všech povrchů, které ohraničují místnost, stejná, vždy se jí rovná i teplota prostorového záření, bez ohledu na parametry A a ε. Tento případ může nastat, jen když je teplota vnitřních povrchů rovná venkovní teplotě, což je stav, který je zejména v zimě a v létě nežádoucí.

Pokud se teploty Ti liší, tzn. že okna jsou např. v létě teplejší než obvodové stěny a ty zase teplejší než vnitřní stěny, můžeme teplotu prostorového záření v ovlivňovat emisivitami vnitřních povrchů, zejména vnitřních stínicích předmětů, jako jsou rolety, žaluzie, screeny, záclony, závěsy ap.

Emisivita

V posledním vzorci (2) vystupují bezrozměrné parametry ε_i, které se vztahují ke každé ploše, která ohraničuje vnitřní prostor. Vyjadřují emisivitu daného povrchu. Ideálně černý povrch má emisivitu rovnou jedné, což znamená dvě skutečnosti:

povrch vyzařuje tepelné záření podle vzorce (1), tzn. v nejvyšší možné míře,

povrch zároveň pohlcuje veškeré záření, které na něho dopadá, a žádné neodráží.

Reálné povrchy mají emisivitu mezi čísly 0 a 1. Většina povrchů dosahuje emisivity 0,9 až 1. Jsou to běžné omítky, konstrukční desky, nátěry, obklady, dlažby, sklo, beton aj. Při emisivitě ε = 0,9 povrch sálá 90 % záření, oproti ideálně černému povrchu, viz (1). Zároveň pohlcuje jen 90 % tepelného záření, které na něho dopadá, zbylých 10 % odráží.

Energeticky inteligentní okno

Tím se v tomto článku myslí okno, které v zimě vpouští sluneční energii dovnitř a v létě naopak žádnou energii, dovnitř nevpustí, ať už jde o horké sluneční paprsky nebo pozemské tepelné záření s vysokými teplotami nad 25 °C; případně horký letní vzduch.

Takové okno nelze vyřešit bez stínicích předmětů, neboli clon. Jak jsme uvedli, tyto clony nejen stíní, tzn. regulují toky tepla, ale svojí emisivitou ovlivňují teplotu prostorového záření uvnitř místností a tím i teplotu vzduchu podle vzorce (2).

Teplota vzduchu v místnosti

Teplota prostorového záření v místnosti je dána vzorcem (2) a lze ji ovlivnit nízkoemisivní (termoreflexní) vnitřním clonou, např. screenem. Zejména to platí, když je celá jedna stěna vyplněna okny nebo celoplošně prosklená, jako tomu bývá v administrativních budovách, školách a podobně. Víme, že nízkoemisivní povrch nesálá teplo a jeví se tudíž jako studený, i když tomu tak není. Výsledkem je relativně nízká teplota prostorového záření, daná chladnými vnitřními stěnami, stropem a podlahou.

Co se stane s teplotou vzduchu? Ta se zhruba až na decimetrovou vrstvu podél screenu přizpůsobí teplotě prostorového záření, kterou jsme snížili vnitřním screenem.

Téma: slunce

Literatura

[1] Výpočtový program www.stavebnictvi3000.cz/vypocty/4-ucinny-podil-sklonite-plochy-vuci-celodennimu/.

[2] Jiří Hejhálek: Tepelné záření a navrhování reflexních fólií do staveb. Vega společnost s ručením omezeným, 2014.