Energetika rodinného domu predstavuje umenie, ako čerpať energiu z okolitého prostredia, predovšetkým energiu slnečného žiarenia. V zime chceme, aby slnečné žiarenie čo najviac ohrievalo podkrovný byt. V lete zasa, aby hrejivé účinky slnka boli minimálne. Ideálne je prispôsobiť slnku už samotný tvar a orientáciu domu a hlavne strechy. To isté platí aj o plánovaní strešných okien, ktorých tepelnú účinnosť posilníme tieniacimi predmetmi (žalúzie, rolety), najlepšie vonkajšími. Ak to takto spravíme, získame podkrovný byt, ktorý je plný vzduchu, svetla, slnka a má tiež príjemnú teplotu. Byt, kde sa nám bude pekne a zdravo žiť.
Architektúra a energetická účinnosť domov
Tvar, orientácia domu a rozmiestnenie okien a ich veľkosť by v zime mali umožniť čerpanie čo najviac energie z priameho a difúzneho slnečného žiarenia na účely vykurovania, prípadne aj pre iné domové služby. V lete ale chceme, aby hrejivé účinky slnečného žiarenia boli minimálne.
Leto: obrovské množstvo energie okolo nás
Zoberme si napríklad pozemok o ploche 10 × 12 m. V deň letného slnovratu a pri jasnej oblohe na neho dopadne cez 1 MWh slnečnej energie. Keby sme ju kupovali ako elektrinu, stála by cca 200 Eur. Inak je tomu v deň zimného slnovratu. Aj keď je jasno, na pozemok dopadne nanajvýš 178 kWh energie (za cca 35 Eur).
Postavme na pozemku poschodový dom so sedlovou strechou, pod ktorou je podkrovný byt. Tab. 1 ukazuje celkové množstvo slnečnej energie dopadajúcej na dom a na sedlovú strechu v rôznom sklone oboch strešných plôch.
Špeciálne na dom so sklonom strechy 60 ° pri rôznom natočení domu, v deň letného slnovratu, dopadne až 2,6 MWh / deň (za necelých 500 Eur za deň). Z toho na strechu 1,739 MWh / deň, tj. Po 870 kWh / deň na každú jej polovicu. Čísla platia pre natočenie domu, keď jedna polovica sedlovej strechy mieri na východu a druhá na západ. Pre porovnanie: celoročná priemerná spotreba elektriny slovenskej domácnosti činí asi 2,5 MWh / rok.
Viac nás bude zaujímať, keď je v lete dom vystavený minimu dopadajúceho tepla. Je to vtedy, keď jeho polostrechy mieria na sever a na juh. Na celý dom potom dopadne "len" 2,096 MWh, z toho na strechu 1,204 MWh; na jej južnú polovicu 733 kWh a na severnú 471 kWh.
Vôbec najnižšie množstvo dopadajúcej celodennej slnečnej energie v tento deň vykázal dom s najmenším sklonom sedlovej strechy 30 °, natočený na sever a na juh, teda 1,974 MWh. Na jeho strechu dopadá 1,082 MWh / deň; 517 kWh na severnú a 575 kWh na južnú polovicu.
Zima: hľadanie energetických ziskov
Kým v lete nevieme, kam s prebytkami slnečnej energie, v zime zasa hľadáme cesty, ako jej (tvarom a orientáciou budovy) čo najviac nazbierať. V čase zimného slnovratu vykázal najvyšší energetický vplyv 1,527 MWh / deň dom so sedlovou strechou so sklonom 60 °, ktorý mieri na sever a na juh. To je 58,7% letného impaktu. Z toho dopadá na strechu 0,777 MWh / deň, ale len na jej južnú stranu. Iné porovnanie je s energiou 178 kWh, ktorá by v tento deň dopadala vodorovnou pôdorysnou plochu 120 m² domu (8,2 ×, resp. 4,2 × viac).
Čo sa deje s dopadajúcim slnečným žiarením?
To je jedna z najdôležitejších otázok. Tu je odpoveď:
A) Časť slnečného žiarenia sa odrazí späť do priestoru. To platí najmä pre okná, od ktorých sa odráža 30 až 40% energie dopadajúceho slnečného žiarenia.
B) Ak ide o okná, časť prejde priamo do interiéru. Ide hlavne o viditeľnú (= svetelnú) zložku slnečného žiarenia
C) Zvyšok dopadajúceho slnečného žiarenia dom, tzn. strecha, steny, ale aj okná pohltia.
Slnečné žiarenie, ktoré prejde oknami do budovy, je postupne pohltené stenami, nábytkom a pod. a premení sa v teplo. Svetelné kvantá (fotóny) nesú viac energie a teda aj tepla, než neviditeľné kvantá infračerveného a tepelného žiarenia.
Nielen prechádzajúca, ale tiež absorbovaná zložka (strechou, vonkajšími stenami a tiež oknami) má vplyv na energetickú bilanciu domu, obe dom vykurujú.
Najviac prehliadaná je tá časť slnečného žiarenia, ktorú pohltia vonkajšie povrchy budovy, napr. jej strecha, fasáda a tiež okná. Pohltené slnečné žiarenie ohrieva dotknuté povrchy v zime bežne na 40 ° C, v lete na 60 ° C aj viac. Teplota vonkajšieho povrchu stien, strechy alebo teplota okenného zasklenia sa tým úplne vzdiali od teplôt vonkajšieho vzduchu, ktoré sa dosadzujú do výpočtov.
Oficiálne výpočty tak podstatne skresľujú, presnejšie povedané zhoršujú skutočnosť.
Keď slnko rozpáli strechu na θPE = 60 °C, ale teplota vonkajšieho vzduchu je len θE = 25 °C, popisuje rozdiel medzi skutočnosťou a úradným výpočtom prechodu tepla rovnica:
Ochrana pred letnými horúčavami
Nejde o malé dávky tepla. Len naša polostrecha o sklone 60 ° a ploche 99 m², ak je rozpálená na 60 ° C pri teplote vzduchu 25 ° C, dodáva do interiéru 520 W energie. Pritom uvažujeme o streche na pasívnej úrovni U = 0,15 W / (m²K). Ide o energiu navyše, plynúcu mimo pozornosť stavebných výpočtov.
Každý dom je veľkou zberňou energie, ktorá lepšie účinkuje v zime než v lete.
Sú názory, že vetraná medzera pod krytinou toto teplo odvetrá. Lenže v oblasti hrebeňa strechy je vyššia teplota než nad úžľabím, takže pre vetranie tu nie je potrebný teplotný gradient. A logicky tu chýba aj tlakový gradient. Navyše je reč o množstve tepla, ktoré sa nedá len tak odvetrať niekoľkých prieduchmi v streche. Slnko významne zahrieva aj fasádu. Lepšie riešenie ponúka architektúra. Strešné plochy a obvodové steny, ich orientáciu, veľkosť a sklon treba premyslieť a naplánovať tak, aby mali v lete čo najmenšie tepelné zisky a v zime čo najvyššie. Je to tak trochu rébus, ale oplatí sa ho riešiť.
Čerpanie slnečnej energie počas zimy
Myšlienka, že energiu zo slnka je možné využiť aj v zime na vykurovanie, pochádza od dánskej spoločnosti VELUX. Bolo preukázané, nielen teoreticky, ale aj prakticky, že okná aj v zimnom období (pri správnej orientácii voči svetovým stranám),dodávajú viac energie do interiéru, než koľko energie nimi uniká von.
Zároveň sa ukazuje, že sa podobne správajú aj strešné plochy a fasádne steny. Slnkom ohrievaná strecha a fasáda buď zníži prechod tepla z budovy von alebo dokonca začne budovu vykurovať.
Myslite na tieniace prostriedky
V letnom období, ale aj v zime, majú významný vplyv na energetickú bilanciu okien rolety, žalúzie a iné tieniace prostriedky, použité najmä na vonkajšej strane okien. Uplatnia sa počas dňa, keď zastavia priamy vstup slnečného žiarenia a s ním spojenej slnečnej energie do budovy. V noci, najmä u strešných okien, odclonia pôsobenie chladného sálania nočnej oblohy.
Z iného pohľadu zvýši roleta alebo žalúzia tepelnotechnickú kvalitu okna o stupeň. Z okna s izolačným dvojsklom urobí zostavu, ktorá zodpovedá termoizolačnej kvalite okna s trojsklom. S ohľadom na letné clonenie slnečného svetla, by výrobcovia mali ponúknuť reflexné rolety, žalúzie a pod., ktoré odrážajú celé spektrum slnečného žiarenia tak, aby nielen neprenikalo do budovy, ale ani neohrievalo povrch okna.
Záver
Energia slnečného žiarenia, o ktorej bola reč, je zadarmo a ekologicky úplne čistá. Neekologické sú skôr predpisy, ktoré s ňou nepočítajú alebo len čiastočne. Cieľavedomá práca so slnečným žiarením ponúka nový koncept tepelnej ochrany budov a tiež pestrejšiu architektúru a vyššiu energetickú účinnosť stavieb pri menšom alebo nulovom čerpaní fosílnych palív.
