Lenže to si odborná verejnosť občas nemyslí, čoho dôkazom je napríklad časopis Svetlo, ktorý 2. októbra 2019 napísal na web, že: "... pri stavbe dreveného pasívneho alebo nízkoenergetického domu je potrebné počítať s tým, že drevostavby majú menšiu tepelnú stabilitu a teda aj sklon k prehrievaniu. Môže nastať situácia, keď je dom síce v neletných obdobiach energeticky veľmi úsporný, v horúcich letných dňoch sa ale prehrieva ... ", pretože" ... sa do miestností dostáva teplo okennými otvormi. (...) Prechod tepla cez obvodovú konštrukciu je u nízkoenergetických domov zanedbateľne malý a v takom prípade rastie význam zatienenia." Veci však fungujú inak.
Ťažké tehlové domy s akumuláciou tepla/chladu
Naša najväčšia tehliarska spoločnosť, firma Wienerberger, s.r.o., ktorá si tento rok pripomína 200. výročie svojho vzniku a na ktorej systém výstavby sa v tomto príspevku o letnom prehrievaní budov odvolávame, ponúka "ťažké" stavby z tehál Porotherm a pálenú strešnú krytinu Tondach, ďalej lícové tehly Terca a tehlovú dlažbu Penter. Teda ťažké materiály s veľkou akumuláciou tepla, ktoré sú pre celoročnú teplotnú stabilitu domu podstatné. Lenže sa ukazuje, že pokiaľ ide o letné prehrievanie budov, nemusia byť ešte postačujúce. Zastavme sa pri tom:
Leto: tepelné izolácie fungujú horšie
Pri zimnej vonkajšej teplote −10 °C a vnútornej +20 °C má fasádna tepelná izolácia z penového polystyrénu (EPS) priemerný súčiniteľ tepelnej vodivosti λ = 0,0352 W/(m2K). V lete sa ale jej izolačné možnosti zhoršujú. Pri vonkajšej tepote +35 °C a vnútornej 25 °C je λ = 0,0401 W/(m2K), a keď navyše Slnko rozohreje tmavú zateplenú fasádu na 80 °C (vnútorná je stále 25 °C), je priemerná λ = 0,0454 W/(m2K). To predstavuje takmer o 30 % horšiu izoláciu než v zime.
Poznámka: Vlastnosti všetkých tepelných izolácií sa s teplotou zhoršujú, avšak EPS je stabilnejší než ďalšia obľúbená izolácia - minerálna vata (MW). EPS má totiž štruktúru uzavretých vzduchových buniek, zatiaľ čo pre MW je typická prievzdušná štruktúra vlákien: jej izolačná schopnosť znižuje prúdenie vzduchu medzi vláknami, urýchľované zmenami vonkajšieho tlaku a okrajových teplôt.
Ako Slnko ohrieva povrchy
Zoberme si príklad z meraní vykonaných v ČR. V historicky najteplejší deň, čo bol v Čechách 20. august 2012, kedy bola v Dobřichoviciach (juhozápadne od Prahy) nameraná teplota +40,4 °C, ohrievala (podľa oficiálnej metodiky) strecha na pasívnej úrovni interiér len s intenzitou I = U•(40,4 – 27) = 2,4 W/m2.
Keď ale Slnko ohreje čiernu strechu na 80 ° C, je skutočný príliv tepla do interiéru významne vyšší. A vyššia ako vonku bude aj teplota vzduchu vo vetranej medzere. Tým to ale nekončí: Sálavý tok tepla medzi slnkom rozpálenú čiernou krytinou (80 ° C) a poistnou hydroizoláciou (40 ° C) je podľa Stefanov-Boltzmannovho zákonu 880 - 550 = 230 W / m² (pre porovnanie: intenzita slnečného žiarenia je asi 1000 W / m²). Tak ako vonkajší vzduch nedokáže svojim prúdením ochladiť oslnenú krytinu na "svoju" teplotu, nedokáže ani prúd vzduchu v medzere ochladiť poistnú hydroizoláciu strechy na teplotu vonkajšieho vzduchu. Poistná hydroizolácia sa tak v praxi rýchlo zahreje až na teplotu okolo 60 °C. Inými slovami, počítať straty alebo zisky tepla oslnených striech, vrátane vetraných, len z teplôt vonkajšieho a vnútorného vzduchu, je nesprávne.
Keď k tomu započítame aj zhoršenie tepelnej izolácie v podmienkach vysokých letných teplôt slnkom prehriatej strechy, dôjdeme k záveru, že skutočný prestup tepla oslnenou letnou strechou môže byť pokojne desaťnásobkom toho, s čím počíta "teplovzdušný" technik s pečiatkou. Z kalkulovaného (a logicky zanedbávaného) vplyvu na vnútornú teplotu v radoch desatín stupňov Celzia je potom vplyv v radoch jednotiek stupňov.
Sú ťažké stavby vždy ťažké?
Predstavme si bungalov v zastavanej ploche 12 × 12 m s výškou obvodových stien 3 m a s drevenou ihlanovou strechou s výškou 2 m, tj. so sklonom strešných plôch 21,8 °. To je vzorový dom pre naše výpočty, ktorý často radíme medzi ťažké domy.
Lenže ľahká strecha (hoci s pálenou krytinou), ktorej plocha je 151,8 m2 (viac než 51% celkovej nadzemnej plochy domu), z neho robí skôr drevostavbu. Tento pohľad sa ešte umocní, keď aj nad prízemím bungalovu zhotovíme len ľahký strop z trámov a izolácie. Tým sa ale pripravíme o podstatnú akumulačnú hmotu, ktorú možno realizovať ťažkým keramobetónovým stropom Porotherm alebo aj šikmou ťažkou strechou z toho istého systému.
Množstvo slnečnej energie
Orientujme náš štvorcový bungalov dvoma spôsobmi tak, že jedna z jeho obvodových stien bude mieriť na sever, v druhom prípade na severovýchod. Tým popíšeme dve krajné možnosti orientácie celého domu z pohľadu celodenných slnečných ziskov. Všetky ďalšie natočenia - napríklad o 190 ° - budú ležať medzi alebo s nimi splývať.
Tab. 1 ukazuje celkový impakt slnečnej energie, ktorá dopadne na dom v deň letného slnovratu (21. júna) za jasného dňa. Čitateľ tuší a čísla to potvrdzujú, že strecha bude celá a takmer po celý biely deň zaliata Slnkom, zatiaľ čo obvodové steny si v priebehu dňa "vychutnajú" aj chládok bez priameho oslnenia.
Tab. 1 hovorí, že v predmetný deň dopadnú na bungalov - nech už je orientovaný akokoľvek - takmer 2 MWh slnečnej energie. K týmto sme došli pomocou výpočtového programu Účinný podiel šikmej plochy a celodennej slnečnej dopadajúcej energie na stránke: TU.
Čísla platia za predpokladu, že dom je na voľnom priestranstve, nie v tieni susedných domov, stromov a pod. V cene elektriny predstavujú 2 MWh čiastku blížiacou sa k 350 Eur/ deň. Keď sa na tento príliv energie, ktorá sa môže opakovať bez prerušenia po niekoľko dní, nepripravíme, môže sa stať letný pobyt v tomto dome nepríjemný.
Ako riešiť letné prehrievanie domov?
1) Ľudia aj stavebné predpisy sa zameriavajú hlavne na nízke tepelné straty v zime. To je ľahká úloha a pretože sa pri nej pracuje len s teplotami vzduchu a nie so slnečnými ziskami, správa sa dom skoro vždy lepšie, než deklaruje návrh. Avšak v lete, kedy je slnečné žiarenie dominantné, je teplovzdušný výpočet tepelných strát či ziskov bezcenný.
2) Historickým riešením problému s prehrievaním boli veľmi ťažké a masívne stavby ako hrady, chrámy, zámky a pod. Boli (či ešte sú) tak ťažké, že sa ich konštrukcie ani za celé leto neprehrali do stavu "nepohodlia". Ani dnešné stavby, vrátane rodinných domov, by nemali šetriť akumulačnou hmotou u všetkých vnútorných aj plášťových konštrukcií.
3) Popri ťažkých obvodových stenách, je pre letné príjemné vnútorné prostredie ešte dôležitejší masívny ťažký strop a strecha nad obývaným priestorom. To naznačuje aj náš bungalov, ktorého strecha vykazuje dvojnásobnú oslnenosť než fasáda. Strop by mal akumulovať teplo (chlad) zvlášť dobre vtedy, keď je nad ním ľahká strecha s tmavou až čiernou krytinou, ktorá sa na slnku najintenzívnejšie ohrieva.
Účinnejším riešením je zhotovenie ťažkej strechy s pomocou prekladov a stropov Porotherm. Najmä pri miernom sklone strechy (ako je 21,8 ° u nášho bungalovu) je táto úloha dobre realizovateľná.
4) Samozrejmosťou sú aj tieniace predmety. Žalúzie alebo rolety umiestnené na vonkajšej strane okien by mali slnečné lúče odrážať, nie absorbovať; to by viedlo k ich nežiaducemu ohriatiu a potom aj k ohriatiu celého interiéru. Inými slovami, slnečné lúče by nemali ohrievať okenné sklá ani z vonkajšej, ani z interiérovej strany, a dokonca ani samotné vonkajšie tienenie. Vonkajšie žalúzie či rolety by preto mali byť preto v bielom alebo striebornom prevedení (farby, ktoré odrážajú celé spektrum slnečného žiarenia).
5) Rovnako ako je v zime potrebné domy vykurovať, je dobré počítať aj s tým, že v lete ich bude potrebné chladiť. Chladenie môže byť pasívne (architektúra, zeleň, farby) alebo aktívne (klimatizácia).
Architektúra v závislosti od Slnka
Letná energetika tak, ako ju učia južanské krajiny, je vo svojej podstate architektúrou farieb. V týchto krajinách by bola nielen fasáda domu, ale aj jeho strecha pravdepodobne realizovaná v bielej farbe (ktorá odráža celé viditeľné spektrum slnečného žiarenia) alebo napríklad vo farbe žltej, ktorá odráža červenú a zelenú a absorbuje len modrú (tj. asi 2/3 energie slnečného žiarenia). Poznámka: Architektúra farieb je k videniu aj v chladných oblastiach, vrátane miest za polárnym kruhom. Možno že je veselšia alebo nápadnejšia, dôvodom však býva aj zimná tepelná ochrana počas dlhých polárnych nocí: biela a iné svetlé farby majú malú sálavosť, čo znamená, že do okolia sálajú len malý zlomok energie v porovnaní s čiernymi povrchmi. Platí to aj pre prípad, že túto službu nespraví zasnežená alebo namrznutá strecha. Naopak v letnom období, kedy biely deň trvá 24 hodín a Slnko dopadá na fasády miestami až kolmo, môže svetlá farba regulovať zisk tepla.
Zeleň
Akokoľvek dobre architektonicky riešený dom nedocieli svojej vrcholovej úžitkovej hodnoty, ak nie je vsadený do vhodného prostredia. Dom by mal byť obklopený zeleňou. Tá popri tom, že dom výdatne tieni a chráni tak pred prehrievaním, je tiež zdrojom vzdušnej vlhkosti a chladu: napríklad v korunách listnatých stromov je v lete nielen príjemný vzduch, ale aj podstatne nižšia teplota. Naopak v zime, po opadaní lístia, je ten istý dom prirodzene a naplno ohrievaný zimným slnkom. To nielenže oknami vstupuje priamo do interiéru, ale ohrieva aj vonkajší a vnútorný povrch okenných skiel, ďalej fasádu a strechu domu, najmä ak sú realizované v tmavých farbách.
Na záver
Ak je reč o energii v stavebníctve, potom hlavnou témou nie je len úspora energie za vykurovanie a jej zdôvodňovaný boj proti globálnemu otepľovaniu. Hlavnou témou je príjemné letné bývanie bez návalov letnej horúčavy a pri minimálnej potrebe letného chladenia. Cestou k tomuto cieľu je architektúra, hmota, farby a zeleň.
