Zatiaľ, čo vrcholová stavebná tepelná technika rieši len zimy a piluje teplovzdušné teórie so súčiniteľmi UW, realita pred nás stavia horúce letá a dôkazy, že energetiku budov riadia hlavne silné sálavé deje. Tie nielenže podstatne zlepšujú zimnú energetiku budov, ale tiež vyvolávajú nepríjemné letné horko v interiéri budov. Pred tými nie je možné utiecť, tie musíme skutočne riešiť. Priblížme si ich:
Slnečné žiarenie: Jedná sa o žiarenie o teplote 5 500 °C, ktoré v pozemských podmienkach sála s intenzitou 1 000 až 1 100 W/m2.
Chladné pôsobenie oblohy: jedná sa o sálanie oblohy o teplote cca –60 °C; tejto teplote zhruba zodpovedá teplota vzduchu na konci troposféry, tj. v „letových” výškach 10 až 12 km. Táto teplota je dlhodobo stabilná, nerastie, čo je okrem iného najsilnejším argumentom proti existencii globálneho otepľovania! Chladná obloha zabezpečuje, že slnkom rozpálené povrchy neprekročia teplotu cca 80 °C. Chladnú oblohu je pritom možné odtieniť roletou či žalúziou, hlavne v svetlej farbe.
Známym subjektom, ktorý systematicky skúma sálavé deje v ovzduší a ich vplyv nielen na letnú, ale aj zimnú energetiku budov, je dánsky výrobca okien VELUX. Ten je známy aj na Slovensku ako výrobca a dodávateľ strešných okien.
Okno ako zdroj energie
Spôsob, ako okno pracuje s energiou, je možné zhrnúť do nasledujúcich bodov, ktorá uvádzajú len priemerné čísla; presné hodnoty závisia na konkrétnom zasklení: Vnútorný a vonkajší vzduch zdieľa (tj. odovzdáva si) energiu tým, že ohrieva, respektíve ochladzuje vnútornú a vonkajšiu plochu okna. To vedie k prechodu tepla oknom z jeho teplej strany ku chladnej. Slnečné žiarenie, silný nosič energie v intenzite viac ako 1000 W/m2, dopadá na plochu okna. To potom spúšťa nasledujúce deje: Zhruba polovina, cca 500 W/m2, prechádza priamo do interiéru a ohrieva ho. Asi desatina slnečného žiarenia (cca 100 W/m2) sa od okna odrazí späť do vonkajšieho ovzdušia. Zvyšok slnečného žiarenia absorbujú sklenené tabule okna, ktoré sa ohrejú: slnkom sa významne ohrieva aj vnútorná tabuľa, ktorá potom sálavo ohrieva interiér.
Príklad: V januári 2019 pri vonkajšej teplote –6 °C a vnútornej 21 °C slnko ohrialo vonkajšiu plochu okenného zasklenia na –3 °C a vnútornú na 26 °C. Podľa Stefanovho – Boltzmannovho zákona tak Slnko skrz ohriate povrchy okna sálavo ohrievalo či už exteriér, tak interiér: prvé s intenzitou viac ako 13 W/m2, druhé necelých 30 W/m2 pri započítaní len sálavej zložky. Napriek tomu, že Slnko priamo aj nepriamo ohrievalo interiér, podľa úradného výpočtu ním unikalo von 19 W/m2.
Horúce slnko a chladná obloha
Zatiaľ, čo slnko ohrieva interiér, chladná obloha ho len nepriamo chladí. Ak pôsobia počas jasného dňa obidva faktory súčasne, vplyv horúceho slnka prevažuje. V noci a pri jasnej oblohe zníži chladné žiarenie oblohy len vonkajšiu povrchovú teplotu okna, do interiéru priamo nevstupuje. Zisk alebo stratu okna potom popisuje presný vzťah:
ktorý pracuje s vonkajšou povrchovou teplotou tEP. A tá pod jasnou nočnou oblohou často výrazne klesne pod teplotu vzduchu. Doplňme, že tI je teplota vnútorného vzduchu a rE = 0,04 m2K/W je normový odpor pri prechode tepla na vonkajšej strane okna. Inak povedané: uzatvorené okno neprepustí do vnútra chladné sálanie oblohy, takže tok „chladu” od oblohy (na rozdiel od slnečného žiarenia) je realizovaný len nepriamo, tzn. prechodom tepla podľa vzorca (1) od podchladeného vonkajšieho povrchu okna; ten ale môže byť výrazne chladnejší, viac než o desiatku °C, než vonkajší vzduch. Je to možné zhrnúť tak, že zatiaľ, čo slnečné žiarenie a s ním aj mohutná dávka tepla vstupuje oknami priamo, rýchlo a výdatne, vstup chladného sálania oblohy do interiéru je nepriamy, ale určite nie zanedbateľný.
Okno ako zdroj tepla
Ďalej sa zamerajme len na prechod tepla oknami so súčiniteľom prechodu UW = 0,7 W/(m2K) odvodeného z teplôt vzduchu, ktorú porovnávame s intenzitou slnečného žiarenia prechádzajúceho oknom so solárnym faktorom g = 0,5. Vplyv ohrievania či chladenia okenných plôch pod účinky slnečného žiarenia, respektíve chladného sálania oblohy zanedbáme. Na pomoci si vezmeme priemerné údaje o vonkajšej teplote z Českého hydrometeorologického ústavu a mesačné oslnenie pre lokalitu Hradec Králové. (meranie bolo realizované v mieste našej redakcie v ČR, ale môžeme počítať s tým, že podobné údaje by sme získali aj na území Slovenska).
Z pohľadu celomesačných priemerných teplôt vzduchu a z nich odvodeného prechodu tepla (červené čísla) majú okná aj v najteplejších mesiacoch zápornú energetickú bilanciu. To asi viedlo k prehliadaniu problémov s letným prehrievaním a k tvrdeniu, že sa prehrievajú len zle navrhnuté, postavené alebo užívané stavby.
Ak započítame do tepelnej bilancie aj slnečné žiarenie, ktoré nezatienenými oknami preniká dovnútra, dostaneme pozoruhodné výsledky:
Ak je slnečný deň, je skúmané okno vždy aktívne, či už je vodorovné, zvislé alebo šikmé. To znamená, že viac tepla v podobe priameho a roztýleného slnečného žiarenia vpustí dovnútra, než sú straty tepla prechodom. Na ročnej dobe pritom nezáleží; kladný vplyv slnkom ohriatej vnútornej plochy okna pritom nezapočítavame. S výnimkou studených mesiacov (január, február, november, december) sú celomesačné energetické bilancie skúmaného okna akéhokoľvek sklonu alebo orientácie energeticky aktívne. Južne orientované fasádne (= zvislé), alebo strešné okno (45 °) má dokonca počas všetkých 12 mesiacov kladnú mesačnú energetickú bilanciu.
Doplňme, že najchladnejšie mesiace roku „vďačia” za menej priaznivé výsledky jednak kratším dňom a dlhším nociam, ale hlavne veľkému množstvu zamračených dní. Prehľad ziskov a strát ukazuje tabuľka.
Slnečný energetický impakt
Slnečné žiarenie prevracia energetickú bilanciu okna naruby, robí z okien po väčšinu roku silný zdroj tepla a významne skracuje vykurovaciu sezónu. Toto tvrdenie sa ešte zosilní, keď uvážime, že slnečné žiarenie, ktoré oknom neprejde a je ním pohltené, zdvíha povrchové teploty okna; okno potom v interiéri účinkuje ako sálavý zdroj tepla. Citeľne to funguje počas zimných slnečných dní.
Slnečné žiarenia koniec koncom ohrieva aj strechu a fasádu, čo ďalej zlepšuje energetickú bilanciu domu. Nie je problém dom v zime vykúriť, ale v lete uchladiť a chladenie ufinancovať.
Záver
V tomto článku sme ukázali, že okna (strešné aj fasádne) „pracujú” s mohutnými sálavými zdrojmi tepla, s horúcim slnečným žiarením a oblohou, ktorá pôsobí naopak chladivo. Správna práca s týmito zdrojmi podstatne zlepší energetickú náročnosť stavieb a hlavne kvalitu vnútorného prostredia.
Súvisiace články:
Elektricky ovládané strešné okno Velux Integra
Je potrebné zmeniť prístup k modernému stavebníctvu
Spôsoby presvetlenia bungalovov
Zdravší domov s Veluxom
