Okno ako tepelná ochrana aj zdroj energie

Okno zďaleka nie je len súčasťou tepelnej ochrany domu. Do obydlia privádza okno svetlo a vzduch, chráni nás pred vonkajším chladom alebo horúčavou, dažďom, slnkom a vytvára naše súkromie. Okno určuje mikroklímu v domove, bráni vstupu nevítaných hostí zo živočíšnej aj ľudskej ríše a chráni pred pohľadmi zvonku. Ak skutočne chcete znížiť zimné straty tepla domu (nielen na papieri) a predísť jeho nepríjemnému letnému prehrievaniu, musíme sa zamerať predovšetkým na okná.

Dánska štúdia

Štúdia [1], ktorá sa opiera o meranie Dánskej technickej univerzity na skutočných stavbách za ostrej prevádzky, v stručnosti hovorí, že okno, pokiaľ nemieri priamo na sever, vpustí viac tepla dovnútra, než koľko ho nimi utečie von. Konkrétne okno so „slabšími” tepelnoizolačnými vlastnosťami malo na meranom dome najlepšiu energetickú bilanciu +5 kWh/m2, zatiaľ čo „pasívny” múr bol najhorší s energetickou stratou –10 kWh/(m2K)! „Tenšie” okno malo súčiniteľ prechodu tepla UW = 1,3 W/(m2K) a solárny faktor gW = 0,63. Ďalšie štyri testované okná so súčiniteľmi UW = 1,0 – 1,1 – 1,2 a 1,4 W/(m2K) dopadli horšie. Pasívna stena so súčiniteľom U = 0,15 W/(m2K) však dopadla najhoršie. Štúdia sa týkala len vykurovacej sezóny.

Vonkajšie žalúzie a rolety

Iná precízne spravená štúdia [2] zase hovorí, že kvalitné vonkajšie žalúzie alebo roleta, ak je spustená, zvýši energetickú hodnotu okna, teda jeho súčiniteľ prechodu tepla UW zhruba o triedu. Tým sa myslí, že okno s izolačným dvojsklom a vonkajšou žalúziou/roletou izoluje cca rovnako, ako samotné okno s trojsklom.

Sálavé deje

Ak chceme poznať a zaplánovať kompletné energetické straty a zisky, ktoré prechádzajú oknom, musíme brať v úvahu nielen teplotu vonkajšieho vzduchu, ale počítať tiež so sálaním Slnka, oblohy a zemského povrchu. Vo vonkajšom prostredí sa jedná o silné žiarivé deje (čísla v zátvorke udávajú prechody rôznych druhov žiarenia oknom):

• a) slnečné žiarenie (až 65 %),
• b) tepelné žiarenie oblohy (0 %)
• c) tepelné žiarenie zemského povrchu (0 %).

Je dôležité si uvedomiť, že teplota vzduchu, ktorá sa zvyčajne dosadzuje do energetických výpočtov, je ich výsledkom, nie naopak.

Čo sa týka teploty sálavých zdrojov, teplota jasnej letnej oblohy je cca –30 °C, v zime až –60 °C.

Sálavá teplota zatiahnutej oblohy zodpovedá teplote mrakov, cca –10 až 10 °C v zime aj v lete. Toto žiarenie pôsobí chladivo a je mu vystavené hlavne strešné okno, zatiaľ, čo zvislé fasádne okno, ktoré mieri k obzoru, zbiera zmes žiarenia oblohy a zemského povrchu, ktorého teplota sa môže blížiť teplote vzduchu. Slnečné žiarenie je vždy hrejivé, má tepotu 5 500 °C a intenzitu 1 000 W/m2, ktorá platí pre kolmý dopad.

Letná funkcia okna

Teraz sa pozastavíme u letných extrémov, ktoré väčšinou vnímame veľmi intenzívne. Grafy na obr. 1 a obr. 2 zobrazujú priebeh slnečných ziskov a tepelných strát pre 1 m2 okna Stavona Forte 3S v deň letného slnovratu v ČR. Počas celého dňa je jasno, teplota vo vnútri je zotrvalo na 25 °C, teplota vzduchu vonku harmonicky kolísa v 24hodinových intervaloch medzi 15 a 25 °C s minimom o 4 hodine rannej. A konečne sálavá teplota vonkajšieho prostredia sa pohybuje medzi 0 °C a –20 °C s minimom o polnoci. Výsledky hovoria, že počas jasného letného dňa dosahujú celodenné slnečné zisky až 1,61 kWh na každý 1 m2 nezatieneného okna na južnej strane a 2,68 kWh na každý 1 m2 nezatieneného okna na západnej strane. To sú veľké čísla: pri okennej ploche 5 m2 to už predstavuje 13,4 kWh na západnej strane, resp. 8,0 kWh tepla na južnej!

Obr. 1: Tok slnečných ziskov oknom Stavona Forte 3S v deň letného slnovratu počas jasnej oblohy vztiahnutý na 1 m2 zasklenia okna. Celodenný slnečný zisk vztiahnutý na m 2 zasklenia je 2,681 kWh/m2 pre západne orientované okno a 1,610 kWh/m2 pre južne orientované okno.

Obr. 2: Tok tepelných strát a ziskov oknom Stavona Forte 3S v deň letného slnovratu počas jasnej oblohy pre 1 m2 okennej plochy. Celodenná tepelná strata prechodom je 0,146 kWh/m2 plochy pre západne orientované okno a 0,191 kWh/m2 pre južne orientované okno.

Ďalším poznatkom je, že napriek tomu, že v noci okno chladí, nočná strata tepla von skrz zatvorené okná nevyrovná ani desatinu denných slnečných ziskov, čo na účinné chladenie zatvorenými oknami nestačí. Z tvrdení v posledných dvoch odstavcoch plynie záver, že v lete počas jasného dňa je potrebné ponechať okná zatvorené a navyše ich chrániť spustenou vonkajšou roletou alebo žalúziou, aby sme sa vyhnuli nežiaducich tepelným ziskom oknami a prehrievaniu interiéru.

Naopak v noci môžeme využiť chladného sálania oblohy k chladeniu interiéru otvorenými oknami pri vytiahnutej, tzn. neúčinkujúcej rolete/žalúzii.

Aj napriek tomu, že okno v noci chladí, nočná strata tepla von skrz zatvorené okná sa nevyrovná ani desatine denných slnečných ziskov, Foto:alexandre zvaiger, shutterstok

Služba žalúzie/rolety

Pokiaľ počas uvedeného 1. letného dňa spustíme pri zatvorenom okne vonkajšej okennej žalúzií, zaistíme dobrú osvetlenosť miestnosti, ale do interiéru neprenikne priame slnko. Západné okná stačí zatieniť len medzi 13.30 až 21.00 hodinami a južná cca medzi 8.30 a 17.30. Ak prevedieme predošlé tvrdenia do energetických čísiel, potom stiahnutá žalúzia/roleta zrazí tepelný zisk z 1,61 kWh na každý 1 m2 a deň len na 0,030 kWh na m2•deň na južnom okne. A na západnom okne zaznamenávame so stiahnutou roletou dokonca stratu –0,020 kWh/(m2•deň) oproti zisku 2,68 kWh na každý 1 m2 nezatieneného okna.

Záver

Pokiaľ by sme zovšeobecnili záver tohto článku na jeden konkrétny produkt, napr. nové okno Stavona Forte 3S so štíhlym profilom 82 mm s výbornou hodnotou UW = 0,7 W/(m2K) a solárnym faktorom zasklenia 0,5, dostaneme výsledok, že na zasklení okien Stavona Forte 3S sa odrazí asi desatina slnečnej energie a zvyšných asi 40 % pohltí vonkajšia plocha okna. Tým sa vonkajší povrch okna a jeho zasklenia ohrieva nad teplotu vzduchu, čo zvýši tok tepla do budovy nad oficiálny výpočet, ktorý pracuje „len” s priemernou teplotou vonkajšieho vzduchu. Keď zapojíme do hry vonkajšiu tieniacu techniku, tak nielenže zastavíme priamy tok tepla do interiéru až o 500 W/m2, ale udržíme vonkajšiu plochu okna v chlade, čím ešte viac minimalizujeme tepelný tok do interiéru.

Pokiaľ ide o využitie vonkajšej tieniacej techniky z pohľadu tepelnej ochrany, líši sa zimné obdobie od letného.

V zime je vhodné spustiť roletu/žalúziu v noci (zníženie strát tepla) a počas dňa ju naopak vytiahnuť (zvýšenie tepelných ziskov). Naopak v lete počas slnečného dňa ponecháme vonkajšiu roletu zatvoreného okna spustenú (ochrana pred horúcim slnečným žiarením) a v noci ju vytiahneme a okno otvoríme (chladenie nočným vzduchom a sálaním chladnej oblohy).