Vonkajšia tieniaca technika a ako ňou prispieť k tepelnej ochrane domu

Informáciu o tom, ako ovplyvní vonkajšia roleta vnútornú povrchovú teplotu okenného zasklenia, solárny faktor a súčiniteľ prestupu tepla oknom, zverejnila na svojich stránkach nemecká spoločnosť Somfy. Celú štúdiu je možné zhrnúť do čísiel grafu na obr. 1.

Bližší rozbor výsledkov hovorí o tom, že roleta ako tieniaci prvok a vzduchová medzera medzi nim a zasklením vytvárajú pridaný tepelný odpor vo veľkosti 0,204 m²K/W. Ten urobí z okna, ktoré je na úrovni súčasnej povinnej požiadavky, okno, ktoré vyhovuje požiadavke na nízkoenergetický dom.

Odpor 0,204 m²K/W je reálne meranou hodnotou. Stojí za pozornosť, že výpočtom podľa normy [1], ktorý je pre stavebnú tepelnú techniku celkom zásadný, vychádza tento pridaný tepelný odpor medzery medzi zasklením a roletou len na 0,149 m²K/W. Výpočtom podľa [2], ktorý zavádza pojem teploty priestorového tepelného žiarenia, dochádzame k hodnote 0,236 m²K/W.

Obr. 1: Povrchová teplota na vnútornej strane zasklenia v °C, solárny faktor a súčiniteľ prestupu tepla v W/(m²K) pre jednoduché sklo, dvojsklo, izolačné dvojsklo (s termoreflexným pokovaním), izolačné dvojsklo s argónovou výplňou a trojsklo (s termoreflexným pokovaním v polohách 2 a 5) v usporiadaní bez vonkajšej rolety a s roletou.

Príspevok termoreflexie

Pridaný tepelný odpor 0,204 m²K/W, ktorý podľa štúdie na obr. 1 vzniká v medzere medzi vonkajším sklom okna a roletou alebo žalúziou, je možné ešte vylepšiť.

Technologicky je úprava povrchu žalúzií alebo roliet ľahko vykonateľná a nízkoemisívna (reflexná, odrazivá). Ak upravíme emisivitu vnútorného povrchu externého tienenia na hodnotu ε = 0,15, potom pri stálej hrúbke medzery 5 cm zvýšime jej tepelný odpor na hodnotu 0,402 m²K/W. Tým povýšime okno so súčiniteľom U_W = 1,1 W/(m²K), ktoré je na úplnej hranici požiadavky na nízkoenergetický dom, až na úroveň 0,763 W/(m²K), ktoré potom úplne vyhovie aj pasívnemu domu! Keby sme týmto tienením doplnili okno s U_W = 0,7 W/(m²K), súčiniteľ prestupu tepla by sa zlepšil na úroveň 0,546 W/(m²K)!

Hodnoty súčiniteľov U pre všetky okná zo štúdia Somfy na obr. 1, ktoré sú chránené vonkajším tieniacim predmetom (žalúziou alebo roletou) s nízkoemisívnym povrchom ukazuje tab. 1. Výpočty sú urobené podľa normového postupu (ČSN EN ISO 6946).

Niekto by mohol podať námietku, že neukáznený užívateľ domu môže tieniacu techniku užívať nesprávne, že napr. v noci ponechá roletu vytiahnutú v okennom kastlíku a pod. Presne to isté môže však urobiť aj s oknami, keď s nimi bude vetrať celú noc a deň.

Tab. 1: Vplyv tieniacej techniky s nízko emisívnym pokovaním na úrovni ε = 15 na celkový súčiniteľ prestupu tepla vybraných typov zasklenia.

Okenné tieniace predmety môže dnes samočinne ovládať technika, hlavne v čase neprítomnosti ľudí a preto ich prínos je možné celkom prirodzene zahrnúť do energetickej náročnosti budovy. Vonkajšie tieniace predmety na oknách a balkónových dverách sú dobrým príkladom toho, ako je možné dosiahnuť energetických úspor rôznymi cestami, pričom tú správnu si volí investor tak, aby pre neho bola čo najvýhodnejšia.

Tieniaca technika rieši však aj situácie s ktorými energetické výpočty nepočítajú, ale ktoré sú napriek tomu podstatné a často komplikujú život pri užívaní stavieb.

Okná počas slnečného dňa

Aj v pasívnych domoch sa niekedy v horúcom a slnečnom lete vyšplhajú teploty nad 27 °C. Striktne zobraté, dom tým stráca známku pasivity, pretože je definovaný tak, že by túto teplotu nemal nikdy prekročiť.

Podstata je v tom, že priame slnko rozpáli vonkajšie sklo okno až na teplotu t_PE = 40 °C, v prípade trojskla aj nad 50 °C, napriek tomu, že je teplota vonkajšieho vzduchu len 25 °C. Lenže prestup tepla sa podľa predpísaných postupov počíta vzhľadom k teplotám vonkajšieho a vnútorného vzduchu t_EXT, resp. t_INT. Dostávame dva výsledky:

a) výpočet v zmysle normy na základe teplôt vzduchu

b) výpočet podľa skutočnej vonkajšej povrchovej teploty

Ak budeme pre ilustráciu predpokladať teplotu vnútorného vzduchu 27 °C a vonkajšieho 25 °C, tak podľa normového výpočtu (1) okno s dvojsklom na úrovni U_W = 1,1 W/(m²K) ochladzuje náš interiér s intenzitou 2,2 W/m².

Ak uvažujeme o reálnej teplote okna 40 °C na vonkajšej strane, ktorá je vystavená priamemu slnku, bude týmto oknom interiér ohrievaný s intenzitou 15 W/m². Keď budeme mať okno s trojsklom a hodnotu U_W = 0,7 W/(m²K), dôjdeme k záveru, že oslnené okno pri povrchovej teplote 50 °C nás bude ohrievať dokonca s intenzitou 16,6 W/m². Inými slovami: zatiaľ, čo normový výpočet zaznamenáva mierne ochladenie, skutočnosť je znateľné ohrievanie.

Okná počas jasnej noci

V noci je zemský povrch ochladzovaný chladnou nočnou oblohou. Nižšia nočná sálavá teplota je protipólom horúcich slnečných dní, v ktorých sa horúce slnečné žiarenie (teploty 5 500 °C, ale relatívne slabej intenzity do cca 1000 W/m²) mieša so žiarením, ktoré nás obklopuje počas jasnej noci. Nočné žiarenie jasnej oblohy je zmesou žiarení (v noci pomaly chladnúceho) zemského povrchu a žiarenia atmosféry, za ktorou „presvitá” studený vesmír s teplotou –273 °C. Výsledné žiarenie oblohy má v lete teplotu cca 0 °C a v zime až –60 °C.

Nočná obloha najviac ochladzuje povrchy, ktoré mieria kolmo nahor. Nočné chladné žiarenie (teploty –60 °C) však nepôsobí tak intenzívne, ako je to pri horúcom, či už slabom slnečnom žiarení.

Napríklad pri teplote vnútorného vzduchu 20 °C a vonkajšieho 0 °C prejde podľa normového výpočtu strešným oknom s dvojsklom na úrovni U_W = 1,1 W/(m²K) stratový tok tepla o intenzite 22 W/m². Ak zoberieme do úvahy skutočnú povrchovú teplotu okna –7,56 °C na jeho vonkajšom skle (ktoré mieri k oblohe), bude tým unikať teplo s intenzitou 31,7 W/m².Výrobcovia strešných okien sú si tejto skutočnosti vedomí a preto osádzajú strešné okná roletami.

Ten istý výpočet na strešné okno s U_W = 0,7 W/(m²K) vedie k normovému stratovému toku o intenzite 14 W/m². Výpočet, ktorý rešpektuje sálavé deje, dáva stratový tok intenzity 21,5 W/m² pri povrchovej teplote –9,8 °C.

Okná pri zamračenej oblohe

Zamračená obloha, najlepšie v podobe dvojvrstvej deky oblačnosti, je idealizácia, s ktorou pracuje norma stanovujúca tepelné straty domu. Pri nej sa teplota vzduchu rovná teplote zemského povrchu, teplote mrakov a aj teplote obklopujúceho tepelného žiarenia. V takomto prípade nedochádza k žiadnemu prehrievaniu, ani prechladzovaniu okien, dverí, strechy a stien. A zároveň dobre funguje vzorec (1).

Význam tieniacej techniky

• Chráni okná pred poveternostnými vplyvmi a predlžuje ich životnosť.
• Zlepšuje súčiniteľ U_W až o triedu.
• Chráni interiér pred nadbytkom svetla.
• Zlepšuje nepriezvučnosť okna.
• Dotvára architektúru domu atď.

Prvý bod je zrejmý: spomenuté teplotné extrémy vyvolané sálavými dejmi pri jasnej dennej či nočnej oblohe, ktoré ďaleko prekračujú teploty vzduchu, ďalej rýchle teplotné zmeny (ak zapadne slnko za mrak apod.) a ďalšie poveternostné vplyvy, ako je silný vietor, dážď, sneženie, vlhkosť a tlakové zmeny – na to všetko reaguje materiálovo komplikovaná štruktúra okna rôznorodo až protichodne. V takýchto podmienkach nie je možné dlhodobo udržať napr. argónovú medzisklenú výplň. Pritom jej vyvetraním sa až o triedu zhorší energetické zaradenie okna. Nie je možné udržať ani tesnosť medzi zasklením a rámom, tesnosť funkčnej škáry, stabilné materiálové konštanty okna, ani ďalšie parametre, ktoré majú priamy vplyv na energetickú účinnosť okna.

Tieniace predmety nepochybne chránia okná pred vplyvmi počasia a podstatne predlžujú ich životnosť a správnu funkčnosť.

Tieniaca technika a energetická účinnosť budov

Ukázali sme, že aplikáciou tieniacej techniky na vonkajšej strane zvýšime energetickú účinnosť okna až o celú triedu. Tento fakt by mal zohľadniť aj energetický posudok a štítok, čo sa v niektorých krajinách EÚ tiež deje.

Dôležitým argumentom je aj to, že tieniaca technika preklenuje zásadným spôsobom časté typy počasia, pri ktorých dominujú sálavé deje (slnečné počasie alebo sálanie nočnej jasnej oblohy) a ktoré nastavujú celkom iné vonkajšie povrchové teploty na oknách, než sú teploty odvodené (podľa normy) z teploty vzduchu pomocou tzv. odporu pri prestupe tepla 0,04 m²K/W normovým predpisom:

kde t_PEje vonkajšia povrchová teplota okennej zostavy, t_E a t_I je vonkajšia a vnútorná teplota vzduchu a U_W je súčiniteľ prestupu tepla okennej zostavy aj s prípadným tieniacim predmetom.

Poznámka

Pri posudzovaní a navrhovaní vonkajšej tieniacej techniky sa niekedy uvažuje, že vonkajšie rolety, žalúzie a pod. tienia len slnečné žiarenie, teda slnečnú energiu, ktorá priamo dopadá na okno chránené tieniacim predmetom. Presne v tomto duchu „účinkuje” aj norma ČSN EN 13363, časť 1 a 2. Pracuje totiž len s priamou dopadajúcou slnečnou žiarivou energiou (v uvedenej teplote 5 500 °C, hoci v pozemských podmienkach cca 63 000× zriedené oproti hustote, ktorú má na Slnku). Jej účinok, tzn. absorpcia na tieniacich predmetoch a následné sálanie (slnkom ohriatych predmetov) v dlhovlnnej oblasti sa potom posudzuje oddelene od bežných sálavých dejov v oblasti stavebnej tepelnej techniky, ktoré sa odohrávajú v rovnakej dlhovlnnej oblasti a rieši ich stavebná tepelná norma [1].

Toto nie celkom logické, avšak veľmi dôsledné oddelenie obidvoch noriem, ktoré sa stretávajú práve v oblasti okien a tieniacich predmetov, viedlo zrejme k tomu, že sa v ČR trošku pozabudlo na tieniacu techniku ako súčasť tepelnej techniky budov.

Záver

Tieniaca technika – žalúzie, rolety, okenice, screeny, markízy apod., o ktorých sa v tomto článku písalo, zásadne ovplyvňujú nielen tepelnú pohodu pri bývaní, ale zároveň chránia okná pred poveternostnými vplyvmi, predlžujú ich životnosť, až o triedu zlepšujú súčiniteľ prestupu tepla a zlepšujú a dotvárajú architektúru domu. Jediné, čo zostáva, je akceptácia zo strany stavebnej tepelnej techniky.

Literatúra a zdroje:

[1] ČSN EN ISO 6946.

[2] Hejhálek, Jiří: Tepelné záření a navrhování reflexních fólií do staveb, Vega 2014