vyhľadávanie
Dnes je 5.12.

Okná ako aktívna súčasť celoročnej energetiky domu

Zverejnené: 23. 8. 2022

Najväčšou slabosťou súčasnej teplovzdušnej energetiky budov je trvalé prehliadanie sálavých teplozmenných dejov, najmä účinkov slnečného žiarenia. To – hlavne priame, ale aj rozptýlené – ohrieva strechy a fasády domov a oknami prestupuje do interiéru. Tento dej podstatne mení oficiálnu energetiku domu, založenú na teplotách vzduchu.

Keby sme slnečné žiarenie, ktoré na dom dopadá, dobre uchopili, obišli by sme sa aj v podmienkach zimy pre našu zemepisnú lokalitu bez vykurovania. Foto: Christine Bird

Tepelnotechnickú funkciu okien, ktoré sa na energetike významne podieľajú, je možné zhrnúť do nasledujúcich troch bodov:

1. Otvorené okná bez tienenia vpúšťajú priamo do interiéru slnečné žiarenie v teplote 5 500 °C a energetickej intenzite až 1 100 W/m². To vedie k zvýšeniu teploty interiéru v dôsledku absorpcie slnečnej energie. Intenzívna výmena vzduchu s tým spojená potom pôsobí buď chladivo (v zime a prechodnom období) alebo naopak hrejivo (počas horúceho leta).

Otvorené okná bez tienenia vpúšťajú priamo do interiéru slnečné žiarenie v teplote 5 500 °C a energetickej intenzite až 1 100 W/m2. Foto: Photographee.eu
Otvorené okná bez tienenia vpúšťajú priamo do interiéru slnečné žiarenie v teplote 5 500 °C a energetickej intenzite až 1 100 W/m2. Foto: Photographee.eu

2. Zatvorené a nezatienené okná prepúšťajú do interiéru necelú polovicu na nich dopadajúceho slnečného žiarenia (až 500 W/m²). Zvyšok buď odrazia späť do vonkajšieho priestoru, alebo ho absorbujú; absorpcia potom vedie k zvýšeniu teploty okien (hlavne okenných skiel), čo predstavuje sálavý prestup tepla do interiéru, ktorý je často veľmi významný.

3. Okno s vonkajším tienením. To síce dovnútra priamo neprepustí žiadne svetlo (ľudským okom viditeľné tepelné žiarenie slnka), avšak slnečné žiarenie, ktoré dopadá na vonkajšie tienenie, ho ohreje. Ohriaty tieniaci predmet potom polovicu pohltenej slnečnej energie vyžiari v podobe neviditeľného tepelného žiarenia späť k slnku a zvyšok do interiéru. „Rekordmanom” je v tomto procese hlavne dizajnová čierna vonkajšia roleta, ktorá sa na priamom slnku ohreje aj nad 70 °C, aby potom sálavo vykurovala vnútro budovy až do nepohodlia...

Biele a strieborné povrchy tieniacich predmetov pôsobia chladivo, odrážajú slnečné žiarenie späť k slnku a zostávajú chladné. Foto: 1take1shot
Biele a strieborné povrchy tieniacich predmetov pôsobia chladivo, odrážajú slnečné žiarenie späť k slnku a zostávajú chladné. Foto: 1take1shot

Dôležité upozornenie

Všetky číselné hodnoty v nižšie uvedených tabuľkách čerpajú z hodinových údajov teplôt vzduchu a intenzity priameho a rozptýleného slnečného žiarenia tak, ako ich uvádza Referenčný klimatický rok pre Hradec Králové (sídlo našej redakcie, kde boli vykonané merania, 50°12′40″S 15°50′15″V) . Na účely tohto článku boli hodinové údaje za mesiac december a jún prevedené do celomesačných priemerov. Priemerná celomesačná teplota vonkajšieho vzduchu a intenzita slnečného žiarenia síce nezaznamenáva hodinové či denné teplotné a žiarivé extrémy, ale dobre opisuje celomesačné potreby tepla na vykurovanie či chladenie v rámci celého roka. Tie sú väčšinou smerodajné pri plánovaní výkonu vykurovacej alebo chladiacej sústavy domu.

Dobrá rada

Ak pracujete s vonkajšími tieniacimi predmetmi na oknách, pozornosť venujte ich farebnému spracovaniu. Biele a striebrolesklé povrchy tieniacich predmetov pôsobia chladivo, odrážajú slnečné žiarenie späť k slnku a zostávajú chladné. Tmavé naopak slnečné žiarenie pohlcujú, čím sa zahrievajú a sálavým teplom vykurujú interiér...

Skutočná tepelnoizolačná funkcia okien

Okná sú všeobecne považované za zdroj tepelných strát domu hlavne v prechodných a chladných obdobiach. Stavebná fyzika to pripisuje ich vysokému súčiniteľu prestupu tepla U, ktorý je pre dvojsklo na úrovni asi 1,1 W/(m²K). Okno skutočne funguje horšie v noci, ktorá pripomína meracie podmienky v temnej skúšobni, avšak pre oslnené okná to neplatí.

Reálne okno sa blíži umelým testovacím podmienkam v skúšobni len v noci. Počas dňa sú oslnené okná pre dom naopak veľkým zdrojom tepla, čo v lete platí aj za oblačných dní. Po prvé preto, že oknami prestupuje priamo do interiéru slnečné (priame aj rozptýlené) žiarenie a po druhé preto, že okná sa počas dňa týmto žiarením významne ohrejú (z oboch strán) až vysoko nad teplotu interiéru.

Oslnené a zároveň ohriate okná potom interiér vykurujú. To platí hlavne v lete, zatiaľ, čo v zime oslnené okná prinajmenšom významne znížia svoju zápornú energetickú bilanciu (v zmysle oficiálneho výpočtu).

Aj v decembri býva dopad slnečného žiarenia na celú nadzemnú plochu domu zvyčajne energeticky významne väčší, než je celomesačná strata tepla domu prestupom. Foto: korisbo
Aj v decembri býva dopad slnečného žiarenia na celú nadzemnú plochu domu zvyčajne energeticky významne väčší, než je celomesačná strata tepla domu prestupom. Foto: korisbo

Deň

Prostriedkom proti slnečnému prehrievaniu interiéru je vonkajšia roleta či žalúzie, avšak nie v „designovom” čiernom prevedení. Normou by mala byť žiarivo biela farba vonkajších tieniacich prvkov, ktorá najlepšie odráža horúce slnečné žiarenie v priamej aj rozptýlenej podobe.

Noc

V noci, ktorá pripomína laboratórne meracie podmienky, sa tepelné vlastnosti okien blížia úradne očakávaným stratám tepla prestupom. Čitateľ už ale tuší, že biely deň tieto podmienky mení alebo obracia naruby.

Zima

Čo sa týka ročných období, slnečné energetické zisky netieneným oknom prevyšujú počas slnečného bieleho dňa v zime jeho súbežné tepelné straty prestupom. Uzavreté a netienené okno vykazuje tepelnú stratu len v noci alebo pri zamračenej oblohe.

Leto

Osobitnú pozornosť si zaslúži aj horúce leto. Ostré denné slnečné žiarenie vstupuje oknami priamo do vnútra budovy a zároveň s tým ohrieva strechu, fasádu a všetky povrchy okien, špeciálne skiel v oknách s dvojsklom a trojsklom, ako aj povrchy okenných rámov.

Technik navrhujúci funkčnú zimnú aj letnú tepelnú ochranu domu by mal s uvedenými faktami správne pracovať. Špeciálne pri oknách sa nedá uspokojiť len s teplovzdušnou stavebnou fyzikou. Bez systematickej práce nielen s teplotami vzduchu, ale najmä so slnečným žiarením v priamej aj rozptýlenej podobe a ďalej so skutočnými teplotami vonkajších, ale aj vnútorných povrchov domu nemožno správne navrhnúť energetiku okna ani celej stavby. Investor by mal vždy vyhľadať technika, ktorý rozumie nielen teplovzdušnej fyzike, ale aj fyzike zimného a letného tepelného žiarenia.

Tab.1: Merný prestup tepla celou obálkou domu (vztiahnutý na jednotku jej plochy), intenzita dopadajúceho slnečného žiarenia a rozdiel obidvoch hodnôt. Ak sú hodnoty v stĺpci „rozdiel“ kladné, dom je zásobovaný teplom slnečného žiarenia, tento efekt ale nemusí ešte realizovať vykurovanie interiéru na požadovanú teplotu.
Tab.1: Merný prestup tepla celou obálkou domu (vztiahnutý na jednotku jej plochy), intenzita dopadajúceho slnečného žiarenia a rozdiel obidvoch hodnôt. Ak sú hodnoty v stĺpci „rozdiel“ kladné, dom je zásobovaný teplom slnečného žiarenia, tento efekt ale nemusí ešte realizovať vykurovanie interiéru na požadovanú teplotu.
Tab.2: Merný prestup tepla oknami (vztiahnutý na jednotku ich plochy), intenzita dopadajúceho slnečného žiarenia a rozdiel obidvoch hodnôt. Ak sú hodnoty v stĺpci „rozdiel“ kladné, dom je skrz okná zásobovaný teplom slnečného žiarenia, tento efekt ale nemusí ešte realizovať vykurovanie interiéru na požadovanú teplotu.
Tab.2: Merný prestup tepla oknami (vztiahnutý na jednotku ich plochy), intenzita dopadajúceho slnečného žiarenia a rozdiel obidvoch hodnôt. Ak sú hodnoty v stĺpci „rozdiel“ kladné, dom je skrz okná zásobovaný teplom slnečného žiarenia, tento efekt ale nemusí ešte realizovať vykurovanie interiéru na požadovanú teplotu.
Tab.3: Celomesačný decembrový a júnový impakt priameho slneného žiarenia na vodorovné strešné a zvislé fasádne okná, vždy o presklenej ploche 1 m². Poznámka: Pri celodennej priemernej teplote vonkajšieho vzduchu -10°C je tepelná strata prestupom u toho istého okna len 0,792 kWh/(m².deň).
Tab.3: Celomesačný decembrový a júnový impakt priameho slneného žiarenia na vodorovné strešné a zvislé fasádne okná, vždy o presklenej ploche 1 m². Poznámka: Pri celodennej priemernej teplote vonkajšieho vzduchu -10°C je tepelná strata prestupom u toho istého okna len 0,792 kWh/(m².deň).

Pozorovaný dom

Zamerajme sa na vplyv slnečného žiarenia na energetiku domu. Uvažujeme o jednoduchom dome typu bungalov v štvorcovom pôdoryse so štyrmi stenami s výškou štyri metre a vodorovnou štvorcovou strechou 10 × 10 metrov, ktorá bez presahu zastrešuje obvodové steny. Strecha a podlaha domu (na dotyku so zeminou) má tak plochu 100 m², zatiaľ čo štyri obvodové steny dokopy zaberajú plochu 160 m². Zvoľme nasledujúce hodnoty súčiniteľov prestupu tepla cez obálkové konštrukcie:

vonkajšia stena 0,20 W/(m²K)
strecha 0,16 W/(m²K)
okno/vonkajšie dvere 1,10 W/(m²K)
podlaha 0,60 W/(m²K)

Prestup tepla vedením cez obálkové konštrukcie tohto domu na ktorý sa výpočty vzťahujú, je zhrnutý v tab. 1 a tab. 2. Prvá tabuľka sa týka celého domu vrátane okien, pričom – tak ako v celom tomto texte – neuvažujeme (pre zjednodušenie) straty tepla do podložia domu. Druhá potom opisuje len prestup tepla oknami.

V tab. 1 vidíme, že celomesačný decembrový dopad slnečného žiarenia na celú nadzemnú plochu domu (pri započítaní aj všetkých okien a dverí) je v bežných prípadoch energeticky významne väčší, než je celomesačná strata tepla domu prestupom. To sú doslova zásadné informácie.

Prestup tepla vedením skrz obálkové konštrukcie tohto vzorového domu je uvedený v tab. 1 a tab. 2. Prvá tabuľka sa týka celého domu vrátane okien, pričom – tak ako v celom tomto texte – neuvažujeme (pre zjednodušenie) so stratami tepla do podložia domu. Druhá potom popisuje len prestup tepla oknami.

V tab. 1 vidíme, že celomesačný decembrový dopad slnečného žiarenia na celú nadzemnú plochu domu (pri započítaní aj všetkých okien a dverí) je v bežných prípadoch energeticky významne väčší, než je celomesačná strata tepla domu prestupom. To sú doslova zásadné informácie.

Najviac slnečnej energie sála do interiéru čierne vonkajšie tienenie, ktoré sa na priamom slnku ohreje aj nad 70 °C. Foto: Palatinate Stock
Najviac slnečnej energie sála do interiéru čierne vonkajšie tienenie, ktoré sa na priamom slnku ohreje aj nad 70 °C. Foto: Palatinate Stock

Z toho vyplýva, že keby sme slnečné žiarenie, ktoré dopadá na dom, dobre uchopili, obišli by sme sa bez vykurovania. Tvrdenie platí aj pre zemepisnú šírku Slovenska počas najmenej slnečného mesiaca (december) a fasádne okná a dvere v kvalite U = 1,1 W/(m²K).

Tab. 2 zároveň hovorí, že oknami v uvedenej kvalite uniká prestupom v decembri viac tepla, než je energia slnečného žiarenia, ktorá zavretými a netienenými oknami vniká do interiéru. Celkovú kladnú decembrovú bilanciu fasády aj s oknami to ale nezmení. K tomu dodajme, že výberom fasádnych okien s trojsklom, doplnených o vonkajšie tieniace predmety (aktivované len v noci), ešte významne zvýšime účinky zimného „pasívneho” slnečného vykurovania oknami.

Štruktúra celomesačného oslnenia vonkajších plôch domu

Pozornosti čitateľa by nemala uniknúť ani štruktúra oslnenia domu v zmysle celkového oslnenia priamou a rozptýlenou zložkou slnečného žiarenia na jednej strane a oslnením len priamym slnečným žiarením na druhej strane.

Záver

V článku hovoríme, že na dom a jeho energetiku pôsobí nielen teplota vonkajšieho vzduchu, ale významne aj denné slnečné žiarenie v priamej a rozptýlenej podobe.

Žiarivá slnečná energia je v lete dominantná a pri zlom návrhu vrátane jeho farieb spôsobuje až intenzívne prehrievanie interiéru. Najúčinnejšou obranou proti tomu (a zároveň aj najľahšou) sú biele povrchy fasády a strechy.

V zime potom energia dopadajúceho slnečného žiarenia zmierni alebo dokonca až zvráti tepelné straty prestupom. Ak chce naše stavebníctvo a najmä architektúra naozaj riešiť vnútorné prostredie budov, mala by začať od správne zvolených farieb.

Zdroje:

[1] https://stavba.tzb-info.cz/okna-dvere/8098-vliv-oken-a-jejich-stineni-na-tepelnou-bilanci-domu-s-odlisnymi-parametry

Autor: RNDr. Jiří Hejhálek
Foto: Shutterstock
reklama

Nové

Zima vás nemusí odradiť od murovania

Zima vás nemusí odradiť od murovania

Zverejnené 1.12. Pri výstavbe konštrukcií treba rešpektovať nielen technologické postupy, ale aj klimatické podmienky. Medzi najdôležitejšie ukazovatele sa pritom zaraďujú nízke alebo vysoké vonkajšie teploty, slnečné žiarenie, vietor, dážď a mráz. Pri nižších… ísť na článok

Ultranízkoenergetické tehlové dvojdomy pod Považským Inovcom

Ultranízkoenergetické tehlové dvojdomy pod Považským Inovcom

Zverejnené 30.11. V atraktívnej lokalite obce Kočovce časť Rakoľuby zrealizovala spoločnosť CBI s. r. o. výstavbu moderných ultranízkoenergetických dvojdomov . Na stavbu moderných objektov bolo použité murivo z tehál Porotherm, ktoré dosahujú vynikajúce… ísť na článok

Materská škola v nemeckom Niederwerne. Tri budovy pripomínajúce vápencové masívy

Materská škola v nemeckom Niederwerne. Tri budovy pripomínajúce vápencové masívy

Zverejnené 5.12. Nová budova materskej školy v nemeckom Niederwerrne ponúka miesto až pre 125 detí. Tri vzájomne prepojené budovy pripomínajú horské vápencové masívy – majú snehobielu fasádu aj strechu z odolnej zliatiny hliníka spoločnosti PREFA Aluminiumprodukte. ísť na článok

reklama