Slnko je výdatným zdrojom energie, ktorý má zásadný vplyv na celú našu planétu vrátane energetiky budov. Avšak oficiálne teplovzdušné stavebné výpočty slnečné žiarenie takmer ignorujú. Výnimkou sú snáď len zimné slnečné tepelné zisky oknami, ktorých správne započítanie zníži prehnané zimné tepelné straty budov. V lete naopak oficiálna tepelná technika budov zlyháva, keď prehliada letné prehrievanie budov. Priblížime si to na príklade bežného rodinného domu.
Testovací dom
Jedná sa o jednoduchý poschodový rodinný dom v tvaru hranolu v rozmeroch 10 × 10 metrov a výške sedem metrov s plochou strechou. Každá zo štyroch stien domu má plochu 70 m², strecha má plochu 100 m², takže celková plocha domu, ktorá susedí s atmosférou, je 380 m².
Sálavé zdroje tepla
Ide o to, že na budovu nepôsobí iba vonkajší vzduch so svojou teplotou, ale najmä slnečné žiarenie, ktoré má teplotu 5 500 °C a v pozemských podmienkach intenzitu až 1100 W/m². Toto žiarenie zahŕňa priamu zložku a ďalej tzv. všesmerovú rozptýlenú zložku s intenzitou asi 100 W/m². Rozhodne nejde o zanedbateľnú energiu, čo ukazujú tab. 1 a tab. 2.
Vyskúšajte si vypočítať priemernú celodennú hodnotu energie dopadajúceho priameho slnečného žiarenia na rôzne sklonenú a orientovanú plochu Počas slnečného dňa v čase zimného slnovratu dopadne na steny a strechu uvedeného testovacieho domu až 850 kWh energie slnečného žiarenia. To pri priemernej aktuálnej cene elektriny 0,19 Eur/kWh predstavuje energiu za 161,50 Eur/deň.
Tabuľka 1: Energetický impakt domu. Situácia: Jasná obloha, 21. decembra
V deň letného slnovratu, ak je celý deň jasno, dopadne v našom podnebnom pásme na fasádne steny a strechu toho istého domu až 2002 kWh slnečnej žiarivej energie za jediný deň; v cene elektriny to predstavuje položku za 380 Eur.
Tab. 3 zhŕňa slnečný impakt počas letného a zimného jasného dňa a celkový prestup tepla pre popisovaný dom v prevedení „úsporný dom” a „nehospodárny dom” v zmysle normovej terminológie.
Vidíme, že keby sme sa naučili so slnečným žiarením, ktoré dopadá na dom, pracovať, vykurovaciu sústavu v dome by sme zapli len výnimočne alebo vôbec. Toto tvrdenie platí aj bez ohľadu na to, že zďaleka nie každý deň v roku ponúka jasnú oblohu.
Zimná a letná realita
Zatiaľ, čo pri plnom využití energie slnečného žiarenia by sa dom v zime takmer či úplne obišiel bez vykurovania, v lete sa naopak v lavíne slnečného žiarenia často prehrieva oveľa viac, než napovedá teplota vonkajšieho vzduchu. Priblížme si toto tvrdenie na už uvedenom testovacom dome, ktorý zasadíme do klimatických podmienok z roku 2016 tak, ako ich definuje referenčný klimatický rok pre lokalitu Hradec Králové.
Testovací dom
Čo sa týka stratového prestupu tepla z nášho modelového bungalovu von, ktorý by mala vyvážiť vykurovacia sústava, je možné konštatovať:
1) V decembri je tepelná strata domu prestupom 2764 kWh/mesiac (asi za 525 Eur/mesiac).
2) V júni je tepelná strata domu prestupom 263 kWh/mesiac (asi za 50 Eur/mesiac).
Tá istá budova je ale súčasne exponovaná slnečnému žiareniu v celkovej energii od 1958 kWh/mesiac (pre najmenej vhodnú orientáciu voči svetovým stranám) do 2002 kWh/mesiac (pre najlepšiu orientáciu voči svetovým stranám). A k tomu navyše inkasuje ešte rozptýlenú zložku slnečného žiarenia o veľkosti asi 38 kWh/mesiac.
Dodajme, že december je jediný mesiac v tomto referenčnom roku, ktorého sálavý impakt na uvedenú budovu je nižší, než je tepelná strata domu prestupom.
Tabuľka 2: Energetický impakt domu. Situácia: Jasná obloha, 21. júna
Slnečná architektúra
So slnečným žiarením, či už v priamej, alebo rozptýlenej podobe, sa oplatí pracovať už len pre jeho výnimočnú energetickú výdatnosť. A bez ohľadu na to, že je to výrazne zložitejšie ako „práca so vzduchom”, ktorá sa viac či menej míňa s podstatou veci.
Táto téma je na samostatnú sériu článkov, z ktorých niektoré boli už predtým publikované v tomto časopise a ďalšie budú nasledovať. Zhrňme si túto problematiku do niekoľkých hlavných bodov, ktoré pripomínajú južanskú architektúru:
- Práca s orientáciou domov
- Práca s farbami striech a fasád
- Práca s tieniacimi predmetmi na oknách aj fasádach
- Práca s okolím domu (vegetácia a opadavé listnaté stromy, ktoré v lete tienia a v zime zásobujú dom slnečným žiarením)
Na záver
Článok hovorí, že cieľom architekta a projektanta vo veciach tepelnej ochrany budov by nemala byť len práca s teplotami vzduchu. Ak má projekt reflektovať realitu a riešiť skutočnú tepelnú ochranu budov, musí pracovať hlavne so žiarením, najmä slnečným. To je totiž primárnym a nie iba odvodeným (tak ako vzduch) zdrojom energie na Zemi. V opačnom prípade projekt neponúka ani skutočné úspory energie, ani k nim nedáva návod. Práca so sálavými a žiarivými dejmi v ovzduší, menovite so slnečným žiarením, je navyše zaujímavá a otvára nové možnosti práce s energiou.
