Tepelné žiarenie, alebo sálanie – je všade. Každá plocha ho sála do svojho okolia a zároveň prijíma sálanie od plôch z okolia. Intenzita, s ktorou plocha sála, závisí na jej okamžitej povrchovej teplote podľa známeho Stefanov – Boltzmannovho zákona:
kde σ = 5,67•10–8 je Stefanova-Boltzmannova konštanta a θ je povrchová teplota v °C.
Žiarenie nie je len neviditeľná a nehmotná energia, preskakujúca vo forme akýchsi lúčov medzi telesami, ako učia rôzne „hlúpe“ učebnice. Tepelné žiarenie hlavne vypĺňa priestor, podobne ako vzduch. Navyše je aj pod povrchom a vo vnútri telies, čo sa prejavuje pri sálaní z ich povrchu. Keď majú steny, strop a podlaha povrchovú teplotu 25 °C, je miestnosť automaticky vyplnená tepelným žiarením teploty 25 °C.
Problém guľatej pečiatky
Chlapa s pečiatkou tepelného audítora žiadne žiarenie nezaujíma. Úradný predpis, založený na rovniciach (2) a (3) nižšie v článku, hovorí, že straty tepla riadi vonkajší vzduch. Ten v zime ochladzuje vonkajšie povrchy strechy, fasády a okien až o 20 °C pod bod mrazu aj viac, čo výrazne berie teplo z interiéru, kde by mala byť teplota minimálne 20 °C.
Leto audítor potom hodí za hlavu: Letný vonkajší vzduch stúpne len výnimočne a na krátko nad 30 °C, čo každý hravo prežije...
Realita
Skutočnosť je úplne iná, vonkajšie povrchy majú teplotu okolitého vzduchu len náhodne. Povrchové teploty na budovách totiž riadi hlavne horúce Slnko a ľadový vesmír, tienený skleníkovou atmosférou v sálavej teplote až −60 °C. Vzduch tieto zdroje tepla či chladu len slabo koriguje. Nasledujúce príklady sa vzťahujú k nášmu vydavateľskému domu:
Dňa 3. januára 2019 o 9 hodine ráno, hlásil vonkajší teplomer teplotu vzduchu –0,7 °C. Pritom bola povrchová teplota na fasáde domu –6,5 °C, povrchová teplota na vonkajšej strane okna –10,5 °C. Všetky povrchové teploty pritom mali byť (podľa normy) tesne pod 0 °C. Sálavá teplota oblačnej oblohy pritom bola –21,5 °C. Dňa 13. augusta 2018 krátko po obede hlásil vonkajší teplomer teplotu 35 °C. Bol horúci letný deň. Na oslnenej juhozápadnej fasáde boli povrchové teploty od +50 °C (svetlá fasáda) až +76,2 °C (tmavý sokel). Len neoslnené plochy sa v tomto okamžiku blížili k teplote vzduchu.
Podobných meraní je veľa a všetky hovoria, že vonkajšie povrchové teploty vzduch neriadi a tým ani energetiku budov.
Vegetácia a vodné plochy – prírodný stabilizátor teploty
Hlúpa stavebná fyzika prehliada nielen žiarenie, ale aj výparné či kondenzačné teplo. Pri tvorbe rosy a námrazy sa uvoľňuje veľké množstvo tepla, ktoré pred svitaním brzdí pokles vonkajšej teploty. Naopak denné odparovanie vody z vodných plôch alebo vegetácie pohltí veľa tepla a brzdí tak rast vonkajšej teploty.
Biele strechy a architektúra
V lete Slnko rozpáli fasádnu alebo strešnú plochu až k 85 °C. To je úplne iná okrajová podmienka, než akú dáva teplota vonkajšieho vzduchu, ktorá sa dosádza do normy a ktorá málokedy presiahne 35 °C. Inými slovami, pri navrhovanej vnútornej teplote 27 °C prepúšťa slnkom rozpálená strecha do domu (85–27)/(35–27) = 7,25× viac tepla, než udáva norma!
Riešenie ponúka žiarivo biela strecha alebo fasáda, dobre známa z niektorých južných krajín. Biely náter odráža slnečné žiarenie; odraz je skôr difúzny, nie ako zrkadlá, ale do všetkých strán. Pri emisivite bieleho náteru ε = 0,1 klesne teplota strechy na 54 °C tj. o 31 °C! To je už poznať!
Zimné biele strechy
Biela povrchová úprava fasád a striech sa uplatní aj v zime. Pod chladnou nočnou oblohou v sálavej teplote –60 °C, často „posilnenej” o ľadový vzduch, prichádza ku slovu ďalšia vlastnosť bieleho povrchu, spriahnutá s vysokou odrazivosťou tepelného žiarenia. A síce, že biele povrchy nesálajú teplo. Presnejšie: biely povrch o emisivite ε = 0,1 sála len desatinu toho, čo povrch tmavý.
Tento princíp majstrovsky aplikuje príroda v zime: hrubá, žiarivo biela snehová pokrývka na streche domov ponúka totiž vynikajúcu tepelnú izoláciu.
Dodatok: hlavné sálavé zdroje
Obloha a vesmír. Vďaka skleníkovej atmosfére a oblačnosti nemáme nad hlavou ľadový vesmír o teplote –270 °C, ale príjemnú sálavo polopriepustnú prikrývku, ktorá vytvára výškový teplotný gradient atmosféry ≈ 5 °C/km a oblohu, ktorej sálavá teplota, pozorovaná zo Zeme, dosahuje za jasných zimných nocí najnižších hodnôt do cca –60 °C. V lete približne –20 °C. Najvyššiu sálavú teplotu, blížiacu sa teplote vzduchu, má obloha počas hmly.
Keby nebolo Slnka, Zem by aj cez skleníkovú atmosféru rýchlo chladla až k teplote vesmíru (–270 °C). Slnko žiari pri jasnej oblohe na zemský povrch (pri kolmom dopade napr. na strechu) s intenzitou až 1100 W/m2. Ďalší príspevok o intenzite približne100 W/m2 má rozptýlené slnečné žiarenie, ktoré má „všadesmerový“ charakter a meriame ho pod jasnou aj zamračenou dennou oblohou.
Úradný predpis
Keď je vonku teplota vzduchu θE, a vo vnútri θI, potom vonkajšia povrchová teplota θPE podľa normy STN EN ISO 6946 je
a prechod tepla konštrukciou I je
kde U je súčiniteľ prechodu tepla stenami, strechou apod. číslo rE = 0,04 m2K/W je tzv. zmluvný odpor pri prestupe tepla medzi vonkajším vzduchom a priľahlým povrchom. Ten zabezpečuje, že θPE → θE.
Záver
Ak chceme skutočne riešiť tepelnú ochranu a energetickú spotrebu budov, musíme rozumieť prírode. K tomu prispieva tento článok. Najdôležitejším teplozmenným médiom v prírode je tepelné žiarenie, nie vzduch. Bielou, nízkoemisívnou úpravou striech a fasád významne znížime letné denné prehrievanie, ako aj zimné nočné ochladzovanie domov. Bohatá vegetácia potom stabilizuje teplotu v okolí domu prostredníctvom tieňa a výparného/kondenzačného tepla vody.
