Příjemné bydlení v podkroví po celý rok

Střecha je vždy více vystavena povětrnostním vlivům než fasáda. Proto lidé často zaznamenávají v podkrovních místnostech v zimě chladno a v létě pak teplo až vedro. Řešením jsou – vedle kvalitní tepelné izolace střechy – kvalitní termoizolační střešní okna, doplněná vhodným venkovním stíněním, například roletami. Oknům a roletám se věnuje tento příspěvek.

Základem příjemného bydlení, a to nejen v podkroví, je vedle tepelné (či teplotní) pohody také kvalitní vnitřní vzduch. Ani příliš vlhký, ani příliš suchý, ale hlavně čerstvý, nevydýchaný. Tomu se ale budeme věnovat v jiném článku. Nyní si ukažme, proč je střecha tolik exponovanou částí stavby.

Střecha – hlavní bariéra před venkovními vlivy

I mezi odborníky panuje názor, že pro stanovení ztrát tepla v zimě, resp. přebytku tepla v létě, stačí jen znalost vnitřní a venkovní teplotu vzduchu. To je pravda jen zčásti. Často je rozhodující úroveň tepelného záření, které okolo nás spoluvytvářejí a) slunce, b) zemský povrch, c) vesmír. Toto záření, podobně jako vzduch, má také svou teplotu. Ta může být někdy mnohem vyšší, než je teplota vzduchu, nebo naopak mnohem nižší.

Představme si běžný dům uprostřed České republiky se střechou ve tvaru A o sklonu 45° a ploše 2×50 m². Je-li jedna ze střešních střešních ploch orientovaná k východu a druhá k západu, vyzáří slunce v (bezoblačný) den letního slunovratu na první šikminu celodenní energii 329×24×50 Wh/den a stejnou energii na druhou. Celkem 789,6 kWh/den. Čtenář si může výpočet provést sám na internetových stránkách [1].

To je víc, než co dodá plynový kotel o výkonu 30 kW, který naplno běží po celých 24 hodin! Navíc, dalším teplem přispěje ještě rozptýlené sluneční záření a horký vzduch.

Na konci srpna a na konci první čtvrtiny května bude střecha zásobena slunečním teplem tak, že to představuje už „jen“ celodenní maximální dodávku kotle o výkonu 25 kW při orientaci střechy na východ/západ a 18 kW při orientaci jih/sever.

Obr. 1: Intenzita sálání střechy v závislosti na její teplotě. Modrá a žlutá čára reprezentují rozptýlené sálání oblohy, resp. přímého slunečního záření při kolmém dopadu v pozemských podmínkách.

V noci je situace opačná, střecha rychle chladne, což je zvlášť nepříjemné v zimě. Při jasné obloze ´prosvítá´ na obloze velmi chladný vesmír, který nenávratně pohlcuje veškeré tepelné záření, které uniká z povrchu země, střech ap. Teplota záření tak klesá mnohem rychleji, než chladne vzduch. Děje se tak hlavně v zimě, kdy chladný vzduch obsahuje málo vodní páry a jeho skleníkový efekt je minimální. To znamená, že si vzduch a záření nedokáží předávat teplo. Vzduch hůře zachytává teplo, které vyzařují střechy a střešní okna a také „nedokáže“ získané teplo zpět vyzařovat ke střeše. Vzduch může mít teplotu kolem nuly, ale zářivá teplota oblohy může být hluboko pod bodem mrazu.

Velkým dávkám tepla v létě a chladu v zimě, které mohou učinit pobyt za okny nesnesitelným, předejdeme nejúčinněji dobrými okny se stínicími předměty. Foto: mahc, Shutterstock

Přímé sluneční i v atmosféře rozptýlené záření zčásti proniká okny dovnitř, kde ohřívá stěny a bytové předměty, od kterých se ohřívá vnitřní vzduch. Vedle toho ohřívá venkovní povrchy domů, nejvíce střech a střešních oken. Vysoké venkovní povrchové teploty vyvolají i vzestup teplot na vnitřní straně. Ukažme si to na číslech. Kolmo dopadající sluneční záření představuje tok tepla o intenzitě 1000 W/m². Naše typické červené nebo tmavé střechy toto záření v létě běžně ohřeje na 60 °C až 70 °C. V případě oken je několik možností:

• a) otevřené okno těchto 1000 W/m² vpustí dovnitř. Vedle někdy až palčivé prosvětlenosti podkroví se zde celá zářivá dávka promění v teplo. Otevřené okno ale může tento přísun tepla intenzivně větrat.
• b) zavřené okno, v závislosti na součiniteli g, který stanoví celkový energetický prostup slunečního záření, propustí na typu okna přímo dovnitř asi 40 až 70 % slunečního záření, zbytek energie pohltí skla a rámy oken. Skla se tím citelně ohřejí a to až k 70 °C u silně izolačních okem.
• c) Vybavíme-li okno venkovní roletou, skokově snížíme snížíme vstup slunečního záření a tedy tok energie do obytného prostoru. Z hodnoty 370 až 635 W/m² z jednoho čtverečního metru okenní plochy až 7 W/m² v případě reflexní rolety, jak ukazuje tab. 1. Tedy tedy téměř na setinu.

Použití rolet s reflexním povrchem, které má společnost ve standardní nabídce, má ještě jeden důležitý význam, který je zřejmý z tab. 1. Reflexní roleta okno bezpečně chrání před extrémními povrchovými teplotami, které vyvolává intenzivní sluneční záření. Ty mohou u trojskla dosáhnout na venkovním skle zasklívacího panelu přes 70 °C a u středového okna dokonce ještě významně víc; teplota vnitřního skla je přitom přitom o cca 30 °C menší. Takto vysoké teploty a strmé teplotní spády vyvolávají velká pnutí, která mohou vést k poškození panelu, únikům inertního plynu a jeho rychlému opotřebení. U izolačně slabších dvojskel je riziko nižší. Reflexní roleta oknu zajistí mírný chládek do 30 °C a vyrovnané teploty všech skel, což prodlužuje jejich jejich životnost a zachovává vysoké technické parametry.

Naopak v zimě v noci se střecha může ochladit o 5 až 10 °C pod teplotu vzduchu; čím větší je mráz, tím je rozdíl mezi teplotou vzduchu a teplotou povrchu střechy větší, zvlášť při bezvětří. Při teplotě střešní krytiny –10 °C může mít vzduch teplotu kolem nuly, zatímco tmavá obloha vysílá jen velmi slabé záření, dejme tomu o intenzitě 168 W/m², kterému odpovídá teplota –40 °C vrací.

Častý typ počasí je, když je venku zataženo, případně i prší. Teplota prostorové tepelné radiace je pak blízká teplotě vzduchu a zároveň teplotám na střeše, fasádě i oknech. Při 20 °C sálá střecha, fasáda i všechna okna intenzitou 419 W/m² a radiačně hustá venkovní atmosféra téměř stejné sálání vrací. Celková bilance výměny záření mezi tělesy a prostředím se blíží k nule, zůstává jen vedení a proudění tepla. Tento typ počasí je implicitně zapracován do stavebních výpočtů. I pro toto počasí jsou důležitá kvalitní střešní okna, která snižují ztráty tepla, a tím i náklady ne energii.

Teplotní extrémy existují a přebytek záření nebo naopak jeho absence je znatelně prohlubují. A nejvíce citelné jsou právě při pobytu pod střechou. Toto je nejsilnější argument pro volbu co nejlepších oken do střech. Foto: AnnaTamila, Shutterstock

Rozhodující význam oken

Význam oken na tepelné úspory a komfort pobytu je obecně podceňován. U fasádních oken nad tím snad lze přimhouřit oko, ale u střešních oken nikoliv. Zatímco nejhorší střecha může mít součinitel prostupu tepla nejvýše 0,24 W/(m²K), nejhorší střešní okno může mít tento součinitel až 1,7 W/(m²K) – tedy 6× horší. Hodnoty těchto součinitelů podle normy ČSN EN ISO 73 0540-2:2011 uvádí tab. 2.

Jednoduše řečeno, střešním oknem může procházet šestkrát více tepla, než stejnou plochou střechy. Podceňování významu kvalitních střešních oken lze snad ekonomicky zdůvodnit tím, že střešní okna mají mnohem menší plochu, než střecha, a že úspory tepla, vzniklé lepšími okny, by nepokryly navýšení ceny. Navíc, většina investorů má zkušenost jen s fasádními okny, které nemíří k obloze. A neznají tudíž intenzivní pocity horka nebo chladu v podkrovích s okny, jejich vlastnosti by na fasádě vyhověly.

Při navrhování projektant počítá extrémní teplotou od –12 °C až po –18 °C (podle lokality v ČR), které přizpůsobí otopnou soustav. Počítá se s tím, tato teplota potrvá jen několik hodin v roce, nejvýše několik dní, což každý zvládne. Předpokládaná spotřeba tepla na vytápění se pak spočítá z průměrných denních teplot, které žádné extrémy neobsahují.

Střešním oknem může procházet šestkrát více tepla, než stejnou plochou střechy. Pozor na to! Foto: Klaus Wagenhaeuser, Shutterstock

Jakkoliv je stavební výpočty neznají, teplotní extrémy existují a přebytek záření nebo naopak jeho absence je znatelně prohlubují. A nejvíce citelné jsou právě při pobytu pod střechou, jak jsme uvedli. Toto je nejsilnější argument pro volbu co nejlepších oken do střech. Tab. 3 ukazuje, že únik tepla okny (na nejnižší úrovni, kterou norma akceptuje) činí přes polovinu celkových ztrát tepla střechou, na jejíž izolaci se obvykle tolik nešetří. Kvalitními okny srazíme tepelné ztráty okny skoro na 1/3, viz běžné okno U = 1,5 W/(m²K) versus okno FTT U8 se součinitelem prostupu tepla 0,58 W/(m²K). Trojnásobně silnou izolaci do střech ale nedostaneme.

Základem je co nejlepší okno a kvalitní venkovní roleta či markýza

I když máme velmi kvalitní okno, vítaným doplňkem je roleta. Už bylo řečeno, že roleta účinně chrání okno před extrémními teplotami a tím prodlužuje jeho životnost. Stažená roleta znatelně zvýší Součinitel prostupu tepla celé okenní sestavy, jak ukazuje tab. 4.

Funkce rolety

V létě venkovní roleta účinkuje tak, že nedovolí přímým slunečním paprskům, aby ohřívaly povrch venkovních skel na vysokou teplotu. To, jak si s tímto úkolem roleta poradí, závisí v podstatě na tom, je-li její povrch matný a tmavý, nebo naopak světlý a lesklý. Vhodné jsou například rolety z hliníkových profilů potažených polyesterem s vysokou reflexí.

Markýzy

Vedle rolet lze volit i textilní stínicí prvky, jejichž předností je průsvitnost. Navíc působí velmi elegantně a minimalistickým dojmem.

Archiv společnosti Fakro.

Trocha teorie

Vyzařování či sálání těles se řídí jednoduchým zákonem, který na konci 19. století zformulovali Jozef Stefan a Ludwig Boltzmann:

kde

• i_S je hustota tepelného sálání vystupujícího z povrchu ve W/(m²K),
• σ = 5,67·10^–8 W/(m²K⁴) je Stefanova – Boltzmannova konstanta,
• t je teplota ve °C a
• ε je bezrozměrná emisivita (sálavost, zářivost)

Emisivita nabývá hodnot od 0 do 1. Těleso s emisivitou ε = 1 se nazývá černé a vyznačuje se tím, že veškeré popadající záření pohltí. Těleso s emisivitou blízké nule, je bílé nebo odrazivé. Pohltí jen malou část záření, cca 10 %, a zbytek odrazí. Platí, že když nějaké těleso pohlcuje dopadající záření jen částečně, např 10 %, pak také jeho emisivita je 10 %, neboli ε = 0,1. Zbytek záření (90 %) je odražen.

Závěr

Jakákoliv roleta zastaví nebo zbrzdí tok slunečního záření dovnitř. Při použití reflexní rolety však zůstane povrch okna velmi chladný. Je to dáno tím, že roleta odráží až 90 % slunečního záření, takže se zahřívá málo. Z opačné strany roleta sálá vlastní teplo k zasklení, ovšem jen 1/10 toho, co by sálala černá roleta. Účinky stínicích předmětů na kvalitu vnitřního prostředí jsou nezpochybnitelné.

Literatura a zdroje:

[1] Účinný podíl sklonité plochy vůči celodennímu slunečnímu záření. Výpočtový program na www.stavebnictvi3000.cz/vypocty/denni-zisky/.