Candis Punkto. Bílá architektura v podání nadnárodní společnosti Wienerberger

Letní přehřívání domů. Oficiálně neexistuje, ale ...

Také rok 2019, i když netrhal teplotní rekordy, zaznamenal případy, kdy teplota v obytných místnostech rodinných domů vystoupala až příliš. Je zřejmé, že stále častější stížnosti na letní přehřívání domů nelze odbýt jen tepelnou izolací a venkovními roletami na oknech. Řešení spočívá v porozumění problému a v aplikaci prvků sluneční architektury včetně světlých barev a zeleně.

Jenže to si odborná veřejnost občas nemyslí, což ukázal i časopis Světlo. Ten 2. října 2019 napsal na web, že: „... při stavbě dřevěného pasivního nebo nízkoenergetického domu je třeba počítat s tím, že dřevostavby mají menší tepelnou stabilitu, a tedy i sklon k přehřívání. Může nastat situace, kdy je dům sice v neletních obdobích energeticky velmi úsporný, v horkých letních dnech se ale přehřívá...”, protože „... se do místností dostává teplo okenními otvory. (...) Prostup tepla přes obvodovou konstrukci je u nízkoenergetických domů zanedbatelně malý a v takovém případě roste význam zastínění.” Věci však fungují jinak.

Tmavé střechy v létě absorbují největší množství sluneční energie

Těžké cihlové domy s akumulací tepla/chladu

Naše největší cihlářská společnost, firma Wienerberger, s. r. o., která si letos připomíná 200. výročí svého vzniku a na jejíž systém výstavby se v tomto příspěvku o letním přehřívání budov odvoláváme, nabízí „těžké” stavby z cihel Porotherm, k tomu pálenou střešní krytinu Tondach, dále lícové cihly Terca a cihelnou dlažbu Penter. Tedy těžké materiály s velkou akumulací tepla, které jsou pro celoroční teplotní stabilitu domu podstatné. Jenže se ukazuje, že pokud jde o letní přehřívání budov, nejsou vždy postačující. A o tom je tento příspěvek.

Co je tepelná akumulace?

Tepelná akumulace vyjadřuje míru stavební konstrukce nebo stavby pojmout nebo vydat teplo při nárůstu, resp. poklesu její teploty. S tím souvisí pojmy teplotní setrvačnost nebo teplotní stabilita budovy, která je vystavena střídání venkovní teploty.

U těžkých zateplených staveb záleží na umístění tepelné izolace: Je-li umístěna na venkovní straně, dochází ke stabilizaci vnitřní teploty. Naopak vnitřní tepelná izolace vede po vypnutí vytápění či chlazení k rychlému náběhu vnitřní teploty na úroveň teploty obvodové stěny za izolací.

Léto: tepelné izolace fungují hůře

Při zimní venkovní teplotě −10 °C a vnitřní +20 °C má fasádní tepelná izolace z pěnového polystyrenu (EPS) průměrný součinitel tepelné vodivosti λ = 0,0352 W/(m2K). V létě se ale její izolační účinky zhoršují. Při venkovní teplotě +35 °C a vnitřní 25 °C je λ = 0,0401 W/(m2K), a když navíc slunce rozehřeje tmavou zateplenou fasádu na 80 °C (vnitřní je stále 25 °C), může průměrná λ vystoupat až na hodnotu 0,0454 W/(m2K). Zhoršení je téměř o 30 % oproti zimě!

Poznámka: Vlastnosti všech tepelných izolací se s teplotou zhoršují, avšak EPS je stabilnější než další oblíbená izolace – minerální vata (MW). EPS má totiž strukturu uzavřených vzduchových buněk, kdežto pro MW je typická průvzdušná struktura vláken: její izolační schopnost snižuje proudění vzduchu mezi vlákny, urychlované změnami tlaku vzduchu a okrajových teplot.

O tom, jak slunce ohřívá povrchy

V historicky nejteplejší den, což byl v ČR 20. srpen 2012, kdy byla v Dobřichovicích naměřena teplota +40,4 °C, ohřívala (podle oficiální metodiky) střecha na pasivní úrovni interiér až s intenzitou I = U·(40,4 – 27) = 2,4 W/m2.

Když ale slunce ohřeje černou střechu na 80 °C, je skutečný tok tepla do interiéru významně vyšší. A vyšší než venku je i teplota vzduchu ve větrané mezeře. Tím to ale nekončí: Sálavý tok tepla od rozpálené černé krytiny (80 °C) k pojistné hydroizolaci (40 °C) je podle Stefanova-Boltzmannova zákona 880 – 550 = 230 W/m2 (pro srovnání: intenzita slunečního záření je asi 1000 W/m2). Řeč je o tom, že tak jako venkovní vzduch neuchladí svým prouděním osluněnou krytinu na „svou” teplotu, nedokáže ani proud vzduchu v mezeře ochladit na teplotu venkovního vzduchu pojistnou hydroizolaci. Ta se v praxi rychle zahřeje, běžně až na teploty kolem 60 °C. Jinými slovy, počítat ztráty nebo zisky tepla osluněných střech jen z teplot venkovního a vnitřního vzduchu, je chybné.

Když k tomu započítáme i zhoršení tepelné izolace v podmínkách vysokých letních teplot sluncem prohřáté střechy, dojdeme k závěru, že skutečný prostup tepla osluněnou letní střechou může být klidně desetinásobkem toho, co mechanicky počítá „teplovzdušný” technik s razítkem.

Nejen předokenní rolety, ale i zeleň a voda přispívají v létě k udržení příjemné teploty v interiéru

Jsou těžké stavby vždy těžké?

Představme si bungalov o zastavěné ploše 12 × 12 m a výšce cihlových obvodových i vnitřních stěn 3 m. Dřevěná jehlanová střecha domu má výšku 2 m a je osazena černou střešní krytinou; z toho plyne sklon střešních ploch 21,8°. Toto budiž vzorový "těžký dům" pro naše další úvahy a výpočty.

Nicméně lehká střecha, jejíž plocha je 151,8 m2 (přes 51 % celkové nadzemní plochy domu), z něho dělá spíše dřevostavbu. Tento pohled se ještě umocní, když i nad přízemím bungalovu zhotovíme jen lehký strop z trámů a izolace. Tím se připravíme o podstatnou akumulační hmotu, kterou lze alternativně realizovat s těžkým keramobetonovým stropem Porotherm a krajním případě i se sklonitou těžkou střechou z téhož stavebního systému.

Lavina sluneční energie

Orientujme náš čtvercový bungalov dvěma způsoby tak, že jedna z jeho obvodových stěn míří k severu, ve druhém případě k severovýchodu. Tím popíšeme dvě krajní možnosti orientace celého domu z pohledu celodenních slunečních zisků. Všechna další natočení – třeba o 190° – budou ležet mezi nebo s nimi splývat.

Předpokládejme ještě, že střecha tohoto domu, zhotovená z pálených tašek, bude černá, to znamená, že její povrch plně pohltí dopadající sluneční záření (emisivita=1). Tutéž vlastnost předpokládejme pro jednoduchost i u fasádních povrchů.

Tab. 1 ukazuje celkový impakt sluneční energie, která dopadne na tento dům v den letního slunovratu (21. června) za jasného dne. Čtenář tuší a čísla to potvrzují, že celá střecha bude takřka po celý bílý den zalita sluncem, zatímco obvodové stěny si v průběhu dne „vychutnají” i chládek bez přímého oslunění.

Co se týče množství slunečního záření, v předmětný den dopadnou na bungalov – ať už je orientován jakkoli – téměř 2 MWh sluneční energie. K tomuto číslu jsme došli pomocí výpočtového programu Celodenní sluneční energie dopadající na sklonitou plochu na tomto portálu.

Čísla platí za předpokladu, že dům je na volném prostranství, nikoli ve stínu sousedních domů, stromů apod. V ceně elektřiny představují 2 MWh částku přes 9 000 Kč/den (odhad pro rok 2021). Když se na tento příliv energie, který se může opakovat bez přerušení po několik dní, nepřipravíme, může se stát letní pobyt v tomto domě velmi nepříjemný.

Základy řešení letního přehřívání domů

1) Lidé a stavební předpisy "usilují" hlavně o nízké ztráty tepla v zimě. To je triviální úloha, a protože se při ní (a ve smyslu normy) pracuje jen s teplotami vzduchu, a nikoli se sluneční energií, chová se dům skoro vždy lépe, než říká inženýrský výpočet. Avšak v létě, kdy je sluneční záření dominantní, je teplovzdušný výpočet tepelných ztrát či zisků bezcenný, přesněji zavádějící.

2) Historickým řešením problému s přehříváním byly velmi těžké a masivní stavby jako hrady, chrámy, zámky apod. Byly (a často ještě jsou) tak těžké, že se jejich konstrukce ani za celé léto neprohřejí do stavu „nepohodlí”.

3) Ani dnešní stavby, včetně rodinných domů, by neměly šetřit akumulační hmotou u vnitřních i obálkových konstrukcí. Vedle těžkých obvodových stěn je pro letní příjemné vnitřní prostředí ještě důležitější masivní těžký strop a zejména střecha nad obydleným prostorem, která v případě tohoto domu vykazuje v létě dvojnásobnou osluněnost, než fasáda. Přehřívání "podporuje" i tmavá až černá střešní krytina, která se na slunci nejvíce ohřívá. Z pohledu letního přehřívání je ideální bílá střešní krytina, která je běžně k vidění v tropech a subtropech a na kterou si i velmi kritické oko rychle zvykne.

4) Samozřejmostí jsou stínicí předměty. Žaluzie nebo rolety, vždy umístěné na venkovní straně oken, by měly sluneční paprsky odrážet ven, nikoli absorbovat. To by jinak vedlo k jejich ohřátí a následně i k ohřátí oken a nakonec interiéru. Jinými slovy, sluneční paprsky se ideálné musí od prvního povrchu spojeným s domem odrazit zpět do venkovního prostoru.

5) Stejně jako je v zimě nutné domy vytápět, musíme počítat s tím, že je v létě bude nutné chladit. Chlazení může být pasivní (bílá architektura, světlé barvy a venkovní zeleň) nebo aktivní (stínicí předměty, klimatizace).

Těžký strop u bungalovu významně přispívá ke stabilizaci vnitří teploty i během letních slunných dní

Sluneční architektura

Letní energetika tak, jak ji učí jižanské země, je ve své podstatě architekturou barev. V těchto zemích by byla nejen fasáda domu, ale i jeho střecha pravděpodobně realizována v bílé barvě (která odráží celé viditelné spektrum slunečního záření) nebo třeba v barvě žluté, která odráží červenou a zelenou a absorbuje jen modrou (tj. asi 2/3 energie slunečního záření).

Poznámka: Architektura barev je k vidění i v chladných oblastech, včetně míst za polárním kruhem. Možná že je veselejší nebo nápadnější, důvodem ale bývá i zimní tepelná ochrana během dlouhých polárních nocí: bílá a jiné světlé barvy mají malou sálavost, což znamená, že do okolí sálají jen malý zlomek energie ve srovnání s černými povrchy. Platí to i pro případ, že tuto službu neobstará zasněžená nebo ojíněná střecha. Naopak v letním období, kdy bílý den trvá 24 hodin a slunce dopadá na fasády místy až kolmo, může světlá barva regulovat zisk tepla.

Velmi nápadnou a funkční inspirací bílých až stříbrných povrchů jako ochrany proti prochladnutí jsou bílé až stříbrné kosmické skafandry: Kdyby byly v černém provedení, astronaut by skrze skafandr velmi rychlé vysálal své teplo do vesmírného prostoru o teplotě 3 K (-270 °C) a zmrzl.

Zeleň

Sebelépe architektonicky řešený dům nedocílí své vrcholové užitné hodnoty, není-li vsazen do vhodného prostředí. Dům by měl být obklopen zelení. Ta vedle toho, že dům vydatně stíní, a chrání tak před přehříváním, je také zdrojem vzdušné vlhkosti a chladu: například v korunách listnatých stromů je v létě nejen příjemný vzduch, ale i podstatně nižší teplota.

Naopak v zimě, po opadání listí, je tentýž dům přirozeně a naplno ohříván zimním sluncem. To nejenže okny vstupuje přímo do interiéru, ale ohřívá i venkovní a vnitřní povrch okenních skel a dále fasádu a střechu domu, zejména jsou-li realizovány v tmavých barvách.

Závěr

Je-li řeč o energii ve stavebnictví, potom hlavním tématem není jen úspora energie za vytápění a jí zdůvodňovaný boj proti globálnímu oteplování. Hlavním tématem je příjemné letní bydlení bez lavin letního horka a při minimu potřeby letního chlazení. Cestou k tomuto cíli je vhodná architektura, akumulační hmota, barvy a zeleň.

Související články

Autor: RNDr. Jiří Hejhálek
Foto: archiv Wienerberger