Obr.: Praha - Hlavní město České republiky. Zeměpisné souřadnice: 50°05' s.š. a 14°25' východní délky

Letní přehřívání budov aneb Praha versus Arrecife

Lanzarote je tropický ostrov, pro který je typická místní architektura, která vsadila na bílou barvu fasád i střech domů. Nejde o rázovitost, nýbrž o inteligentní řešení celoročně příjemné vnitřní teploty bez zbytného vytápění nebo chlazení. U této architektury se zastavme.

Turisté na kanárském ostrově Lanzarote vyhledávají spíš jiné pozoruhodnosti, například žhavou lávu, která tu místy vystupuje ze zemského nitra až na povrch. To dělá z ostrova otevřenou učebnici vulkanologie. Měsíční terén na Lanzarote byl jeden z hlavních důvodů, proč byl ostrov v roce 1993 vyhlášen biosférickou rezervací UNESCO a ještě předtím, v roce 1972, vybrán jako výcviková základna pro posádku NASA Apollo 17.

Pozorného návštěvníka zaujme jiná zvláštnost, a sice sněhově bílé řešení zdejších střech a fasád. Místní obyvatelé Vás poučí, že bílý povrch zděného plotového sloupku je na přímém slunci chladný, ale černý sloup pouliční lampy hned vedle je rozpálený tak, že na něm neudržíte ruku... A že když chcete doma mít příjemný chládek, je dobré držet v chladu střechu i venkovní zdi.

Češi často považují bílou architekturu za tropický kolorit bez věcného obsahu, který se snad hodí na 29. rovnoběžku (Lanzarote), ale u nás nemá co dělat. Není to tak!

Kde je tepleji?

V městě Arrecife tohoto tropického ostrova je nejteplejším měsícem srpen s průměrnou celodenní teplotou 25,2 °C, leden je pak nejchladnější (17,4 °C). Statistika se týká období let 1981-2010. A co v Praze na 50. rovnoběžce?

V našem hlavním městě jsou teplotně mezní také oba jmenované měsíce s průměrnou celodenní teplotou 23,2 °C v srpnu, resp. 4,3 °C v lednu (zdroj: ČHMÚ).

Vidíme, že v našem hlavním městě jsou očividně chladnější zimy, avšak jde-li o léto, rozdíl mezi oběma městy se tenčí. Když obě města porovnáme z pohledu sluneční aktivity, která je pro teplotu vzduchu určující, zjistíme, že za slunných letních dní je chladnější kanárský ostrov a jeho metropole Arrecife, než je Praha.

Tropická Praha?

Řeč není o tzv. globálním oteplování. Věcně jde o to, že ve srovnání s tropickým Arrecife:

  1. Svítí v Praze v létě za jasného dne slunce déle, např. v den letního slunovratu o celé 2 hodiny a 22 minut.
  2. Letní celodenní osluněnost ve Wh/(m2den) pozemských ploch, včetně fasád a střech, je v Praze vyšší.

Jinými slovy, v Praze jsou bezoblačné letní dny více teplé a tropické, než v Arrecife. Potvrzuje to i doprovodná tab. 1, která se vztahuje na den letního slunovratu při celodenním jasném počasí.

Užitečné výpočty

1. Intenzita a úhel dopadu slunečního záření, které dopadá na vodorovnou rovinu, střechu nebo fasádu
2. Celodenní sluneční energie dopadající na sklonitou plochu

Srovnání rodinného domu

Představme si přízemní rodinný dům čtvercového půdorysu se střechou ve tvaru nízkého pravidelného čtyřbokého jehlanu se sklonem 30 °; vůči vodorovné rovině. Dům tvoří čtyři obvodové stěny, každá o délce 12 m a výšce 3 m. Střešní záklop pak sestává ze čtyř střešních trojúhelníkových ploch o výšce 6,9 m, které při sklonu 30 °; realizují střešní jehlan o výšce 3,46 m a celkové ploše 4 x 41,6 m2 = 166,4 m2. Při ploše fasády 4 x 36 m2 = 144 m2 je celková plocha domu 310,4 m2.

Obr. 2: Arrecife – Hlavní město kanárského ostrova Lanzarote. Zeměpisné souřadnice: 28°57' s.š. a 13°33' západní délky

Test a výsledky

Kdyby aspoň na chvíli platila teplovzdušná stavební fyzika, tak jak už jsme uvedli, v Praze by v nejteplejší den roku vystoupala vnitřní teplota na 23,2 °C. V Arrecife pak na 25,2 °C.

Orientujme uvedený dům tak, aby jeho stěny mířily k severovýchodu (SV), jihovýchodu (JV), jihozápadu (JZ) a severozápadu (SZ). Potom pro jednotlivé osluněné plochy v Praze i v Arrecife dojdeme k velmi zajímavým výsledkům:

Den: 21. červen, letní slunovrat – Místo: Praha

Celodenní impakt slunečního záření, které za jasného dne dopadá na předmětný dům, je 1,908 MWh. Na fasádní stěny připadá 0,579 MWh, na střechu pak 1,329 MWh. Počítali jsme přitom s velikostí sluneční intenzity 1000 W/m2.

Den: 21. červen, letní slunovrat – Místo: Arrecife

Celodenní impakt slunečního záření, které za jasného dne dopadá na dům, je 1,670 MWh. Na čtyři fasádní stěny tak v tento den připadá 0,377 MWh, na střechu pak 1,293 MWh. I zde jsme počítali se sluneční intenzitou 1000 W/m2.

Bílá sluneční architektura

1. Je zřejmé, že míra letního oslunění "pražské" budovy významně překračuje osluněnost stejné budovy v tropickém Arrecife. Samozřejmě za jasného dne.

2. Když střecha a fasáda absorbují za jediný den megawatthodiny sluneční energie, nelze se spoléhat, že tuto lavinu tepla rozfouká letní vánek. Osluněné povrchy se reálně rozpálí i nad 80 °C a vyvolají tak mohutný prostup tepla do interiéru. Část slunečního záření pak vstoupí rovnou dovnitř okny. Když je takových dní více po sobě, teplota v interiéru bez účinného chlazení nesnesitelně stoupne. Chlazením přitom nemyslíme jen tzv. klimatizaci (větrání skrze nástěnnou jednotku, ve které si vnitřní vystupující vzduch předává teplo s venkovním vzduchem bez vzájemného promíchávání).

Denní chlazení: Bílé fasády ale i celé bílé střechy, jaké jsou v hojné míře k vidění na Lanzarote, téměř neabsorbují sluneční záření, a proto se na slunci téměř neohřívají. Sluneční záření se od nich odráží, a to nikoliv zrcadlově, ale rozptýleně do všech stran (tj. difúzně). Osluněné plochy tak zůstávají chladné, cca na teplotě vzduchu. Chovají se vlastně tak, jak předpokládá naše stavební tepelná norma. U "designových" černých českých střech a někdy i fasád tento efekt ovšem nenastane. Tyto povrchy se v létě na slunci rozpálí tak, že na nich neudržíme ruku, avšak do výpočtů poslušně (jak velí norma) dosazujeme teplotu vzduchu. Což je důvod, proč letní energetika budov v ČR funguje jen na papíře.

Zimní tepelná ochrana: Reflexní povrchy fungují i za zimních chladných nocí s tím rozdílem, že snižují vyzařování tepla. Například stříbrný Reflexol sálá, v porovnání s tmavým povrchem, asi jen 1/5 energie. Tato vlastnost se uplatní nejen v noci, ale po celý den. Příroda tento princip sama realizuje u zasněžených střech.

Tab. 1: Celodenní sluneční energie v kWh/den dopadající na fasádní a střešní plochy testovacího domu v 1. letní den při jasném počasí pro Prahu a Arrecife

Závěr

I když se Praha nachází v mírném pásmu, energie slunečního záření, které za jasných letních dní dopadá na pražské střechy a fasády domů, je vyšší, než je běžné v tropech. Výsledkem jsou vysoké povrchové teploty a přehřívání interiéru. Letní režim pražských budov by měl být proto plánován tak, jakoby byla Praha tropické město. Nikoliv z důvodu blouznění o globálním oteplování, ale pro vysokou míru osluněnosti pražských budov. Řešení je dětsky prosté a hlavně správné: bílé střechy, fasády a stínicí předměty. A když je to aspoň trochu možné, dům by měl být obklopen zelení.

Autor: RNDr. Jiří Hejhálek
Foto: redakce, Shutterstock