Praktický příklad vlivu stínicí techniky na tepelnou stabilitu objektu

Provoz budov bývá často z hlediska nákladů na energie velmi náročný. Zvláště v dnešní době, kdy je kladen stále větší důraz na snižování těchto nákladů – sleduje se tzv. energetická náročnost budov – má každý prvek, který tyto náklady pozitivně ovlivňuje, velký význam. Stínicí technika k těmto prvkům jednoznačně patří.

Při projektování budov s ohledem na jejich energetickou náročnost je proto nezbytné prověřit různé varianty řešení, aby byla zvolena varianta optimální nejen z hlediska prvotních nákladů, ale zejména z hlediska dlouhodobých nákladů na její provoz. Přitom se ale nesmí zapomínat na přiměřený komfort uživatelů budovy.

Jako příkladu lze použít budovu, která byla navržena s velmi vysokým podílem prosklených ploch (cca 36 % plochy fasád) a dále se střešními světlíky o celkové ploše cca 36 m2, přičemž nebylo uvažováno o žádném dodatečném stínění těchto ploch. Bylo navrženo řešit letní tepelnou stabilitu výhradně pomocí strojního chlazení. Výpočty měly ověřit, zda lze budovu provozovat bez strojního chlazení, pouze s pasivní a aktivní protisluneční ochranou.

Posouzena byla tepelná stabilita místnosti v letním období, a to konkrétně místnost v 1. NP (tj. horním podlaží) objektu. Jelikož jde o místnost zabírající celé kritické podlaží, jedná se vlastně o posouzení tepelné stability celého objektu v letním období.

V rámci optimalizace návrhu budovy byly po dohodě s investorem do výpočtu zahrnuty tyto výchozí předpoklady:

1. okna na jihozápadní fasádě objektu budou stíněna vnějšími textilními roletami, dle dodavatele jsou koeficienty zastínění těmito roletami v rozsahu cca 90 – 97 %, tj. propustnost je v rozsahu 3 – 10 %; pro výpočet byla použita hodnota propustnosti 6 %, na této fasádě budou použita okna se zasklením s celkovou propustností slunečního záření g = 35 %;
2. okna na jihovýchodní a severovýchodní fasádě objektu budou stíněna vnitřními žaluziemi, pro výpočet bylo uvažováno o použití poloprůsvitných bílých vnitřních žaluzií, na této fasádě budou použita okna se zasklením s celkovou propustností slunečního záření g = 35 %;
3. okna na severozápadní fasádě objektu nebudou stíněna žádnými stínicími prvky, na této fasádě budou použita okna se zasklením s celkovou propustností slunečního záření g = 54 %;
4. střešní světlíky v počtu 6 ks budou použity v provedení s polykarbonátovými deskami s reflexním povrchem (celkový rozměr 1 ks 2×3 m) se součinitelem prostupu tepla U = 1,73 W/(m².K) a celkovou propustností energie ve výši 40 %; nad střešními světlíky bude z jižní strany realizováno pevné zastínění (např. reklamními billboardy, apod.);
5. v objektu nebude oproti původnímu návrhu realizováno strojní chlazení s výjimkou chlazení přívodního vzduchu za vzduchotechnickou jednotkou – počítáno s chlazením na teplotu 18 °C, vzduchový výkon 3.600 m³/h;
6. skladby stavebních konstrukcí (a z nich odvozené součinitele prostupu tepla) byly převzaty z projektu stavební části;
7. v noci se předpokládá zvýšený větrací režim, a to pomocí vzduchotechnické jednotky a především otevřenými okny (a zároveň střešními světlíky) na protilehlých stranách budovy tak, aby docházelo k účinnému příčnému provětrání celé budovy; v souladu s tímto předpokladem a dle ČSN 73 0540-3, tab. H.9, je počítáno s provětrávací intenzitou v nočních hodinách 7,5 krát za hodinu;
8. ve výpočtu je počítáno s vlivem stínění okolní vysokou zástavbou.

Výpočet byl proveden podle ČSN EN ISO 13792 v programu SIMULACE 2009. Byla použita metoda výpočtu pomocí tepelné jímavosti (dává o něco příznivější výsledky – o cca 1 °C). Ve výpočtu nejsou v souladu s normou ČSN 730540 uvažovány vnitřní tepelné zisky (osoby, spotřebiče, osvětlení). Požadavek na nejvyšší denní teplotu vzduchu v letním období dle čl. 8.2 ČSN 730540-2 je Ta_{i, max, N} = 27,00 °C.

Výpočet byl proveden v několika variantách a byly vypočteny následující hodnoty nejvyšší denní teploty:

Varianta 1

Výsledná maximální teplota vnitřního prostředí: T_{ai, max} = 28,80 °C. Výpočet byl proveden za dodržení předpokladů dle bodů 1 až 8.

Varianta 2

Výsledná maximální teplota vnitřního prostředí: T_{ai, max} = 26,98 °C. Výpočet proveden za dodržení předpokladů dle bodů 1 až 8 s výjimkou intenzity větrání v denní době. Výkon vzduchotechnického zařízení byl zvýšen na cca 6.500 m³/h (tj. cca dvojnásobek oproti navrženému stavu). V souvislosti se zvýšením vzduchového výkonu byl zvýšen i výkon chladiče zabudovaného ve vzduchotechnické jednotce.

Varianta 3

Výsledná maximální teplota vnitřního prostředí: T_{ai, max} = 31,18 °C. Výpočet proveden za dodržení předpokladů dle bodů 1 až 8 s tím, že přívodní větrací vzduch nebude chlazen (tj. nebude instalováno žádné chlazení).

Varianta 4

Výsledná maximální teplota vnitřního prostředí: T_{ai, max} = 34,12 °C. Výpočet proveden za dodržení předpokladů dle bodů 1 až 8 s tím, že v noci budou okna zavřena, noční větrání bude realizováno pouze pomocí vzduchotechnického systému a přívodní vzduch nebude v noci chlazen (chlazení pouze v době mezi 9.00 až 18.00 hodinou).

Závěr

Budova je navržena s velmi vysokým podílem prosklených ploch (cca 36 % plochy fasád) a dále se střešními světlíky o celkové ploše cca 36 m2. Tento výpočet měl ověřit, zda lze budovu provozovat bez strojního chlazení pouze s pasivní a aktivní protisluneční ochranou.

Tohoto požadavku lze dosáhnout, avšak pouze za podmínky velmi důsledného provedení protisluneční ochrany a s chlazením zvýšeného objemu větracího vzduchu (varianta 2).

Pokud bude zachován projektem navržený objem větracího vzduchu (tj. bude jen doplněn chladič do vzduchotechnické jednotky), dojde k překročení normové hodnoty nejvyšší teploty v letním období o cca 2 °C, tj. mírný nekomfort (varianta 1).

V případě, že by nebylo instalováno chlazení ani větracího vzduchu, maximální denní teplota v letním období by byla o cca 4 °C vyšší, než normová hodnota, což lze již hodnotit jako velký nekomfort (varianta 3).

Z varianty 4 lze vidět, jak velký vliv má způsob provozování budovy na celkovou tepelnou pohodu v objektu. Nucené větrání a chlazení budovy je v této variantě navrženo stejně jako dle varianty 1, avšak budova není v noci důkladně provětrávána otevřenými okny s intenzitou výměny vzduchu 7,5 krát za hodinu (ale pouze vzduchotechnickým zařízením s intenzitou výměny vzduchu 1 krát za hodinu). Nejvyšší denní teplota je v tomto případě cca o 5 °C vyšší než dle varianty 1.

Investiční náklady na strojní chladicí zařízení pro budovu bez stínicích zařízení jsou vyšší než instalace těchto pasivních a aktivních stínicích zařízení. Náklady na provoz a údržbu strojního chlazení jsou velmi vysoké, oproti prakticky zanedbatelným nákladům nutným na provoz a údržbu aktivních a pasivních stínicích prvků.

Pro tento projekt tedy bylo doporučeno využít v maximální možné míře všech možností pasivní a aktivní protisluneční ochrany. Dále je třeba budovu provozovat v optimálním provozním režimu (projekt měření a regulace). V případě, že protisluneční ochrana nebude v plné míře realizována, budovu bude nutné strojně chladit.

Ing. Pavel Minář
externí spolupracovník SPST