Jak je to se solárními zisky

Vybrali jsme modelový případ, kdy odklon paprsků od roviny zasklení je 45°. Přesvědčte se.

Jak je to se solárními zisky

Solární zisky a tepelné mosty hrají v energetické bilanci pasivního domu významnou roli. Věnujeme se zde detailu ostění a porovnání vlivu má vzdálenosti okna od líce fasády na tepelný most a na solární zisky, respektive o jaké zisky přicházíme vlivem stínění nárožím.

Na zemskou atmosféru dopadá přibližně 1 373 W/m2 energie. Tu bohužel na zemi k dispozici nemáme. Část se ztratí v atmosféře. Čím delší je cesta slunečních paprsků atmosférou, tím větší je ztráta energie. Takže v zimě se nám vlivem malé výšky slunce nad horizontem ztrácí víc energie, než v létě. Při výšce slunce 15° nad horizontem by mohla být sluneční energie dopadající na svislou rovinu zasklení rovna zhruba 560 W. Dovnitř, ale prostoupí opět jen část této energie.

Vybrali jsme modelový případ, kdy odklon paprsků od roviny zasklení je 45°, propustnost zasklení 0,5 (solární faktor). Abychom mohli tuto energii srovnávat se ztrátami tepelným mostem v ostění okna, musíme použít průměrnou hodnotu tohoto výkonu za měsíc. Například v Praze je slunečných hodin za měsíc leden jen 43 (TZB-info).

V tabulce 1 vidíme, jak v tomto konkrétním případě klesá využitelnost solární energie, když postupně uvažujeme všechny podstatné vlivy. Je samozřejmě nutné dodat, že se jedná o hodnoty platné v našem konkrétním případě.

Tab.1: Ztráty při využití solárních zisků.
Solární konstanta: 1373 W/m2
Energie na svislou rovinu zasklení pri výšce slunce 15° nad horizontem 560 W/m2
Odklon paprsků o 45° od roviny zasklení 396 W/m2
Solární faktor 0,5 198 W/m2
Průměrný výkon pro Prahu v případě, že slunečných hodin je 43 za měsíc Leden 11,4 W/m2
Stupeň využití tepelných zisků 0,7 8,01 W/m2

Energii, která projde do interiéru, nedokážeme využít celou. Je potřeba s touto energií dále pracovat. Výhodou je, když má stavba velké tepelně akumulační schopnosti. Toto zohledňuje stupeň využití tepelných zisků. Pružná otopná soustava je také výhodou. V případě, že nám do místnosti v pasivním domě s malou akumulační schopností a pomalu reagujícím otopným systémem začne svítit slunce, teplota stoupne natolik, že si uživatel pravděpodobně otevře okno i v případě, že venku bude okolo nuly.

Musíme brát také na zřetel, že v létě je nutné se před nadměrnými solárními zisky chránit.

Tepelný most ostěním okna

Jako praktický příklad jsem vybral okno Slavona PROGRESSION osazené ve zdivu z vápenopískových bloků zateplené kontaktním zateplovacím systémem. Viditelná plocha rámu z venkovní strany je minimální a navíc z odolnějšího materiálu, takže můžeme okno osadit blízko líci fasády, aniž bychom se obávali nadměrné degradace vnějšího povrchu vlivem vnějších vlivů.

Obr.1: Schéma ostění okna, vápenopískové bloky, kontaktní zat. systém, okno PROGRESSION.

Obr.1: Schéma ostění okna, vápenopískové bloky, kontaktní zat. systém, okno PROGRESSION.

Na grafu 2 je znázorněn tepelný most v ostění (modrá) a parapetu (červená). U ostění okna dosahuje tepelný most i pozitivních záporných hodnot. To je obecně způsobeno přetažením tepelné izolace přes rám okna. Právě okna Progression nám dávají možnost přetáhnout tepelnou izolaci téměř přes celý rám okna. Nejmenší tepelný most je zde při osazení rámu okna zhruba 110mm od líce fasády.

Obr.2: Tepelný most v ostění a u parapetu.

Obr. 2: Tepelný most v ostění a u parapetu.

Srovnání tepelného mostu a solárních zisků

Na grafu 3 je pak vidět vliv tepelného mostu i vliv stínění zasklení nárožím. V tomto případě se jedná o okno PROGRESSION (rozměr okna 1,2x1,5m). Oba vlivy jsou uvedeny ve wattech, abychom je mohli sečíst a vyhodnotit ideální vzdálenost rámu okna od líce fasády. Je jasné, že vliv stínění lineárně roste. Bavíme-li se o tepelném mostu, ten je nejmenší v případě, že okno je zhruba 110mm od líce fasády. Když oba dva vlivy sečteme, nejmenších ztrát dosáhneme, když okno bude 70mm od vnějšího líce fasády. Téměř shodné jsou ale i okolní hodnoty. Výsledek je podobný v případě, kdy je okno osazeno zhruba od 50mm do 110mm od líce fasády. Proto je nutné zvážit výhodnost toho či onoho řešení s ohledem na jednoduchost a proveditelnost detailu i na architektonické řešení.

Obr.3: Ztráty - tepelný most a ztracené tepelné zisky. Hodnoty viz tab.2.

Obr. 3: Ztráty - tepelný most a ztracené tepelné zisky. Hodnoty viz tab.2:
Vzdálenost okna od líce fasády* mm 30 50 70 90 110 130 145 180 202 222 260
Ψ ostění W/(mK) 0,003 -0,001 -0,004 -0,006 -0,007 -0,007 -0,006 0,000 0,006 0,012 0,018
Ψ parapet W/(mK) 0,006 0,005 0,004 0,003 0,004 0,006 0,008 0,017 0,027 0,038 0,070
Ztráta vlivem tep. mostu** W 0,50 -0,01 -0,32 -0,50 -0,57 -0,53 -0,40 0,44 1,31 2,24 3,68
Zastíněná plocha nárožím m2 0,10 0,12 0,15 0,17 0,20 0,23 0,24 0,29 0,32 0,35 0,39
Ušlý solární zisk*** W 0,76 0,97 1,18 1,39 1,60 1,80 1,96 2,33 2,56 2,76 3,16
součet ztrát (Ψ a Solár) W 1,26 0,96 0,86 0,89 1,03 1,28 1,56 2,76 3,87 5,01 6,84
ts,min1 (konstrukce) °C 17,27 17,52 17,73 17,92 18,14 18,41 18,61 18,66 18,57 18,48 18,37
ts,min2 (zasklení) °C 15,04 15,12 15,17 15,22 15,25 15,29 15,33 15,47 15,57 15,65 15,72
Pozn.:
* 145mm - okno je osazeno do roviny izolace (viz schéma). 260 mm - vnější líc rámu je zarovnán se zdivem.
** Znázorňuje součet tepelných mostů pronásobený teplotním gradientem: Ztráta = Δt⋅Σ(Ψi⋅li); kde Δt=23°C je rozdíl teploty interiéru a průměrné teploty venkovního prostředí v daném měsíci (leden). Okno šířky 1,2m a výška 1,5m. (li jsou délky tepelných mostů - tedy parapet 1,2m; ostění 4,2m; tep. most v nadpraží uvažuji stejný jako v ostění)
*** energie, která by prošla do interiéru zastíněnou plochou, kdyby nároží nestínilo a paprsky by dopadaly na zasklení E=8,01⋅Szastínění rohem

Povrchová teplota v ostění okna

Poloha osazení okna má samozřejmě vliv i na povrchovou teplotu. Povrchová teplota na vnitřní straně zasklení se zvyšuje s rostoucí vzdáleností od exteriéru, takže se chová přesně opačně než tepelný most a solární zisky. Čím víc osadíme okno do tepelné izolace, tím nižší teplota bude. Rozdíly ale nejsou nijak dramatické. Ve správně užívaném, kvalitním domě s kvalitními okny (jako jsou PROGRESSION) ke kondenzaci na povrchu nedojde.

Obr.4: Povrchová teplota v místě styku rámu okna a konstrukce stěny (u připojovací spáry); ti=21°C, te=-15°C, pro výpočet povrchových teplot Rsi=0,25 m2K/W

Obr. 4: Povrchová teplota v místě styku rámu okna a konstrukce stěny (u připojovací spáry); ti=21°C, te=-15°C, pro výpočet povrchových teplot Rsi=0,25 m2K/W

Obr.5: Povrchová teplota v místě styku zasklení a rámu okna (u zasklívací spáry); ti=21°C, te=-15°C, pro výpočet povrchových teplot Rsi=0,13 m2K/W.

Obr. 5: Povrchová teplota v místě styku zasklení a rámu okna (u zasklívací spáry); ti=21°C, te=-15°C, pro výpočet povrchových teplot Rsi=0,13 m2K/W.

Obr.6: Ostění okna - pole teplot

Obr. 6: Ostění okna - pole teplot

Obr.7: Ostění okna - rozložení hustoty tepelných toků. Nejvíc tepla uniká v místě distančního rámečku i v tomto kvalitně řešeném případě, kdy je použit špičkový distanční rámeček Swisspacer V.

Obr. 7: Ostění okna - rozložení hustoty tepelných toků. Nejvíc tepla uniká v místě distančního rámečku i v tomto kvalitně řešeném případě, kdy je použit špičkový distanční rámeček Swisspacer V.
Autor článku: Ing. Jakub Hrdlička

Související témata:

← Zpět