Solární architektura
Zdá se vám kacířská myšlenka vyslovená německou architektkou Kennedyovou v roce 1992, že jedním z nejvýraznějších činů, jimiž můžeme prospět ekologii, je prostě nestavět? Zdá se vám to příliš silná káva? V porovnání s tímto radikálním názorem bude prosazování výstavby nízkoenergetických domů (NED) jen jejím slabým odvarem. Kdo si zvolí tuto cestu, nevyhne se ani úvaze o využívání solární energie. Jedním z prvních kroků je najít způsob, jak nejmoudřeji nastavit tvář domu přímé sluneční energii.
Dům není slunečnice
Nastavit tvář slunci a cítit teplo, které se rozlévá po celém těle… Příjemné a užitečné, ale i pro obyčejného pozemšťana jen do jisté míry. Jinak to funguje v létě, jinak v zimě. Slunečnice to mají geneticky naprogramováno: točí se za sluncem, než dozrají. K tomu, aby dům dozrál do sluneční architektury a nastavil své čelo co nejúspěšněji slunci, potřebuje hned na začátku dobrý koncept. Pokud se vydaří, potom se budou obytné místnosti koupat v paprscích přímého slunečního záření tak, jak potřebuje to či ono roční období, okolní terén, orientace a tvar domu.
Jak se dům zorientoval
Zimu a začátek jara provází sluneční záření nižší intenzity, a tak sluneční dům potřebuje najít tu nejpřijatelnější polohu, v níž může vytěžit maximum slunečního záření. V případě novostavby nízkoenergetického či pasivního domu zkušený architekt navrhne přiměřený tvar a hmotu stavebního objektu, která bude v souladu s urbanistickou koncepcí prostředí a vezme v úvahu terén i umístění pozemku. Jednodušeji – jiné podmínky vytváří rovina, jiné svahovitý terén či údolí, nejpřijatelnější však jižní svah, na němž lze získat výhodu spádu pozemku. Nemělo by se zapomínat na směr převládajících studených větrů a vztah k okolní vegetaci. Na co se soustředí už nejen znalci feng-šuej, ale také architekti slunečních domů? Na ideální natočení ke světovým stranám. Pasivní sluneční konstrukční systém nízkoenergetického domu zachytává sluneční energii především svou stavbou: co nejvíce osluněnými plochami na své jižní a jihozápadní straně.
Nejefektivnějším sběračem slunečního záření je jižní fasáda. Větší odchylky orientace domu nepříznivě ovlivňují funkci celého systému. Jak říkají Ing. Naďa Langová a doc. Ing. Jozef Víglaský ve svém příspěvku Slunečné domy (1) na www.tzb-info.cz, přípustná odchylka od jižní azimutální orientace je přibližně 22,5° s upřednostněním orientace na jihojihozápad. Sluneční orientace domu, a tím i využití jednoho z obnovitelných zdrojů energie naráží mnohdy na nepochopení úřadů a často bojuje o svou opodstatněnost s požadavkem na dodržení uliční čáry, směru zástavby nebo hřebene střechy. Architekti spolu se stavebníky hledají potom náhradní řešení, jak kompenzovat rozdílné světelné podmínky vzhledem ke světovým stranám.
V konečném důsledku jde o nejvyšší zisky z využívání sluneční energie a minimalizaci tepelných ztrát objektu. Solární pohodu si dům vytvoří nejsnadněji, když jižní straně vystaví svou prosklenou tvář a záda mu bude od severu chránit celistvější fasáda, případně se její část zapustí do svahu.
Sluneční architektura
Na pasivní prvky solární architektury myslí architekti slunečních domů už v počátečním návrhu. Při koncepci domu je nevyhnutelné dbát na zachytávání tepelné sluneční energie během studených měsíců a v letním období zase na bránění přehřívání interiéru. Tepelnou bilanci NED mohou vylepšit jednoduché pasivní prvky: sluneční okna, zimní zahrady, transparentní izolace, ale v nabídce jsou i hybridní konvektivní systémy (okenní či vzduchové kolektory a tepelněakumulační stěny). V minulé i současné architektuře se z tepelného hlediska nejvíce osvědčila jednoduchá dispozice domu se vstupem z východní nebo severní strany.
Všechno to bude lépe fungovat pod podmínkou, že se dům bude důsledně řešit podle teplotních zón. Zónování dispozice solárního domu bylo sice na výsluní koncepce nízkoenergetických domů první a druhé generace od začátku sedmdesátých let minulého století, ale i v současnosti ho architekti rádi využívají pro větší psychický a tepelný komfort v domě. (Díky zlepšení tepelněizolačních vlastností stavebních konstrukcí už není tento způsob stavění nezbytnou podmínkou pro dobře fungující nízkoenergetický dům, ale stále platí tendence proslunění obytné části domu.)
Jedním z poznávacích znaků solární architektury je vnější vzhled domu: víme, že téměř plně prosklená strana otevřená slunci směřuje na jih. K této fasádě architektonický návrh přiřazuje obytné místnosti. K odvrácené straně domu, která hledí na sever jen minimálním počtem oken nejmenších možných rozměrů, vytvoří projekt místo nárazové tepelné zóny, do níž navrhne méně vytápěné prostory: koupelny, WC, chodby, schody, předsíně, komoru, šatnu, dílnu nebo sklad.
Nárazová severní zóna řešená tak, aby se díky tepelněizolačním opatřením a malým podílem okenních otvorů minimalizovaly tepelné úniky, chrání svým umístěním obytnou část domu. Od jádrové zóny ji odděluje masivní tepelněakumulační stěna. Stropy v severní zóně jsou vybudovány z masivní konstrukce, v jádrové zóně z lehké dřevěné konstrukce. Je to způsob, jak v létě zabránit extrémnímu přehřátí prostorů střední zóny. Jádrová zóna je otevřená směrem na jih, odkud přijímá tepelné zisky ze slunečního záření, které se do ní dostávají z jižní zóny, konstrukčně předsazené před objekt.
V zimním období proudí teplý vzduch do severní části domu, v létě naopak – studený vzduch ze severní části ochlazuje přehřátý vzduch v obytné části. Zimní zahrada tvoří oddělený systém, který v létě odvádí přehřátý vzduch otvorem v horní části skleníku. Teplotní rozdíl mezi zónami by neměl překračovat 5 až 8 °C, v případě potřeby je vhodné zabezpečit temperování vyrovnávacích místností. Klíčem k pochopení dispozice slunečního domu je princip soustřeďování místností s podobnými požadavky na tepelnou pohodu do jednotlivých zón.
Okýnka, okna a velké prosklené plochy
Okna a prosklené plochy slunečního domu osazené na jižní fasádě jsou navrženy tak, aby i v zimních měsících, kdy je míra oslunění nižší, dosahovaly co nejvyšších tepelných zisků.
Prosklení velkých ploch umožnily nové stavební materiály s možností úspory energie, aniž by se snížila optická propustnost skla. Použita jsou izolační dvojskla nebo trojskla. Do rámů se osadí tři skleněné tabule ve vzdálenosti přibližně 12 mm. Verze s postříbřeným středním sklem přímo zabezpečí ochranu proti nadměrnému průniku slunečního záření, ale i tepelným ztrátám. Důležitá pro akumulační schopnost systému solárního domu je i přiměřená velikost oken. Jejich plocha by neměla přesáhnout čtvrtinu podlahové plochy osvětleného interiéru a také čtvrtinu plochy vnějších stěn. Minima spotřeby energie na vytápění v případě jižní orientace oken lze dosáhnout při 30 až 45 % jejich plochy z plochy obvodové stěny. Velká okna se kombinují se stínicími prvky, které v létě zabraňují nadměrnému ozáření sluncem. Zastínění oken a prosklených ploch se stává výrazným architektonickým prvkem. Stínicí technika neslouží jen v letních vedrech, ale i během chladných nocí, kdy pomáhá chránit dům proti únikům tepla.
Zimní zahrada umístěná na východní nebo západní straně fasády může fungovat jako nevytápěný sluneční kolektor a dodatečná izolační vrstva v případě, že není celoročně obyvatelná. Tímto umístěním zimní zahrady zůstane jižní fasáda volná pro okna a přitom se zachová zásobování místností teplým předehřátým vzduchem ze zimní zahrady do ostatních částí domu. Prosklená lodžie nebo balkon jsou vlastně malou zimní zahradou bytu: dodatečně izolují, vyhřívají prosklený prostor a předehřívají vzduch.
Zimní zahrady a prosklené fasády jsou součástí moderní architektury a významně se podílejí na jejím konečném vzhledu.
Dům s přímým využitím sluneční energie, tzv. Sokratův dům – podélný řez a půdorys
1 – letní slunce, 2 – zimní slunce, 3 – terasa (ochranná zóna z jihu), 4 – obytný prostor, 5 – skladovací prostor (tepelná ochranná zóna ze severu)
Dispoziční řešení tohoto domu vychází z lichoběžníkového tvaru řezu i půdorysu. Nejrozměrnější jižní fasáda je vyvýšená tak, aby pultová střecha umožňovala slunečním paprskům v zimním období dostat se co nejhlouběji do interiéru. Střecha je řešena tak, aby v létě stínila a zabraňovala nadměrnému přehřívání vnitřních prostorů. U severní stěny, která je jako nárazová tepelná zóna, je skladovací prostor (Ing. Naďa Langová, PhD., doc. Ing. Jozef Víglaský, CSc., Slunečné domy (1), www.tzb-info.cz).
Závěr
Solární architektura může přispět až k patnáctiprocentním úsporám energie potřebné k vytápění budov. Podíl sluneční energie, která je nevyčerpatelným zdrojem, ještě před dvěma lety nepřesáhl při vytápění 0,6 %. Při jejím využívání se zvažuje intenzita slunečního záření a počet hodin slunečního svitu. Klimatické podmínky u nás jsou podobné těm v Rakousku, kde je výstavba slunečních domů rozšířená a státem výrazně podporovaná. Stavby, které se navrhují pro optimální zachycení a využívání sluneční energie, jsou ve světě tak rozšířené, že se podepsaly pod vznik architektonického stylu – sluneční architektury.
Marína Ungerová
FOTO: TASCHEN, TOAST – Libor Stavjaník a Dušan Tománek, Dano Veselský a redakce
