Klíčová slova při návrhu střešních oken – oslunění a prostup tepla

Při navrhování obnovy starších budov a jejich adaptaci pro novou náplň bývá důležitým faktorem, zda je možné vnitřním prostorům zajistit dostatek denního světla. Zvláště v historické zástavbě nelze radikálně změnit původní vzhled objektů. Dostupným řešením pro půdní prostory je využití střešních oken. Oslunění oken lze simulovat pomocí vizualizačních programů, stejně jako tepelné bilance, která klienty zajímá stále více.

Sestava několika střešních oken vedle sebe dokáže přirozeně respektovat konstrukci krovu a výsledkem je široké okno, dělené pouze šířkou krokve. Jednoduchou „výměnou“ je možné krokve zcela vynechat a střešní okna osadit ještě těsněji v nově vložené konstrukci. Sdružování oken je možné jak v horizontálním, tak i vertikálním směru. Okna ve spodní části střechy umožňují kontakt s okolím (z okna by měl vidět i sedící člověk), okna ve vyšší poloze zase dobře prosvětlí vzdálenější místa prostoru, přivádějí světlo hluboko do dispozice.

Střešní okna velkých rozměrů vytvoří novou obvodovou stěnu, jejich zešikmení je přitom šetrné k původní fasádě. Kombinací různých sklonů oken navíc může nový prostor získat dostatečnou podchodnou výšku a plnohodnotně využít celou půdorysnou plochu pro bydlení.

Na silně osluněné jižní strany domů a podkroví je dobré střešní okna doplnit o venkovní markýzu či předokenní roletu a jako zasklení zvolit energeticky úsporné izolační dvojsklo s lepšími tepelně i zvukověizolačními vlastnostmi. Tento typ zasklení má nízkou propustnost tepelného záření g = 0,29 (jen 29 % slunečního tepla pronikne do interiéru). Navíc má zvýšenou odolnost proti mechanickému poškození (vnější i vnitřní sklo) a vnější sklo je opatřeno samočisticí úpravou.

Kvůli nerušenému výhledu z vyšších podlaží je nutné navrhnout střešní okna tak, aby byl jejich spodní okraj ve výšce maximálně 120 cm od úrovně podlahy. Žádá-li klient možnost využití prostoru pod oknem k umístění nábytku, řešení nabízejí kyvná střešní okna. Kyvná střešní okna je třeba navrhnout už od výšky 85 – 110 cm, aby byl umožněn výhled klientovi ven nejen vestoje, ale i vsedě. Výklopně-kyvná střešní okna zprostředkují panoramatický výhled.

Ačkoli to tak na první pohled nevypadá, střešní okna poskytují více světla s okny umístěnými ve vikýřích, ale i v porovnání se svislými fasádními okny. Zajišťují totiž rovnoměrnější osvětlenost prostoru a vykazují vyšší hodnoty jasu. Dokazují to srovnávací studie denního osvětlení těchto oken. Samozřejmě to závisí na jejich správném umístění, s čímž je třeba počítat i při tvorbě návrhů.

Výpočty oslunění
Existují nástroje, jak oslunění prostor s navrženými střešními okny vypočítat. Jedním z nich je například počítačový program Daylight Visualizer 2. Je vhodný pro návrh a analýzu denního osvětlení budov, která umožňuje architektům a projektantům vytvářet vizualizace a fotometrické analýzy, stanovit činitel denní osvětlenosti a zpracovat celoroční bilance a studie oslunění. Ověřovat lze vlastnosti denního osvětlení jak v počáteční fázi architektonického návrhu, tak i při podrobných návrzích konkrétních okenních otvorů nebo při ověřování již navržené budovy.

Aplikace Daylight Vizualizer 2 umožňuje architektům a projektantům vytvářet vizualizace a fotometrické analýzy, stanovit činitel denní osvětlenosti a zpracovat celoroční bilance a studie oslunění. Analyzovat lze vlastnosti denního osvětlení jak v počáteční fázi návrhu samotného architektonického prostoru, tak i při návrhu konkrétních osvětlovacích otvorů nebo při ověřování již navržené budovy.

Pomocí základních modelovacích nástrojů lze vytvořit virtuální prostorový model místnosti či celého objektu. V porovnání se samostatnými modelovacími programy jsou možnosti Daylight Visualizeru 2 sice poněkud omezené, nicméně architekti a projektanti mohou velmi rychle vytvořit základní model, který odpovídá jejich návrhu a je pro potřeby fotometrické analýzy plně dostačující.

Po dokončení půdorysu jsou k dispozici tři typy zastřešení – plochou, pultovou nebo sedlovou střechou. Kromě sklonu střech lze nastavit jejich přesah, který může mít vliv na denní osvětlení uvnitř objektu. Do hotového modelu je možno umístit osvětlovací otvory a poté upravovat jejich polohu a rozměry. Program obsahuje rozsáhlou knihovnu střešních a fasádních oken a dveří.

Nemalý vliv na denní osvětlení místnosti samozřejmě mají povrchy stěn, podlahy, stropu a parametry zasklení osvětlovacích otvorů. Program nabízí možnost využít některý z přednastavených materiálů či v jednoduchém editoru vytvořit materiály další. Do modelu lze doplnit několik základních zařizovacích předmětů, a nasimulovat tak prostředí bytu, kanceláře nebo školní učebny.

Důležitým krokem před samotným výpočtem je výběr konkrétní lokality a orientace vůči světovým stranám.

Fotometrické analýzy
Analýzu jasu lze provést v perspektivním pohledu, řezopohledu nebo půdorysu. Zvolit lze libovolné datum, čas a nastavení exteriérových světelných podmínek.

Základem pro další práci je výpočet fotorealistické vizualizace. Rychlost výpočtu je možné ovlivnit nastavením požadované kvality. Pro potřeby orientačního výpočtu hodnot fotometrických veličin lze zvolit nižší kvalitu, při které je výpočet vizualizace otázkou několika vteřin.

V hotové vizualizaci lze zobrazit jasové poměry pomocí izočar nebo celou vizualizaci převést na jasový snímek s barevným vyznačením průběhu hodnot. Po kliknutí se zobrazí přesná hodnota jasu v konkrétním místě snímku. Díky těmto funkcím lze snadno vyhodnotit uspořádání jasů v zorném poli či v celém navrženém prostoru a následnou vhodnou úpravou návrhu předcházet nebezpečí vzniku oslnění. Obdobně je tomu i při vyhodnocení osvětlenosti místnosti.

Výpočty tepelné bilance
Další variantou je počítačový program EIC Visualiser (VELUX Energy and Indoor Climate Visualizer) vhodný pro ty, kteří se zajímají o energetické úspory staveb a kvalitu vnitřního prostředí v budovách. Program na základě zadání nutných údajů a meteorologických dat vybrané lokality vypočítá roční energetickou spotřebu domu. Vedle energetické náročnosti budovy má tento program k dispozici řadu pomocných veličin, jako je počet hodin s navolenou osvětleností přirozeným světlem, počet hodin, kdy vnitřní teplota nebo intenzita větrání přesáhne zadané hodnoty, dále teploty na konstrukcích a další.

Hlavní přínos programu je v širokých možnostech porovnávání různých kombinací. Kromě tepelných a rozměrových parametrů všech konstrukcí obálky budovy lze měnit orientaci domu vůči světovým stranám, umístění oken, střešních oken a dveří, typ zasklení, nastavení otopné a chladicí soustavy, volit různá nastavení a režimy samočinného nebo nuceného větrání, to vše kombinovat s účinky před použitím okenních rolet a po instalaci venkovních markýz či vnitřních rolet a žaluzií.

Program EIC Visualiser pracuje s meteorologickými daty 54 měst světa, a umožňuje tak v podstatě každému provést vlastní hodnověrný odhad energetické náročnosti navržené budovy. EIC Visualiser však nebyl navržen s tím, aby sloužil pro výpočet průkazu energetické náročnosti budovy.

Úspor energie i při dostatečném zasklení podkrovních prostor domu lze dosáhnout různými způsoby. Není nutné doporučovat klientům pořízení klimatizace, existují přirozenější a méně nákladné metody, které nepoškozují životní prostředí. Jedna z možností je stínění předokenními roletami či markýzami. I při zatažené markýze lze větrat. Test provedený v laboratorních podmínkách ukázal, že zatímco teplota venku před oknem byla na pražícím sluníčku 37,3 °C, uvnitř za oknem krytým markýzou klesla o 8 °C. Výhodou je i to, že snižují hluk zvenčí až o 3 dB.

Další velmi efektivní metodou je noční větrání, které funguje na principu příčného provětrání či komínového efektu – teplý vzduch stoupá vzhůru, uniká ven nahoře umístěným oknem a spodním oknem přichází čerstvý chladivý vzduch zvenku.

Příklady prostupu tepla různými typy střešních oken

Standardní zasklení – použito energeticky úsporné dvojsklo 59. Součinitel prostupu skla je U_G = 1,1 W/(m²K).

Nízkoenergegetický standard zasklení – bylo použito izolační trojsklo 65. V tomto modelu byla nahrazena zasklení všech oken a dveří zasklením 65, které je označováno jako Super low energy se součinitelem prostupu sklem 0,5 W/(m²K) a celého okna U_W = 1,0 W/(m²K).

Výsledek předčí předešlý model z pohledu energetické spotřeby. Zasklení s vysokou tepelnou izolací má však nižší propustnost světelného záření, proto se mírně zhorší míra osvětlení denním světlem. Také doba, během níž vystoupá teplota nad 26 °C, je kratší, ale jak ukáže další modelový příklad, je vhodné se prostupujícímu letnímu teplu bránit i venkovními stínicími doplňky.

Varianta s předokenními roletami
Tabulka 3 ukazuje, že aplikací předokenní rolety na střešní okno se zlepší vnitřní klima, ale také spotřeba energie k vytápění. Spuštěná předokenní roleta přispívá k tepelné ochraně okna v chladném období – omezuje prostup tepla a zpomaluje ztrátové proudění vzduchu podél skla. „Zateplování“ předokenní roletou ve dne v zimě však způsobí zkrácení doby, kdy přirozené osvětlení dosahuje úrovně vyšší než 25 luxů.

Aplikace solárních panelů
V případě orientace oken na jižní stranu a pokud sousední budovy nevytvářejí stín, je možné navrhnout také solární kolektory k ohřevu vody slunečním teplem. Počet a celková plocha solárních kolektorů se bude odvíjet od řady faktorů, například od počtu osob, které v domě žijí, od jejich spotřeby teplé vody, od sklonu střechy a orientace jejího hřebene vůči světovým stranám, a také od vzdálenosti kolektoru od solárního zásobníku (protože v potrubí se část tepla ztratí). Solární kolektory nejlépe fungují na šikmých střechách situovaných na jihovýchod, jih nebo jihozápad. Propočty vhodné kapacity a instalaci solárních panelů je lepší přenechat specializovaným firmám.

Ing. arch. Věra Konečná, (red) s využitím informačních materiálů společnosti VELUX
Foto: VELUX

Článek byl uveřejněn v časopisu ASB.