Vliv slunečního svitu na teplotu v budově

Nakolik se v budově oteplí, když vysvitne slunce, záleží na několika parametrech. Sluneční záření dopadá na plochy budovy (okna, střechu, stěny) s proměnlivou intenzitou, která závisí na zeměpisné poloze (zeměpisná délka a šířka), sklonu a orientaci zvažované plochy, na čase (datum a denní doba) a na oblačnosti. Pro výpočet intenzity slunečního záření, které za bezmračné oblohy dopadá na plochu (ve W/m²) lze využít např. tuto kalkulačku [1] (pro zjednodušení zde neuvažujeme možné zastínění vegetací, budovami apod.).

V závislosti na povrchu, na který záření dopadá, je část záření pohlcena a část odražena. Místnosti jsou zahřívány nepřímo zahříváním fasády a střechy budovy a pokud mají okna, také přímo - krátkovlnné infračervené záření proniká skrz okna. Stěny, předměty v interiéru apod. část záření pohlcují a vyzařují ve formě dlouhovlnného záření, které okna odrážejí zpět do interiéru - vzniká tak tzv. skleníkový efekt [2], teplo se v interiéru akumuluje. Celkový nárůst tepelné energie prostoru, objektu či stavby v důsledku absorpce dopadajícího slunečního záření označujeme jako solární zisk [3].

Co se týče solárního zisku skrz okna, hrají zde roli dva parametry - součinitel prostupu tepla celého okna U_w (podílí se na něm kvalita zasklení U_g i rámu U_f) a solární faktor g, který se udává v % slunečního záření, jež oknem projde. Pohybuje se obvykle v rozmezí 20 - 60% [4]. Při výběru oken je třeba rozmyslet, nakolik chceme využít solární zisky - to se může lišit dle orientace oken. Můžeme např. pro okna na jih volit zasklení s nižším solárním faktorem, abychom zabránili nežádoucímu přehřívání v létě. Nebo naopak zasklení s vyšším solárním faktorem, abychom získali co nejvíce tepla v zimním období a na letní období nainstalovat venkovní zastínění oken.

Solární zisk je efektivní forma pasivního vytápění, někdy žádoucí - typicky v chladnějším období či ráno a večer, jindy nežádoucí - typicky v létě či uprostřed dne. Je výhodné počítat se solárními zisky v celkovém návrhu domu a jeho systému vytápění, klimatizacea ventilace.

Příklad - MŠ Vyšehrádek

Se souhlasem vedení školky uvádíme konkrétní příklad vlivu slunečního záření na teploty ve třech třídách - označených jako žlutá, oranžová a zelená - v MŠ Vyšehrádek, Praha. Následující obrázky byly vytvořeny s pomocí naší aplikace Enectiva pro automatizovaný energetický management.

Obr. 1 ukazuje hodinový vývoj teplot ve třídách a výroby energie z fotovoltaiky (FV) umístěné na střeše budovy (v kWh) pro slunečný den 18. 12. 2021. Pozorujeme nárůst teploty s nárůstem výroby z FV (a tedy nárůstem intenzity dopadajícího záření) v zelené a oranžové třídě s prodlevou 1-2 hodiny. To odpovídá běžné zkušenosti, že chvíli trvá, než se místnost prohřeje a poté má určitou setrvačnost. Vidíme, že zelená třída reaguje na sluneční záření rychleji - s prodlevou přibližně 1h, zatímco oranžová třída má prodlevu cca 2h. Vysvětlení spočívá v různé orientaci místností - zelená třída je orientována převážně na východ a tak zaznamená nárůst dříve; oranžová třída je orientována převážně na jih. Žlutá třída je také orientovaná převážně na východ, ale oproti ostatním dvěma třídám se nachází v přízemí, kde může být sluneční záření stíněné v době krátkých dní, kdy je sluneční dráha nejníže nad obzorem. To může vysvětlit absenci výraznější korelace teploty ve žluté třídě a výroby energie z FV. Z obr. 1 dále vidíme, že teploty ve všech místnostech přesahovaly cílové teploty nastavené na 20°C (při neobsazeném prostoru) ve žluté třídě a 21/22°C v zelené a oranžové třídě.

Obr. 2 ukazuje pro stejný den vývoj spotřeby topení ve školce a externí teploty. Správně bylo topení mezi 9/10h a 15/16h vypnuto. Vzhledem k přetopení (patrné z obr. 1) je zde potenciál ještě pro další úspory. Naše doporučení by bylo zavést, vzhledem k rozdílům ve třídách, regulaci po místnostech - instalace IRC systému a optimalizaci teplotních křivek jednotlivých místností. V další řadě pak zvážit započítání vlivu slunečního svitu při řízení vytápění - při vyšší aktivitě FV na střeše budovy by bylo možné dále snižovat výkon topení s uvážením výše zmíněné prodlevy 1-2h.

Při promyšleném využití solárního zisku máme příležitost snížit spotřeby energií. Pokud vás zajímá, jak byste mohli zlepšit efektivitu vašich budov, neváhejte nás kontaktovat.

Zdroje:
[1] https://www.stavebnictvi3000.cz/vypocty/intenzita-a-uhel-dopadu-slunecniho-zareni-na-plochu
[2] https://www.designingbuildings.co.uk/wiki/Solar_gain_in_buildings
[3] https://en.wikipedia.org/wiki/Solar_gain
[4] https://www.peknebydleni.cz/okna-mohou-prinest-i-zisk/