Teorie stínění - pro odborníky

Sluneční záření je elektromagnetické vlnění o spektru vlnových délek, které před vstupem do zemské atmosféry připomíná spektrum absolutně černého tělesa o povrchové teplotě cca 6000 K. Sluneční spektrum se obvykle dělí na tři hlavní části:

1.Ultrafialové sluneční záření s vlnovými délkami menšími než 390 nm, které před vstupem do zemské atmosféry tvoří asi 4 % energie celkového slunečního záření a jež je ze značné části absorbováno atmosférickým ozónem ve stratosféře,

2. Viditelné sluneční záření s vlnovými délkami od 390 nm do 760 nm vytvářející spektrum barev od fialové po červenou. Tvoří asi 45 % energie celkového slunečního záření před vstupem do atmosféry,

3. Infračervené sluneční záření, které má vlnové délky větší než 760 nm a před vstupem do atmosféry tvoří přibližně 51 % z toku energie slunečního záření.

Toto celkové sluneční záření při dopadu na výplň otvoru (většinou okna) je rozděleno v závislosti na technických parametrech výplně a to na:

• Transmitující záření - záření, které je oknem propuštěno do interiéru, součinitel transmise záření te nabývá hodnot 0 až 100% neboli 0 až 1
• Odražené záření - záření, které je oknem odraženo zpět do venkovního prostoru, součinitel odraženého záření re nabývá hodnot 0 až 100% neboli 0 až 1
• Absorbované záření - záření, které je oknem pohlceno a zvyšuje jeho teplotu, součinitel absorpce záření ae nabývá hodnot 0 až 100% neboli 0 až 1

výsledně pak vždy platí rovnice:

Do vztahu pro výpočet celkového činitele prostupu sluneční
energie "g" vstupují další dva činitele:

q_a - činitel sekundárního přestupu tepla do exteriéru
q_i - činitel sekundárního přestupu tepla do interiéru

Pro výše uvedený případ by tedy platilo, že ze 100% dopadající sluneční energie projde do interiéru 58%.
Celkový činitel prostupu sluneční energie bez clony se pak vypočítá podle rovnice

Na obrázku je znázorněn vzorový případ okna bez clony.

Hodnota tohoto činitele g pro teoretický výpočet je většinou stanovena výrobcem okenních tabulí nebo oken a je označována jako SF - celkový činitel prostupu sluneční energie.

V případě, že použijeme protisluneční clonu se činitel prostupu sluneční energie nazývá g_total. Na obrázku je znázorněn vzorový případ okna se sluneční exteriérovou clonou - fasádním stíněním.

Jestliže chceme zjistit rozdíl mezi činitelem prostupu sluneční energie okna bez clony - g a činitelem prostupu sluneční energie okna opatřeným clonou - g_total, potřebujeme znát velikost tzv. redukčního součinitele F_c, který je definován dle DIN 4108. Hodnota tohoto součinitel se může pohybovat mezi 0 (teoreticky nejlepší ochrana proti slunečnímu záření) a 1 (žádná ochrana proti slunečnímu záření, v tom případě g = g_total). Čím menší je součinitel F_c tím účinnější je ochrana proti slunečnímu záření, je menší prostup energie a jsou nižší nároky na klimatizaci.

Podíl obou činitelů g a g_total je definován jako hodnota F_c, neboli redukční součinitel ochrany proti slunečnímu záření.

Celkový činitel prostupu sluneční energie s ochranou proti slunečnímu záření g_total se pak vypočítá podle rovnice

Stanovení přesné hodnoty součinitele F_c je velice obtížné, neboť účinnost protisluneční ochrany závisí na mnoha faktorech. Nejvíce ovlivňující faktory jsou např. součinitel transmise záření samotné clony (závisí na použitém materiálu), barevné zpracování clony atd.

1. Účinnost clony v závislosti na umístění

clona umístěná mezi okenními křídly má účinnost 3 - 4x lepší než umístěná v interiéru

clona umístěná v exteriéru má účinnost 7 - 10x lepší než umístěná v interiéru

Vzorové hodnoty redukčního součinitele F_c pro jednotlivé pozice clon

2. Účinnost clony v závislosti na odvětrávání slunečního záření

3. Účinnost clony v závislosti na poloze v exteriéru

Čím je clona v exteriéru dále od výplně otvoru, tím se hodnota redukčního součinitele Fc snižuje. To znamená, že se snižuje i hodnota celkového činitele prostupu sluneční energie. Jinými slovy zvyšuje se tak účinnost vlastní protisluneční clony.

Teorie stínění - příklad

Příklad:

Slunce září na okno o velikosti 1m². Sluneční paprsky mají obsah energie 600 W/m². Celkový činitel prostupu sluneční energie okna bez clony má hodnotu g = 0,58. Kolik sluneční energie projde do interiéru

a) oknem bez clony?
b) oknem se clonou umístěnou v interiéru?
c) oknem se clonou umístěnou v exteriéru (fasádní stínění)?

a) energie prošlá do místnosti = 600 W/m² × 1m² × g = 600 × 1 × 0,58 = 348W
b) energie prošlá do místnosti = 600 W/m² × 1m² × g_total = 600 × 1 × g × Fc = 600 × 1 × 0,58 × 0,42 = 146,2W
c) energie prošlá do místnosti = 600 W/m² × 1m² × g_total = 600 × 1 × g × Fc = 600 × 1 × 0,58 × 0,1 = 34,8W

Pro maximální snížení tepelných zisků přímým slunečním zářením je třeba dbát i těchto zásad:

1. V případě použití fasádního stínění je vhodné použití světlejších barev stínících clon, neboť právě ty mají menší absorbci než clony tmavší. Při této menší absorbci je zajištěno menší vyzařování tepelné energie do prostoru kolem clony a tím je omezen i následný přestup tepla do interiéru.
2. Mějte okna otevřená jen po tu dobu, kdy je venkovní teplota nižší než vnitřní.
3. Jestliže je třeba větrat při vysoké venkovní teplotě, větrejte krátce a intenzivně.
4. Při regulaci slunečního záření dbejte na to, aby zůstalo zachováno osvětlení přirozeným denním světlem

Závěrem

Nejlepší účinnost z protislunečních clon mají prvky fasádního stínění, které zabrání, aby sluneční záření pronikalo oknem do interiéru. Nedochází tak k zahřívání jednotlivých předmětů uvnitř, které by mohly následně zvyšovat teplotu v interiéru. Málo účinné je z tohoto důvodu použití interiérového stínění (žaluzie, rolety, plisé), které pohlcuje sluneční záření prošlé oknem a poté samo zahřívá vnitřní prostor. Navíc v případě přirozeného odvětrávání prostoru mezi clonou a výplní otvoru dosahují prvky fasádního stínění ještě větší účinnosti. V místnosti je potom výrazně větší tepelná pohoda.

Stínící technika a osvětlení interiéru

Využití stínicí techniky nemá v tuzemských podmínkách dlouhou tradici. Rolety se spojovaly zejména s ochranou soukromí a zabezpečením, jejich uplatněním v roli ochrany před vlivy vnějšího prostředí (světlo, teplo) se zabýval málokdo. A tím méně úsporami energie, které použití rolet přináší. Podobný přístup lze najít i u žaluzií a dalších systémů stínicí techniky. Výrazný růst poptávky po prvcích sluneční (a pohledové) ochrany se projevuje teprve v posledních letech. Nicméně pohled laické - a bohužel nezřídka i odborné - veřejnosti na tuto problematiku se stále ještě udržuje spíše v této rovině.

Navíc je výbava bytu, rodinného domu i kancelářských prostor stínicí technikou stále chápána jako nadstandard, zbytný doplněk, bez kterého se lze snadno obejít.

Samozřejmě, úloha prvků sluneční a pohledové ochrany pro zajištění soukromí je nezpochybnitelná, avšak byla by chyba držet se pouze tohoto jednoho úhlu pohledu. Zejména dnes, kdy řešení fasád často nabízí široké otevření vnitřních prostor do okolní krajiny využitím bohatě prosklených ploch. Je jistě nádherné z takové místnosti pozorovat západ slunce. Nesnesitelné však mohou být odpočinek, studium nebo i pouhý pobyt v takové místnosti v letním odpoledni, pokud není vyřešeno vhodné zastínění.

Již před 10 lety prováděla v USA agentura Louis Harris Institute výzkum pro firmu Steelcase, velkého výrobce kancelářského nábytku. Tento výzkum se týkal názoru respondentů na světelné podmínky v kancelářích. Vyplynulo z něj, že nevhodné světelné podmínky („visual discomfort") jsou stále méně přijatelné. 64% respondentů označilo za svůj hlavní problém zrakovou únavu, 86% pak bylo přesvědčeno, že osvětlení je hlavní příčinou jejich únavy a zrakových obtíží. 76% respondentů označilo špatné osvětlení jako příčinu snížené produktivity a 74% si přálo mít možnost přizpůsobit světelné podmínky na pracovišti svým potřebám. Obdobné výzkumy se prováděly i ve Francii v podstatě se shodnými výsledky.

V oblasti bydlení lze očekávat, že výše uvedené problémy budou také existovat, budou však méně zřetelné, neboť zde si - na rozdíl od pracoviště - každý může otázky osvětlení vyřešit podle svého a ke své spokojenosti. Je ovšem otázka, jak takové řešení vypadá a jak je účinné. Proto je důležité věnovat otázce zastínění pozornost i u nově budovaných objektů rezidenční sféry již při jejich návrhu.

Abychom mohli názorně předvést, jaký vliv má vhodné zastínění na světelné poměry v interiéru, byla vytvořena virtuální pracovna s okny orientovanými jižním směrem. Je vcelku jedno, zda se jedná o jednu kancelář velké firmy nebo o domácí pracovnu. A pokud si představíme místo kancelářské židle křeslo a místo monitoru počítače televizor (a samozřejmě trochu jiný nábytek) lze stejné úvahy vztáhnout i na obývací pokoj. Simulace znázorňují situaci v časném dopoledni.

Nejprve si prohlédněme pracovnu „normálníma" očima, tak ji vidí její uživatel. Bez použití stínicích prvků je místnost nasvícená velmi ostře, najdeme zde velké kontrasty i intenzivní odlesky.

Následující obrázek dokumentuje změnu světelných poměrů v místnosti, pokud se použije vhodné zastínění.

Samozřejmým důsledkem je snížení maximálních hodnot jasu, daleko významnější však je snížení kontrastu neboli vyrovnání rozdílu mezi maximální a minimální hodnotou jasu. Právě velké rozdíly mezi nejtemnější a nejjasnější vnímanou plochou v zorném poli jsou jednou z hlavních příčin zrakové únavy. Nemusí se jednat jen o přímé osvícení sluncem, stejně rušivé a nežádoucí je i zrcadlení hladkých ploch či již zmíněné odrazy a odlesky.

Představme si nyní, že obě situace zobrazíme v pohledu, znázorňujícím rozložení hodnot jasu v barevné stupnici:

Zatímco místnost snímaná bez zastínění doslova hýří barvami, po zastínění se pohled výrazně zklidnil, červená barva vysokých hodnot jasu se zde téměř nevyskytuje. Velmi jasné plochy oblohy, osvícené stěny a podlahy a různých odlesků téměř zmizely. Velmi důležité je si na tomto místě uvědomit, že zastínění NENÍ zatemnění, ale pouze omezení přímého osvícení sluncem, které nepřináší výrazný pokles intenzity osvětlení v interiéru. Dobře je tento stav vidět na pravé boční stěně a podlaze v blízkosti okna, jejichž barva se prakticky nezměnila (a tedy ani jas).

Podívejme se na tutéž místnost ještě jednou, tentokrát opět reálným pohledem uživatele zdejšího počítače:

Jeho zrak je zaměřen na monitor (vnitřní plocha diagramu), přitom však vnímá jak nejbližší okolí počítače (střední plocha), tak periferním viděním i okolí poměrně široké (vnější plocha).

Zastíněná místnost s rezervou splňuje podmínky pravidla 1/3/10, jehož princip je znázorněn na následujícím obrázku:

Zorné pole lidského oka lze rozdělit na tři zóny: velmi blízkou, blízkou a periferní. Ve velmi blízké zóně se nachází předmět našeho zájmu, na který je náš zrak zaostřen. Blízká zóna je vymezena kuželem o vrcholovém úhlu 30°. Do periferního vidění pak spadá vše, co je uvnitř kužele o vrcholovém úhlu 90°. Pokud tedy jsme soustředěni na předmět na pracovní ploše stolu, kde je hodnota jasu 250 Cd/m2, pak by jas předmětů vnímaných v blízké zóně neměl překročit hodnotu 750 Cd/m2 a v periferním vidění 2500 Cd/m2. V nezastíněné místnosti obvykle nelze toto doporučení realizovat, jak názorně dokládá obrázek (obr. 4).

Funkce zastínění je optimální, pokud je instalace stínicích prvků uvažována již od samotného počátku návrhu. Pak lze zastínění pojmout nejen jako technické zařízení konkrétního určení, ale také jako architektonický prvek. Dodatečná řešení nutí ke kompromisům v jednom či druhém směru.

Neoddělitelnou součástí rozhodování o použití stínicí techniky je i úvaha o tom, jak bude tato technika ovládána a řízena. Efektivní využití umožňují motoricky poháněná zařízení, ovládaná elektronickými řídicími systémy. Podle počtu a typu ovládaných zařízení a podle způsobu jejich ovládání lze v předstihu připravit projektovou dokumentaci pro silno- i slaboproudé rozvody a zajistit jejich včasné a hlavně korektní vybudování. Pokud se rozvody pro ovládání stínicí techniky budují dodatečně nebo bez dostatečné znalosti věci, komplikace jsou nevyhnutelné.

Důležité také je si uvědomit, že motoricky poháněné a systémově řízené prvky exteriérové sluneční ochrany, zejména žaluzie, screeny a markýzy, jsou vybaveny automatickým zabezpečením proti zničení větrem. Při větrném a zároveň slunečném počasí jsou tato zařízení zaparkována v klidové poloze, neposkytují ochranu před sluncem a nelze je ovládat ani místními uživatelskými ovladači. Proto je vhodné při použití takového zastínění myslet i na doplňkové interiérové stínicí prvky.