Vliv zasklení lodžií na úspory v panelových domech s ohledem na vnitřní klima
Dodatečné zasklení lodžií panelového domu může značně ovlivnit energetickou bilanci i vnitřní mikroklima jednotlivých bytů. Efekty zasklení nejsou zcela jednoznačné a budou se odvíjet od konkrétního konstrukčního řešení, původních vlastností budovy, ale i způsobu jejího provozu a chování uživatelů. Uvedená studie analyzuje pomocí podrobných simulačních metod několik modelových případů zasklených lodžií a snaží se vyjádřit potenciální úspory energií a některé vlivy na vnitřní mikroklima přilehlých obývaných prostor.
Úvod
Na první pohled zřejmým efektem po realizaci zasklení je zvýšení teploty v prostoru lodžie a následné zmírnění tepelných ztrát do exteriéru. Na druhé straně zasklení lodžie sníží pasivní solární zisky do přilehlé zóny za lodžií. Průběh teploty v lodžii pak bude značně závislý na výměně vzduchu mezi lodžií a exteriérem (těsnosti spár zasklení). Významnou roli bude samozřejmě hrát také tepelný odpor a spárová průvzdušnost konstrukcí oddělujících lodžii od vytápěného prostoru. Hygienicky nutný přívod čerstvého vzduchu do obývaného prostoru pak může být po zasklení lodžie velmi omezen a bude zásadním způsobem záviset na zvyklostech uživatele, co se týče větrání.
Těsnost lodžiového zasklení
Obecně lze konstatovat, že při správném užívání bude vysoká těsnost zasklení nejspíše přínosem. Často je však pravidelné větrání komplikované a z hlediska uživatele nekomfortní. V takových případech je záměrně vynecháno těsnění a mezi tabulemi je ponechána několik milimetrů silná spára.
 Obr. 1 Mezera mezi tabulemi zasklení lodžie |
 Obr. 2 Příklad nedostatečného větrání lodžie |
Pro potřeby následných výpočtů jsou CFD modelem stanoveny spárové průvzdušnosti pro různé šířky mezery mezi tabulemi. Modelována je spára o šířce 0,5; 1,0 a 2,0 mm mezi tabulemi tloušťky 4mm za různých tlakových diferencí. Ukázku modelu uvádí Obr. 3.
 |
 |
Obr. 3 CFD model proudění vzduchu spárou mezi tabulemi zasklení
Z modelovaných stavů jsou následně vypočteny závislosti průtoku vzduchu na tlakovém rozdílu. Z důvodu následného využití v software IES <VE> je spárová průvzdušnost stanovena v jednotkách [m2/(s.Pa0,60)]. Následující Obr. 4 uvádí modelové stavy a vypočtené spárové průvzdušnosti.
Obr. 4 Stanovení spárové průvzdušnosti pro různé tloušťky mezery mezi tabulemi zasklení
Běžnou šířkou spáry mezi zasklením jsou cca 2 mm (viz Obr. 1). Pro takový případ je vypočtená spárová průvzdušnost iLV = 0,00175 m2/(s.Pa0,60) (viz Obr. 4). Takováto hodnota je cca trojnásobkem běžné hodnoty spárové průvzdušnosti původních vstupních dveří panelových objektů (nejčastěji se vyskytující hodnotou je iLV = 0,00056 m2/(s.Pa0,67) [1]. V případě uvažování spáry šířky 0,5 mm bude mít součinitel spárové průvzdušnosti hodnotu iLV = 0,00028 m2/(s.Pa0,60), což je hodnota asi o polovinu vyšší, než kterou vykazují okna původní zástavby (iLV = 0,00019 m2/(s.Pa0,67))[2].
Podrobný simulační model panelového objektu soustavy VVÚ ETA
Pro vyhodnocení vlivu zasklení lodžií je simulováno chování osmipodlažního objektu panelové soustavy VVÚ ETA postaveného po roce 1979. Byty objektu typu 3+1 o podlahové ploše cca 73 m2 (obestavěný objem 210 m3) mají lodžie šířky 6,0 m z jižní i severní strany. Na modelovém objektu se vyskytují identické byty jak se zasklenými lodžiemi, tak bez zasklení, v původním stavu (viz obrázek 5 -žlutě znázorněn parapet lodžie a markýza).
Obr. 5 Simulační model objektu panelového domu VVÚ ETA
Parametry původních konstrukcí objektu odpovídají obvyklým hodnotám po změně tepelně - technické normy v roce 1979 (např. pro součinitel prostupu tepla obvodových stěn je použita hodnota přibližně U= 0,60 W/(m2.K), pro střešní plášť potom cca U= 0,40 W/(m2.K)). Modelové byty mají dvě ložnice ze severní strany. Z jižní strany sousedí s lodžií obývací pokoj a kuchyně (viz obrázek 6).
Obr. 6 Model simulovaného bytu s lodžiovým zasklením z jižní strany
Pro ověření výstupních hodnot z dynamického simulačního modelu je proveden výpočet energetické náročnosti po měsících podle metodiky ČSN EN ISO 13790, kdy při uvažované intenzitě větrání (násobnosti výměny vzduchu) n = 0,5 1/h vykazuje byt v původním stavu bez zasklených lodžií měrnou potřebu tepla na vytápění 73 kWh/(m2.rok). Graf (viz Obr. 7) uvádí porovnání měsíční energetické bilance podle zmíněných dvou metodik výpočtu pro zcela nevětraný byt. Lze konstatovat, že výpočet podle měsíční metodiky se v tomto případě velmi dobře shoduje s dynamickou simulací, kdy pro teploty venkovního vzduchu a hodnoty intenzit slunečního záření je použita klimatická databáze pro pražské podmínky generovaná pomocí SW Meteonorm. Průměrné měsíční hodnoty globálního slunečního záření na vodorovnou plochu jsou téměř shodné s pražskými daty standardně používanými při výpočtech podle ČSN EN ISO 13790 (např. data měřená ČHMÚ z období 1961 - 1990). Průměrné měsíční teploty podle Meteonorm jsou pak v průměru přibližně o 1°C vyšší.
Tab. 1 Porovnání průměrných měsíčních teplot klimatické databáze Meteonorm a ČHMÚ 1961 - 1990
Obr. 7 Porovnání měsíční energetické bilance podle ČSN EN ISO 13790 a dynamické simulace IES <VE> pro nevětraný byt (viz varianta č. 0 v tabulce 2)
Popis hodnocených variant
Je zřejmé, že zasklení lodžie bude mít jiný vliv v případě nerekonstruovaného bytu s původními netěsnými okny než u objektu s novými okny a např. ještě zateplenou obvodovou stěnou.
Pro vyjádření důsledků zasklení lodžie je uvedeno sedm variant s různým režimem větrání a různými parametry konstrukcí. U každé varianty je vždy porovnána dvojice identických bytů, kdy jeden z bytů má zasklenou lodžii a druhý ne. Popis hodnocených variant uvádí Tab. 2.
Varianta č. 0 uvažuje obvodové konstrukce (stěny a okna) v původním stavu. Větrání se u této varianty realizuje pouze infiltrací (okna jsou tedy stále zavřená). U bytu se zasklenou lodžií je pak uvažováno s neutěsněnými spárami tloušťky 2,0 mm mezi tabulemi zasklení se spárovou průvzdušností iLV = 0,00175 m2/(s.Pa0,60). Lodžiové zasklení je rovněž uvažováno stále zavřené.
Varianta č. 1 uvažuje oproti variantě 0 manuální větrání okny na základě parametrů vnitřního prostředí. Pro obývací pokoj je v zimním období uvažováno, že uživatel otevře okna v případě, že koncentrace CO2 v dané místnosti stoupne nad 2000 ppm. V letním období potom přistupuje ještě podmínka větrání na základě teploty vzduchu v místnosti (v případě teploty vyšší nežli 27°C, bez ohledu na teplotu vzduchu na lodžii).
Profil větrání v ostatních místnostech není z důvodu rozsahu článku rozebírán.
Ve variantě č. 2 je oproti předchozímu stavu počítáno s utěsněním spár mezi tabulemi zasklení (pro spárovou průvzdušnost je použita hodnota 0,00028 m2/(s.Pa0,60).
Jelikož se dá v případě utěsněných spár zasklení předpokládat výměna vzduchu přes prostor lodžie do interiéru jako nedostatečná, je ve variantě č. 2A počítáno s otevřením lodžiového zasklení vždy, když se otevře okno z obývacího pokoje na lodžii.
Varianty č. 3 - 4A dále uvažují postupně s instalací nových plastových oken a zateplením obvodové stěny (viz Tab. 2).
Tab. 2 Popis hodnocených variant konstrukcí a režimu větrání pro modelový byt
Pozn.: režim A značí větrání místnosti na základě koncentrace CO2 a teploty v interiéru
režim A** značí otevření lodžiového zasklení shodně s otevřením oken z interiéru na lodžii
Je možné očekávat, že v případě takto hlubokého bytu (šířka lodžie = 6,0 m, hloubka bytu = 13,2 m), kdy je plocha ochlazované obálky vůči podlahové ploše poměrně malá, bude ztráta větráním hrát významnou roli.
Výstupy
Lze konstatovat, že u všech řešených variant ovlivní lodžiové zasklení příznivě tepelnou ztrátu prostupem. Podle simulačního výpočtu průměrný teplotní rozdíl (Tinteriér - Texteriér) pro základní variantu (var. č. 0) se vlivem zasklení (u varianty č. 1) např. v měsíci lednu zmírní cca o 7 °C. Tato hodnota odpovídá i měření provedenému v období leden - únor 1994 firmou VÚPS - CSI a.s. Praha, kdy byla po sedm týdnů měřena zavřená lodžie s neutěsněnými spárami (teplota exteriéru se pohybovala v rozmezí - 15 až 10 °C) [3]. Podle měření činil teplotní rozdíl v rozmezí venkovních teplot -5 až +5 °C ΔT = 5 až 6 °C. Studie [3] zároveň uvádí vypočtenou procentuální úsporu v potřebě tepla na vytápění mezi 21 až 37 % v závislosti na poloze lodžie vůči světovým stranám.
Je zřejmé, že teplota na lodžii bude tím vyšší, čím intenzívnější bude výměna vzduchu mezi interiérem a prostorem lodžie. V kombinaci s utěsněnými spárami zasklení se pak může průměrná teplota vzduchu (v lednu) v prostoru lodžie zvýšit až na cca 15°C (varianty č. 2,3,4). Graf (viz Obr. 8) ukazuje průběh teploty vzduchu v prostoru lodžie, obývacího pokoje za lodžií a exteriéru pro období 24. až 28. ledna (klimatická databáze Meteonorm). Pro porovnání je uvedena teplota na lodžii pro variantu č. 0 (větrání pouze infiltrací) a variantu č. 2A (větrání na základě CO2 s utěsněným zasklením).
Obr. 8 Průběh teploty vzduchu v prostoru lodžie, obývacího pokoje a exteriéru
Zvýšení teploty v prostoru lodžie sice zmírní ztráty prostupem, ale pokud je způsobeno výměnou vzduchu z interiéru, bude mít negativní dopad na ztrátu větráním. Bude tedy do značné míry záviset, jakou strategii větrání uživatel zvolí.
Je třeba zmínit, že efekt lodžiového zasklení může mít ve výsledku i negativní dopad na potřebu energie, paradoxně především v případech, kdy bude lodžiové zasklení stále zavřeno a utěsněno. V takovém případě bude k udržení požadované koncentrace CO2 třeba intenzívnějšího větrání mezi obytnými místnostmi a lodžií (jelikož na lodžii není dostatečně "čerstvý" vzduch). Výsledkem pak bude poměrně vysoká teplota na lodžii a tím i vyšší ztráta do exteriéru. Vzhledem k tomu, že vhodná výměna čerstvého vzduchu pro 1 osobu je cca 25 m3/hod a objem vzduchu na lodžii délky 6,0 m 19 m3, je zřejmé, že v případě obývacího pokoje se dvěma přítomnými osobami je třeba vyměnit vzduch častěji, nežli každých 30 min a to ještě v případě, kdy očekáváme, že se mezitím stihne samotný prostor lodžie vyvětrat netěsnostmi. Pokud by samozřejmě uživatel akceptoval nehygienicky vysokou koncentraci CO2, nemůže mít těsnost zasklení na potřebu tepla jiný, nežli pozitivní efekt.
Graf (viz Obr. 9) uvádí porovnání měrné potřeby tepla na vytápění pro všechny řešené varianty. U variant 3 a 4 je zřejmý negativní dopad zasklení. Na následujících grafech (Obr. 10 a Obr. 11 je potom vzájemné porovnání ztráty prostupem a větráním (zvýšení ztráty větráním u variant č. 2, 3, 4).
Obr. 9 Porovnání měrné potřeby tepla na vytápění celého bytu pro hodnocené varianty
Obr. 10 Porovnání ztráty prostupem
Pozn.: Ztráta prostupem je v podstatě sumou tepelných toků vedením (stěnou a okny z obývacího pokoje na lodžii) a liší se od ztráty prostupem například podle měsíčního výpočtu podle ČSN EN ISO 13790. V roční sumě jsou obsaženy i tepelné toky mimo otopné období, které jsou však v tomto období plně kryty solárními zisky. Solární zisky vedou v letním období ke zvýšení teploty interiéru nad požadovanou hranici (klimatizace není uvažována). To vede na druhé straně opětovně ke zvýšení tepelných toků vedením, čímž se následně ustaví rovnováha. U varianty 0 (stále zavřená okna i lodžiové zasklení) je samozřejmě průměrná teplota interiéru vyšší, nežli u varianty 1, kdy je uvažováno s větráním podle režimu A (viz tabulka 2). Proto budou tepelné toky vedením (ztráta prostupem) u varianty 1 nutně nižší nežli u varianty 0.
Obr. 11 Porovnání ztráty větráním
Pozn.: Ztráta větráním je v podstatě sumou tepelných toků větráním v součtu přes celý rok a liší se od ztráty větráním například podle měsíčního výpočtu podle ČSN EN ISO 13790. Především v letním období se projeví zvýšení teploty interiéru díky menší těsnosti a lepšímu součiniteli prostupu tepla nových oken. Zvýšení teploty vzduchu v interiéru způsobí zvýšení tepelného toku větráním. Je tedy zřejmé zvýšení ztráty větráním mezi variantami 2A a 3.
Závěr
Teoretická měrná potřeba tepla na vytápění řešeného bytu se bude u řešených variant pohybovat cca mezi 18 a 47 [kWh/(m2.rok)] (viz Obr. 9), přičemž u bytů se zasklenými lodžiemi bude dosaženo procentuální úspory od 16 do 32 % oproti stavu bez zasklení. Nejvyšší úsporu (32 % ≈ 1100 kWh) lze očekávat u nezatepleného objektu s původními okny. Úspora je dosažena zasklením lodžie o délce 6,0 m a prakticky lze tedy s jistým zjednodušením počítat u obdobných panelových objektů s úsporou necelých 200 kWh na 1 metr délky lodžie a rok (což při ceně tepla 1,7 Kč/kWh a účinnosti distribuce a sdílení tepla v objektu např. 85 % činí 400 Kč/(metr.rok), pro lodžii délky 6 m tedy celkem 2400 Kč/rok).
V případě objektu, kde je obvodová stěna zateplena a jsou instalována nová okna (součinitel prostupu tepla stěny i oken na doporučených hodnotách) bude procentuální úspora přibližně poloviční (17 %, rozdíl identických bytů bez lodžiového zasklení a se zasklením). Pokud bychom uvažovali aplikaci zasklení na jižní i severní lodžii, byly by pro výše řešený byt v nerekonstruovaném stavu (bez zateplení a výměny oken) úspory nejspíše vyšší nežli 50 %.
Hodnota spárové průvzdušnosti lodžiového zasklení v neutěsněném stavu je přibližně třikrát vyšší, nežli se pohybuje hodnota pro vstupní dveře panelových objektů v původním stavu. Těsnost lodžiového zasklení nemá ovšem jednoznačně příznivý dopad na snížení potřeby tepla na vytápění. V případě takového režimu manuálního větrání, který udrží vnitřní koncentraci CO2 na hygienicky únosné hranici, bude především v případech utěsněných a nevětraných (neotevíraných do exteriéru) lodžií efekt zasklení přesně opačný a povede ve výsledku ke zvýšení potřeby tepla na vytápění až o 40 %. Reálně však nelze očekávat takto "ukázněné" chování uživatelů bytů a tak v těchto případech těsnost lodžie povede spíše k nehygienicky vysokým koncentracím CO2 v interiéru. Nejvýhodnější strategií větrání s pozitivním dopadem jak na vnitřní mikroklima, tak na potřebu tepla na vytápění je otevření lodžiového zasklení vždy společně s okny do interiéru. V případě varianty 4A (konstrukce na doporučených hodnotách, otevírání lodžiového zasklení) je pak možné potřebu tepla na vytápění i bez použití rekuperace odpadního vzduchu přiblížit hranici pasivního standardu, tedy cca 18 kWh/(m2.rok).
Použité zdroje:
[1] MRLÍK, F.: Vlastnosti oken a dveří v laboratoři i na stavbách. Zpravodaj č. 4/1987, VÚPS Praha
[2] ČSN 730540 - 3 Tepelná ochrana budov, Část 3: Návrhové hodnoty veličin, 2005
[3] Ing. Jaroslav Šafránek, CSc. (Centrum stavebního inženýrství a.s.): Protokol o vyhodnocení úspor energie na vytápění objektů při realizaci zasklení lodžií - systém Optimi
[4] Software (IES - <VE>) version 5.9.0.3, Integrated Environmental Solutions (IES) Ltd. 2009
Poděkování: Článek je součástí informační kampaně projektu výzkumu a vývoje Komplexní rekonstrukce panelových domů v nízkoenergetickém standardu VAV-SP-3g5-221-07 podpořeného Ministerstvem pro životní prostředí České republiky.
Additional glazing of a loggia in a prefabricated house can significantly affect the energy performance and internal air quality of individual flats. The effects of glazing are not entirely explicit and they depend on the specific solution of the construction, original thermal characteristics of the building as well as on the way the building is used and on the behaviour of its users. The mentioned study analyses several cases of glazed loggias using detailed simulation method (software IES
