Dlaczego nowy, dobrze ocieplony dom się przegrzewa?
Kiedy klienci pytają mnie o klimatyzację, zazwyczaj mają już w ręku wycenę. Dom jest nowy i dobrze ocieplony, ogrzewanie zimą kosztuje niewiele, a w lipcu salon po południu ma prawie trzydzieści stopni. Właściwe pytanie jest inne: skąd pochodzi ciepło i ile z niego naprawdę trzeba usunąć. Chłodzenie to ostatnia dźwignia, a nie pierwsza.
Samo ocieplenie nie powoduje przegrzewania domu. To samo ocieplenie, które zimą zatrzymuje ciepło w środku, latem powstrzymuje nagrzaną elewację i gorące powietrze przed dostaniem się do środka. Problemem jest ciepło, które dostaje się inną drogą i nie ma dokąd uciec. Ryzyko przegrzania składa się z trzech źródeł, które się sumują.
- Słońce przez przeszklenia. Największe źródło. Bezpośrednie słońce na nieosłoniętym oknie wnosi setki watów na metr kwadratowy szyby do pomieszczenia, przez wiele godzin. O tym, ile go przechodzi, decyduje współczynnik g przeszklenia; zwykłe potrójne szklenie bez powłoki przeciwsłonecznej przepuszcza mniej więcej połowę.
- Zyski wewnętrzne. Wewnętrzne zyski ciepła pochodzą od ludzi, gotowania, urządzeń, oświetlenia i elektroniki. Osoba w spoczynku oddaje około stu watów, a płyta grzewcza i piekarnik pobierają moc w kilowatach. W szczelnym domu z grubym ociepleniem to ciepło pozostaje w środku.
- Mała pojemność cieplna. Dom szkieletowy lub z lekkimi ściankami działowymi i sufitami z płyt gipsowo-kartonowych nie ma gdzie magazynować ciepła. Powietrze nagrzewa się szybko, temperatura skacze w ciągu kilku godzin, a następny dzień zaczyna się od wyższego poziomu wyjściowego.
Nowe domy często łączą wszystkie trzy elementy: duże przesuwne ściany do ogrodu, lekką konstrukcję i brak zewnętrznego zacienienia. Ocieplenie działa wtedy jak termos, który trzyma to, co zostało do niego wlane przez szkło.
W jakiej kolejności należy rozwiązywać problem komfortu letniego?
Działania mają jasną kolejność. Każde wyższe jest tańsze i bardziej niezawodne niż to poniżej, a każde niższe kosztuje cię tym więcej, im więcej pominąłeś powyżej.
- Orientacja i udział przeszkleń. Ile szkła i po której stronie. Udział okien w elewacji to najsilniejsza dźwignia i nic nie kosztuje na etapie projektowania. Dlaczego południe łatwo zacienić, a zachód prawie wcale, opisano w artykule o orientacji domu względem stron świata.
- Stałe zacienienie. Okap dachu, loggia lub brise-soleil ze stałych żaluzji. Bez silnika i bez obsługi, bardzo skuteczne na elewacji południowej.
- Zewnętrzne ruchome zacienienie. Żaluzje zewnętrzne, rolety ekranowe i okiennice rolowane. Jedyna niezawodna odpowiedź na wschód i zachód.
- Drzewa i nasadzenia. Drzewo liściaste daje cień latem i przepuszcza większość słońca zimą. Efekt pojawia się po latach, więc sadzi się je zaraz po budowie.
- Masa termiczna. Pełne stropy, mury, wylewki bez dywanów. Nie zmniejsza ilości ciepła, ale rozkłada szczyt.
- Wentylacja nocna. Jedyna droga, którą zmagazynowane ciepło opuszcza dom bez użycia sprężarki.
- Chłodzenie. To, co pozostanie po sześciu powyższych krokach, dobrane do reszty, a nie do całości.
Kluczowym słowem jest reszta. Chłodzenie, które zastępuje zacienienie, walczy ze słońcem dopiero po tym, jak przeszło ono przez szybę i ogrzało podłogę oraz meble. To najdroższe miejsce do walki z ciepłem.
Które zacienienie działa i ile kosztuje?
Zacienienie porównuje się za pomocą współczynnika redukcji zysków słonecznych, który określa, jaką część zysków przez przeszklenie przepuszcza zamknięte zacienienie. Niższa liczba jest lepsza: 0,2 oznacza, że do pomieszczenia dociera jedna piąta tego, co przeszłoby bez zacienienia. Największa różnica nie polega na materiale, ale na położeniu. Zacienienie przed szybą zatrzymuje ciepło na zewnątrz. Wewnętrzna żaluzja zatrzymuje je tylko wewnątrz pomieszczenia, gdzie sama żaluzja staje się grzejnikiem.
| Zacienienie | Orientacyjny współczynnik redukcji | Klasa kosztów | Konserwacja | Wrażliwość na wiatr |
|---|---|---|---|---|
| Żaluzje zewnętrzne | około 0,1–0,3 w zależności od kąta lameli | wysoka | silnik, lamele i prowadnice, okazjonalny serwis | wysoka, należy je schować przy silnym wietrze |
| Roleta ekranowa z prowadnicami bocznymi | około 0,15–0,35 w zależności od tkaniny | średnia do wysokiej | niska, pranie tkaniny | niska do średniej, tkanina jest trzymana w prowadnicach |
| Okiennica rolowana | około 0,1–0,3 przy całkowitym opuszczeniu | średnia | niska | niska |
| Stały brise-soleil, okap, loggia | zależy od geometrii; silny efekt na południu latem, słaby na zachodzie | średnia, budowane z konstrukcją | prawie żadna | brak, tylko projekt konstrukcyjny |
| Drzewo liściaste | zmienne, rośnie z koroną przez lata | niska | przycinanie, liście jesienią | brak |
| Wewnętrzna żaluzja lub zasłona | około 0,6–0,9 | niska | niska | brak |
Wartości są orientacyjnymi zakresami z literatury technicznej; w obliczeniach należy użyć wartości producenta dla konkretnego zestawu z jego szybą i kątem lameli. Ranking w tabeli się nie zmienia: na wschodzie i zachodzie zewnętrzne ruchome zacienienie jest kilkakrotnie skuteczniejsze niż cokolwiek za szybą.
Wiatr, automatyka i skrzynka na żaluzję
Żaluzje zewnętrzne są najbardziej elastyczne, ale mają słaby punkt: przy silnym wietrze należy je schować, w przeciwnym razie lamele ulegną uszkodzeniu. Automatyka z czujnikiem wiatru podnosi je sama, ale wtedy przestają zacieniać. Na wystawionych na wiatr działkach, na wyższych piętrach i na otwartym terenie rozważam zatem roletę ekranową prowadzoną w szynach bocznych, która lepiej radzi sobie z wiatrem, lub kombinację ze stałym zacienieniem.
Drugą kwestią jest przygotowanie. Skrzynka na żaluzję lub roletę musi być uwzględniona w detalu nadproża okiennego od samego początku, wraz z połączeniem powietrznoszczelnym i okablowaniem do silnika. W przeciwnym razie zostanie później przyklejona do elewacji. A bez automatyki zacienienie często nie działa w dni, gdy nikogo nie ma w domu, czyli właśnie wtedy, gdy dom ładuje się ciepłem.
Co dają masa termiczna i wentylacja nocna?
Masa termiczna nie usuwa ciepła, tylko je magazynuje. Pełny strop lub ściana murowana pochłaniają część zysków w ciągu dnia, a temperatura powietrza rośnie wolniej. Masa musi mieć jednak kontakt z powietrzem wewnętrznym: płyta betonowa za sufitem podwieszanym z płyt gipsowo-kartonowych lub wylewka pod grubym dywanem działają znacznie gorzej. W domu szkieletowym ciężka podłoga lub gliniane tynki mogą ją częściowo dodać.
Ciepło zmagazynowane w ciągu dnia musi opuścić dom w nocy. Wentylacja nocna działa, gdy w nocy na zewnątrz jest wyraźnie chłodniej niż wewnątrz, a powietrze może przepływać przez dom, najlepiej między przeciwległymi elewacjami lub między kondygnacjami. Otwory muszą być zabezpieczone przed włamaniem i owadami. Wentylacja mechaniczna z rekuperacją z obejściem letnim pomaga, ale jej strumień powietrza jest mały do rozładowania masy.
Podczas długiej fali upałów, gdy noce nie stygną, nawet dobra wentylacja nocna przestaje wystarczać. Wtedy właśnie chłodzenie ma sens.
Jaki rodzaj chłodzenia wybrać?
Gdy zacienienie, masa i wentylacja są zaprojektowane, a obliczenia nadal pokazują, że pomieszczenie przekroczy granicę komfortu w upalne dni, następuje aktywne chłodzenie. W domu jednorodzinnym brane są pod uwagę cztery opcje.
| Opcja | Jak chłodzi | Wydajność | Odsysza wilgoć | Główne ograniczenie |
|---|---|---|---|---|
| Odwracalna pompa ciepła z chłodzeniem podłogowym | promieniowanie z podłogi, woda powyżej punktu rosy | niska, rzędu kilkudziesięciu watów na m² podłogi | nie | punkt rosy, powolna reakcja, dywany i meble zmniejszają efekt |
| Odwracalna pompa ciepła z chłodzeniem sufitowym | promieniowanie z sufitu, woda powyżej punktu rosy | wyższa niż podłoga | nie | punkt rosy, instalacja rurowa w suficie, wyższa inwestycja |
| Klimakonwektory podłączone do pompy ciepła | wentylator przepuszcza powietrze przez wymiennik z chłodzoną wodą | średnia do wysokiej | tak | odprowadzanie skroplin, hałas wentylatora, izolowane rury |
| Klimatyzator typu split | bezpośrednio z czynnikiem chłodniczym w jednostce wewnętrznej | wysoka, szybka reakcja | tak | jednostka zewnętrzna, ruch powietrza, obsługa czynnika chłodniczego |
Dlaczego chłodzenie promiennikowe uderza w sufit w punkcie rosy
W przypadku chłodzenia promiennikowego powierzchnia podłogi lub sufitu nie może spaść poniżej punktu rosy powietrza wewnętrznego, w przeciwnym razie skrapla się na niej woda. Przy 26 °C i 50% wilgotności względnej punkt rosy wynosi około 15 °C; przy 60% wilgotności jest już blisko 18 °C. Powietrze wewnętrzne latem jest zwykle wilgotne, zwłaszcza po burzy lub podczas gotowania, dlatego sterowanie musi podnosić temperaturę wody w oparciu o czujnik wilgotności. Różnica temperatur między powierzchnią a pomieszczeniem jest wtedy niewielka, a co za tym idzie, wydajność jest niska. Chłodzenie podłogowe łagodzi szczyt i daje przyjemny chłód pod stopami, ale nie utrzyma pomieszczenia z niezacienionym przeszkleniem zachodnim. Nie usuwa wilgoci, więc duszne uczucie pozostaje.
Klimakonwektory i splity celowo chłodzą poniżej punktu rosy. Wilgoć skrapla się na wymienniku i jest odprowadzana, dlatego urządzenia te również osuszają powietrze. Ceną jest hałas, ruch powietrza i odprowadzanie skroplin. Odwracalna pompa ciepła ma tę zaletę, że urządzenie jest już w domu, a chłodzenie to tylko kolejny tryb. Dobrze sprawdza się kombinacja: chłodzenie podłogowe lub sufitowe jako podstawa i jeden klimakonwektor lub split w najbardziej narażonym pomieszczeniu, zazwyczaj w sypialni na poddaszu lub salonie z oknem zachodnim.
Dlaczego obliczenia obciążenia cieplnego przed zakupem klimatyzacji?
Klimatyzatory są zwykle sprzedawane według powierzchni pomieszczenia: tyle metrów kwadratowych, tyle kilowatów. W dobrze ocieplonym domu ta zasada jest prawie zawsze błędna, ponieważ powierzchnia podłogi niewiele mówi o tym, ile ciepła dostaje się do pomieszczenia. Dwa pomieszczenia o tej samej wielkości, jedno z oknem północnym, a drugie z dużym, niezacienionym przeszkleniem zachodnim, potrzebują zupełnie innych wydajności, a jedno z nich może nie potrzebować żadnej.
Obliczenia obciążenia chłodniczego wykonuje się pomieszczenie po pomieszczeniu i godzina po godzinie: zyski słoneczne według orientacji i zacienienia, zyski wewnętrzne według użytkowania, magazynowanie konstrukcji i wentylacja. Wynikiem jest wymagana wydajność dla każdego pomieszczenia i czas wystąpienia szczytu. Daje to trzy odpowiedzi, których nie ma w wycenie sprzedawcy.
- Czy chłodzenie w ogóle jest potrzebne. Często okazuje się, że po dodaniu zewnętrznego zacienienia do dwóch okien, wentylacja nocna jest wystarczająca.
- Gdzie jest potrzebne. Zazwyczaj w jednym lub dwóch pomieszczeniach, a nie w całym domu.
- Jaka wydajność. Przewymiarowane urządzenie włącza się i wyłącza często, chłodzi powietrze, zanim zdąży usunąć wilgoć, a efektem jest zimne, ale wilgotne powietrze.
Norma STN 73 0540-2 zawiera kryterium letniej stabilności termicznej dla pomieszczenia krytycznego, czyli tego z największym udziałem przeszkleń zachodnich lub niezacienionych południowych. Jest to użyteczne sprawdzenie, ale nie zastępuje obliczeń obciążenia: mówi, czy pomieszczenie przechodzi, ale nie mówi, jaka wydajność jest potrzebna ani kiedy. Obliczenia są najbardziej wartościowe na etapie koncepcji, gdy okno można jeszcze zmniejszyć lub dodać okap.
Co wynieść z tego artykułu?
Szerszy kontekst energooszczędnego domu znajduje się w przeglądzie dom pasywny od A do Z. Jeśli wciąż projektujesz dom, poproś o obliczenia letnie, zanim zapytasz o klimatyzację. Jeśli już stoi, zacznij od zewnętrznego zacienienia od zachodu, a dopiero potem porównuj oferty chłodzenia.