Obnova obytných budov z pohledu distribuce denního světla v interiéru
Partneři sekce:
Při kumulaci více změn při obnově budovy se může výrazně projevit snižování parametrů denního osvětlení, a to i pod přípustné hodnoty. Obnova budovy se obvykle zaměřuje na funkční, estetické či hodnotové zkvalitnění stavebních objektů, často se však při tom zanedbává posouzení důsledků těchto změn pro osvětlení denním světlem. V příspěvku jsou analyzovány možné změny, které ovlivňují hodnoticí parametry denního světla. Pozornost se věnuje i vlivu požadavků nové tepelnětechnické normy na hodnoty činitele denní osvětlenosti.
Právo na denní světlo v budovách bylo deklarováno už v dávné minulosti (v dílech římského architekta Marca Vitruvia Pollia) a je zakotveno i v současných legislativních předpisech. Požadavky se odlišují u denního osvětlení obytných budov a pracovních prostorů. Podle charakteru stavby se posuzují veličiny: činitel denní osvětlenosti, ekvivalentní úhel stínění a proslunění (insolace). V současnosti se v EU připravuje legislativní změna v oblasti hodnocení denního osvětlení budov [1]. Budova se během svého životního cyklu v etapě provozování mnohokrát obnovuje s tím, že v rámci stavebnětechnické obnovy se v jednotlivých časových obdobích realizují parciální řešení.
Uživatelé budovy přistupují k obnově často svévolně, bez posouzení toho, jaké stavebnětechnické změny bude dané řešení znamenat pro jiné sledované parametry, například právě pro kvalitu osvětlení. Živelná výměna otvorových konstrukcí se však prostřednictvím změny velikosti, tvaru a kvality transparentní výplně spojuje i se změnami v exteriéru a interiéru. Jejich kumulace tak může negativně ovlivnit i kvalitu distribuce světla. Tyto změny se však jen zřídka konfrontují se splněním požadavků na denní světlo – ať už modelovým výpočtem, nebo měřením in situ. Navíc často chybí i kontrolní činnost státní správy (stavebních úřadů, Úřadu veřejného zdravotnictví a odboru hlavního architekta města).
Změny ve stavbách během provozování a jejich důsledky pro parametry denního světla
Přehled možných změn při stavebnětechnické obnově budov a jejich provozování, které ovlivňují denní osvětlení vnitřního prostředí, je uveden v tab. 1.
Změny, které vznikají oproti projektovanému stavu během provozu budov, navrhují uživatelé. Neuvědomují si však, že se často snižují hodnoty činitele denní osvětlenosti nebo rovnoměrnosti osvětlení. Často si zvyknou na nové poměry a v případě nedostatečného osvětlení využívají umělé světlo. V pracovních prostorech je tento fakt důležitější, protože ovlivňuje parametry příslušné třídy zrakové činnosti a velikost funkčně vymezené plochy. Změny uvedené v tab. 1 je možné generalizovat do čtyř základních okruhů podle obr. 1. Příklady architektonicky nesourodých řešení obnovy lodžií jsou uvedeny na obr. 2 a 3.
Obr. 1 Hlavní skupiny změn ve vnitřních prostorech s vlivem na denní osvětlení
Obr. 2 Živelnost při obnově lodžiových stěn v bytovém domě – změny velikosti, tvaru a konstrukčního řešení oken a barevnosti odrazových ploch bočních stěn lodžií (stavební soustava BA NKS).
Obr. 3 Snižování denního osvětlení dodatečnými zasklenými prvky na lodžiích i vysokou zelení vedle přízemních podlaží (stavební soustava P 1.14).
Aktuálně se stavebně-konstrukční změny ovlivňující činitel denního osvětlení posuzují v návaznosti na aplikaci nové tepelnětechnické normy [3], která uvádí nové funkční požadavky pro budovy. Z tohoto pohledu lze určit, kdy při dodatečných řešeních zateplení budov dochází ke změnám světelnětechnické kvality prostředí. Souvislost se ukazuje při požadavcích:
- na hodnotu tepelného odporu vnější stěny, v níž je osazena i transparentní konstrukce (okno, balkón, lodžie); tloušťka zateplení a následná celková tloušťka ostění okna ovlivňují hodnoty činitele denní osvětlenosti D (%),
- na hodnotu součinitele prostupu tepla okenní konstrukcí Uw; vnější okna a dveře bytových a nebytových budov musejí mít součinitel prostupu tepla konstrukce UW ≤ UW, N.
Hodnota tepelného odporu vnější stěny
Návrhové tloušťky tepelné izolace na bázi extrudovaného pěnového polystyrenu u jednotlivých konstrukčních systémů bytových domů [4] jsou uvedeny v tab. 2. Výpočet je realizován při čtyřech požadovaných hodnotách: minimální hodnota platná do roku 2015 (Rmin. = 2,0 m2/kW), normalizovaná hodnota platná do roku 2015 (RN = 3,0 m2/kW), doporučená hodnota od roku 2015 (Rr1 = 4,4 m2/kW) a cílová po roce 2020 (Rr2 = 6,5 m2/kW).
Hodnota součinitele prostupu tepla okenní konstrukce
Na základě vztahů pro výpočet Uw se odvodí výpočet požadovaného součinitele zasklení Ug jako
(W/(m2 . K)) (1)
kde Uw je celkový součinitel prostupu tepla okna (W/(m2 . K)),
Uf – součinitel prostupu tepla rámu a křídla (W/(m2 . K)),
Ug – součinitel prostupu tepla zasklení (W/(m2 . K)),
Aw – celková plocha okna (m2),
Af – plocha rámu a křídla okna (m2),
Ag – plocha zasklení okna (m2),
lg – obvod zasklení v křídle okna (m),
ψg – lineární ztrátový součinitel.
Určením tepelnětechnické charakteristiky zasklení Ug na základě geometrie a konstrukce okna se předurčují i parametry pro světelnětechnické a energetické posouzení místnosti – propustnost slunečního záření (τ) a celková propustnost sluneční energie (g). Vstupní údaje a určení Ug u posuzovaných dvou konstrukčních soustav a jejich oken jsou v tab. 4. U malých rozměrů okna v soustavě T11 vycházejí cílové hodnoty Ug mimo reálné hodnoty, takže bude třeba zvětšit rozměr okna nebo optimalizovat součinitel prostupu tepla rámu i křídla a výzkumně vyřešit kvalitativně lepší hodnoty součinitele prostupu tepla zasklení, než jak se v současnosti vyrábějí.
K posouzení hodnot činitele denní osvětlenosti D (%) při čtyřech požadovaných hodnotách podle normy [3] byla použita místnost podle obr. 4 ve stavební soustavě T11 s rozměry 3 × 4,2 × 2,5 m a původním rozměrem okna 1,2 × 1,2 m. Modelový výpočet se vztahuje na polohu nestíněného okna. Mění se: tloušťka ostění, rozměry okna (vlivem tloušťky tepelného izolantu ETICS) a charakteristiky zasklení.
Obr. 4 Pohled na okenní konstrukce místnosti (1,2 × 1,2 m) ve stavební soustavě T11 po obnově (s nadstavbou).
Co s tím? Chybí systémový a komplexní přístup
Snižování parametrů denního osvětlení se nejvýrazněji projevuje při kumulaci více změn při obnově budovy. Výsledkem bývá i snížení sledovaných hodnot pod požadované minimum, proto je důležité zavést systémový přístup k hodnocení denního osvětlení [6].
Obnova bytových domů zaměřená na rekonstrukci stavebních konstrukcí ve smyslu nových požadavků STN 73 0540 má vliv:
- na hodnoty činitele denní osvětlenosti v místnosti, a to snížením hodnot D (%) po zateplení budovy; u starších stavebních soustav cihlového typu (T11–14) s malými rozměry oken jsou hodnoty činitele denní osvětlenosti nevyhovující uprostřed místnosti ve vzdálenosti 1 m od stěny (podle STN 73 0580-2:2000-10),
- na změny parametrů při energetické certifikaci budov, a to v oblasti využití denního světla [7],
- na aplikaci nových transparentních konstrukcí, které vyžaduje aplikace tepelněizolačního trojskla, staticky a rozměrově vhodných rámů, distančních profilů zasklení či stínicích prvků, které snižují propustnost denního světla oproti původním konstrukcím,
- na splnění cílových požadavků po roce 2020 – ve výzkumně-vývojové oblasti bude k tomuto horizontu třeba dořešit tepelnětechnické parametry zasklení i rámů oken.
Obr. 5 Průběh izofot v místnosti v bytovém domě T11 u původního stavu (vlevo) a cílového stavu požadavků podle STN 73 0540.
Z uvedených skutečností vyplývá, že budova po obnově vyžaduje komplexní přístup hodnocení kvality svého vnitřního prostředí ve všech ukazatelích – nevyjímaje světelnětechnickou kvalitu. To znamená, že je třeba monitorovat důsledky stavebnětechnických úprav v budově, a to od etapy projektu po etapu provozu.
Literatura
1. Darula, S.: EN Kritériá pre hodnotenie denného osvetlenia v budovách. In: Svetlo – Light, Podbanské, 2013.
2. Flimel, M.: Problematika znižovania parametrov denného osvetlenia pri prevádzkovaní budov.
In: Svetlo – Light, 2009.
3. STN 73 0540-2 Tepelná ochrana budov – Tepelnotechnické vlastnosti stavebných konštrukcií a budov. Časť 2: Funkčné požiadavky (2012).
4. Fyzický stav bytových domov postavených v stavebných sústavách hromadnej bytovej výstavby do roku 1970. Bratislava: V´VÚPS- NOVA, 1997.
5. Flimel, M.: Vplyv požiadaviek revidovanej tepelnotechnickej normy na denné osvetlenie existujúcej bytovej zástavby. In: Svetlo – Light, Podbanské, 2013.
6. Flimel, M.: Systémové hodnotenie osvetlenia pracovísk denným svetlom. In: Inovace 3/2009, s. 22–25.
7. Gašparovský, D. – Smola, A. – Janiga, P.: Možnosti úspor energie v zmysle komplexnej metódy na energetickú certifikáciu osvetlenia s kvantifikáciou vybraných ukazovateľov. In: Kurz osvětlovací techniky XXVII, Kouty nad Desnou, 2009.
Text: doc. Ing. Marián Flimel, CSc.
Foto a obrázky: autor
Autor působí na Fakultě výrobních technologií TU v Košicích se sídlem v Prešově.
Článek byl uveřejněn v časopisu TZB HAUSTECHNIK.
