Exteriérové tienenie

10 kľúčových otázok o vonkajšom tienení 

Za posledné desaťročie sa vonkajšie zatienenie stalo populárnejším na stavebnom trhu. Mnoho architektov a majiteľov budov má stále obmedzené vedomosti o týchto systémoch a o tom, prečo by sa mali považovať za súčasť návrhu budovy. Tento článok skúma 10 často kladených otázok o vonkajšom tienení a poskytuje prehľad o dostupných systémoch a o tom, ako môžu mať pod kontrolou klímu v budove. 

1. Aké vonkajšie tieniace systémy sú k dispozícii? 

Môžeme ich rozdeliť do troch kategórií: 

Pevné žalúziové systémy zahŕňajú vyčnievajúce slnečné clony, zvyčajne inštalované v čele zasklenia (t. j. systémy brise-soleil), ako aj pevné zvislé alebo vodorovné žalúzie inštalované pred zasklením. Tieto systémy sú navrhnuté tak, aby vždy zostali na svojom mieste a musia odolávať všetkým poveternostným vplyvom vrátane vetra, ľadu a snehu. Tienenie sa líši v závislosti od priemetu systému a zvoleného profilu žalúzie, ako aj od uhla žalúzií a vzdialenosti medzi nimi. Systémy Brise-soleil sa zameriavajú iba na veľké slnečné uhly a spravidla sú účinné iba v južných oblastiach. Tiene poskytujú tiež iba počas leta. V zimných mesiacoch kvôli nízkym slnečným uhlom tieto systémy poskytujú len malé alebo žiadne tienenie. 

Účinnosť pevných vodorovných alebo zvislých žalúzií závisí od veľkosti, uhla a rozstupu žalúzií. Tieto systémy zvyčajne zatienia iba vyššie slnečné uhly, aby umožnili výhľad vonku, a sú najúčinnejšie v južných smeroch. Môžu byť inštalované vo východných a západných oblastiach, ale zvyčajne neochránia pred slnečným žiarením skoro ráno alebo neskoro popoludní. 

Vertikálne a horizontálne nastaviteľné žalúziové systémy môžu byť motorizované, čo umožňuje nastavenie uhlov žalúzií tak, aby poskytovali citlivejšie tienenie vďaka pripojeniu k automatizovanému riadiacemu systému. Systémy sa nezaťahujú - vždy zostanú pred zasklením - je však možné nimi pohybovať medzi úplne otvorenou a zatvorenou polohou. Ovládajú sa pomocou spínača, pri ktorom v neprítomnosti môžete ovládať systém podľa svojich potrieb, až po plne automatizovaný systém, ktorý reaguje na slnečné podmienky a nastavuje uhol žalúzie tak, aby zabránil priamemu slnku. Systémy sa spravidla ovládajú nezávisle od systémov osvetlenia interiéru; v ideálnom prípade sú úrovne automaticky upravené tak, aby dopĺňali prirodzené denné svetlo tam, kde je to potrebné. Keďže systémy pracujú iba z času na čas a na nastavenie uhla žalúzie potrebujú iba niekoľko sekúnd, spotreba energie nie je významná, najmä v porovnaní s úsporami, ktoré je možné dosiahnuť znížením požiadaviek na Kúrenie, Ventiláciu a Klimatizáciu (HVAC). 

2. Prečo je exteriérový systém efektívnejší ako interiérový? 

Všeobecne je vonkajší systém lepší ako vnútorný, pretože bráni veľkej časti slnečnej energie preniknúť do budovy. Energia zo slnka je krátkovlnná a prenáša málo tepla. Teplo sa vyrába iba vtedy, keď je slnečná energia absorbovaná povrchom (napr. kobercami, nábytkom, odevmi alebo pokožkou) a potom je vyžarovaná ako infračervená energia s dlhými vlnami (IR). 

Vnútorný tieniaci systém môže: umožniť priechod slnečnej energie; absorbovať slnečnú energiu; a odrážať slnečnú energiu späť cez zasklenie. Odrazená slnečná energia nie je problémom - zostáva krátkovlnná a nespôsobuje žiadny tepelný zisk. Prenášaná energia je absorbovaná povrchmi v budove a vyžarovaná ako teplo. Energia absorbovaná tieniacim systémom je potom vyžarovaná ako teplo a väčšina z tohto tepla je potom zachytená vo vnútri budovy, najmä ak sa používa zasklenie s nízkou emisivitou (low-e). 

Vonkajší systém je podobný vnútornému, pokiaľ ide o priepustnosť, absorpciu a odraz slnečnej energie. Všetko, čo absorbuje tieniaci systém, je však vyžarované ako teplo z vonkajšej strany budovy. Keďže materiál nie je priehľadný, vyžarovaného tepla sa dostane do budovy len málo. Vonkajší systém teda eliminuje jeden z dvoch zdrojov tepelnej energie, čo výrazne zníži solárny zisk vo vnútri budovy. Vhodná je populárna látka v šedobielej farbe a konkrétny typ zasklenia (napr. jednotka s nízkym e, plnené argónom, dvojité zasklenie), hodnota „g“ je 0,13, keď je tkanina inštalovaná na vonkajšej strane, ale zvyšuje sa na 0,43 pri inštalácii do interiéru. Hodnota „g“ je súčtom priameho a sekundárneho slnečného prechodu do budovy. Sekundárna priepustnosť predstavuje množstvo slnečného žiarenia absorbovaného kombináciou zasklenia a tieniaceho systému, ktoré potom prúdi alebo vyžaruje do budovy. Aj pri bielej textílii, ktorá má najvyššiu úroveň odrazu, je pre porovnanie 0,16 pre vonkajšiu inštaláciu a 0,36 pre vnútornú inštaláciu. Z toho všetkého teda vyplýva, že pre čo najefektívnejšiu reguláciu slnečného žiarenia by mal byť tieniaci systém nainštalovaný, ak je to možné, vonku. Môžu nastať situácie, keď to nebude praktické - napríklad výškové budovy s 25 alebo viac poschodiami. V takých prípadoch je použitie tieniaceho systému vo vnútri odvetrávanej dvojitej fasády vhodné, hoci tienenie je len jedným z mnohých ovplyvňujúcich faktorov pri realizácii tohto typu fasádnej konštrukcie.

 3. Aké sú hlavné výhody vonkajšieho tieniaceho systému? 

Hlavnou výhodou vonkajšieho tieniaceho systému je zníženie požiadaviek na technické zriadenie budov (TZB). Ako sme už spomenuli, vonkajšie tienenie blokuje veľkú časť solárneho zisku predtým, ako prenikne cez zasklenie a do budovy. Ak je solárny zisk menší, potom sa môže veľkosť systému HVAC zmenšiť. Výsledkom je úspora vstupného kapitálu, ktorý môžu úplne alebo čiastočne vyrovnať náklady na tieniaci systém, ako aj priebežných prevádzkových nákladov. 
Najúčinnejšie tieniace systémy, ako napríklad vonkajšie žalúzie, môžu blokovať viac ako 90 percent solárneho zisku, čo má výrazný vplyv na zníženie požiadaviek na TZB. Niektoré budovy je však potrebné v lete ochladzovať, zatiaľ čo v zime je potrebné kúrenie. Ak sa použije výsuvný vonkajší tieniaci systém, je možné ho v zimných mesiacoch vypnúť, aby sa do budovy dostal solárny zisk a dosiahlo sa bezplatné vykurovanie. Počas zimných mesiacov je riešením vnútorný tieniaci systém, ako sú napríklad rolety. Ďalšou výhodou je prirodzené denné svetlo. 

Vonkajšie tieniace systémy môžu pomôcť optimalizovať denné svetlo na osvetlenie interiérov, čo znižuje potrebu umelého osvetlenia. Viac ako 30 percent nákladov na energiu v kancelárskej budove sa týka umelého osvetlenia, takže zníženie osvetlenia môže viesť k výrazným úsporám. Dobre navrhnutý tieniaci systém tiež prispieva k pohodlným pracovným podmienkam, a tie k zvýšeniu produktivity. 

Dobrý tieniaci systém riadi teplo aj oslnenie a umožňuje aj vonkajší výhľad. A nakoniec, môže dosiahnuť pekný dizajn budovy a zvýšiť jej efektivitu.

4. Môžu sa vonkajšie tieniace systémy použiť na nové aj na existujúce budovy? 

Aplikovať exteriérové tieniace systémy na novú budovu je vždy jednoduchšie, môžu byť už súčasťou fázy projektovania. Pevné exteriérové žalúziové systémy sú pre fasádu istým zaťažením. Ak sú pripevnené k obvodovej stene, bude možno potrebné zosilniť stĺpiky. Na existujúce budovy je však možné použiť vonkajšie tienenie. Aj keď nebolo v pôvodnom návrhu budovy, je možné zabudovať konštrukčné prvky, ktoré umožňujú inštaláciu na existujúcu fasádu. Konštrukcia by potom skôr na fasáde dokázala zniesť zaťaženie (vietor, ľad, sneh), ako aj váhu samotného systému. 

Ak sa má v existujúcej budove použiť funkčný systém, bude potrebné preskúmať, ako môžu potrubia a elektrické káble prenikať cez fasádu, aby bolo možné prepojenie so žalúziami alebo tienidlami. 

5. Aké sú bežné spôsoby pripevnenia k fasáde budovy (a aké problémy je potrebné vziať do úvahy)? 

V prípade nových aj starších budov môže inštalácia vonkajšieho tieniaceho systému spočívať v pripevnení priamo na stĺpiky obvodového plášťa, na tehlové alebo betónové murovacie prvky (CMU) alebo cez opláštenie na oceľovú konštrukciu. 

Vonkajšie rolety a žalúzie sa spravidla inštalujú tesne nad alebo na hornú časť zasklenia. Sú relatívne ľahké.  Keď rýchlosť vetra prekročí stanovenú úroveň, sú zatiahnuté, a tak fasádu veľmi nezaťažujú. Na pripojenie hlavovej skrinky k fasáde sa dajú bežne použiť ľahšie hliníkové konzoly. Predbežne predpäté bočné vodiace drôty sa tiež zvyčajne používajú na zabránenie pohybu tieniaceho systému pri zaťažení vetrom (druhou možnosťou sú extrudované bočné vodiace lišty). Každý z nich bude napnutý na približne 22,7 kgf (50 lbf). Vonkajšie žalúzie a systémy brise-soleil sú pevne na svojom mieste za všetkých poveternostných podmienok. Konzoly pre systém budú preto navrhnuté v súlade so zaťaženiami definovanými v miestnych stavebných predpisoch a skrutky alebo iné spojovacie prvky sa tiež vyberú pre maximálne zaťaženie. Ak sú systémy pripojené k obvodovej stene, stĺpiky budú musieť byť vystužené oceľou. To platí najmä pre systémy brise-soleil, ktoré vyčnievajú do určitej vzdialenosti od fasády a tak vytvárajú významné krútiace momenty a šmykové sily v miestach spojenia. 

Do úvahy treba vziať i separáciu odlišných kovov, premostenie za studena a prienik vody, ako aj relatívnu expanziu a kontrakciu medzi tieniacim systémom a fasádou. Vzhľadom na tieto faktory sa dôrazne odporúča požiadavky na tienenie diskutovať už v počiatočných fázach procesu navrhovania.

 6. Ovplyvní umiestnenie budovy a orientácia zasklenia výber vonkajšieho tieniaceho systému? 

Na výber vonkajšieho tieniaceho systému vplýva veľa faktorov. Dva významné sú umiestnenie budovy a orientácia zasklenia. Orientácia zasklenia bude mať tiež významný vplyv na výber systému. Slnečné žiarenie na severnej strane je najnižšie, pretože neexistuje priame slnko. Avšak radiácia pozadia je stále primerane významná, najmä v letnom období. Slnečné žiarenie na východnej a západnej strane je podobné, najvyššie hodnoty sa vyskytujú v lete. Je zaujímavé, že maximum slnečného žiarenia na južnej kóte sa vyskytuje počas chladnejších mesiacov. V strede leta znamenajú vysoké slnečné uhly dopadajúce žiarenie. K maximálnemu vystaveniu slnečnému žiareniu však dochádza na streche. Preto akékoľvek svetlíky potenciálne spôsobia významné solárne problémy. Vzhľadom na variácie fasády môžu pevné systémy fungovať na južnej strane, ale funkčné budú lepšie na východe a na západe. Aj keď vertikálne žalúzie môžu fungovať na východnej a západnej strane, horizontálne sú vo všeobecnosti lepšie na riadenie solárneho zisku a umožnenie výhľadov do exteriéru. 

7. Ako sa vyrovnávajú vonkajšie tieniace systémy s nepriaznivými poveternostnými podmienkami? 

Ako už bolo zdôraznené, systémy pevných žalúzií sú navrhnuté na maximálne zaťaženie. V prípade systémov brise-soleil môže byť zaťaženie v miestach pripojenia veľké, najmä ak sú značné výčnelky. Ak je to tak, do konštrukcie by mohli byť začlenené diagonálne vzpery, ktoré umožnia rozdelenie bremena medzi dva pripevňovacie body. Pri pevných systémoch je potrebné brať do úvahy aj nahromadenie a riziko pádu ľadu. Preto môžu byť systémy brise-soleil nevhodné pre vysoké budovy v mestských oblastiach. 

Výsuvné systémy, ako sú vonkajšie rolety a žalúzie, sú ľahšie ako pevné systémy a sú navrhnuté tak, aby sa zaťahovali pri vysokej rýchlosti vetra. Štandardné rolety je potrebné stiahnuť pri relatívne nízkej rýchlosti vetra (do maximálnej rýchlosti asi 32 km/h [20 mph]) a nie sú vhodné pre veterné miesta alebo pre vysoké budovy. Existuje však alternatívna verzia známa ako „systém zipsu“, ktorá umožňuje uzamknutie látky v bočných stopách. Tento typ môže pracovať pri rýchlosti vetra až 144 km/h (90 mph) a je vhodný pre vysoké budovy. 

Ľad je tiež potenciálnym problémom, ale nemusí byť, ak sú systémy chránené vo vyvýšenej polohe. Automatizované ovládacie prvky zabezpečia, že systémy sa budú nasadzovať iba za slnečna. Senzory teploty a vlhkosti môžu zastaviť prevádzku žalúzií alebo roliet, keď hrozí námraza. 

V lokalitách s chladným zimným podnebím vyžadujú budovy v zimných mesiacoch spravidla kúrenie. Vtedy je vhodné nechať vonkajšie tieniace systémy v zatiahnutej polohe a umožniť tak vnikať slnečný svit do budovy ako voľný zdroj vykurovania. 

8. Aká údržba je potrebná? 

Väčšina vonkajších tieniacich systémov vyžaduje malú alebo žiadnu údržbu. Pevné žalúziové systémy je potrebné pravidelne čistiť, aby sa zachovala záruka laku, nie je však potrebná žiadna ďalšia údržba. 

Nastaviteľné a zaťahovacie systémy tiež vyžadujú malú alebo žiadnu údržbu. Napriek tomu sa odporúča pravidelná kontrola, či systémy správne fungujú, či sú vodiace káble (ak sa používajú) primerane napnuté a nie sú poškodené alebo všeobecne opotrebované komponenty. 

9. Ako môže vonkajšie tienenie prispieť k dosiahnutiu eneregtickej hospodárnosti budovy? 

Je to napríklad: 

Minimálna energetická hospodárnosť: Použitie vonkajších tieniacich systémov môže pomôcť dosiahnuť päťpercentné zníženie (niekedy i viac) výkonu budovy v porovnaní so základnou úrovňou. 

Optimalizovať výkonnosť budovy: Použitie vonkajších tieniacich systémov môže pomôcť dosiahnuť zníženie výkonu budovy na minimálnu požiadavku. 

Tepelný komfort: Vonkajšie tieniace systémy môžu napomáhať pri dosahovaní požiadaviek pre kúrenie, chladenie a klimatizáciu.

Denné svetlo: na dosiahnutie tohto benefitu je potrebné zabezpečiť manuálne alebo automatické (s manuálnym ovládaním) zariadenia na kontrolu oslnenia pre všetky pravidelne obsadené priestory (umožňujú to vonkajšie tieniace systémy - prípadne v kombinácii s interiérovými). 

10. Dávajú vonkajšie tieniace systémy zmysel z hľadiska nákladov a prínosov? 

Na odôvodnenie použitia vonkajších tieniacich systémov je potrebné zdôrazniť, že majú z ekonomického hľadiska zmysel. Stanovenie ceny vonkajšieho tieniaceho systému je jednoduché, ale meranie výhod môže byť zložitejšie. Preto je dôležité, aby sa tieniaci systém považoval skôr za celok komplexného tepelného systému budovy, pretože môže mať vplyv  najmä na osvetlenie a systém HVAC. 

V minulosti sa často stávalo, že pri dimenzovaní systému HVAC nebol zohľadnený výkon tieniaceho systému. V takom prípade je ťažké odôvodniť použitie vonkajšieho tienenia, pretože sa nedosiahne úspora nákladov pri zmenšení veľkosti systému HVAC. Avšak mechanickí konzultanti pre vykurovacie a ventilačné systémy si dnes oveľa viac uvedomujú vplyv efektívneho tienenia a často to zohľadňujú pri svojich výpočtoch. 

Záver 

Tradične sa používali interiérové tieniace systémy na reguláciu svetla a oslnenia a riešenie solárneho tepelného zisku prostredníctvom systému HVAC. Rastúce náklady na energiu, požiadavky na lepší výkon fasády a väčšie povedomie o životnom prostredí vedú architektov k hľadaniu alternatívnych riešení. Vonkajšie tieniace systémy nebudú vhodné pre všetky budovy; tam, kde sa používajú, však môžu významne prispieť k výkonu budovy aj k jej estetike. Niet pochýb o tom, že čoraz viac architektov uvažuje o exteriérovom tienení. S pribúdajúcim porozumením sa exteriérové tieniace systémy stanú dôležitým prvkom pri navrhovaní vysoko energetických budov.