Jak na zimní zahradu?
Pokud jste si vysnili pohádkově krásnou zimní zahradu plnou květin a už jen myšlenka na ni Vás naplňuje pozitivní energií, nezapomínejte ani na realitu. Zimní zahradu je třeba naplánovat jako energetický systém s nejvyšším stupněm úspory tepla. Ideálním řešením bude postavit takovou, v níž se budete nejen pohodlně cítit, ale zároveň budete mít dobrý pocit z jejího šetrného provozu.
V první řadě se musíte rozhodnout, k jakému účelu budete zimní zahradu využívat. Můžete si z ní udělat jídelnu nebo její prostor nabídnout pokojovým květinám či některým druhům rostlin, které jsou během léta umístěny v zahradě. V tomto případě musíte celoročně udržovat určitý stupeň vhodného klimatu, proto zde není nejrozumnější mluvit o šetření energií. K poklesu energie nepřispěje ani využití zimní zahrady jako skleníku pro pěstování tropických rostlin. Spíše než na romantiku je tedy třeba myslet na malý "klimatický" systém, který je vytvořen za sklem zimní zahrady, a který se řídí určitými zákonitostmi. Předpokladem jejího projektování je proto znalost působení změn teploty a vlhkosti.
Světlo znamená teplo (někdy až horko)
To, že sluneční paprsky ohřívají předměty, vědí už malé děti. Fyzici tomu říkají přeměna světelné energie na tepelnou. Tento jev se využívá i v architektuře - například nasměrováním velkých prosklených ploch budovy na slunečnou stranu se získá část energie potřebné na ohřev vnitřních prostor. Protože teplo nemůže okny uniknout (nebo alespoň ne tak snadno), ohřívají se ozářené povrchy a od nich i vzduch v budově. To je podstata skleníkového efektu. Na takové pasivní získávání tepla ze slunce je ideální zimní zahrada. Teploty v zimní zahradě se liší podle ročního období, počasí a lokality. Jak vysoko vystoupí, závisí především na tom, jak dlouho a jakou intenzitou je prostor slunečním světlem ozářen. Při orientaci zimní zahrady na jih nebo jihozápad dosahuje intenzita záření a průběh teplot během dne nejvyšší hodnoty. Při severně orientovaných zimních zahradách se sice dá využít difuzní záření, pomoci však může i šikovná vyčnívající konstrukce, která zachytí přímé záření. Díky ní může vzniknout tepelně stabilní a celoročně obyvatelný prostor. Jinými slovy, prostřednictvím konkrétního konstrukčního a tvarového řešení vznikne v zimní zahradě vlastní klimatický systém, který ovlivní možnosti jejího využití.
Vlhkost v zimní zahradě
Mezi zimní zahradou a exteriérem domu a rovněž mezi zimní zahradou a samotným domem dochází k výměně tepla - její energetická bilance má dvě stránky: zisky a ztráty. Rozdíl mezi nimi může být příčinou extrémních klimatických situací - až + 80 ° C v horkých letních dnech, kdy jsou tepelné zisky vysoké a ztráty malé, a naopak minusové teploty při minimálních tepelných ziscích a velkých ztrátách za mrazivých nocí. Při značných teplotních výkyvech je větší riziko kondenzace vlhkosti, hlavně na skleněných plochách. Teplý vzduch může absorbovat větší objem vodní páry než studený, proto pokud se například na studených okenních tabulích vzduch ochladí, pojme méně vodní páry. Přebytečná vlhkost na oknech zkondenzuje a vznikající voda musí být potom odvedena. Řešením je dostatečné větrání (sníží obsah vodní páry ve vzduchu) nebo intenzivnější topení (sníží relativní vlhkost vzduchu). Obojí však vede k energetickým ztrátám. Čím stabilnější tedy budou teplotní poměry v zimní zahradě, tím méně bude problémů se vznikající vlhkostí. Vlhkost v zimní zahradě ovlivňuje nejen možnosti jejího využití, ale má vliv například i na namáhání materiálu rámů zasklení.
Od extrémní po vyrovnané mikroklima
Tvar, poloha a návaznost zimní zahrady na samotný dům jsou důležité faktory, které ovlivňují to, jaké tepelné toky v ní budou probíhat a zda tak vzniknou extrémní, nebo spíše mírně klimatické podmínky. Přízemní zimní zahrada s málo skloněnou střechou a daleko vysunutým tělesem stavby poskytuje velkou plochu pro odražené sluneční záření, ale i velkou plochu pro vyzařování tepla. Důsledkem je nevyrovnané klima, vysoké teploty v létě přes den, a naopak velmi nízké teploty v zimě a v noci. Zcela jiné je tepelné chování dvoupatrové zimní zahrady, jejíž strmě skloněná plocha odráží část záření vysoko postaveného letního slunce. Kromě toho, čím menší je povrch zimní zahrady v poměru k jejímu objemu, tím menší je vyzařování, a tedy i tepelné poměry v ní jsou vyrovnanější. Vyrovnané podmínky vhodné pro obytný prostor se tedy nejjednodušeji a s minimálním využitím klimatizační techniky dosáhnou v zimní zahradě s velkým sklonem střechy (nebo čelní stěny), která nemá velkou hloubku, zato je co nejvyšší a nejširší. Velký vliv na energetické chování zimní zahrady má i její začlenění do prostoru domu - podle toho se výkyvy mikroklimatu v zimní zahradě projeví nejen na ní samotné, ale i na celém domě. Předpokladem dobré tepelné "spolupráce" zimní zahrady s domem je, že prosklený prostor lze s domem podle potřeby propojit, nebo od něj tepelně izolovat - například otevíratelnou prosklenou stěnou. Tepelně oddělený systém zimní zahrady se dá podle potřeby využívat nezávisle, nebo může být za vhodných podmínek zapojen do zásobování teplem či rozšíření obytného prostoru vlastního domu.
Cirkulace vzduchu
Cirkulace vzduchu je dalším důležitým faktorem, který ovlivňuje klima v zimní zahradě. Příčinou "přirozeného větrání" - tedy pohybu vzduchu v prostoru - je komínový efekt. Funguje na principu ohřívání studeného vzduchu a jeho následného stoupání nahoru, odkud uniká otvory v horní části zimní zahrady. Vzniklým podtlakem se ve spodní části prostoru nasává studený vzduch z exteriéru. Podmínkou fungování tohoto jevu je však dostatečný výškový rozdíl. Jde o dostatečně vysoký prostor samotné zimní zahrady, který umožní umístit otvory pro odvod vzduchu co nejvýše a pro jeho přívod co nejníže. Přehřívání prostoru se účinně zabrání, pokud je otvor pro odvod vzduchu větší než otvor pro jeho přívod. Volně stojící skleník může být většinou bez problémů konstruován tak, aby v něm přirozené větrání fungovalo podle požadavků. Horší bývá situace v zimní zahradě přistavěné k domu, kde existují stavební či dispoziční omezení a překážky bránící proudění vzduchu. Vzduch nemůže být veden přímo mezi otvory umístěnými proti sobě, protože by ho tlak větru srážel z horních větracích okének zpět do místnosti. V takovém případě jsou jako pomocné prostředky potřebná automatická větrací zařízení. Proudění vzduchu v létě chrání před přehřátím. Aby se však zabránilo nepříjemnému až nebezpečnému průvanu v zimě, musí být větrání regulovatelné. Záleží nejen na jednoduchosti, ale i bezpečnosti manipulace s okny (zejména s těmi vysoce položenými) či zasklenými stěnami. Aby mohla zimní zahrada sloužit jako zdroj teplého vzduchu, případně jako obytný prostor, je důležitá také možnost regulované výměny vzduchu mezi zimní zahradou a domem, ať už přímé (větracími okénky, dveřmi, okny) nebo nepřímé (vzduchovými kanálky z kovu nebo kamene).
Zimní zahrada a hmota
Na mikroklima zimní zahrady má nemalý vliv i poměr mezi zasklenými a neprůhlednými částmi obvodového pláště - čím více je masivních stavebních dílů, tím stabilnější jsou klimatické podmínky prostoru. Zimní zahrada s masivní střechou začleněná do hmoty domu nezpůsobí tolik problémů s přehříváním než vyčnívající, plně zasklená střecha. Avšak i její tepelné zisky jsou podstatně menší. Exponovaná zimní zahrada, která je z větší části prosklená, se v zimě může částečně podílet na vytápění interiéru domu. Pokud je však pro její nadměrné přehřívání v létě nutná klimatizace, taková zimní zahrada v konečném důsledku nepřispěje k úsporám energie, ale naopak. Existuje i jiný vztah mezi klimatem v zimní zahradě a typem stavebních materiálů. Souvisí s vnitřním klimatem a podílem lehkých a těžkých materiálů. Těžké stavební díly jako zdivo a kamenné podlahy akumulují teplo i chlad. Tím zmírňují extrémy a přispívají k větší setrvačnosti a vyrovnanosti celého systému. Naopak pomocí lehkých stavebních dílů, jako jsou dřevěné podlahy a konstrukce, se dosahuje dobrého tepelně izolačního účinku již při malých tloušťkách. Dostatečná tepelná izolace zabraňuje tepelným ztrátám a extrémům zejména v zimě. Optimální bývá většinou kombinace materiálů s různými vlastnostmi.
Jako příklad poslouží tepelně akumulační kamenná podlaha a lehké izolační dřevěné stěny, nebo po dlouhou dobu exponovaná akumulační stěna a izolující dřevěná podlaha. Sklo jako průhledný stavební materiál současně zajišťuje potřebné prosvětlení a tepelné zisky zimní zahrady. Závisí na jeho kvalitě, zda se podstatnou měrou nebude podílet i na jejích tepelných ztrátách. Kvůli vysokému podílu skla na obvodovém plášti má jeho kvalita podstatný vliv na energetickou bilanci proskleného prostoru. Důležitými charakteristikami jsou zejména propustnost světla a tepelně izolační schopnost skla. Zjednodušeně se dá říci, že čím vyšší je propustnost světla, tím nižší je tepelně izolační schopnost. Například jednoduché sklo s tloušťkou 4 mm propouští více než 90 procent světla, jeho hodnota k (koeficient prostupnosti tepla) je však jen 5,8 W/m2K, což je několikanásobně horší, než připouštějí normy. Na druhé straně izolační dvojsklo, které se s dodatečným kovovým povlakem stává tepelně ochranným sklem, dosahuje hodnoty k od 0,9 do 1,5 W/m2K a chrání tedy před tepelnými ztrátami velmi dobře. Je to ale na úkor propustnosti světla, která je jen asi 60%. Zimní zahrada využívaná hlavně jako skleník potřebuje především světlo a tepelné ztráty se mohou v tomto případě tolerovat. Pokud je prosklený prostor určený pro pasivní využívání sluneční energie, je sice žádoucí vysoká světelná propustnost, ale zároveň by tepelné ztráty měly být co nejnižší. U obytných zimních zahrad je dnes běžným standardem použití izolačního dvojskla. Trend směřuje k používání tepelně ochranného skla.
Zimní zahrada a konstrukce
Výběr konkrétního konstrukčního systému a materiálů zimní zahrady závisí na jejich vnitřních podmínkách, způsobu využití, velikosti a tvaru, estetických požadavků, ale i na finančních možnostech stavebníka. Zimní zahrada by měla být nedílnou součástí architektonického řešení celého domu, měla by tvarově, barevně i materiálově navazovat zejména na řešení ostatních oken a výplní otvorů. Při konstrukci proskleného prostoru jsou k dispozici stejné materiály, jaké se používají na okenní rámy - hliník, ocel, plast a dřevo. Kromě konstrukčních vlastností jednotlivých materiálů je důležitým parametrem i jejich tepelně izolační schopnost, která by měla vycházet ze způsobu využití prostoru a korespondovat s tepelně izolační schopností zasklení.
Dřevo je tradiční materiál, příjemný na pohled i dotek, avšak náročný na údržbu, citlivý na změny vlhkosti a extrémní klimatické podmínky. Dřevo je proto vhodné použít jako konstrukční materiál zejména v obytných zimních zahradách se stabilním vnitřním mikroklimatem. Plastové konstrukce mají výborné tepelně izolační vlastnosti, jsou nenáročné na údržbu a jsou cenově poměrně výhodné. Mají však menší rozměrovou stálost a omezené statické možnosti. Jsou tedy vhodné zejména pro zimní zahrady menších rozměrů, celoročně využívané jako obytný prostor. Kovové konstrukce jsou nejpevnější, umožňují subtilní konstrukci a uplatnění velkých nedělených prosklených ploch. Do vlhkého prostředí skleníku s extrémními výkyvy teplot jsou jednoznačně nejvhodnější. Speciální tvarování a kombinace materiálů profilů s přerušeným tepelným mostem zlepšují tepelně izolační schopnosti kovových konstrukcí, jejich využití v prosklené architektuře je proto univerzální.
Jakou chcete zimní zahradu?
Skleník vhodný zejména pro rostliny pod sklem, kdy může vzniknout pozoruhodná zelená oáza, protože právě zde se dají vytvořit podmínky podobné klimatu v zemi původu exotických rostlin. Rostliny potřebují zejména světlo a teplo - to se má do skleníku dostat z nejrůznějších stran a v co největší míře. Nejdůležitějším znakem skleníku je proto vysoký podíl zasklených ploch. Vhodným řešením je samostatně stojící, nebo o stěnu domu pouze "opřený" objekt. V tomto případě je nevhodné včleňování do hmoty samotného domu. Pro dostatečný příjem slunečního záření je v létě nejvhodnější poměrně plochá střecha (se sklonem přibližně 20 až 30 stupňů) a pro nízko postavené zimní slunce stěny se sklonem 60 stupňů. Pro skleníky využívané zejména v přechodném období je zase vhodný strmý sklon střechy. Rostliny také potřebují vzduch a ochranu před přehřátím, proto je potřebný prostor, který bude dostatečně vysoký pro účinné přirozené větrání. Velký podíl zasklení neznamená jen velké tepelné zisky, ale i velké tepelné ztráty a nakolik příliš nízké teploty mnohým rostlinám škodí, je nutné skleník v zimě vytápět. Také ve skleníku se velké teplotní výkyvy dají snížit pomocí masivních stavebních dílů - například tepelně akumulačními podlahami. Vyrovnané klima zde však asi nebude nikdy a právě pro velké teplotní výkyvy se taková zimní zahrada dá využívat na bydlení pouze během určitého období. Vzhledem k vysoké vlhkosti v zimní zahradě – ve skleníku musí být přebytečná voda odváděna a nosná konstrukce dostatečně chráněna před poškozením. Právě kvůli vlhkosti a extrémním podmínkám se zde nedoporučují použít dřevěné rámy. Ideálním konstrukčním materiálem je, zejména pro svou pevnost a odolnost, kov.
Zimní zahrada jako systém pro získávání energie
Právě při ambicích ekologického charakteru může být rozdíl mezi přáním a skutečným energetickým využitím propastný. Nesporným faktem je, že díky zimní zahradě lze sluneční energii získat, ale jak může být využita, závisí na mnoha faktorech. Potřebná je taková konstrukce proskleného prostoru, kterou se nejvíce energie získá v zimě a v přechodném období. Podle využití můžeme rozlišit dva druhy "energetických" zimních zahrad - tepelnou nárazníkovou zónu nebo kolektor teplého vzduchu. Zimní zahrada umístěná před obytným prostorem působí jako energetický nárazník nezávisle na orientaci na světové strany. Nevytápěná zóna snižuje tepelné ztráty prostorů nacházejících se za ní. Za předpokladu, že se jako obytný prostor bude využívat jen příležitostně, lze tímto způsobem dosáhnout pozoruhodnou úsporu energie potřebné na vytápění.
Aby v zimní zahradě nedocházelo k přílišnému ochlazování, ale k co největším tepelným ziskům, neměla by být velmi hluboká, ale vysoká a široká. V zimní zahradě, sloužící jako kolektor teplého vzduchu, jsou nezbytná uvážená stavební opatření. Mezi ně patří i směr na jih až jihozápad, strmé zasklené plochy, prostor dosahující přes dvě podlaží, cílené proudění vzduchu. Zisk solárního tepla závisí především na velikosti a směřování zasklených ploch. Nejdůležitějšími parametry jsou stupeň překrytí fasády a poměr průhledných a neprůhledných ploch. Ani zdaleka však neplatí, že čím více je zasklených ploch, tím větší jsou tepelné zisky. Reálné asi do 40 % podílu jižně orientovaných zasklených ploch (ty jsou při získávání energie ze slunce nejúčinnější) roční spotřeba tepla na vytápění klesá, pak se zvyšujícím se podílem zasklení dokonce narůstá. O úspoře energie či dokonce o jejím plýtvání v největší míře rozhoduje přizpůsobivé chování uživatele. Rozpor totiž vzniká tehdy, když má být energetický systém využíván jako obytný prostor. Pro člověka je příjemné prostředí s teplotou mezi 20 až 26 ° C. Při těchto teplotách však energetické zisky zaskleného prostoru teprve začínají. Pokud má být tedy zimní zahrada obývána, musí se při slunečném počasí větrat a získaná energie doslova vyletí ven okny. Zisky nepřicházejí v úvahu ani v případě, pokud je třeba prostor kvůli celoročnímu využívání vytápět. Podobný problém vzniká, pokud se má v tomto prostředí dařit rostlinám, protože ty potřebují dostatek vzduchu a přiměřené teploty. Obytné zimní zahrady s bujným rostlinstvem mohou bezpochyby sloužit jako nárazníkové zóny, avšak energii produkující obyvatelný skleník zůstává zatím nedosažitelným snem.
Zimní zahrada jako obytný prostor
Pravděpodobně jen málokterý stavebník se pouští do stavby zimní zahrady s představou, že ji využije jen jako skleník. Pro většinu představuje zimní zahrada spíše příjemný obytný prostor, kde se dá jíst, hrát nebo prostě odpočívat. K této představě jednoznačně patří rostliny, ke spokojenosti možná postačí, když zimní zahrada získá alespoň tolik energie, kolik sama spotřebuje. Podmínkou jejího neomezeného využívání je vyrovnané klima s maximálními teplotami 26 ° C v létě a s minimálními tepelnými ztrátami v zimě. Toho lze dosáhnout vhodnými rozměry, sklonem a orientací zasklení s dobrými tepelně izolačními vlastnostmi, dostatečným podílem masivních ploch, které teplo po nějakou dobu akumulují a později postupně předávají. Celoroční využití lze dosáhnout i dostatečným začleněním zimní zahrady do domu, stíněním exponovaných prosklených ploch v létě a dobrým větráním (vhodné jsou například otevíratelné prosklené stěny). Pro splnění klimatických požadavků a pro odstranění problému s kondenzací je rozhodující kvalitní zasklení, s minimálně izolačním dvojsklem, při němž se teploty na vnitřní straně přibližují teplotě v místnosti, takže vznik kondenzační vody je téměř vyloučen.
Na rozdíl od skleníku nebo kolektoru má být zasklená plocha opravdu jen taková, jaká je nutná, ne větší. Příznivé je zasklení všech svislých ploch, se zasklením střechy je však nutné být opatrný. Aby nedošlo k přehřívání, mělo by vysoce postavené letní slunce dopadat na chránící masivní střešní plochy, nízko stojící zimní slunce by však mělo přes sklo dopadat co nejhlouběji do prostoru. Střecha musí být vždy zasklená bezpečnostním sklem. Kombinace bezpečnostního a tepelně izolačního skla je poměrně nákladná, takže omezení prosklených střešních ploch se příznivě projeví i na rozpočtu stavby. I v případě, že je zimní zahrada stavěna jako rozšíření obytného prostoru, doporučuje se její flexibilní oddělení od vlastního domu prosklenou stěnou - tak může být podle potřeby začleněna do domu zcela, částečně nebo může tvořit vlastní tepelný systém. Samozřejmě u obytného prostoru je velmi důležité větrání. Rozhodně nejlevnější způsob větrání s velkým účinkem je, pokud je prosklený prostor dostatečně vysoký a vhodně tvarovaný na přirozené větrání. Dvoupodlažní zimní zahrada má kromě přirozeného větrání i další výhodu v podobě různých výškových úrovní, na nichž vzniká jakási teplotní hierarchie, takže například galerie v patře může být využívána již v prvních jarních slunečných dnech a prostor v přízemí je zas obyvatelný i v horkých letních dnech. Nároky na dostatek zeleně nebo na energetický zisk obyvatelné zimní zahrady nemohou být příliš vysoké.
Už jen krok do nové zahrady
Tvarových i materiálových řešení zimních zahrad je nepřeberné množství. V každém případě se ale kvalitní prosklená přístavba cenově řadí k nadstandardu. Zimní zahrada je složitý klimatický systém, v němž všechno se vším souvisí a navzájem se ovlivňuje. Projektant může volbou tvaru, orientací a začleněním zimní zahrady do objektu, ale i volbou zasklení a poměru různých druhů materiálů ovlivnit teploty, proudění a vlhkost vzduchu v jejím interiéru. Při rozhodování je nejdůležitější, jak bude zimní zahrada využívána. Dobrý návrh musí ale zohlednit i klimatické danosti prostředí, a také architekturu a dispoziční řešení celého domu. Vraťte se k představám o Vaší zimní zahradě a udělejte krok vpřed pro dosažení svého cíle - zajistěte si příjemný odpočinek v útulném prostředí zimní zahrady, ať již během letních dnů nebo studených zimních večerů.
