TZB-2002: Otopná plocha a ovlivnění parametrů vnitřního prostředí

Úkolem otopné plochy je dodat do vytápěného prostoru takové množství tepla a takovým způsobem, aby v něm byla vytvořena tepelná pohoda. Veličiny, které mají hlavní vliv na tepelnou pohodu lze ovlivnit druhem, velikostí, způsobem instalace. Hlavním je pak ovlivnění:

směru a rychlosti proudění vzduchu ve vytápěném prostoru rozložení teplot (teplotní profil) ve vytápěném prostoru povrchových teplot okolních ploch vzhledem k jejich sálavému účinku.

Otopná tělesa se odlišují od integrovaných otopných ploch, jako je podlahová, stropní či stěnová otopná plocha, které jsou přímo včleněny ve vytápěném prostoru.

Pro vytápěnou místnost je rovněž podstatný způsob sdílení tepla u otopné plochy na straně vzduchu. Vzájemný poměr mezi konvekcí a sáláním ovlivňují především druh a typ otopné plochy, neboť ovlivňují způsob proudění vzduchu okolo otopné plochy a tak složku přirozené konvekce.

Obr.1 - Proudění vzduchu v uzavřeném vytápěném prostoru s otopným tělesem pod ochlazovanou plochou

Obr.2 - Proudění vzduchu ve vytápěném prostoru s podlahovou otopnou plochou (A - podlahový konvektor, B - intenzivní okrajová zóna, C - podlahová otopná plocha)

Rychlost a směr proudění ve vytápěném prostoru jsou závislé především na umístění ochlazovaných ploch (stěny obvodového pláště, okna) a na umístění a velikosti otopných ploch. Pokud máme např. těleso umístěno pod oknem u ochlazované stěny, zabrání chladným padajícím proudům dostat se až k podlaze a vytvořit tak poměrně velkou oblast lokální tepelné nepohody. Teplé konvekční proudy od tělesa stoupají vzhůru, narážejí na chladné padající proudy, obracejí je a směšují se s nimi. Tyto smíšené proudy pak s vhodnou rychlostí proudění i teplotou "proplachují" celý vytápěný prostor. Principiální zobrazení tohoto děje vidíme na obr.1. Takto zobrazené proudění je pouze v oblasti délky otopného tělesa a tak je třeba navrhovat délku otopných těles pokud možno v délce okna.

Máme-li však otopnou plochu integrovanou do nějaké z vnitřních stěn (např. podlahové vytápění) vypadají obrazy proudění přibližně tak, jak ukazuje obr.2. Chladný proud vzduchu padá bez překážek dolů a "proplachuje" oblast podlahy s rychlostí od 0,3 do 0,5 m/s. Až hlouběji v místnosti se ohřívá a obrací se vzhůru. Proudí okolo vnitřních stěn ke stropu a zpět k ochlazované stěně. Okrajová intenzívní plocha u podlahového vytápění či podlahový konvektor s přirozeným vybíjením tepla nemohou tento proud zcela obrátit, ale pouze zmírnit a částečně odklonit směrem vzhůru.

Kombinace podlahové otopné plochy s podlahovými konvektory především s nuceným vybíjením tepla má výhodu v tom, že můžeme pomalu regulovatelnou podlahovou otopnou plochu provozovat s příslušným výkonem a poměrně nízkou povrchovou teplotou celé otopné období. Pak je dimenzována na 30 až 50 % jmenovité potřeby tepelného výkonu. Rychle reagující podlahové konvektory pokrývají špičky v průběhu otopného období v rámci požadavku na tepelný výkon otopných ploch v místnosti.

Intenzivní okrajová zóna podlahového vytápění nemůže chladné padající proudy vzniklé na ochlazované konstrukci obrátit, neboť dosažená konvekce nestačí. Instalací intenzivní okrajové zóny též dochází ke zvětšení tepelné ztráty, neboť se zvětší sálavý tepelný tok na venkovní stěnu a rovněž tepelný tok vedený podlahou do této stěny. Stejně tak dojde ke zvětšení tepelného toku sdíleného podlahou, resp. stropem do nevytápěných sklepů.

Nemalý vliv má na tepelnou pohodu složka sálavá. Jaký měrný tepelný tok, ať už kladný či záporný (= "chladné" sálání), je v oblasti otopného tělesa či v celém vytápěném prostoru vysálán, ukazuje obr.3. K měrnému sálavému tepelnému toku (intenzitě sálání) je rovněž přiřazen odpovídající pokles či nárůst teploty. Jak je patrné z obrázku, je u podlahového vytápění oblast s teplotou o -3 K a o + 1 K oproti teplotě v oblasti tepelné pohody (v obr.3 značeno 0 K odpovídá -5 až 5 W/m²) podstatně větší. Oblast s účinkem sálání větším jak - 25 W/m², což odpovídá odchylce teploty o více jak -3 K, už považujeme za oblast výrazné tepelné nepohody.

Obr.3 - Oblasti různé intenzity sálání ve vytápěné místnosti
(hodnoty po obvodu obrázku jsou v metrech)

Nelze říci, že je člověk v tepelné pohodě při určité teplotě vzduchu, např. 22 °C. Tepelná pohoda závisí na mnoha faktorech a ve vztahu k teplotě pak rovnou měrou i na teplotě okolních ploch.

Stále více se u nás k zajištění tepelné pohody v letním období využívají chladicí stropy. Chladicími stropy je možno dosáhnout vyššího komfortu než jinými běžně používanými systémy. Je tak možno dosáhnout nízkých rychlostí proudění vzduchu snížením množství větracího vzduchu a vyrovnaného teplotního i rychlostního profilu v místnosti. Je však třeba zajistit správné rozložení chladicích panelů po ploše stropu. V případě, že by mezi jednotlivými chladicími plochami nebyla dodržena požadovaná symetrie a rozteče, vznikaly by proudy chladného vzduchu padající k podlaze a zhoršující pocit tepelné pohody. Obr.4 ukazuje správné a nevhodné uspořádání chladicích panelů po ploše stropu.

Obr.4 - a) správné, b) nevhodné uspořádání chladicích panelů po ploše stropu

Proudění vzduchu je úzce svázáno s jeho teplotou a vliv rychlosti proudění vzduchu je opět, jako tomu bylo u teploty, posuzován individuálně v závislosti na fyzickém a duševním zdraví člověka, či jeho stáří.

Fanger studoval vliv asymetrie sálání protilehlých ploch na pohodu prostředí, který vyjádřil jako rozdíl teplot proti sobě sálajících malých ploch Δt_R. Jako kritické se zde ukazují především teplé stropy a studené stěny.

Poklesne-li účinná teplota okolních ploch o 1 K, hodnotí to člověk sedící v klidu stejně, jako když poklesne o 1 K teplota vzduchu. Teplota vzduchu a teplota okolních ploch mají tedy z hlediska zajištění tepelné pohody přinejmenším stejnou důležitost.

Čím menší rozdíl tyto dvě teploty vykazují, tím je vliv na pohodu prostředí příznivější. Rozdíl obou teplot by neměl být, při zajištění optimálního stavu, větší jak 3 K. Takovéhoto stavu se však dosahuje nelehko.