Nová metodika měření pro infračervené zářiče prochází znovu zkouškami evropského Round-Robin testu
V dobách omezených zdrojů je téměř povinností celé společnosti šetřit energií. Evropské společenství se celosvětově ujalo role předjezdce v oblasti ochrany životního prostředí. Jako příklad může sloužit evropská směrnice 2002/91/EC o energetické náročnosti budov, nazývaná "energy performance in buildings".
Tato směrnice o využití energie je první, která zohledňuje budovu jako celek a tím i celkové využití tepla (přenos tepla od zdroje ke spotřebiteli), vlastní plášť budovy a stupeň využití primární energie.
Doposud byly např. v Německu infračervené zářiče hodnoceny pouze dle směrnice 1BImSch (Kleinfeuerungsverordnung der Bundes-Immissionsschutzverordnung). V nové směrnici o celkové energetické náročnosti budov je brána v potaz celá otopná soustava, nejen zdroj tepla. Díky Round-Robin testu, prováděnému v celoevropském měřítku, je nyní šance, že budou položeny základy pro jednotný systém měření, jenž by umožnil získávat informace o podílu sálání a tedy o energetické účinnosti sálavých soustav. Infračervené zářiče by se tak staly prvními otopnými soustavami, které bude možno hodnotit na základě celkové funkčnosti.
Ukazatel kvality - tepelně technická účinnost?
Tepelně-technická účinnost je často využívána jako důkaz kvality vytápění. Pomocí měření komínové ztráty se hodnotí využití energie obsažené v palivu tepelným zdrojem, jinými slovy kolik tepla zůstane ve vytápěném prostoru. Komínová ztráta tedy určuje tepelně technickou účinnost otopné sestavy (ηF):
Komínová ztráta = 100 % - ηF
Dnes, v době kondenzačních technologií, je však možno dosáhnout normovaného stupně využití vyššího něž 100 %. Ale kvalitní spalování a kvalitní zdroj tepla s vysokou tepelně-technickou účinností nejsou samy o sobě zárukou, že otopná soustava je úsporná jako celek. Jsou-li rozvody otopné vody špatně izolovány, otopná tělesa nemají termostatické ventily nebo když jsou předimenzována oběhová čerpadla, bude tím i ta nejlepší tepelná účinnost znehodnocena. Ke stejnému znehodnocení dochází, utíká-li vyrobené teplo v hale nahoru ke stropu.
Tepelně-technická účinnost může mít rovněž jen malou vypovídací hodnotu o celkovém využití tepla při vytápění velkých hal, např. tmavými zářiči. Popisuje pouze, kolik procent energie zůstane uvnitř pláště budovy. Nezohledňuje se, zda má teplo formu teplého vzduchu nebo sálání, ani jaký podíl ztrát vznikne rozvrstvením tepla. Tepelně-technická účinnost nevypovídá nic ani o tom, kolik tepla zůstane v zóně pobytu lidí a kolik ho uteče nahoru pod střechu.
Moderní přístup - ukazatel sálání
Kdyby byly infračervené zářiče posuzovány i podle své funkce, tedy podle přenosu tepla sáláním, byla by tu kvalitní čísla, jejichž porovnáním by uživatel mohl zjistit skutečný výkon zářičů. Jak ukazuje směrnice EC "energy performance in buildings", není tento přístup nový. Můžeme dokonce předpokládat, že by se odborné společnosti i země již dávno dohodly na jiných hodnotících kritériích tmavých zářičů, kdyby existovala jednotná metoda, jak intenzitu sálání měřit. V současnosti existují takové metody dvě.
Měřicí metody
Při měření radiometrickými metodami se intenzita sálání měří při plném výkonu pomocí radiometru v jednotlivých přesně definovaných bodech sítě (viz obr 1 a 2). Sálavý výkon je vypočten integrací hodnot naměřených na jednotlivých měřicích bodech. Ztráty vzniklé absorpcí do vodních par a CO2 ve vzduchu je nutno při jednotlivých měřeních opravit.
Metoda A (EN 1259-1) prozatím nepřevzata jako ČSN
Metoda A (viz obr. 1) se používá pro světlé a tmavé zářiče zavěšené vodorovně (tzn. že horizontální plocha, která je tvořena hranou reflektoru, je vodorovná). Pod zářičem se nachází myšlená plocha pláště, na jehož měřicích bodech tvořících síť pláště se pomocí radiometru měří sálavá intenzita. Aby byly naměřené hodnoty jednotlivých bodů pláště přesné, musí být měřicí zařízení s radiometrem pohyblivé. V každém jednotlivém bodě je změřena tzv. rozptylová sálavá intenzita a celková sálavá intenzita. Pro výpočet sálání vydávaného samotným zářičem je rozptylová sálavá intenzita odečtena od celkové sálavé intenzity:
Is = Icelk - Irozptyl
Integrací naměřených hodnot přes plášť se vypočte energie vydaná zářičem a pomocí opravného faktoru se koriguje o záření absorbované vodní parou a CO2 obsaženým ve vzduchu.
Obr. 1 - Princip měřicí metody A
Zkušební místnost, ve které měření probíhá, musí být dostatečně větraná. Teplota v místnosti smí být (20 ± 5) °C a stěny místnosti musí být zatemněné a odstíněné proti venkovním infračerveným paprskům. Také výška a plocha místnosti musí odpovídat určitým požadavkům. Příliš malá místnost může ovlivnit přesnost měření. Ideální rozměry zkušební místnosti však přesahují rozměry obvyklé pro laboratoře.
Metoda B (EN 1259-2) prozatím nepřevzata jako ČSN
Pro měření pomocí metody B (viz obr. 2) není třeba žádná speciální místnost. Zkušební místnost, kde měření probíhá, musí být jen přiměřeně veliká, bez průvanu s teplotou (20 ± 5) °C. Měřicí rovina sestává z měřicích bodů, průsečíků myšlené sítě a nachází se rovnoběžně 10 cm od plochy tvořené hranou reflektorů. V každém průsečíku měřicí roviny je pomocí radiometru změřena intenzita sálání ve W/m2. Radiometr zaznamenává sálání z celého poloprostoru.
Obr. 2 - Princip měřicí Metody B
Pro výpočet intenzity sálání pro každou dílčí plochu Fij se použije střední hodnota z příslušných čtyř měření pro každý průsečík, které dílčí plochu ohraničují. Výsledkem je součin střední hodnoty osálání plochy Isij a celkové plochy Fij. Takto zjištěné výsledky jsou sumarizovány po celé měřicí ploše, čímž získáme sálavý výkon zářiče Qs:
Korekce naměřených hodnot o absorpci infračerveného záření vodní parou a CO2 obsaženým ve vzduchu je možno zanedbat vzhledem k malému odstupu mezi měřicí plochou a plochou tvořenou hranou reflektorů.
Round-Robin test v minulosti a dnes
Vzhledem k velké důležitosti se Evropské společenství před více než pěti lety rozhodlo dát k dispozici prostředky pro výzkumný projekt na téma sálavá účinnost. Tímto evropským výzkumným projektem byl Round-Robin test, který měl vyjasnit kompatibilitu měřicích metod. V rámci projektu byly v různých laboratořích měřeny různými metodami jeden tmavý a jeden světlý zářič. Ukázalo se, že ne všechny měřicí postupy dosahují při měření jednoho vzorku na různých místech uspokojivé a opakovatelné výsledky.
Absolutní výsledky metod A a B byly dostatečně precizní, vzájemně se však dost lišily. Při použití první metody byla u jednoho měřeného zářiče stanovena sálavá účinnost 53%, pomocí druhé metody činila účinnost stejného zářiče jen 49%. Metody však dosahovaly stále stejných výsledků, a proto byl vypočítán faktor, při jehož použití je možno metody porovnat, resp. získat porovnatelné výsledky.
Aby se předešlo sporům o různé faktory sálání jednotlivých metod, byla tehdy vybrána jedna referenční metoda, metoda A. Z pohledu účastníků byla metoda A používána pro většinu měření, resp. v jejím používání byla větší rutina.
Od posledního Round-Robin testu se na obou metodách testu díky nově získaným zkušenostem hodně pracovalo a byly vylepšovány. Absorpce, která má u metody A velký vliv, neboť radiometr měří skoro dva metry od zářiče, byla v minulosti odečítána z diagramu. V současnosti se používá matematický postup, který umožňuje určit absorbci bez odečítacích chyb, a tím zajišťuje získání jednoznačnějších hodnot. U metody B je dnes používán pyroelektrický senzor, díky kterému jsou získávány ještě přesnější hodnoty než s dříve používaným termoelektrickým senzorem. Dříve byl měřicí signál vydáván v mikrovoltech. Pyroelektronický senzor citlivý na teplotu dnes vydává výstup ve voltech. Z hlediska měřicí techniky se kvalita signálu značně zlepšila a výsledky jsou jednoznačnější. Aby byly sjednoceny také postupy při manuálních procedurách, byl integrován tzv. GLP (good laboratories practice). GLP je dokument, v němž je přesně zachyceno, jak má být měření prováděno a které opakované postupy mají být dodrženy.
Z výše uvedeného popisu je vidět, že faktory v minulosti vypočítané pro srovnání jednotlivých metod dnes již nemohou být správné. Všechna opatření, která se zakládají na poznatcích prvního Round-Robin testu, musela nutně vést k jednoznačnějším výsledkům.
Nový Round-Robin test je koncipován tak, že pomocí metody A jsou provedena dvě měření v Anglii. Tato měření proběhnou na dvou různých měřicích přístrojích. Totéž se děje v Německu, i zde se měří dvěma rozdílnými měřicími přístroji na dvou místech. Do autorizované zkušebny ve Francii jsou poté zaslány dva měřicí přístroje, jeden použitý při metodě A, druhý při metodě B. Ve francouzské laboratoři v Cetiat pak probíhají srovnávací měření obou zkušebních vzorků. Po vyhodnocení výsledků získáme tedy informace o pokroku ve vývoji obou metod.
Která z nich se v konečném důsledku prosadí na evropské úrovni, to závisí na kvalitě výsledků měření a jejich opakovatelnosti. Rozhodující roli budou mít celkové náklady na jedno měření. A zde získává metoda B náskok díky automatizaci.
Metoda B - favorit hospodárnosti a přesnosti?
Od roku 2000 je metoda B vylepšována a usiluje se o její automatizaci, s cílem získat tak základnu pro sjednocení měření účinnosti v Německu. Již dnes lze provádět měření za pomoci metody B automaticky. "Lidské selhání", způsobené např. monotónní měřicí rutinou, je možno téměř vyloučit. Také se znatelně zvýšila rychlost měření. Měřicí robot řízený počítačem provádí automaticky měření v jednotlivých měřicích bodech (obr. 3).
Obr. 3 - Automatizace metody B
Kromě sálavé intenzity jsou současně zachycovány a následně vyhodnocovány i vnitřní teplota v měřicí hlavě senzoru, teplota v měřicí místnosti, atmosférický tlak a vzdušná vlhkost (obr. 4a a 4b). Zaznamenána je i vnitřní teplota radiometru. Poskytuje informace o chladicím procesu integrovaného chladiče. Volitelně je možno sledovat také teplotu spalin, plynu, nasávaného vzduchu a také průtok plynu.
Díky automatizaci bylo dosaženo následujících vylepšení:
|
Grafické zpracování měřicích výsledků metody B.
Budoucnost se nese ve znamení užitku pro uživatele
S pomocí nově přepracované metody B je nyní možno znovu vypočítat převodní faktory. Samozřejmě za předpokladu, že obě metody splní požadavky na reprodukovatelnost a přesnost při opakování.
ηrozptyl metoda A = Faktor 1 x ηrozptyl metoda B
Díky výsledkům Round-Robin testu a také díky převodním faktorům bude položen základ pro nové normy a směrnice. Ty umožní, podobně jako je tomu u "energy performance in buildings", měřit infračervené zářiče "správně" z hlediska energetického i s ohledem na politiku životního prostředí. Nebude počítán jen samotný zdroj tepla, ale předmětem zkoumání bude celá sestava - kolik tepla získá uživatel? Ukáže se, jaký potenciál v sobě skrývají decentrální infračervené zářiče, i ve srovnání se systémy běžně používanými (konvekčními). Bude také možné hodnotit zářiče podle rozdílných systémů odvodu spalin a jejich skutečného výkonu.
Uživatelé budou moci v budoucnu lépe porovnávat a vyhledat si cíleně vytápění, které je pro ně vhodné. A budou z toho mít i další výhodu. Zvýší se vývojový standard a bude jen otázkou času, než se objeví zářiče vyšších výkonů a především s většími energetickými úsporami. Snad to povede i k dlouho očekávané "emancipaci" decentrálních infračervených zářičů oproti běžně používanému konvekčnímu vytápění velkých prostor. Jeden důležitý krok tímto směrem už byl v každém případě udělán.
Výrobce tmavých plynových zářičů. Výrobní program firmy Kübler v sobě zahrnuje kompletní řadu zářičů vhodných pro vytápění téměř jakýchkoliv prostor od výrobních a skladových hal, přes haly sportovní až po výstavní prostory. Kübler je pověstný vysokou ...