Velkoplošné vytápění (I)

Velkoplošné vytápění, ať už v podobě podlahy, stěny či stropu, umožňuje sdílet teplo do vytápěného prostoru převážně sáláním. A tak se u převážně sálavého vytápění většina tepelného toku sdílí do vytápěného prostoru sáláním. Znamená to, že se od sálající plochy ohřívají plochy osálané a teprve od sálajících a osálaných ploch se ohřívá okolní vzduch, což je ta druhá, konvekční složka z celkového tepelného toku. Vyplývá z toho skutečnost, že vnitřní povrchové teploty stavebních konstrukcí jsou vyšší než je teplota vzduchu.

Tepelné záření jsou vlastně elektromagnetické vlny s vlnovou délkou 0,78 až 400 μm, což je v infračervené části spektra elektromagnetických vln, které se šíří rychlostí 300 000 km/s.

Je zřejmé, že se u sálavého vytápění podstatná část tepla sdílí sáláním a pouze malé množství tepelného toku se do vytápěného prostoru sdílí konvekcí. Vzhledem k této skutečnosti je potřebné při návrhu podlahového vytápění určit:

• tepelnou rovnováhu sálající otopné plochy
• tepelnou rovnováhu vzduchu
• tepelnou rovnováhu sálající otopné plochy a vzduchu
• tepelnou rovnováhu vytápěného prostoru.

V současnosti můžeme sálavé vytápění rozdělit následovně:

• velkoplošné vytápění (stropní, stěnové a podlahové)
• celkové vytápění zavěšenými sálavými panely
• lokální vytápění zavěšenými sálavými panely
• vytápění tmavými a světlými zářiči, které nepatří do otopných ploch, ale do lokálních zdrojů tepla.

Jak nám rozdělení již napovídá, sálavá otopná plocha může být součástí stavební konstrukce, jako její nedělitelná součást, nebo je vytvořena jako samostatná otopná plocha. Hlavní rozdíly jsou nejen v konstrukčním řešení, ale i u povrchových teplot otopných ploch, jejich měrném výkonu či volbě teplonosné látky.

U velkoplošného vytápění tvoří otopnou plochu obvykle některá ze stěn ohraničujících vytápěný prostor. Je to tedy strop, stěna či podlaha. Povrchová teplota otopné plochy je poměrně nízká (40 až 45 °C u stropního, 55 až 60 °C u čistě stěnového a 25 až 34 °C u podlahového vytápění) tudíž i teplota teplonosné látky bude nízká. Otopná plocha je zahřívána:

• teplou vodou
• teplým vzduchem
• elektricky

Nízkoteplotní otopné soustavy jsou vhodné pro využívání tepla z nízkopotenciálních zdrojů. Podle použité plochy lze velkoplošné otopné soustavy rozdělit na:

• podlahové
• stropní
• stěnové

Podíl tepelného toku sáláním u stropního vytápění je zhruba 80 %, u stěnového 65 % a u podlahového 55 %, přičemž konstrukční provedení otopné plochy bývá různé. Je možno uvést dvě základní řešení:

• otopná plocha je nedělitelnou součástí stavební konstrukce
• otopná plocha je samostatná
  • buď upevněná na některé ze stavebních konstrukcí,
  • nebo umístěná volně ve vytápěném prostoru.

Rovněž důležité je prostorové rozložení teplot, tedy jak v rovině vertikální tak horizontální. Vertikální rozložení teplot uvnitř vytápěného prostoru je způsobeno nerovnoměrným přívodem tepla a nerovnoměrným ochlazováním jednotlivých stěn místnosti. Vertikální nerovnoměrnost je tím vyšší, čím vyšší je povrchová teplota otopné plochy. S ohledem na skutečnost, že u podlahového vytápění je povrchová teplota otopné plochy ze všech druhů vytápění nejnižší, je vertikální rozložení teplot téměř ideální. Teplota v úrovni hlavy je max. o 2 až 3 °C vyšší než v oblasti kotníků a nad zónou pobytu směrem vzhůru již jen klesá. U ostatních druhů vytápění je vertikální průběh teplot dosti nerovnoměrný. Ideální vytápění by mělo zajistit takové rozložení teplot s výškou místnosti, aby v oblasti hlavy stojícího člověka byla teplota vzduchu min. o 2 °C nižší než je v oblasti kotníků. Podíváme-li se na obr. 1 zjistíme, že takovémuto ideálnímu průběhu teplot se nejvíce blíží podlahové vytápění.

Obr. 1 - Vertikální průběh teploty vzduchu ve vytápěné místnosti při jejím různém způsobu vytápění
I. ideálně požadovaný průběh, II. podlahové vytápění s ochlazovaným stropem, III. článkové otopné těleso, IV. stropní vytápění

Horizontální rozložení teplot ovlivňuje hlavně umístění otopné plochy ve směru od obvodové ochlazované konstrukce. U podlahového vytápění je horizontální průběh teplot téměř rovnoměrný, blížící se ideálnímu, až na úzkou oblast u ochlazované konstrukce. Tento nedostatek se dá kompenzovat okrajovou (intenzivní) zónou, ve které je potrubí kladeno v šířce 0,5 až 1,0 m hustěji u sebe. Je tedy kladeno s menší roztečí než je tomu v podlaze uprostřed místnosti.

Obr. 2 - Horizontální průběh teploty vzduchu ve vytápěné místnosti při jejím různém způsobu vytápění
I. ideálně požadovaný průběh, II. podlahové vytápění s ochlazovaným stropem, III. článkové otopné těleso, IV. stropní vytápění

[1] Bašta, J.: Otopné plochy. Praha: Ediční středisko ČVUT, 2001. - 328 s. ISBN 80-01-02365-6.
[2] Petráš, D.: Podlahové teplovodné vykurovanie. Bratislava: Jaga group v.o.s, 1998. - 143 s. ISBN 80-967676-6-6.
[3] Recknagel, H., Sprenger, E., Schramek, E.-R.: Taschenbuch für Heizung und Klimatechnik. München: Oldenbourg Industrieverlag, 2003. ISBN 3-486-26534-2.